Расчет ступени центробежного насоса

Исходные данные Рабочее тело: вода;

Давление на входе: Р₁=9*10⁵ Па;

Температура на входе: Т₁=370 К;

Осевая скорость: С₁=С_1а=3,5 м/с;

Объемный расход: Q_р=0,058 м³/с;

Новая частота вращения А: (n₂=A*n₁) A=0,75;

Новый расчетный диаметр Б: (D₂=Б*D₁) Б=1,3.

Введение

В данной контрольной работе рассмотрена ступень центробежного насоса (ЦБН) с осевым входом жидкости, с назад загнутыми лопатками. Требуется рассчитать и построить треугольники скоростей на входе и выходе из рабочего колеса, найти параметры и основные размеры ступени. Также рассчитать параметры ступени при переходе на другую частоту вращения ротора и размеры рабочего колеса.

Рабочим телом является вода, поэтому на лопаточный аппарат ступени насоса действуют большие силы, поэтому для предотвращения поломки, лопатки делают с покровным диском.

Ограничения на окружные скорости U накладывают условия прочности, а на относительные скорости W — условия бескавитационной работы.

Расчет элементов треугольников скоростей на входе и выходе из рабочего колеса

1. В работе приняты следующие геометрические соотношения в ступени ЦБН:

Число рабочих лопаток Z = 7.

2. Задано безразмерные режимные параметры, обеспечивающие высокую экономичность ступени:

— относительная осевая скорость на входе в колесо.

— коэффициент теоретического напора ступени,

U₂ — окружная скорость на периферии рабочего колеса.

— общий КПД ступени насоса.

— объемный КПД. При расчете учтено утечки в насосе через уплотнения, зазоры между рабочим колесом и корпусом и др.:

Q, м³/с — объемный расход насоса,

q, м³/с — объемный расход утечек.

Гидравлический КПД ступени насоса равен где N_n, Вт — полезная мощность насоса.

Вт — мощность, затрачиваемая на преодоление гидравлических сопротивлений в ступени насоса.

Механический КПД ступени насоса где N, Вт — мощность насоса,

_мех, Вт — мощность механических потерь в ступени (трение в подшипниках, уплотнениях, дисковое трение и др.)

Принято следующие значения КПД:

3. По формуле Руднева определяем значение скорости до входа на лопатки С₀:

м/с,

где Q, м/с, — объемный расход, n, об/мин, — частота вращения ротора. Для помышленных насосов с электроприводом переменного тока частота n=1450 об/мин.

(м/с).

Скорость до входа на лопатки С₀ также должна равняться абсолютной скорости С₁, исправленной на стеснение лопастями входного сечения:

где — коэффициент стеснения, который для малых колес принято равным =0,75. Поэтому С₁=С_1а==3,97 (м/с).

Принято, имеем

(м/с).

Окружная скорость на входе равна:

U₁=0.525*11,3=5.933 (м/с).

Вход на рабочее колесо осевой, поэтому на основании скоростей С₁=С_1а, U₁ построим входной треугольник скоростей, из которого

(м/с).

.

Для уменьшения гидравлических потерь в колесе, снижения отрывных течений геометрический угол лопатки делают больше гидравлического на угол атаки i=3…12°:

Принято =34°+3=37°.

Поскольку число лопаток не бесконечно (Z=7), то центральный инерционный вихрь в межлопаточном канале индуктирует скорость, которая смещает вектор скорости до положения, в результате чего снижается скорость до. Напорность ступени в результате этого уменьшается.

Этот процесс учтено коэффициентом влияния конечного числа лопаток:

.

Также для назад загнутых лопаток

где принято равным 21°.

Меридианальную скорость потока принято равной С_2m=С_1а=С_1. По рисунку можно установить основные соотношения скоростей на выходе из рабочего колеса:

Из уравнения Эйлера эффективная работа повышения давления в ступени насоса равна:

.

При осевом входе потока на рабочее колесо С_1u=0, поэтому

(Дж/кг).

=1.0Дж/кг).

В насосе может возникнуть кавитация, которое можно сформулировать следующим образом:

;

Р₁, Па — давление жидкости на входе в колесо;

Р_П, Па — давление насыщенных паров жидкости при данных условиях;

т.е. запас потенциальной энергии давления потока на входе в ступень полностью переходит в кинетическую в относительном движении (кавитация возникает в межлопаточном канале рабочего колеса).

Принимаем при Т=370 К, Р_П = 103 300 Па. Следовательно,

W_1k=м/с).

Расчет статических параметров потока за ступенью, определение размеров ступени и других характеристик центробежный насос ротор Энергообмен в ступени насоса из кинематики потока согласно уравнению Эйлера равен:

Дж/кг.

Этот же энергообмен через параметры жидкости согласно уравнению Бернулли равен:

Общий КПД ступени задано Неизвестной величиной является давление за ступенью Р₂. Из уравнения Бернулли получено:

(Па).

В силу несжимаемости жидкости температура на выходе из насоса равна температуре на входе, т. е. Т₁=Т₂.

Размеры ступени найдено следующим образом: площадь проходного сечения на входе найдена из уравнения расхода

(м²)

Также из конструкции видно, что

где принято, что. Из этого уравнения наружный диаметр входной части рабочего колеса равен:

(м²).

(м) Диаметр втулки на входе: (м) Наружный диаметр колеса: (м) Соответствующие диаметры рабочего колеса на входе равны:

Из уравнения расхода найдем ширину лопатки рабочего колеса на входе и на выходе. На входе:

(м).

На выходе

(м).

Частота вращения ротора равна

(об/мин.)

Мощность насоса, потребная для его работы, равна:

(Вт).

Расчет выходного патрубка (спирального отвода) насоса.

Отвод служит для сбора жидкости, выходящей из колеса, направления ее в систему и преобразования при этом кинетической энергии потока в энергию давления.

Жидкость в отвод поступает со скоростью, т. е. поток жидкости после рабочего колеса закручен. Распределение скоростей вдоль радиуса подчиняется закону свободного вихря:

Расчет размеров произведен следующим образом:

(м³/с) (м³/с)

(м²) (м²)

(м) (м)

(м³/с) (м³/с)

(м²) (м²)

(м) (м)

(м³/с) (м³/с)

(м²) (м²)

(м) (м)

(м³/с) (м³/с)

(м²) (м²)

(м) (м)

Определение параметров насоса при изменении частоты вращения ротора и диаметра проточной части При изменении частоты вращения ротора параметры насоса изменяются по законам подобных режимов работы:

(м³/с)

(Дж/кг)

(Вт)

(об/мин) (м)

При изменении частоты вращения ротора и диаметра ступени (переход к геометрически подобной машине), то соотношения параметров следующие:

(м³/с)

(Дж/кг)

(Вт)

Вывод В ходе проделанного домашнего задания я рассчитала и построила треугольники скоростей на входе и выходе из рабочего колеса и сделала вывод, что значение окружной составляющей абсолютной скорости мало. Т.к.при конечном числе лопаток центральный инерционный вихрь в межлопаточном канале индуктирует скорость, которая смещает вектор скоростидо положення, в результате чого снижается скорость до .

Также нашла параметры и основные размеры ступени и определила, что по типу лопастных колес в зависимости от быстроходности данное колесо — нормальное.

Используемая литература

1.Методическое пособие «Расчет и проектирование ступени центробежного насоса».

2.Овсянников Б. В. и Боровский Б. И. «Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей». — М.:Машиностроение, 1986.-374с.

3.Ломакин А. А. «Центробежные и пропеллерные насосы», М.- 1950 г.