Конструктивный расчет центробежного насоса

Методика конструктивного расчета основных параметров насоса и профилирования цилиндрической лопасти; вычисление спирального отвода с круговыми сечениями. Определение радиуса кругового сечения спиральной камеры и механического КПД центробежного насоса.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 14.03.2012
Размер файла 746,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет "Энергетический"

Кафедра "Промышленная теплоэнергетика и теплотехника"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине "Основы конструирования и САПР"

Тема: "Конструктивный расчет центробежного насоса"

Минск 2011

СОДЕРЖАНИЕ

  • ВВЕДЕНИЕ
  • 1. ОПИСАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
  • 2. МЕТОДИКА КОНСТРУКТИВНОГО РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАСОСА
    • 2.1 Расчет рабочего колеса
    • 2.2 Методика расчёта профилирования цилиндрической лопасти
    • 2.3 Методика расчёта спирального отвода с круговыми сечениями
  • 3. МЕТОДИКА ПОСТРАЕНИЯ ХАРАКТНРИСТИК НАСОСА
  • 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
    • 4.1 Параметры рабочего колеса
    • 4.2 Расчет спирального отвода с круговыми сечениями
    • 4.3 Расчет профилирования цилиндрической лопасти
  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  • ВВЕДЕНИЕ
  • Насосами называют машины, предназначенные для перемещения жидкостей и сообщения им энергии. Работающий насос превращает механическую энергию, подводимую от двигателя, в потенциальную, кинетическую и тепловую энергию потока жидкости. В противоположность насосам машины, превращающие гидравлическую энергию потока жидкости в механическую энергию, называют гидравлическими двигателями. В настоящее время в промышленности находят применение так называемые гидропередачи Ї гидравлические устройства для передачи механической энергии с вала двигателя на вал приводимой им машины. Гидропередача состоит из насоса и гидравлического двигателя, совмещенных в одном конструктивном блоке. Гидравлические двигатели, насосы и гидропередачи составляют класс гидравлических машин. На рисунке В.1 представлена классификация насосов по свойствам перемещаемой среды и конструктивным признакам.

Рисунок В.1 - Классификация насосов по свойствам перемещаемой среды и конструктивным признакам

По энергетическому и конструктивному признакам насосы разделяют на:

1) Лопастные, работа которых основана на общем принципе -- силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Эти машины представлены в современной промышленности тремя основными группами Ї центробежными, осевыми и вихревыми насосами. По количеству рабочих колес различают одноступенчатые и многоступенчатые лопастные насосы. Одноступенчатые насосы имеют одно рабочее колесо, многоступенчатые насосы Ї несколько последовательно соединенных рабочих колес, закрепленных на одном валу. Большое распространение лопастных насосов объясняется достаточно высоким КПД, компактностью и удобством комбинирования их с приводными электродвигателями.

2) Объемные, работа которых основана на всасывании и вытеснении жидкости твердыми телами (поршнями, пластинами, зубцами), движущимися в рабочих полостях. Объемные насосы в зависимости от конструкции и назначения бывают поршневые и роторные.

3) Струйные, действие которых основано на увлечении нагнетаемого (откачиваемого) вещества струёй жидкости, пара или газа (соответственно различают жидкоструйные, пароструйные и газоструйные насосы). КПД струйных насосов низок, но простота их конструкции и отсутствие движущихся частей привели к их широкому применению.

4) Пневматические, предназначенные для подъема и перемещения жидкости. В промышленности применяется воздушный (газовый) подъемник для жидкостей, известный под названием эрлифт или газлифт. Подъемники этого типа применяют, например, для подачи воды и нефти из буровых скважин.

1. ОПИСАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Центробежные насосы состоят из следующих основных элементов: спирального корпуса, рабочего колеса, расположенного внутри корпуса и сидящего на валу. Рабочее колесо на вал насаживается с помощью шпонки. Вал вращается в подшипниках, в месте прохода вала через корпус для уплотнения устроены сальники. Вода в корпус центробежного насоса поступает через всасывающий патрубок и попадает в центральную часть вращающегося рабочего колеса. На рисунке 2.1 представлена схема центробежного насоса. Под действием лопаток рабочего колеса центробежного насоса жидкость начинает вращаться и центробежной силой отбрасывается от центра к периферии колеса в спиральную часть корпуса (в турбинных насосах в направляющий аппарат) и далее через нагнетательный патрубок в напорный трубопровод. В результате действия лопаток рабочего колеса на частицы воды кинетическая энергия двигателя преобразуется в давление и скоростной напор струи. Напор центробежного насоса измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости. Всасывание жидкости происходит вследствие разрежения перед лопатками рабочего колеса. Для создания большего напора и лучшего отекания жидкости лопатками придают выпуклую специальную форму, причем рабочее колесо должно вращаться выпуклой стороной лопаток в направлении нагнетания. Центробежные насосы классифицируют по:

1) Числу колес: одноступенчатые (одноколесные) и многоступенчатые (многоколесные); кроме того, одноколесные насосы выполняют с консольным расположением вала Ї консольные.

2) Напору: низкого напора (до 2 кгс/см2 = 196133 Па), среднего напора (от 2 кгс/см2 = 196133 Па до 6 кгс/см2 = 588399 Па), высокого напора больше 6 кгс/см2 = =588399 Па.

Рисунок 2.1 - Схема центробежного насоса

3) Способу подвода воды к рабочему колесу: с односторонним входом воды на рабочее колесо и с двусторонним входом воды (двойного всасывания).

4) Расположению вала: горизонтальные центробежные насосы и вертикальные центробежные насосы.

5) Способу разъема корпуса: с горизонтальным разъемом корпуса и с вертикальным разъемом корпуса.

6) Способу отвода жидкости из рабочего колеса в спиральный канал корпуса: спиральные и турбинные центробежные насосы. В спиральных насосах жидкость отводится непосредственно в спиральный канал; в турбинных жидкость, прежде чем попасть в спиральный канал, проходит через специальное устройство Ї направляющий аппарат (неподвижное колесо с лопатками).

7) Степени быстроходности рабочего колеса: тихоходные, нормальные и быстроходные центробежные насосы.

8) Роду перекачиваемой жидкости: водопроводные, канализационные, кислотные и щелочные, нефтяные, землесосные и другие центробежные насосы.

9) Способу соединения с двигателем: приводные (с редуктором или со шкивом), непосредственного соединения с электродвигателем с помощью муфт. Насосы со шкивным приводом встречаются в настоящее время редко.

Центробежные насосы получили широкое распространение. Они применяются для подачи жидкостей и газов. В теплоэнергетических установках для питания котлов, подачи конденсата в систему регенеративного подогрева питательной воды, циркуляционной воды в конденсаторы турбин, сетевой воды в системы теплофикации применяются центробежные насосы. Техническое, хозяйственное и противопожарное водоснабжение электрических станций также основывается на применении центробежных насосов. В атомной энергетике применяются центробежные насосы специальных конструкций обычного и герметичного исполнений. Центробежные насосы применятся также для подачи грунто- и золосмесей в системах гидрозолоудаления тепловых электростанций, при производстве земляных работ методом гидромеханизации и в торфяной промышленности при разработке залежей торфа гидравлическим способом.

2. МЕТОДИКА КОНСТРУКТИВНОГО РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАСОСА

2.1 Расчет рабочего колеса

Конструкция колеса в значительной степени зависит от коэффициента быстроходности поэтому в первую очередь определяем его [3, стр.130]:

.(2.1)

1 - тихоходное колесо, ; 2 - нормальное колесо, ; 3 - быстроходное колесо, ; 4 - диагональное колесо, ; 5 - осевое или пропеллерное колесо, .

Рисунок 2.1 Конструктивные типы рабочих колес

Далее определим объемный КПД по формуле:

,(2.2)

Где a - коэффициент зависит от соотношения между диаметрами входа и выхода и составляет около 0,68.

Рассчитываем приведенный диаметр на входе:

.(2.3)

Исходя из полученного диаметра определяем гидравлический КПД по формуле:

. (2.4)

Для современных центробежных насосов механический КПД достигает . Принимаем .

Полный КПД насоса рассчитываем по формуле:

насос лопасть центробежный механический

. (2.5)

Зная полный КПД определяем мощность насоса и крутящий момент на валу:

, кВт; (2.6)

,кВт. (2.7)

Крутящий момент определяется по формуле:

, Н·см. (2.8)

Определив мощность насоса и крутящий момент на его валу, можно рассчитать из условия скручивания диаметр вала насоса.

Вал насоса работает в основном на скручивание моментом М, но частично нагружен поперечными силами собственного веса и центробежными силами, обусловленными небалансом ротора. Поэтому допускаемое напряжение кручения укр принимают пониженным: укр =120 - 200 кгс/см2кр=150 кгс/см2).

, м. (2.9)

, м. (2.10)

Расчётная подача колеса больше подачи на величину объёмных потерь. Принимая предварительное значение объёмного КПД получим:

(2.11)

Для предварительного выбора скорости, используем формулу:

м/с. (2.12)

где - коэффициент, обычно находящийся в пределах 0,06-0,08.

Диаметр рабочего колеса:

, м.

Окончательно скорость входа в рабочие колесо рассчитывают по формуле:

м/с. (2.13)

Далее находим радиус средней точки лопасти:

, м. (2.14)

Принимаем:

м/с. (2.15)

Определяем ширину канала в меридианном сечении:

. (2.16)

Предварительно выбрав значение коэффициента стеснения сечения , который должен находиться в пределах 1,1-1,15, находим меридианную составляющую скорости при поступлении на лопасть:

, м/с. (2.17)

Переносная скорость:

м/с. (2.18)

Для обеспечения безударного поступления потока на лопасти колеса входной угол лопасти в1 выбирают равным в1,0, причём:

(2.19)

.(2.20)

Определяем теоретический напор:

(2.21)

Полагая что коэффициент окружной составляющей абсолютной скорости при выходе потока из колеса равен: , находим приближённо переносную скорость:

м/с. (2.22)

Расчёт выходного (наружного) радиуса колеса:

, м. (2.23)

Принимаем:

, м/с.

Находим значение коэффициента стеснения сечения , который должен находиться в пределах (1,1-1,15):; .

Имеем

. (2.24)

;

Оптимальное число лопастей для центробежного колеса находим:

. (2.25)

2.2 Методика расчёта профилирования цилиндрической лопасти

Толщина лопасти выбирается или равномерной, или тоньше по концам. При переменной толщине ее значение в средней части рекомендуется согласовать с толщиной диска колеса, выбираемой по соображениям технологии производства и прочности. В крупных насосах с широкими каналами толщина лопасти должна проверяться на прочность при изгибе центробежными силами.

В колесах с почти радиальным направлением средней линии меридианного сечения канала пренебрегают отличием длины элемента средней линии ds от приращения радиуса dr.

Рисунок 3.2 - Построение цилиндрической лопасти по точкам.

Дифференциальное уравнение средней линии контура лопасти имеет вид [1, стр.87]:

(2.26)

откуда следует

, о (2.27)

Угол является функцией следовательно:

, о (2.28)

В связи с тем, что значения в и д -- функции r и задаются в виде таблицы, интегрирование приходится проводить в численной форме.

Обозначим подынтегральную функцию .

Тогда ,о (2.29)

где,о - приращение центрального угла,

, м - приращение радиуса,

и - значения подынтегральной функции в начале и в конце рассматриваемого участка.

Суммируя, получим:

,о (2.30)

Получив как функцию , наносят соответствующие точки в плане и строят среднюю линию лопасти по точкам. Откладывая в каждой точке средней линии толщину лопасти , строят контур лопасти как огибающую.

2.3 Методика расчёта спирального отвода с круговыми сечениями

Форма меридианного сечения спирального отвода играет существенную роль и должна выполняться по подобию с конструкциями насосов, показавших высокое значение КПД. При этом быстроходность проектируемого насоса не должна значительно отличаться от используемого образца.

Рисунок 3.4 - Спиральный отвод с круговым сечением

Неудачная форма сечения ведет к отрыву потока от стенок спирального отвода и нарушает характер движения жидкости, предполагаемый расчетом. Однако для определения в первом приближении размеров спирального отвода удобно запроектировать его с круговыми сечениями.

Уравнение для пропускной способности сечения, расположенного под неколорым углом [1, стр.102]:

, . (2.31)

так как .

С другой стороны пропускная способность определяется из следующей формулы:

, (2.32)

Тогда из системы уравнений (2.31), (2.32) определяем данный угол:

, (2.33)

где коэффициент К определяется по следующей формуле:

. (2.34)

Заменяя в последнем равенстве и решая его относительно , получим

, м. (2.35)

Эта формула позволяет аналитическим путём определить радиус кругового сечения спиральной камеры, расположенного под углом .

3. МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСА

В зависимости от угла выхода и от конструктивных особенностей и проточной части существует две основные формы действительных характеристик насоса.

Рисунок 3.1 - Зависимость напора от подачи

Особенностью такой характеристики является наличие максимума и как следствие неоднозначной зависимости напора от Н до Нмах . Машины с такой характеристикой работают неустойчиво, самопроизвольно изменяя расход.

Рисунок 4.2 - Зависимость напора от подачи

Такая характеристика свойственна центробежным насосам при рациональной форме проточной части. Работа машин устойчива при любом режиме .

Действительный напор отличается от теоретического на величину потерь в проточной полости машины. При изменении расхода машины патери напора изменяются из-за смены сопротивления проточной части, а так же из-за изменения направления скорости на входе в межлопаточные канала. Изменение направления обуславливает удар жидкости о входные кромки лопасти и образование в потоке вихревых зон. Поэтому характеристика действительного напора располагается ниже теоретической характеристики.

Рисунок 4.3 - Зависимость характеристик насоса от его подачи

Зависимости N, P, з от подачи называют полной характеристикой нагнетателя. Действительная мощность пи нулевой подачи т.е. при закрытой задвижке равно мощности холостого хода.

Потери мощности на холостом ходе обусловлены циркуляционными потоками в проточной части машины, а так же дисковым трением о жидкость и механические трения в сальниках и подшипников машины.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

4.1 Параметры рабочего колеса

Таблица 4.1 - Параметры рабочего колеса

Наименования

Обозначение

Размерность

Значение

Примечание

Подача

Q

м3/час

95

Напор

H

м

45

Плотность

с

кг/м3

1000

Частота вращения

n

об/мин

1500

Принимаем по техническим данным двигателя

Коэф. быстроходности

ns

об/мин

51,2

Объемный КПД

зo

%

96

Принимаем коэффициент а=0,68

Приведенный диаметр на входе

Dп

мм

118

Гидравлический КПД

зг

%

66

Механический КПД

зм

%

96

Принимаем из (93-96)%

Мощность насоса

N

кВт

19,5

Крутящий момент на валу

M

Н·м

124,8

Диаметр вала

d

мм

74,7

Принимаем фдоп=150 кгс/см2

Диаметр входа на рабочее колесо

D1

мм

138

Окружная скорость на входе в каналы раб.колеса

U1

м/с

10,9

Скорость входа в рабочее колесо

C0

м/с

5,1

Ширина лопасти

b

мм

13,4

Окружная скорость на выходе из колеса

U2

м/с

28,4

Диаметр выхода

D2

мм

362

Кол-во лопаток

z

9

Теоретический напор

НТ

м

68,2

4.2 Расчет спирального отвода с круговыми сечениями

Таблица 4.2 - Расчет спирального отвода с круговыми сечениями

Произвольный угол

Подача

Угловой коэффициент k

Расстояние от колеса до отвода с

Радиус отвода a=R3

1

0

0

-

-

-

2

45

11,9

810,36

1,7

187,7

3

90

23,8

405,18

10,5

196,5

4

135

35,6

270,12

19,3

205,3

5

180

47,5

202,59

65,3

215,3

6

225

59,4

162,07

38,4

224,4

7

270

71,3

135,06

50,6

236,6

8

315

83,1

115,77

62,0

248,0

9

360

95,0

101,30

75,4

261,4

4.3 Расчет профилирования цилиндрической лопасти

Таблица 4.3 - Расчет профилирования цилиндрической лопасти

№ точек

Радиус

лопасти

r, мм

Ширина канала

b, мм

Скорость

потока

Относительная скорость

щ

Отношение скоростей

Шаг

t

Толщина

лопасти

д

Толщина

участка

канала

д/t

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

69

13,4

0,8049

2,775

0,290

47,10

3

0,06369

2

74

12,5

0,7990

2,754

0,290

49,34

4

0,08106

3

93

10

0,7959

2,743

0,290

52,03

5

0,09609

4

111

8,4

0,7927

2,732

0,290

56,52

6

0,10615

5

130

7,2

0,7898

2,722

0,290

58,31

6

0,10289

6

147

6,4

0,7819

2,716

0,290

61,01

5

0,08195

7

168

5,6

0,7848

2,705

0,290

62,80

4

0,06369

8

181

5,2

0,7814

2,693

0,290

66,39

3

0,04518

№ точек

sinв

Угол

входа на

рабочее

колесо в

Значение

подинтегральной ф-ии

Приращение

центрального

угла

Сумма

приращений

Центральный

угол

ик

10

11

12

13

14

15

16

1

0,69

44

0,015

10

0,029

0,075

0

2

0,71

45

0,013

10

0,024

0,256

0,075

3

0,71

45

0,011

10

0,020

0,193

0,332

4

0,71

45

0,009

10

0,017

0,171

0,525

5

0,70

44

0,008

10

0,015

0,135

0,700

6

0,68

43

0,007

10

0,014

0,154

0,830

7

0,66

42

0,007

9

0,013

0,087

0,985

8

0,65

41

0,006

-

-

-

1,072

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По заданным параметрам подачи Q=95 м3/ч, напору воды H=45 м и при частоте вращения вала насоса n=1500 об/мин был произведен расчет центробежного насоса. В результате расчета мы определили основные параметры рабочего колеса, в частности число лопаток z = 9 штук, а также рассчитали рабочее колесо и спиральную камеру. Исходя из рассчитанных данных, построили теоретические характеристики исходного насоса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. М., "Машиностроение", 1966г.

2. Степанов А.Н. Центробежные и осевые насосы. М., "Машгиз", 1960г.

3. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., "Энергия", 1977г.

4. Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., "Машиностроение", 1976г.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Классификация насосов по энергетическим и конструктивным признакам. Схема центробежного насоса. Методика конструктивного расчета основных параметров насоса. Конструктивные типы рабочих колес. Алгоритм расчета профилирования цилиндрической лопасти.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 11.03.2013

  • Предварительный расчет центробежного насоса. Размеры рабочего колеса и относительная скорость на входе и выходе. Расчет спирального направляющего аппарата и диффузора спиральной камеры. Критический кавитационный запас энергии и коэффициент быстроходности.

    контрольная работа [6,1 M], добавлен 20.11.2009

  • Центробежные насосы и принцип их работы. Расчёт основных параметров и рабочего колеса центробежного насоса. Выбор прототипа проектируемого центробежного насоса. Принципы подбора типа электродвигателя. Особенности эксплуатации центробежного насоса.

    курсовая работа [859,3 K], добавлен 27.05.2013

  • Назначение, технические данные, конструкция и принцип работы насоса НЦВ 40/40. Гидравлический расчет проточной части. Профилирование меридионального сечения рабочего колеса. Расчет спиральной камеры круглого сечения. Расчет на прочность вала насоса.

    курсовая работа [917,5 K], добавлен 14.04.2015

  • Насос - устройство для напорного всасывания и нагнетания жидкостей. Проект центробежного насоса объемной производительностью 34 м3/час. Расчет рабочего колеса и спирального отвода. Подбор насоса, пересчет его характеристик на другие условия работы.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 20.04.2014

  • Определение скорости движения среды в нагнетательном трубопроводе. Расчет полного гидравлического сопротивления сети и напора насосной установки. Определение мощности центробежного насоса и стандартного диаметра трубопровода. Выбор марки насоса.

    контрольная работа [38,8 K], добавлен 03.01.2016

  • Подбор центробежного насоса и определение режима его работы. Определение величины потребного напора для заданной подачи. Расчет всасывающей способности, подбор подпорного насоса. Регулирование напорных характеристик дросселированием и байпасированием.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 03.04.2018

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.