Расчет рабочего колеса центробежного насоса

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный

технический университет»

 

 

 

 

Факультет энергетика транспорта и морских технологий

Кафедра «Тепловые энергетические установки»

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО–ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

                                        по дисциплине «ТМиВОЭ»

 

              Расчет рабочего колеса центробежного насоса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент  1ТЭб-1                                                                                              К.Е.Нормик

                                                                                          

Преподаватель                                                                                               В.И. Шаломов

 

 

 

 

 

 

                                                                 2014

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………3

1 Исходные данные………………………………………………….…….5

2 Расчёт рабочего колеса центробежного насоса…………………...…...6

3 Графическая часть………………………………………………………17

3.1 Входной и выходной  треугольники скоростей…………….……….17

3.2 Меридианное сечение рабочего колеса……………………………..20

3.3 Сечение лопасти колеса в плане……………………………..………21

Заключение……………………………………………………….……….23

Список использованных источников…………………………….……...25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Конденсатные насосы представляют особую группу энергетических насосов, работающих с минимальным располагаемым кавитационным запасам. Этот запас обусловлен разностью вертикальных отметок уровня свободной поверхности жидкости в конденсаторе и центром тяжести входного отверстия рабочего колеса первой ступени насоса (геометрической подпор) и потерями во входном тракте насоса.

Конденсатные насосы предназначены для подачи конденсата отработанного пара, конденсата греющего пара из теплообменных аппаратов ТЭС, а также жидкостей , сходных с конденсатом по вязкости и химической активности.

Конденсатные насосы должны надежно работать при наличии начальной или развитой кавитации в зоне рабочего колеса, а в некоторых случаях — и при наличии суперкавитационного обтекания элементов рабочего колеса.

Такие условия работы требуют применения для конденсатных насосов относительно низкой частоты вращения, использования материалов, стойких к кавитационным разрушениям, установки для первой ступени насоса рабочих колес специальной конструкции с высокой всасывающей способностью. В связи с этим конденсатные насосы обладают более низкой экономичностью и более высокой массой и стоимостью по сравнению с обычными насосами на аналогичные подачи и напоры.

Для обеспечения устойчивой параллельной работы насосы должны иметь стабильную форму напорной характеристики.  Для расширения диапазона использования насосов допускается подрезка рабочих колес по наружному диаметру не более чем на 10% номинального. Снижение к. п. д. при этом не должно превышать 3%.

 К конденсатным насосам  предъявляются следующие основные требования:

1) обеспечение надежной  и длительной (не менее 10 тыс. ч) работы  при частичной кавитации в  насосе;

2) отсутствие подсоса  воздуха через работающий и неработающий насос;

3) стабильная форма напорной  характеристики для обеспечения надежной параллельной работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Исходные данные

 

• назначение насоса – конденсатный;
• подача – Q = 100 м³/ч;
• напор – H = 95 м;
• частота вращения вала – n = 1000 ;
• температура перекачиваемой среды – = 60 ;
• число параллельных потоков в насосе - ;
• число ступеней насоса - .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчёт рабочего колеса центробежного насоса

 

Подача колеса , м3/с:

,

где  =1 – число параллельных потоков в колесе.

 м3/с

Напор колеса , м:

,

где  =5 – число ступеней.

м

Коэффициент быстроходности насоса:

,

где n = 1000 – частота вращения вала.

- колесо нормальное

Угловая скорость, с־¹:

,

 с־¹

Приведенный диаметр РК , мм:

,

 мм

Гидравлический КПД насоса:

 

 

Теоретический напор насоса , м:

 

 

Объемный КПД насоса:

,

 

Теоретическая подача , :

 

 

Механический КПД, учитывающий дисковое трение:

 

 

Механический КПД, учитывающий потери на трение в подшипниках и сальниках:

 

Общий КПД насоса η:

 

 

Мощность насоса N, кВт:

 

где – плотность среды.

 

- с учётом перегрузки  Nmax =(1,1…1,15)N

 

  

Допустимая скорость жидкости во входном сечении РК в первом приближении C0, м/с:

 

 

Ориентировочно диаметр вала dв, мм:

- для консольных насосов              

 

 

Диаметр втулки РК dвт, мм:

 

 

Диаметр входа жидкости в РК D0, м:

 

 

Окружная скорость на входе в РК, м/с:

 

 где D1 - диаметр входа жидкости на рабочие лопатки, м.

 

 

 

 

Окончательная скорость Co, м/с:

 

 

Коэффициент стеснения потока на входе в колесо K1:

 

Меридианная составляющая на входном радиусе C1m, м/с;

где (принимают):

                                         

                                          

 

Угол безударного входа на лопасть *1.0, град:

 

 

 

Входной угол лопасти *1, град:

                                                  

где i = - угол атаки.

                                   

Ширина канала на входе b1, м:

 

 

Коэффициент окружной скорости на выходе из РК Ku2,

для типовых конструкций центробежного РК принимают:

                                                    

Окружная скорость на наружном диаметре РК в первом приближении u2, м/с:

 

 

Наружный диаметр РК D2, м, в первом приближении:

 

 

Коэффициент стеснения потока на выходе из РК K2

принимаем:

                                                         

Меридианная составляющая абсолютной скорости C’2m, м/с, на выходе  из РК:

                                                                                         

 

Угол выхода лопатки β2, град:

 

где отношение относительных скоростей   принимают равным 1. 

                                                      

Число рабочих лопаток z:

 

где R1 - радиус средней точки входной кромки лопасти, м;

 

 

R2 - радиус наружной окружности колеса, м.

 

 

 

  принимаем:  z=9

  Технологический коэффициент *:

 

 

Корректив P, учитывающий конечное число лопаток:

 

 

Теоретический напор при бесконечном числе лопаток H∞, м:

                                      

                        

Окружная скорость на выходе из РК u2, м/с:

 

где

                                          

                                     

 

Диаметр выхода РК D2, м, во втором приближении:

 

 

Ширина канала на выходе b2, м:

 

 

Коэффициент стеснения на выходе K’2 (проверка):

 

где δ=5 - толщина лопатки, мм.

 

 и  совпадают с заданной точностью т.е. 1,0691,049.

Коэффициент стеснения на входе жидкости в РК K’1  

 

 

и совпадают с заданной точностью т.е. 1,15 1,131.

Уточняем:                          

 

 

 

 

 Сравниваем                                                     

 

  совпадают с заданной точностью т.е.  .

Расчёт протечек через переднее уплотнение РК QSi, м3/с:

 

  где μ- коэффициент расхода;  Ry - радиус колеса в месте уплотнения, м; δr - радиальный зазор в уплотнении, м;  ΔHi - изменение (падение) напора в зазоре, м.

  - радиус колеса в месте уплотнения Ry, м:

 

 

 - изменение напора в зазоре ΔHi, м:

 

 

Коэффициент расхода * для простого щелевого уплотнения:

 

где  *=0,01 – коэффициент трения; l = 0,02 – длина щели, м; = 0,3 радиальный зазор, мм.

 

 

 Проверка объёмного КПД :

,

Сравниваем

и ,  ,

т.е. погрешность составляет 0,1%, что допустимо.

 

 

3 Графическая  часть

3.1 Входной и выходной  треугольники скоростей

Строим треугольники скоростей на входе и выходе РК:

Абсолютная скорость на входе С1 и выходе С2, м/с:

 

 

 

 

а)

б)

Рисунок 1- Треугольники скоростей

                             а – на входе рабочего колеса (масштаб 1:2);

б – на выходе рабочего колеса (масштаб 1:2).

Таблица 1 – Значения параметров треугольников скоростей

u1, м/с	u2, м/с	w1, м/с	м/с	c1, м/с	c1m, м/с	c2, м/с	β1, град	β1,0 град	β2, град.
6,74	20,49	5,11	5,11	9,51	2,32	17,89	26,98	18,98	20,59

 

в) Окружная составляющая абсолютной скорости C1u и C2u, м/с:

 

 

 

 

д) Относительная скорость входа w1.0, м/с:

 

 

3.2 Меридианное  сечение рабочего колеса

- количество радиусов меридианного сечения РК:

 

  - приращение радиуса Δri :

 

 

- i-ый радиус колеса Ri, м:

 

- i-ая скорость ci, м/с:

 

- i-ая ширина канала из уравнения неразрывности bi, м:

 

Таблица 2 – Значения параметров меридианного сечения РК

 

i	Δri,м	Ri, м	ci, м/с	bi, м	D0, м	D1, м	D2, м	dв,мм	dвт,мм
0	0,0075	0,07	3,22	0,021	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
1	0,0075	0,077	3,218	0,019	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
2	0,0075	0,085	3,216	0,017	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
3	0,0075	0,092	3,214	0,016	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
4	0,0075	0,1	3,211	0,014	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
5	0,0075	0,107	3,209	0,013	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
6	0,0075	0,115	3,207	0,013	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
7	0,0075	0,122	3,205	0,012	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
8	0,0075	0,13	3,203	0,011	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
9	0,0075	0,137	3,201	0,01	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
10	0,0075	0,145	3,199	9,956	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
11	0,0075	0,152	3,196	9,472	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
12	0,0075	0,16	3,194	9,034	0,136	0,109	0,391	48,014	60,017
13	0,0075	0,167	3,192	8,635	0,139	0,137	0,361	74,793	89,752
14	0,0075	0,175	3,19	8,27	0,139	0,137	0,361	74,793	89,752