Расчет рабочего колеса насоса

СОДЕРЖАНИЕ 

      Введение………………………………………………………………4

1. Расчет сети трубопровода ………………………………………5
2. Подбор насоса и расчет его рабочего колеса …………………8
3. Расчет спиральной камеры насоса ……………………………15
4. Подбор электродвигателя ……………………………………..17

     Заключение…………………………………………………………..18

     Список  использованных источников ……………………………...19

ВВЕДЕНИЕ 

     Насосы – это машины, предназначенные для создания потока (перемещения) жидкости. Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первый насос для тушения пожаров, который изобрёл древнегреческий механик Ктесибий, был описан в 1 в. до н. э.

     Насосы  применяются во всех отраслях промышленности, в сельском и коммунальном хозяйстве, на транспорте. Они находят применение не только как самостоятельные машины или агрегаты, но и как узлы сложных машин и установок: станков, энергетических устройств, транспортных машин и т. п.

     Насосы, насосные установки или насосные станции нашли применение в системах водоснабжения и канализации, где они являются одним из основных узлов. В системах водоснабжения насосы обеспечивают подачу воды потребителям: промышленным предприятиям, тепловым электростанциям, жилым кварталам населенных мест. В системах отопления и горячего водоснабжения с помощью насосных установок осуществляется циркуляция горячей воды. В системах канализации насосы обеспечивают подачу сточной жидкости на очистные сооружения или перекачку ее из пониженных районов населенных мест в основные городские или районные коллекторы.

     Особое  значение насосы занимают в горнорудной  промышленности, как непосредственно в самом технологическом процессе (водоотлив карьеров и шахт, передача пульпы), так и в составе горных машин и оборудования (гидродомкраты, гидросъемники, гидроприводы различной горной техники).

     Развитие  насосостроения тесно связано с  общим техническим прогрессом в таких отраслях, как машиностроение, гидродинамика, химическая промышленность, электропромышленность.

1. Расчет сети трубопровода 

     Центробежный  насос подаёт воду с температурой t°C и плотностью r из аппарата 1 в аппарат 2. Давление в аппарате 1 - Р_а, в аппарате 2 - Р_b. Геометрическая высота подъёма жидкости – h_Г. Длина всасывающего трубопровода – l₁, нагнетательного – l₂. Шероховатость всех трубопроводов принять D=0,5мм. Местными сопротивлениями всасывающего трубопровода являются: всасывающая коробка с обратным клапаном с x,=4,5; два плавных поворота на 90° с d/R= 1. Местными сопротивлениями нагнетательного трубопровода являются: два плавных поворота на 90° с d/R= 1,2; внезапное расширение с f₂/f₁=0. Потерями в переходных конических патрубках всасывающем и нагнетательном трубопроводах пренебречь.

Рисунок 1 – схема установки

Определить:

1. Необходимый напор насоса - H_P.
2. Выбрать тип насоса по каталогу и определить диаметр рабочего колеса, обеспечивающий получение требуемого напора.
3. Построить характеристику выбранного насоса.
4. Пересчитать характеристику насоса на частоту вращения, составляющую 80%, 90% и 110% от расчётной и построить полученные характеристики.
5. Основные геометрические размеры колеса и спиральной камеры выбранного насоса.
6. Допустимую высоту всасывания h_вс.
7. Мощность электродвигателя и тип электродвигателя по каталогу.

     Выбираем  диаметр стального трубопровода при величине заданного расхода Q = 0.9 м³/с = 900 л/с

     Примем предварительно для всасывающего трубопровода d=800мм или d=0,8 м, находим среднюю скорость движения жидкости

     согласно  рекомендациям [1], стр. 227 скорость должна лежать в пределах 1,5...1,8. Это выполняется. Останавливаемся на этом диаметре.

     Для нагнетательного трубопровода, согласно рекомендациям [1], стр. 235, примем рекомендуемую скорость 2....2,5 м/с v_H = 2,25 м/с

     Принимаем большее стандартное 800мм, то есть такой  же диаметр, как и для всасывающего трубопровода

     По  таблицам находим вязкость и давление насыщенного пара воды при t = 50°

     ν = 0,55·10^-6 м2/с

     Р_НАС = 0,123·10⁵ Па

     Находим число Рейнольдса

     Находим коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси) по формуле Альтшуля [3], стр. 75

     Величины  местных сопротивлений:

     всасывающая коробка с клапаном x_кл = 4.5 (задано)

     для плавного поворота на всасывающей линии  по таблицам для d/R = 1 (r/R = 0,5) x_пов.вс=0,294

     для плавного поворота в нагнетательной линии по таблицам для d/R = 1.2 (r/R = 0,6) x_пов.н=0,44

     Для выхода в бак x_вых=1

     Поскольку выбрали одинаковый диаметр труб для всасывающей и нагнетательной линии, то потери напора на трение считаем сразу для всей сети

     По  формуле Дарси-Вейсбаха

     Sx=x_кл+2x_пов.вс+2x_пов.н+x_вых=4,5+2·0,294+2·0,44+1=6,968

     Общая потеря напора h_тр=h_дл+h_м = 0,1+1,14 = 1,24 м

2. Подбор насоса и расчет его рабочего колеса 

     Потребный напор насоса равен сумме потерь на трение, геометрической разности высот  и перепада напора, обусловленного разностью давлений в сосудах.

     Находим часовую производительность насоса Q = 3600·0,9 = 3240 м³/час

     По  каталогу (вебсайт http://nasos.info) подбираем насос Д5000-32-0

     Q = 3600 м³/час

     H = 20 м

     n - 585 об/мин

     По  справочнику [2] берем графические  характеристики насоса

Рисунок 2 - Характеристика насоса Д 5000-32-2 (32 Д-19) при n = 585 об/мин

     По  приведенным ранее формулам рассчитываем характеристику сети в зависимости от расхода Q

     Здесь Q в м³/сек, если брать Q в м³/час

     Рассчитываем  по этой формуле характеристику сети

     H_P(10) = 16.95

     H_P(1000) = 17.06

     H_P(2000) = 17.4

     H_P(3000) = 17.95

     H_P(4000) = 18.73

     H_P(5000) = 19.74 

     Рисуем  ее на графике с характеристиками насоса, отмечаем рабочую точку А, определяемую из сводного рабочего поля насоса и расчетную рабочую точку Е (пересечение графика характеристики сети с графиком с ближайшей верхней характеристикой насоса)

     Рисунок 3 – Свободное рабочее поле насоса 

     Находим коэффициент быстроходности, (взяв параметры Q и H при h_мах)

     Q=4250/3600=1,181 м³/с

     H=16,7 м

     N_S>200 поэтому рассчитываем диаметр обточки по формуле, согласно [1], стр.109

     Полученный  результат неверен так как, согласно графикам, искомая величина должна лежать между 660 и 630 мм.

     Находим другим способом, проведя линию из начала координат через рабочую  точку А, и взяв вторую точку Е₁, на пересечении этой линии с кривой для D=660 мм (согласно рекомендации фирмы KSB "Расчёт параметров центробежных насосов" http://www.afcomp.ru/)

     эта величина соответствует положению  рабочей точки и между 660 и 630, ближе  к 660 мм, степень обточки рабочего колеса 651

     i_D=D_2обт/D₂=651/660=0,9864

     в % (660 – 651)/650·100%=1,364%

     Рабочую линию для обточенного колеса приближенно можно получить, проведя через рабочую точку А кривую лежащую между кривых для D=660 и D=630

     соответственно  соотношениям [1], стр.110

     N_S>200

      ,

     рассчитываем  также характеристики насоса для  отклонения частоты вращения от номинальной

     i_N=n/n_исх

      ,  
 

Таблица 1 – Результаты расчета производительности и напора насоса

      Рисунок 4 – Расчетные характеристики насоса 

     Рассчитываем  допустимую высоту всасывания (для  расчетного режима). Для этого найдем потери напора во всасывающей трубе

     Sx_вс=x_кл+2x_пов.вс =4,5+2·0,294=5,088 

     критический кавитационный запас находим  по формуле Руднева [3], стр.215

     коэффициент С = 800... 1000, примем С = 900

     примем  коэффициент запаса 1,25 тогда кавитационный  запас [3], стр.215

     Допустимая  высота всасывания

3. Рассчитаем спиральную камеру кругового сечения. 

     Радиус  кругового сечения спиральной камеры

     Предварительный диаметр входа в колесо

     Гидравлический  КПД насоса определяется по формуле  Ламакина А. А.

     Объемный  КПД насоса определяется по формуле

     Механический  КПД примем n_мех=0,96

     Общий КПД n=n_г·n_об·n_мех=0,88

     Расчетная производительность колеса насоса

     Теоретический напор колеса

     Окружная скорость при выходе из колеса, полагая K_a2»0,5

     Наружный  радиус колеса.

     Радиус  контрольной цилиндрической поверхности.

     Радиусы круглого сечения спиральной камеры [4], стр.256

      ,

     где ,

      0,3520

     Расчеты произведем с шагом 45°, результаты занесем в таблицу

Таблица 2 - Радиусы сечения спиральной камеры

4. Подбор электродвигателя 

     Так как % обточки незначительный, значение КПД берм с графика без пересчета h=0,82

     Полезная  мощность насоса

     N_P = p·g·Q·H_P = 988,1·9,81·0,9·18,12 = 1,581·10⁵ Вт

     N_P = 158,1 кВт

     Требуемая мощность двигателя

     Выбираем  асинхронный электродвигатель А114-10М

     N_ДВ = 200 кВт

     n_ДВ„ = 585 об/мин 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     В данной работе был выполнен расчет трубопровода, состоящий из определения  статического местных и линейных, подбора диаметра труб. Построена кривая требуемого напора, и выполнен подбор насоса, обеспечивающий заданный расход перемещаемой жидкости и электродвигатель. Были рассчитаны диаметр рабочего колеса и спиральная камера насоса. Так же были построены кривые характеристик насоса для работы на различных оборотов рабочего колеса и кривая гидросети.

      СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 

     1. В.Ф. Чебаевский, К.П. Вишневский, Н.Н. Накладов «Проектирование насосных станций и испытание насосных установок» М., «Колос» 2000

     2. В.В.Балыгин, А.Н.Крыжановский «НАСОСЫ Каталог-справочник» Новосибирск: НГАСУ, 1999.

     3. Я.М.Вильнер Я.Т.Ковалев Б.Б.Некрасов «Справочное пособие по гидравлике, гидромашинами и гидроприводам» Минск, "Вышэйшая школа", 1976 г.

     4. Б.Б. Некрасов «Гидравлика и  ее применение на летательных  аппаратах», Москва, «Машиностроение», 1967г.

     Электронные ресурсы

     Каталог насосов NASOS.info, режим доступа: http://nasos.info/catalog.php?mode=cat&type=11

     «Расчёт параметров центробежных насосов» Copyright by KSB, режим доступа: http://www.afcomp.ru/ref.html