Расчет насоса

Расчет насоса

Введение

сетевой насос колесо быстроходность

Сетевые насосы служат для подачи горячей воды по теплофикационным сетям и в зависимости от места установки применяются в качестве насосов: первого подъема, подающих воду из обратного трубопровода в подогреватели; второго подъема для подачи воды после подогревателей в теплофикационную сеть; рециркуляционных, установленных после водогрейных котлов.

Сетевые насосы могут работать как на ТЭЦ, так и на промежуточных насосных станциях теплофикационных систем. Сетевые насосы должны обладать повышенной надежностью, так как перебои или неполадки в работе насосов сказываются на режиме работы ТЭЦ и потребителей. Основной особенностью работы сетевых насосов являются колебания температуры подаваемой воды в широких пределах, что в свою очередь вызывает изменение давления внутри насоса. Сетевые насосы должны надежно работать в широком диапазоне подач, что безусловно требует стабильной формы напорной характеристики. Изменение параметров отдельных типов насосов может быть достигнуто за счет подрезки колес по наружному диаметру в пределах, оговоренных заводом-изготовителем. Снижение к. п. д. при этом не должно превышать 3%.

Сетевые насосы предназначены для работы на чистой воде с содержанием твердых включений не более 5 мг/кг с размером частичек до 0,2 мм. Параметры сетевых насосов оговорены ГОСТ 22465-77.

Сетевые насосы - центробежные, горизонтальные, с приводом от электродвигателя. B зависимости от размера они могут поставляться как на общей, так и на раздельной фундаментных плитах. B зависимости от создаваемого напора могут быть одно- и двухступенчатые, с синхронными частотами вращения 1500 и 3000 1/мин.

По конструктивному исполнению насосы можно разбить на три группы, внутри которых имеет место общность конструктивной схемы и высокая степень унификации.

Основным отличительным признаком является количество ступеней, по которому все сетевые насосы делятся на одно - и двухступенчатые. Общий вид насосов приведен на рис. 1, габаритные размеры - на рис. 2.

B качестве примеров конструктивного исполнения рассмотрим насосы СЭ-500-70 (рис. 3).

Базовая деталь насоса - чугунный корпус с горизонтальным разъемом. Входной и напорный патрубки расположены в нижней части корпуса, что дает возможность производить разборку насоса без демонтажа трубопроводов. Патрубки направлены горизонтально в противоположные стороны. B двухступенчатых насосах корпус имеет переводную трубу для подвода воды от первой ко второй ступени насоса.

По разъему корпуса устанавливается паронитовая прокладка. Шпильки по разъему затягиваются колпачковыми гайками для предотвращения просачивания горячей воды по резьбе шпилек.

а)                                                              б)

Рисунок 1 - Общий вид сетевых насосов:

а - одноступенчатый сетевой насос; б - двухступенчатый сетевой насос

Рисунок 2 - Габаритные размеры сетевых насосов:

а - одноступенчатый сетевой насос; б - двухступенчатый сетевой насос

Рисунок 3 - Сетевой насос СЭ-500-70

B корпусе предусмотрены камеры для концевых уплотнений и фланцы для крепления корпусов подшипников. B нижней части выполнены две продольные шпонки, которыми корпус фиксируется по отношению к фундаментной плите и обеспечивается направленное тепловое расширение насоса. Опорные лапы корпуса максимально приближены к оси насоса для уменьшения расцентровки при нагреве насоса.

Ротор насоса представляет собой самостоятельный сборочный элемент. Рабочие колеса двустороннего входа упираются в выступы вала или защитные втулки и фиксируются в осевом направлении через втулки круглыми гайками. B местах сальниковых уплотнений на валу располагаются защитные втулки из хромистой стали. Втулки сальников от проворачивания фиксируются шпонками. Рабочие колеса посажены на вал по скользящей посадке. Ротор разгружен от осевых сил путем применения рабочих колес двустороннего входа. Роторы двухступенчатых насосов после сборки балансируются динамически, одноступенчатых - статически.

Опорами ротора в зависимости от размера насоса служат подшипники качения или скольжения. Опорный подшипник со стороны привода может быть либо роликовым, либо шариковым. Опорно-упорный подшипник со стороны свободного конца вала, воспринимающий остаточные осевые усилия, состоит из двух радиально-упорных шарикоподшипников, устанавливаемых в разъемные корпуса. Смазка подшипников - кольцевая, маслом «турбинное-22». B корпусах предусмотрены камеры или змеевики для водяного охлаждения.

Подшипники скольжения крупных насосов имеют разъемные вкладыши и, как правило, принудительную смазку. Для обеспечения смазки в период разгона и выбега насоса предусмотрены смазочные кольца. Некоторые типы насосов имеют только подшипники скольжения с кольцевой смазкой.

При центровке ротора в статоре корпуса подшипников перемещаются тремя установочными винтами. После окончательной центровки корпуса подшипников фиксируются штифтами под развертку.

Концевые уплотнения сетевых насосов применяются двух типов: сальниковые и торцовые. Торцовые уплотнения обычно используются при давлении на входе в насос выше 0,1 МПа и температуре перекачиваемой воды примерно 453 К.

Общим у всех сальниковых уплотнений сетевых насосов является наличие довольно развитой системы охлаждения и разгрузки. Подводимая к сальнику холодная вода разделяется на два потока. Одна часть омывает снаружи камеру сальника и вытекает через штуцерные соединения в дренаж. Другая часть через гидравлическое кольцо подводится к набивке. Протечки через сальник собираются в корыте и отводятся в дренаж.

Если конструкцией предусмотрена разгрузка сальника, то вода разгрузки отводится в обратный трубопровод.

Одинарное торцовое уплотнение надежно работает при тщательной сборке в чистой воде.насосах с торцовым уплотнением к нему также подводится охлаждающая вода.

Насосы большой мощности соединяются с электродвигателем зубчатой муфтой, которая может компенсировать небольшие расцентровки агрегата, возникающие при изменении температуры перекачиваемой воды. Муфта заполняется консистентной смазкой. Насосы малой мощности соединяются с электродвигателем упруго-пальцевой муфтой.

Сетевые насосы поставляются на индивидуальных фундаментных плитах. Для уменьшения возможных вертикальных температурных перемещений корпуса лапы его максимально приближены к оси ротора и ими насос опирается на тумбы фундаментной плиты. Лапы корпуса крепятся к фундаментной плите шпильками с дистанционными втулками для обеспечения возможности свободы температурных перемещений лап в опорной плоскости. Для сохранения постоянного горизонтального положения оси насоса в корпусе предусмотрены две продольные шпонки. Направляющие шпонок крепятся к тумбам фундаментной плиты.

Вместе с насосом поставляется комплект вспомогательных трубопроводов, объединенных в коллекторы и предназначенных:

а) для подвода и отвода охлаждающей воды к подшипникам и концевым уплотнениям;

б) для работы маслосистемы, если такая предусмотрена.

Вспомогательные трубопроводы подсоединяются к насосу с помощью легкосъемных штуцерных соединений. На подводе воды к подшипникам и концевым уплотнениям устанавливаются дроссельные шайбы, с помощью которых регулируется количество подводимой воды.а выходе из охлаждающих контуров установлены краны или вентили, которыми регулируется количество воды, циркулирующее по контуру. Эти краны и вентили предназначены также для продувки при засорении каналов охлаждающего контура. Контроль за системой охлаждения осуществляется путем наблюдения за стоком охлаждающей воды в воронки свободного слива и измерением ее температуры.

Для установки манометров к корпусу насоса крепится специальный кронштейн.

Исходные данные

- назначение насоса - сетевой;

подача насоса Q= 450 м³/ч;

напор насоса H=120 м;

частота вращения вала насоса n=3000 мин^-1;

температура перекачиваемой среды t = 120 ºC;

- число ступеней насоса ;

ускорение свободного g=9,81 м/с²;

плотность воды при данных условиях ρ=922,77, кг/м³;

число параллельных потоков в насосе .

1. Подача рабочего колеса , м³/с

,

.

2. Напор рабочего колеса (РК) , м

,

.

3. Коэффициент быстроходности насоса

,

.

4. Угловая скорость , рад/с

,

.

5. Приведенный диаметр РК , м

,

.

6. Гидравлический КПД насоса

,

.

7. Теоретический напор насоса , м

,

.

8. Объемный КПД насоса

,

.

,

.

10. Механический КПД, учитывающий дисковое трение

,

.

сетевой насос колесо быстроходность

11. Механический КПД, учитывающий потери на трение в подшипниках и сальниках

.

12. Общий КПД насоса

,

.

13. Мощность насоса , кВт

,

.

с учетом перегрузки

,

.

14. Допустимая скорость жидкости во входном сечении РК в первом приближении , м/с

,

.

15. Ориентировочно диаметр вала , мм, определяют расчетом на кручение, принимая допускаемое напряжение кгс/см²

для насосов с проходным валом

,

.

16. Диаметр втулки РК , мм

,

.

17. Диаметр входа жидкости в РК , м

,

.

диаметр входа жидкости на рабочие лопатки , м

,

.

18. Окружная скорость на входе в РК , м/с

,

.

19. Окончательная скорость , м/с

,

.

20. Коэффициент стеснения потока на входе в колесо

.

21. Меридианная составляющая на входном радиусе , м/с

,

где ,

.

22. Угол безударного входа на лопасть , град.

,

,

.

23. Входной угол лопасти , град.

,

где i = 8 - угол атаки, град.

.

24. Ширина канала на входе , м

,

.

25. Коэффициент окружной скорости на выходе из РК

.

26. Окружная скорость на наружном диаметре РК в первом приближении , м/с

,

.

27. Наружный диаметр РК , м, в первом приближении

,

.

28. Коэффициент стеснения потока на выходе из РК

.

29. Меридианная составляющая абсолютной скорости , м/с, на выходе из РК

,

.

30. Угол выхода лопатки , град.

,

где отношение относительных скоростей ,

.

31. Число рабочих лопаток , шт.

.

радиус средней точки входной кромки лопасти , м

,

.

радиус наружной окружности колеса , м

,

,

.

Принимаем .

32. Технологический коэффициент

,

.

33. Корректив , учитывающий конечное число лопаток

,

.

34. Теоретический напор при бесконечном числе лопаток , м

,

.

35. Окружная скорость на выходе из РК, , м/с

,

где ,

.

.

36. Диаметр выхода РК , м, во втором приближении

,

.

37. Ширина канала на выходе , м

,

.

38. Коэффициент стеснения на выходе (проверка)

,

где  - толщина лопатки, мм

,

,

.

39. Коэффициент стеснения на входе жидкости в РК

,

,

.

40. Уточняем относительные скорости  и , м/с

,

,

,

.

Сравниваем

.

41. Расчет протечек через переднее уплотнение РК , м³/с

.

Изменение напора в зазоре, м

,

где - радиус колеса в месте уплотнения, м

,

,

.

Коэффициент расхода  для простого щелевого уплотнения

,

где - коэффициент трения; - длина щели, м, .

Радиальный зазор , мм, принимаем .

.

.

Проверка объемного КПД

,

.

.

)        Абсолютная скорость на входе  и выходе , м/с

,

,

,

.

)        Угол входа  и выхода  потока на рабочем колесе, град.

,

,

,

.

а)

б)

Рисунок 4 - Треугольники скоростей (масштаб 1 м/с = 2 см):

а - на входе рабочего колеса; б - на выходе рабочего колеса

Таблица 1 - Значения параметров треугольников скоростей

3)  Окружная составляющая абсолютной скорости, м/с

,

,

,

.

)        Относительная скорость входа , м/с

,

.

43. Строим меридианное сечение РК в следующей последовательности:

1)  Количество радиусов меридианного сечения РК

.

)        Приращение радиуса , м

,

.

3)      i-ый радиус колеса , м

.

4)      i-ая скорость , м/с

.

5)      i-ая ширина канала из уравнения неразрывности , м

.

Сводим полученные результаты в таблицу 2.

Таблица 2 - Значения параметров для построения меридианного сечения рабочего колеса

На принятой средней линии отмечаем точки, соответствующие .

Приняв эти точки за центры, описываем ряд окружностей диаметром, равным . Боковые стенки канала в меридианном сечении получаются как огибающие этих окружностей.

На рисунке 5 показана ¼ часть сечения рабочего колеса и график изменения .

Рисунок 5 - Меридианное сечение рабочего колеса и график изменения  (масштаб 1:1, 1 м/с = 1 см)

44. По найденным углам входа  и выхода  строим среднюю линию сечения лопасти одной дугой окружности

º,

º,

Сумма углов  и , град.

.

Рисунок 6 - Средняя линия сечения лопасти (масштаб 1:1)

45. Расчет рабочего колеса на кавитацию

Опытный коэффициент .

Опытный коэффициент .

Критический кавитационный запас , м

,

.

46. Кавитационный коэффициент быстроходности

,

.

Допустимый кавитационный запас , м

,

где  - коэффициент запаса.

.

Выводы

В данной работе, в результате расчетов, мы спроектировали сетевой насос, имеющий следующие технические характеристики и параметры:

подача насоса Q, м³/с

.

напор насоса H, м

.

частота вращения вала насоса n, об/мин

.

температура перекачиваемой воды t, ºC

.

число параллельных потоков в насосе ;

число ступеней насоса ;

допустимый кавитационный запас , м

.

мощность насоса , кВт

.

общий КПД насоса , %

.

наружный диаметр РК , м

.

диаметр входа жидкости в РК , м

.

диаметр входа жидкости на рабочие лопатки , м

.

число рабочих лопаток РК , шт.

.

Величина кавитационного запаса, обеспечивающая работу насоса без изменения основных его параметров, называется допустимым кавитационным запасом.

Результаты расчетов показали, что мы спроектировали насос с удовлетворительными кавитационными свойствами, которые соответствуют типу насоса, частоте вращения, напору и подаче создаваемым насосом.

Для аналогичного насоса, заводского исполнения, величина допустимого кавитационного запаса составляет 5,5 м, следовательно, в нашем случае погрешность составляет 18%. Значит допустимый кавитационный запас, спроектированного насоса, соответствует предъявляемым требованиям к кавитационным свойствам насоса данного типа.

Список использованных источников

1 Будов, В.М. Насосы АЭС: учеб. пособие для вузов. / В.М. Будов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 408 с.

Черкасский, В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов. / В.М. Черкасский. - М.: Энергия, 1977. - 424 с.

Малюшенко, В.В. Энергетические насосы: Справочное пособие / В.В. Малюшенко, А.К. Михайлов. - Энергоиздат, 1981. - 200 с.

РД ГОУВПО «КнАГТУ» 013-2012 «Текстовые студенческие работы. Правила оформления».