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.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

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.

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 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/м² = 196133 Па), среднего напора (от 2 кгс/см² = 196133 Па до 6 кгс/см² = 588399 Па), высокого напора больше 6 кгс/см² = 88399 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)

Рисунок 2.2. Конструктивные типы рабочих колес: 1 - тихоходное колесо, ; 2 - нормальное колесо, ; 3 - быстроходное колесо, ; 4 - диагональное колесо, ; 5 - осевое или пропеллерное колесо, .

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:

. (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 у_кр принимают пониженным: у_кр =120 - 200 кгс/см² (у_кр=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: