Технічна характеристика насоса 4К-6 [5]

Діаметр робочого колеса | мм | 275

Подача Q | м3год | 90

Напір Н | м.в.ст. | 87

Коефіцієнт корисної дії з, не менше | - | 65

Кількість обертів n | хв-1 | 2880

Електродвигун | А2-72-2

2.2 Визначення коефіцієнта швидкохідності

При розрахунку нового насоса необхідно визначити, який з уже провірених насосів може служити моделлю для перерахунку. До розробки насоса його діаметр і потужність невідомі, а, як правило, задані лишень подача, необхідний напір і частота обертання вала насоса. Тому із великої кількості критеріїв подібності в даному випадку придатний тільки коефіцієнт швидкохідності.

Коефіцієнт швидкохідності – параметр, який дозволяє не лише визначити подібні лопатеві насоси, але і розбити їх на характерні групи.

Рисунок 2.1 – Області застосування відцентрових насосів різних типів

Коефіцієнтом швидкохідності колеса насоса називається частота обертання вала такого еталонного колеса, яке геометрично подібно розглядуваному і має однакові з ним гідравлічний і об’ємний к.к.д., але створює напір в 1 м і має подачу 75 л?с.

Безрозмірний коефіцієнт швидкохідності

. (2.1)

Розмірний коефіцієнт швидкохідності

. (2.2)

Таким чином за величиною коефіцієнта швидкохідності ns=81,02 визначаємо, що даний насос належить до відцентрових насосів нормальної швидкохідності (ns=80150) з відношенням діаметра виходу з колеса до діаметра входу в колесо D2/D12 [4].

2.3 Побудова плану швидкостей на вході і виході робочого колеса. Визначення розмірів робочого колеса

Визначаємо кутову швидкість обертання робочого колеса за формулою

с-1. (2.3)

Визначаємо колову швидкість на виході з робочого колеса за формулою

, (2.4)

де і – індекс для робочого колеса на вході «1», на виході – «2».

м?с.

Будуємо план швидкостей на виході робочого колеса в масштабі мv=0,25 м?c•мм. Приймаємо кут нахилу лопаті на виході з колеса в2=35є; кут між векторами С2 і U2, приймаємо б2=60є.

З плану швидкостей (КР.НО-02.00.00.000 ГР) визначаємо вектор абсолютної швидкості С2=l?мv=84•0,25=21 м?с.

Проекція вектора абсолютної швидкості на колову швидкість

С2U=С2?cos б2=21·cos 60є=10,5 м?с, (2.5)

З трикутника швидкостей по куту б2 визначаємо радіальну швидкість С2r

С2r=С2?sinб2=21•sin 60є=18,19 м?с, (2.6)

Об’ємний к.к.д. за формулою

, (2.7)

де а – коефіцієнт, що залежить від співвідношень між основними розмірами робочого колеса на вході; а0,68 [3];

Приведений діаметр на вході робочого колеса

D1п4,25•=0,094 м, (2.8)

де Q = 90 м3?год=0,025 м3?с – необхідна подача насоса.

Гідравлічний к.к.д. насоса знаходимо за формулою

. (2.9)

Приймаємо механічний к.к.д. зм=0,93. Тоді повний к.к.д. насоса буде рівний

з = зо• зг• зм = 0,964•0,935•0,93 = 0,838. (2.10)

Потужність на валу насоса

Nв= кВт. (2.11)

Крутний момент на валу насоса

М===72,5 кН•м. (2.12)

Діаметр привідного вала насоса

dв= мм, (2.13)

де [фк] – допустимі напруження кручення; [фк] =15 МПа [3].

Округлюємо до найближчого значення з стандартного ряду dв=30 мм.

Приймаємо діаметр ступиці колеса

dст = (1,62,0)•dв = (1,62,0)•30 =4860 мм; приймаємо dст =56 мм.

Діаметр входу на робочі лопатки за формулою

D1 = м; приймаємо D1 =120 мм.

Довжина ступиці конструктивно

lст = 1,5•dст = 1,5•56 = 84 мм.

Визначаємо колову швидкість на вході в робоче колесо за формулою

м?с. (2.14)

Визначаємо швидкість входу в робоче колесо

С1 = м?с. (2.15)

З вхідного паралелограма, припускаючи, що С1=С1r, отримаємо

tg в1 = 0,6788; в1 34є. (2.16)

Прийнявши кут атаки г=6є, отримаємо кут лопатки на вході в1р=в1+г=34+6=

=40є.

При коефіцієнті звуження міжлопаткового каналу =0,9 визначимо ширину лопатки на вході

b1 = мм. (2.17)

Відношення діаметрів входу і виходу D2?D1 = 275?120 = 2,3, що знаходиться в допустимих межах для насосів нормальної швидкохідності. Ширина лопатки на виході

b2 b1•(D1?D2)=0,034•(0,12/0,275)=0,017 м. (2.18)

Кількість лопаток робочого колеса

z=6,5. (2.19)

Приймаємо остаточно кількість лопаток z=11.

Товщину лопаток з конструктивних міркувань приймаємо не менше 4 мм.

2.4 Визначення допустимої висоти всмоктування

При роботі відцентрових насосів може виникнути явище кавітації. Кавітація як правило починається при падінні тиску на всмоктуючій стороні насоса до значення, рівного або меншого тиску насичених парів перекачуваної рідини при заданій температурі. Вона супроводжується порушенням суцільності потоку з утворенням об’ємів, наповнених паром і виділеними з рідини газами. Внаслідок кавітації різко падає КПД насоса, знижується його подача і напір, крім цього з’являється сильна вібрація і поштовхи, що супроводжуються шумом.

Для запобігання кавітації насос необхідно встановити таким чином, що тиск рідини в ньому був більшим тиску насищення парів рідини при заданій температурі. Це забезпечується обмеженням висоти всмоктування насоса.

За таблицями насичення водяного пару знаходимо тиск насичення при Т=30єС [4]

Рнп=4214 Па.

Відповідно кавітаційний запас

hкав=м, (2.20)

де Р0 – барометричний тиск, Па; Р0=100000 Па;

Критична висота всмоктування насоса

5,25 м, (2.21)

де n – частота обертання вала насоса; n=2880 хв-1;

С – кавітаційний коефіцієнт швидкохідності (в практику розрахунків введений С.С.Руднєвим). Для заданих умов експлуатації С=1100 [4].

Допустима висота всмоктування

5,25-0,25•(10,17-5,25)=3,93 м. (2.22)

Швидкість у всмоктуючому трубопроводі

Vвс=м?с. (2.23)

Допустима геометрична висота розміщення насоса

=3,36 м, (2.24)

де Уhвс – втрати напору в всмоткуючій частині насоса; приймемо Уhвс=0,25 м;

D2 – діаметр робочого колеса насоса; D2 = 275 мм.

Отже, допустима геометрична висота розташування насоса над рівнем всмоктуючої рідини становить 3,36 метра.

2.5 Перерахунок характеристики насоса при збільшенні частоти обертання вала

Визначимо частоту обертання вала насоса при її збільшенні на Д=10%

n2 = n1•=2880•(1+0,1)=3168хв-1. (2.25)

Подача насоса при новій частоті обертання вала насоса

=99 м3?год. (2.26)

Напір насоса при новій частоті обертання

=105,3 м. (2.27)

Визначаємо на скільки змінився напір при зміні частоти обертання вала

ДН==21%.

Як бачимо подача зросте пропорційно до швидкості, напір зросте в квадраті, відповідно потужність – в кубі.

3 спеціальна частина

3.1 Аналіз роботи і конструктивні різновиди робочого колеса, підводу і відводу

Розглянемо умови роботи і конструктивні різновиди робочого колеса, підводу і відводу.

Проточна