Расширение области использования центробежных насосов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Одесская государственная академия

Строительства и архитектуры

Институт инженерно-экологических систем

Кафедра водоотведения и гидравлики

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Гидравлические и аэродинамические машины»

Тема:

Расширение области применения центробежных насосов



ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Расчетный расход и напор, Q = 390л/с Н = 80м.

Необходимо выполнить:

1. По расчетному расходу и напору подобрать центробежный насос типа "Д".

2. Определить коэффициент быстроходности насоса.

3. По формулам подобия построить кривую подобия.

4. Определить процент обточки рабочего колеса.

5. Построить напорную характеристику Н = f(Q) (кривая Q-H) насоса с обточенным колесом.

6. Изменив частоту вращения колеса определить его параметры и построить две характеристики на другой частоте вращения - это характеристика - Н = f(Q) и N = f(Q)



ВВЕДЕНИЕ

В реальных условиях при проектировании насосных станций не всегда можно точно подобрать по необходимым параметрам именно тот насос, который есть в каталоге насосов. Графическая зависимость основных технических показателей (напора, мощности, КПД, допустимой высоты всасывания) от подачи - Q при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса, вязкости и плотности жидкости на входе в насос называется характеристикой насоса.

Чтобы расширить область применения насосов прибегают к регулированию. Регулируют подачу и напор по-разному: кто-то задвижку прикрывает на НТ, а кто-то покупает насос с многочастотным двигателем, который очень эффективен, но в тоже время и дорогой. А наши возможности не всегда совпадают с желаниями. Поэтому прибегают к обточке рабочего колеса или меняют частоту вращения вала насоса.

Расширение области применения центробежного горизонтального насоса типа «Д»

Насосы подбирают по максимальному расходу - Q и полному напору - H (используя сводный график полей Q - H центробежных насосов.

Следует выбирать не менее двух вариантов оборудования. На основании технико-экономического сравнения вариантов оборудования принимают насос с наилучшими характеристиками:

- хорошая всасывающая способность,

- высокий КПД,

- меньшие габариты,

- серийное производство и т.д.).

Различают различные по форме напорные характеристики насоса:

Пологие, крутые, средние и неустойчивые - все они напорные Н = f(Q), - (кривая Q-H)

и энергетические характеристики насоса (мощности и КПД) - N = f(Q) и = f(Q) - (кривые Q-N и Q-).

Характеристики центробежного насоса.

Характеристикой насоса называется график, устанавливающий связь между отдельными его параметрами.

На рабочих характеристиках показаны зависимости напора (Н), мощности (N), коэффициента полезного действия (), и допустимой вакуумметрической высоты всасывания () от подачи насоса (Q) при постоянных значениях частоты вращения рабочего колеса, вязкости и плотности жидкости на входе в насос. На характеристиках современных насосов вместо допустимой вакуумметрической высоты всасывания наносят кривую допустимого кавитационного запаса - ?h.

Эти характеристики можно получить теоретически из основного уравнения насоса. Однако, при этом необходимо вводить поправки на реальные условия, т.к. на работу насоса влияет большое число факторов, которые трудно, а иногда и невозможно учесть. Поэтому теоретические характеристики неточны и ими практически не пользуются. Истинные характеристики центробежного насоса получают в результате заводских стендовых испытаний. Характеристики бывают: пологие, крутопадающие и с возрастающей ветвью при малых подачах (иначе неустойчивые или лабильные характеристики).



1. Определение обточки рабочего колеса насоса

Применение центробежных насосов можно расширить, если обрезать (обточить) лопасти рабочего колеса. Вследствие обрезки изменяется внешний диаметр колеса, что ведет к уменьшению напора. Обрезать нужно не только лопасти, а и диски рабочих колес, за исключением насосов с турбинным отводом, в которых обтачивают только лопасти. Если обрезают рабочие колеса центробежных насосов, предназначенных для подачи чистых жидкостей, подача изменяется пропорционально первой степени, а напор - второй степени диаметра рабочего колеса. Насосы подбирают по максимально секундному расходу и полному напору по сводному графику полей Q - H насосов.

Но иногда насос с необходимыми параметрами промышленность не производит. Поэтому для установки проектируется более мощный насос. Его характеристики приводятся в каталоге с базовым колесом. Для расширения поля деятельности насоса в практике проектирования и эксплуатации, чтобы избежать непроизводительных затрат энергии, часто используют обточки лопастей рабочего колеса насоса, снижающие наружный диаметр колеса D2, или изменяют частоту вращения вала насоса.

Подачу и напор Нобт насоса с рабочим колесом, которое обточенные, диаметра Dобт, можно определить с уравнений закона подобия, если известны подача Q и напор Н насоса с номинальным (базовым,) колесом диаметром D - 540 мм. В этом случае частота вращения n = const = 1450 об/мин

Насосы подбирают по максимальному расходу и полному напору (используя сводный график полей Q - H центробежных насосов.

Следует выбирать не менее двух вариантов оборудования.

На основании технико-экономического сравнения вариантов оборудования принимают насос с наилучшими характеристиками: (хорошая всасывающая способность, высокий КПД, меньшие габариты, серийное производство и т.д.).

При выборе насосов следует руководствоваться следующими соображениями:

1. Подача насосов должна обеспечивать максимальный расход. Необходимо устанавливать как можно меньше рабочих насосов.

2. Насосы должны работать в области наивысших КПД при длительной подаче.

3. Целесообразно на НС устанавливать однотипные насосы, что обеспечивает взаимозаменяемость насосов и упрощает их эксплуатацию.

4. Необходимо устанавливать как можно меньше рабочих насосов.

5. Число резервных насосов принимается в соответствии с категорией надежности насосной станции.

6. Насосы должны обладать хорошей всасывающей способностью.

Однако из-за ограниченности номенклатуры отечественного оборудования не всегда можно точно подобрать насос. Реализуя курс на ресурсосбережение, необходимо подбирать насос в зоне наивысших КПД. Поэтому чтобы подобрать насос правильно, необходимо обточить рабочее колесо либо изменить частоту вращения вала рабочего колеса. Тогда насос будет работать в экономичном режиме. Рассмотрим первый способ - это обточка рабочего колеса.

По каталогу на заданные параметры Q = 390 л/с и Н = 80 подбираем насос Д1600-90 с базовым колесом 540 мм

Область применения центробежных насосов можно значительно расширить путем обточки рабочего колеса по наружному диаметру.

При уменьшении диаметра рабочего колеса КПД и подача насоса изменяются незначительно, а напор и мощность существенно уменьшаются.

Пределы обточки зависят от коэффициента быстроходности:

при ns % обточки

60-120 15-20%

120-200 11-15%

200-300 7-11 %

2. Порядок определения диаметра обточки рабочего колеса Д об. кол.

1. На характеристику насоса Н = f(Q) наносят точку А с координатами Н = На = 80 м и Q = Qа = 390 л/с. По формуле определяют коэффициент быстроходности;

2. Через точку А проводят параболу, называемую кривой соответствия,

Н = aQ2

где а = На/Qа2, которая проходит через точку А;

3. Находят точку Е пересечения кривой соответствия с характеристикой Н = f(Q) при нормальном диаметре рабочего колеса. Этой точке соответствуют координаты Qе и Не.

4. Из соотношения определяют диаметр обточенного рабочего колеса при nS 150. Формулы для пересчета характеристик при обточенном колесе:

Для ns ? 150 Для ns >150

Qоб / Q = Dоб / D; Qоб / Q = (Dоб / D)2;

Н об / Н =(Dоб / D)2; Н об / Н =(Dоб / D)2;

D об =v D2 ·Qоб / Q = vD2 ·Q А / QЕ *;

Обточка колеса составляет

[(D - Dоб) / D] ·100 = %

Исходные данные для проектирования:

Задача 1

Расчетный расход: Qа = 390 л/с

Напор На = 80 Насос Д1600-90

Необходимо выполнить:

1. По расчетному расходу и напору подобрать центробежный насос

2. Определить коэффициент быстроходности насоса.

3. По формулам подобия построить кривую подобия.

4. Определить процент обточки рабочего колеса.

5. Построить напорную характеристику Q-H насоса с обточенным колесом.

1. Подбор насоса

Рабочие зоны каждого типоразмера насосов, выпускаемых отечественной промышленностью, представлены на этих графиках в виде криволинейных параллелограммов. Верхняя линия каждого поля - характеристика с базовым колесом, а нижняя с наименьшим нижним заводским диаметром обточки рабочего колеса. Определив марку насоса, более подробные сведения о нем и его характеристиках отыскиваем в приложении МУ. По каталогу насоса по сводному графику полей Q-H подбираем насос типа Д1600-90 Рабочая точка «А» лежит вне рекомендуемых полей. Строим рабочую характеристику насоса на миллиметровке. На поле наносим рабочую точку «А», соответствующую параметрам Qн = 390 л/с Нн = 80 м.

Напор подобранного насоса должен быть равен при расчетном расходе Qа = 390 л/с Нна = 80м. или превосходить его не более, чем на 10%. Если это условие не выполняется, прибегаем к обточке колеса.

Допустимая величина обточки рабочего колеса насоса и формулы для пересчета рабочих характеристик зависят от коэффициента быстроходности насоса, который определяем по формуле

2. Определение коэффициента быстроходности

Входящий в обозначение насоса оптимальный часосвой Qопт = 1600м3/ч расход пересчитываем в секундный и половину его подставляем в формулу. Напор Нопт принимаем по марке насоса равным 90м. частота п=1450об/мин

ns = 3,65·1450 v1600: 3600:(90)3/4 = 85

Т.к. ns < 150 значит, пользуемся формулой (1)

Qоб / Q = (Dоб / D); Н об / Н = (Dоб / D)2;

D об =v D ·Qоб / Q = D ·Q А / QЕ;

обточка колесо центробежный насос

Диаметр базового колеса составляет 540мм.

3. Построение кривой подобия

Строим рабочую характеристику насоса на миллиметровке или на рабочей характеристики. На поле наносим рабочую точку «А», соответствующую параметрам Qа = 390 л/с На =80 м.

Диаметр обточки можно определить путем построения кривой соответствия, проходящей через точку «А»: а = На/Qа2 = 80: (390)2 = 0,00053.

Чтобы построить кривую соответствия, необходимо задаться расходом и вычислить напор по формуле: На = 0,00053· Qа2 и по полученным точкам строим кривую соответствия от т. А до пересечения с характеристикой насоса.

Таблица 1

Qа	222	280	390	450
На	26	42	80	107

Qе=425 л/с

Не= 94 м

Находим т. Е, пересечения кривой соответствия с характеристикой Н = f (Q). Координаты точки «Е» равны:

Расчетные данные равны:

Qа = 390 л/с

На = 70 м

Т.к. Дбаз = 540 мм, а обточенное колесо имеет Д:

D об = D·Qоб / Q = D ·Q А / QЕ = 540·390/425 = 495мм;

D об = 495 мм

4. Определение процента обточки рабочего колеса

Обточка колеса составляет

[(D - Dоб) / D] ·100% = (540 - 495): 540 ·100% = 8,3%

Процент обточки составляет 8,3%, что меньше допустимого, т.е 15%

5. Построение напорной характеристики насоса с обточенным колесом

На базовой характеристики произвольно принимаем несколько точек и по формулам пересчета пересчитываем характеристики для обточенного рабочего колеса:

Qоб = Q баз (Dобт/ Dбаз);

Нобт = Нбаз(Dобт/ Dбаз)2;

Dобт/ Dбаз = 495/540=0,917

(Dобт/ Dбаз)2 = 0,84

Зобт = 1-(1- збаз) (Dобт/ Dбаз)2

Таблица 2

Пересчет характеристики насоса при обточке рабочего колеса

Dбаз = 540мм	Dобт= 495мм
Q баз	Нбаз	збаз	Q обт	Нобт	зобт
0	109	0	0	92	0
115	108	45	105	90,7	44
225	105	70	206	88	69
335	100	85	307	84	84
445	90	87	408	76	86
500	82	80	458	69	79

По данным таблицы 1 и 2 строим

а) Кривую подобия

б) характеристику насоса Д1600-90с обточенным колесом на рабочей характеристике насоса

КПД центробежного насоса при обточке рабочего колеса можно рассчитать по формуле Муди:

зобт = 1 - (1 - з) (D / Dобт) 0,25 (5)

Практически установлено, что при обрезке колеса, не превышает пределов допустимых конструкцией насоса, КПД меняется незначительно. Приблизительно можно считать, что при обточке рабочего колеса в пределах допустимой величины, КПД насоса уменьшается на 1% на каждые 4% обточки при ns = 200-300.

Обтачивание рабочих колес диагональных (полуосевых) и осевых насосов не рекомендуется.

Пример 2

Влияние частоты вращения рабочего колеса на характеристики центробежного насоса.

В условиях производства часто возникает потребность в определении характеристик насосов при частотах вращения, отличающихся от номинальной (в техническом паспорте насоса приводятся характеристики для номинальной частоты вращения). Для расчетов в таких случаях пользуются формулами пересчета. В этом случае D = const и формулы пересчета приобретают вид:



Задача 2

По паспортным характеристикам для скорости вращения вала насоса п = 1450 об / мин. необходимо построить соответствующие характеристики для скорости вращения 980 об / мин и 1250 об/мин.

Решение задачи:

а) Построение характеристики (Q - Н):

на паспортной характеристике Q - Н задаемся рядом произвольных точек 1, 2, 3, 4 с координатами Q1 = 600, 1000, 1600, 1800. и Н = 107м; 104, 90, 81

По формулам закона пропорциональности вычисляем соответствующие координаты этих точек при скорости вращения 980 об / мин.

; ;

Выводим, подставляя значения

Таблица с параметрами насоса с частотой п = 1450 об/мин

Q	600	1000	1600	1800
H	107	104	90	81
N	300	365	460	490



Таблица с параметрами с частотой п = 980 об/мин

Q	405	676	1081	1217
H	49	47,5	41	37
N	93	113	142	151

Таблица с параметрами с частотой п=1250об/мин

Q	517	862	1380	1552
H	79	77	67	60
N	192	234	294	314

На листе миллиметровки или паспортной характеристики строим характеристики насоса Н = f(Q) и N= f(Q



ВЫВОДЫ:

1. В примере 1 обточка рабочего колеса вошла в область допустимой и напорная характеристика с До = 747 мм выше граничащей кривой

2. Пример 2 показал, что изменять частоту вращения невозможно до бесконечности. Поэтому изменение частоты вращения с 1450 об/мин до 1250 об/мин стало равнозначным обточке колеса на 12,2%)

Размещено на Allbest.ru

...