Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт природных ресурсов

Направление подготовки (специальность) Нефтегазовое дело

Кафедра Транспорта и хранения нефти и газа

Курсовая работа

по дисциплине Гидромашины и гидропневмопривод

на тему «Расчет и подбор центробежного насоса»



СОДЕРЖАНИЕ

• 1. Исходные данные (вариант № 9)
• 2. Методика расчета рабочих колес центробежных насосов
• 3. Методика расчета спиральных отводов центробежных насосов
• 4. Подбор насоса в соответствии с исходными данными по каталогам
• 5. Пересчет характеристик насосов на другие условия работы
• Список литературы


1. Исходные данные (вариант № 9)

Q м3/час	Н м	n об/мин	рабочая среда 1	с1 кг/м3	рабочая среда 2	с2 кг/м3	Примечание
100	80	3000	вода(+20°)	1000	бензин	745	К 100-65-250[4]



2. Методика расчета рабочих колес центробежных насосов[1]

2.1 Коэффициент быстроходности

, (2.1)

где Q- в м³/сек; Н - в м; n - об/мин.

2.2 Расчетная производительность насоса с учетом объемных потерь через концевые уплотнения

, (2.3)

где - объемный КПД (коэффициент подачи); обычно значение .

2.3 Приведенный входной диаметр рабочего колеса

(2.4)



где К_вх - коэффициент входа; - в м³/сек; n - об/мин,

- для первых ступеней К_вх = 4,1-4,5

Приведенный входной диаметр промежуточных ступеней:

2.4 Гидравлический КПД

, (2.5)

2.5 Полезная мощность насоса, Вт

(2.6)

2.6 Потребляемая мощность, Вт

(2.7)

где - полный КПД насоса.

, (2.8)

где _мех = 0,8-0,98 - механический КПД.

2.7 Диаметр вала

- для консольных насосов

, (2.9)

где N - в кВт; n - в об/мин; d_в - в мм.

2.8. Диаметр втулки выбирают из конструктивных соображений

. (2.11)

2.9. Диаметр входного отверстия рабочего колеса, м

(2.12)



2.10 Диаметр рабочего колеса предварительно, м

- для n_S?100; (2.13)

2.11 Ширина рабочего колеса на выходе предварительно, м

- для n_S ? 100; (2.15)

2.12 Скорость жидкости на входе в рабочее колесо, м/с

. (2.17)

2.13 Диаметр входа на лопатки рабочего колеса, м

(2.18)



2.14 Расходная составляющая абсолютной скорости жидкости при входе на лопатки рабочего колеса, м/с

(2.19)

где ₁ - коэффициент загромождения потока лопатками на входе в рабочее колесо, задается ₁ = 0,83 - 0,87.

2.15 Окружная скорость рабочего колеса на диаметре D₁ , м/с

(2.20)

2.16 Угол потока при входе на лопатки рабочего колеса, град

(2.21)

2.17 Угол установки лопаток на входе в рабочее колесо, град

, (2.22)

где i₁ - угол атаки, задаваемый в пределах i₁ = 5 - 10.

2.18 Окружная скорость рабочего колеса на выходе, м/с

(2.23)

2.19 Угол установки лопаток на выходе из рабочего колеса ориентировочно определяется по формуле

, (2.24)

где W₁/W₂ = 1,3 - 1,6 - для n_S ? 100;

коэффициенты загромождения ₁ ? ₂ = 0,83 - 0,87;

отношение С_r2/C_r1= 0,8 - 1,1.

Углом в_л2 можно также задаться по следующим рекомендациям [1]

Таблица 2.1

nS	40	100	200	300
вл2, град	30-36	25-30	20-22	15-20



2.20 Число лопаток рабочего колеса

, (2.25)

где К = 6,5 - для литых рабочих колес.

2.21 Коэффициент загромождения потока лопатками на выходе из рабочего колеса центробежный насос угол спиральный

, (2.26)

где ₂ - толщина лопаток рабочего колеса:

- для литых рабочих колес ₂= (0,015-0,018)D₂;

-

2.22 Расходная составляющая абсолютной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса, м/с

. (2.27)



2.23 Теоретический напор рабочего колеса, м

(2.28)

2.24 Теоретический напор рабочего колеса при бесконечном числе лопаток, м

(2.29)

где - коэффициент уменьшения теоретического напора, определяемый по формуле К. Пфлейдерера

, (2.30)

м



2.25 Уточненное значение окружной скорости рабочего колеса при отсутствии закрутки потока при входе на лопатки (С_u1 = 0) , м/с

. (2.31)

Если полученное значение U₂ отличается от ранее полученного по формуле (2.23) более чем на 1%, следует произвести перерасчет, задавшись другими значениями углов в_л2, количеством лопаток z_л .

2.26 Окружная составляющая абсолютной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса, м/с

(2.32)

2.27 Угол выхода потока из рабочего колеса в абсолютном движении

. (2.33)



2.28 Безразмерные коэффициенты

2.28.1 Коэффициент полезного напора

, (2.34)

ориентировочные значения _п приведены в табл. 2.2 в зависимости от коэффициента быстроходности.

Таблица 2.2

nS	до 40	40-60	60-100	100-200	150-350	400-600	600-1000	1000-2000
п	1,0-1,2	1,0-1,1	0,9-1,0	0,6-0,9	0,6-0,7	0,4-0,6	0,2-0,4	0,06-0,16

2.28.2 Коэффициент производительности

. (2.35)

2.29 Расчет профиля лопаток в радиальной плоскости

- радиус средней линии лопатки

; (2.36)

- радиус центров окружностей лопаток

. (2.37)

2.30 Построение эскиза рабочего колеса насоса

По выполненным расчетам основных размеров рабочего колеса построить его эскиз в масштабе в соответствие с рис. 2.1.

Рис. 2.1. Основные размеры рабочего колеса



3. Методика расчета спиральных отводов центробежных насосов

Спиральный отвод (улитка) предназначен для сбора жидкости, выходящей из колеса и направления ее в нагнетательный патрубок. В спиральном отводе, кроме того, происходит частичное преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную.

Спиральный отвод состоит из спиральной камеры и диффузорного патрубка.

Наиболее часто в конструкциях насосов применяют спиральные отводы с трапециевидным поперечным сечением.

Расчет улитки трапециевидного поперечного сечения с постоянным внутренним диаметром и увеличивающимся наружным диаметром ведется по закону постоянной циркуляции (рис. 3.1).

3.1 Внутренний диаметр улитки при расположении ее за рабочим колесом обычно принимают

. (3.1)

Для улучшения виброакустических показателей насоса зазор между рабочим колесом и «языком» улитки еще более увеличивают

- - для ;

-

однако, увеличение зазора приводит к дополнительным потерям вследствие циркуляции присоединенной массы жидкости.



3.2 Ширина улитки на внутреннем диаметре

. (3.2)

3.3 Угол раскрытия боковых стенок улитки на основании конструктивных соображений

=15-50. (3.3)

= 35

Следует иметь в виду, что малые углы раскрытия улитки увеличивают радиальные габариты компрессора.

3.4 Отношение наружного радиуса улитки (R_н=D_н/2) к внутреннему радиусу (R_вн=D_вн/2) вычисляется на основе закона изменения ширины трапециевидного сечения улитки без учета закругления углов наружной стенки

, (3.4)

где - угол разворота поперечного сечения улитки, град; А и В - промежуточные величины.

, (3.5)

. (3.6)

Расчет отношения R_н/R_вн по формуле (3.4) для различных углов разворота поперечного сечения улитки ведется численными методами, либо строится график .

В объеме курсовой работы для выполнения эскиза продольного разреза насоса достаточно рассчитать отношение R_н/R_вн для углов разворота = 22,5; 90; 180; 270; 360.

3.5 Наружный радиус улитки

. (3.7)

	22,5°	90°	180°	270°	360°
Rн/Rвн	1,07	1,22	1,37	1,49	1,61
Rн	0,15	0,17	0,19	0,21	0,22



3.6 Радиус закругления углов наружной стенки улитки рассчитывается по формуле

, (3.8)

При = 22,5

3.7 Площадь выходного сечения улитки, м²:

, (3.9)

где коэффициентом 0,98 учтено уменьшение площади сечения из-за наличия радиусов закругления r₀ ;R_н в формуле (3.9) для = 360.

3.8 Скорость жидкости в конечном сечении (на выходе из спирального отвода), м/с

. (3.10)

Если скорость на выходе из спирального отвода превышает максимально допустимую (обычно для жидкостей не более 2 м/с), тогда выполняют расчет длины и диаметра выходного сечения диффузорного нагнетательного патрубка, задавшись скоростью в конечном сечении С_к.

3.9 Диаметр нагнетательного патрубка, м

. (3.11)

3.10 Площадь сечения нагнетательного патрубка, м²

.

3.11 Угол раскрытия эквивалентного диффузора задается на основании опытных рекомендаций

_н.п = 6 - 12° .

_н.п = 9°



3.12 Длина нагнетательного патрубка, м

.

3.13 Построение эскиза спирального отвода (улитки)

По выполненным расчетам основных размеров спирального отвода построить его эскиз в масштабе в соответствие с рис. 3.1.

Рис. 3.1. Улитка с трапециевидным поперечным сечением



4. Подбор насоса в соответствии с исходными данными по каталогам[2]

В соответствии с исходными данными по напору Н и производительности Qпо каталогу [3] подобран насос.

Данные по насосу К100-65-250 (4К-6)[3]

Наимено-вание	Подача, Q м3/ч	Полный напор, Н м	Число оборотов nв мин	Мощность N на валу насоса кВт	Мощность Nэлектродв., кВт	КПД, %	Диаметр раб колеса D мм
К100-65-250	100	80	3000	30,3	37	72	264

Построены характеристики ,, для номинального (заданного) числа оборотов.

Характеристика насосов К100-65-250 [3]



5. Пересчет характеристик насосов на другие условия работы

5.1 Пересчет на другие числа оборотов

Для новых оборотовn, составляющих 110% и 80% от номинальных nпостроить форму характеристик насоса ,, . Пересчет производится по формулам

, (5.1)

, (5.2)

. (5.3)

Об/мин	Q, м3/ч	H, м	Кпд, %	N, кВт
N=3000	0,00	86,00	0,00	18,50
	20,00	89,00	20,00	21,00
	40,00	90,00	38,00	24,00
	60,00	88,00	50,00	27,00
	80,00	85,00	60,00	29,50
	100,00	80,00	66,00	32,50
	120,00	72,50	65,00	35,50
1,1n=3300	0,00	104,1	0,00	24,62
	22,00	107,7	22,70	27,95
	44,00	108,9	40,17	31,94
	66,00	106,5	52,37	35,94
	88,00	102,9	61,73	39,26
	110,00	96,8	65,92	43,26
	132,00	87,7	65,63	47,25
0,8n=2400	0,00	141,04	0,00	9,47
	16,00	145,96	22,70	10,75
	32,00	147,60	40,17	12,29
	48,00	144,32	52,37	13,82
	64,00	139,40	61,73	15,10
	80,00	131,20	65,92	16,64
	96,00	118,90	65,63	18,18

5.2 Пересчет на другой диаметр рабочего колеса

Для новых диаметров рабочего колеса D₂, составляющих 90% и 75% от номинального D₂ построить форму характеристик насоса ,, при числе номинальном числе оборотов n. Пересчет производится по формулам

, (5.4)

, (5.5)

. (5.6)

мм	Q, м3/ч	H, м	Кпд, %	N, кВт
D2=264	0,00	86,00	0,00	18,50
	20,00	89,00	20,00	21,00
	40,00	90,00	38,00	24,00
	60,00	88,00	50,00	27,00
	80,00	85,00	60,00	29,50
	100,00	80,00	66,00	32,50
	120,00	72,50	65,00	35,50
0,9D2=237,6	0,00	69,66	0,00	13,49
	18,00	72,09	22,70	15,31
	36,00	72,90	40,17	17,50
	54,00	71,28	52,37	19,68
	72,00	68,85	61,73	21,51
	90,00	64,80	65,92	23,69
	108,00	58,73	65,63	25,88
0,75D2=198	0,00	48,38	0,00	7,80
	15,00	50,06	22,70	8,86
	30,00	50,63	40,17	10,13
	45,00	49,50	52,37	11,39
	60,00	47,81	61,73	12,45
	75,00	45,00	65,92	13,71
	90,00	40,78	65,63	14,98

5.3 Пересчет на другую жидкость

Построить характеристики насоса при условии работы на другой жидкости - нефти или нефтепродукта с плотностью , кг/м³ и кинематической вязкостью =0,73·10^-2, м²/с.

Переходное число Рейнольдса, выше которого режим автомодельный и вязкость перекачиваемой жидкости не влияет на характеристики

. (5.7)

число Рейнольдса для другой жидкости

Напор насоса, работающего на нефти:

если

, м (5.8)

если

. (5.9)

где Н_в - напор насоса на воде, м.

Производительность насоса на другой жидкости

, м³/с (5.10)

где - производительность насоса на воде, м³/с.

Полный КПД насоса на другой жидкости

, (5.11)

где _в - полный КПД насоса при работе на воде, ,А - эмпирические коэффициенты

, (5.12)



(5.13)

Полезная мощность насоса при работе на другой жидкости

, Вт. (5.14)

Потребляемая мощность насосом при работе на другой жидкости

, Вт (5.15)



5.4 Построены характеристики,,, полученные пересчетом на другое число оборотов, другой диаметр рабочего колеса и на другую жидкость, совместив их на одной координатной сетке с исходными характеристиками. (рис. 5.1, 5.2 и 5.3)

Рис. 5.1Пересчет на другие числа оборотов



Рис. 5.2Пересчет на другой диаметр рабочего колеса

Рис. 5.3Пересчет на другую жидкость

Список литературы

1. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование.- М.: Машиностроение, 1977.- 288 с.

2. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы.- М-Л.: Машиностроение, 1966.- 364 с.

3. Насос К 100-65-250 - Горизонтальные насосы из наличия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://nasos-zavod.ru/

4. Консольные насосы типа К, КМ[Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://shelf-1.ru/konsolnye_nasosy_dlya_

5. Расчёт параметров центробежных насосов[Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://rsnasos.ru/info/ksb-rassch-param-centrobej-nasosov.pdf

6. Пфлейдерер К. Лопастные машины М.: Государственное научно-техническоеиздательство машиностроительной литературы, 1960.

7. Лепешкин А.В., Михайлин А.А., Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод:Учебник. Ч.2. Гидравлическое машины и гидропневмопривод / под ред. А.А.Шейпака. 5-е изд., допи перераб. М.: МГИУ, 2008.

Размещено на Allbest.ru

...