Расчет рабочего колеса центробежного насоса

Размещено на http://allbest.ru

Введение

насос центробежный питательный

Питательные насосы -- обеспечивают подачу питательной воды в котел при высокой температуре и давлении.

Питательные насосы предназначены для подачи химически очищенной питательной воды в котел. По выполняемым функциям в тепловой схеме современной электростанции они относятся к основному энергетическому оборудованию.

К питательным насосам предъявляется ряд специфических требований:

1. Конструкция насоса должна иметь внешнюю и внутреннюю герметичность и допускать температурное расширение при переменной температуре перекачиваемой жидкости.

2. Насос должен быть динамически устойчивым во всем диапазоне рабочих ре жимов.

3. Насосы должны работать надежно и длительно (не менее 10 тыс. ч) без заметного снижения параметров и замены основных деталей и узлов.

4. Для устойчивой работы в системе, особенно при параллельном включении в систему, насосы должны иметь стабильную форму напорной характеристики в интервале подач от 30% До номинальной с крутизной не более 30%.

5. Для предотвращения обратного вращения и недопустимого нагрева воды при малых подачах насосы должны снабжаться обратными клапанами с линией рециркуляции. Питательные насосы играют решающую роль на тепловых электростанциях. Они потребляют порядка от 3 до 5 % вырабатываемой станцией энергии, являясь наибольшими потребителями энергии на электростанции. Помимо высокого КПД, важнейшими параметрами этих насосов являются надежность, срок службы и техническая готовность. За последние десятилетия увеличение мощности блоков электростанций привело к значительному росту мощности питательных насосов. Отдельные этапы в развитии питательных насосов можно охарактеризовать следующим образом:

* в 60-е годы - акцент на исследования динамики ротора и компенсацию осевых сил вследствие увеличения мощности энергоблоков;

* в 70-е годы - исследования, порожденные необходимостью решения проблем кавитационной эрозии, связанной с высокими периферийными скоростями в рабочем колесе первой ступени;

* в 80-е годы - контроль температурных деформаций, связанных с нестационарной работой в режимах пусков и остановов;

* в 90-е годы - внедрение конструкторских решений, облегчающих обслуживание и обеспечивающих максимально возможную надежность работы.

Собранная Северо-американским Советом по Надежности статистика показала, что проблемы с питательными насосами были третьей по величине причиной незапланированных простоев больших тепловых электрических станций. Было подсчитано, что только стоимость недовыработанной электроэнергии из-за простоев, связанных с проблемами питательных насосов, составляет более 400 миллионов долларов ежегодно.

На ТЭС в качестве питательных насосов применяются гидравлические насосы центробежного действия, имеющие весьма высокий коэффициент повышения напора, особенно многоступенчатого исполнения. Механическая энергия подводится в виде вращающегося момента и передается жидкости через лопатки вращающегося рабочего колеса. Действие лопаток на жидкость, заполняющую рабочее колесо, вызывает повышение гидродинамического давления и заставляет жидкость перемещаться в направлении от центра рабочего колеса к периферии, выбрасывая её в спиральный кожух. В дальнейшем движении жидкость поступает в напорный трубопровод. Отсюда следует, что основным рабочим органом центробежного насоса является свободно вращающееся внутри корпуса лпастное колесо.

1.Исходные данные

- Назначение насоса: Питательный

- Подача насоса: Q = 100 м³/ч, Q = 0,0278 м³/с

- Напор насоса: Н = 580 м;

- Частота вращения вала насоса: n = 3000 об/мин;

- Температура перекачиваемой среды: t = 150 С;

- Число параллельных потоков в насосе:

- Число ступеней насоса:

- Плотность среды при заданной температуре: = 958,38 кг/м³;

- Ускорение свободного падения: g = 9.81 м/с²;

2.Расчет рабочего колеса насоса

1) Подача РК Q₁, м³/с,

2) Напор РК Н₁, м,

3) Коэффициент быстроходности насоса

т.к. , то тип насоса является центробежный нормальный.

4) Угловая скорость , рад/с,

5) Приведенный диаметр РК , мм,

6) Гидравлический КПД насоса,

7) Теоретический напор насоса м,

8) Объемный КПД насоса,

9) Теоретическая подача м³/с,



10) Механический КПД, учитывающий дисковое трение,

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

12) Общий КПД насоса,

13) Мощность насоса N, кВт,

Ш С учетом перегрузки

14) Скорость жидкости во входном сечении РК в первом приближении м/с,

15) 

16) Диаметр вала мм,

17) Диаметр втулки РК , мм,

18) Диаметр входа жидкости в РК , м,

19) Окружная скорость на входе в РК м/с,



где, - диаметр входа жидкости на рабочие лопатки; .

20) Окончательная скорость м/с,

21) Коэффициент стеснения потока на входе в колесо принимаем

22) Меридианная составляющая на входном радиусе , м/с,

где, принимаем

23) Угол безударного входа на лопасть, град,

24) Входной угол лопасти, град,



где, i - угол атаки, принимаем i = 6.

25) Ширина канала на входе м,

26) Коэффициент окружной скорости на выходе из РК

Для типовых конструкций центробежного РК принимаем .

27) Окружная скорость на наружном диаметре РК в первом приближении м/с,

28) Наружный диаметр РК м, в первом приближении

29) Коэффициент стеснения потока на выходе из РК

30) Меридианная составляющая абсолютной скорости на выходе из РК принимается в пределах

31) Угол выхода лопатки определяем по зависимости

Где отношение относительных скоростей .

32) Число рабочих лопаток z

где - радиусы соответствующих диаметров

т.к. число лопаток должно быть целым, то округляем z = 7.

33) Технологический коэффициент

34) Корректив Р, учитывающий конечное число лопаток,

35) Теоретический напор при бесконечном число лопаток м,

36) Окружная скорость на выходе из РК м/с,

где .

,

37) Диаметр выхода РК ,м, во втором приближении

38) Ширина канала на выходе м,

39) Коэффициент стеснения на выходе (проверка)

где - толщина лопатки, принимаем = 0,005.

Сравнивая значения и разница с заданной точностью меньше 5%.

40) Коэффициент стеснения на входе жидкости в РК

где - толщина лопатки, принимаем = 0,005.

Сравнивая значения и , они совпадают с заданной точностью.

41) Уточняем

Сравниваем

Получаем, что данное отношение равно с заданной точностью.

42) Расчет протечек через переднее уплотнение РК , м,

Где - коэффициент расхода; - радиус колеса на месте уплотнения, м;

- радиальный зазор в уплотнении, м; - изменение (падение) напора в зазоре, м.

Изменения напора в зазоре , м,



Коэффициент расхода для простого щелевого уплотнения

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

Радиальный зазор = 0,0002 м.

Проверка объёмного КПД

Сравниваем и , получаем, что погрешность КПД 4%, что является допустимым в пределе 5%

43) Построение меридианное сечение РК

Принимаем приращение радиуса



i = 1..10

i	R (i)	C (i)	b (i)
1	58,25	5,154	15,222
2	62,85	5,148	14,125
3	67,45	5,142	13,177
4	72,05	5,136	12,350
5	76,65	5,13	11,622
6	81,25	5,124	10,977
7	85,85	5,118	10,401
8	90,45	5,112	9,884
9	95,05	5,106	9,416
10	99,65	5,1	8,992
11	104,25	5,094	8,606
12	108,85	5,088	8,252
13	113,45	5,082	7,927
14	118,05	5,076	7,627
15	122,65	5,07	7,349

44) Расчет рабочего колеса на кавитацию

- Опытный коэффициент m = 1,2.

- Опытный коэффициент л = 0,4.

- Критический кавитационной запас , м,



45) Кавитационный коэффициент быстроходности С

Допустимый кавитационный запас , м,

где А - коэффициент запаса, принимаем А = 1,2

Заключение

В данной контрольной работе были определены энергетические параметры центробежного насоса и основные геометрические размеры рабочего колеса с построением его основных сечений.

Основные параметры и характеристики:

ь Назначение насоса: Питательный

ь Подача насоса: Q = 100 м³/ч

ь Напор насоса: Н = 580 м

ь Частота вращения вала насоса: n = 3000 об/мин

ь Температура перекачиваемой среды: t = 150 С

ь Коэффициент быстроходности насоса:

ь КПД насоса:

ь Мощность насоса: N = 212 кВт

ь Диаметр входа жидкости на рабочие лопатки;

ь Наружный диаметр РК:

ь Число рабочих лопаток: z = 7

ь Ширина канала на входе м

ь Ширина канала на выходе

ь Критический кавитационной запас

ь Допустимый кавитационный запас

Произведен гидравлический расчет рабочего колеса. На основе полученных данных построены входной и выходной треугольники скоростей, меридианное сечение рабочего колеса и построено сечение лопасти колеса.

Кроме того, был произведён расчёт рабочего колеса на кавитацию.

Рабочее колесо питательного центробежного насоса, расчёт которого был произведён в работе, относится к рабочим колёсам нормального типа.

Список использованных источников

1 Черкасский, В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры : учеб. Для теплоэнергетических специальностей вузов / В. М. Черкасский. - М. : Энергия, 1977. - 424с.

2 Малюшенко, В. В. Энергетические насосы : справ. Пособие / В. В. Малюшенко, А. К. Михайлов. - Энергоиздат, 1981. - 200с.

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

4 Расчет рабочего колеса центробежного насоса : методические указания к контрольной работе по курсу «Тепломеханическое и вспомогательное оборудование тепловых электростанции» / сост. В. И. Шаломов. - Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2014. - 15с.

Размещено на Allbest.ru

...