§ 3.3. УПРОЩЁННЫЙ СПОСОБ РАСЧЁТА РАБОЧЕГО КОЛЕСА НАСОСА МАЛОЙ БЫСТРОХОДНОСТИ

Исходными данными являются Q,м³/с, Н, м, n, об/мин. Частота вращения назначается в зависимости от типа приводного двигателя. Центробежные насосы приводятся в движение обычно асинхронными электродвигателями со стандартными частотами

вращения; следует ориентироваться на непосредственное соединение валов насоса и электродвигателя.

Крупные насосы имеют относительно низкие частоты вращения, а мелкие - высокие. Так, например, крупные насосы марки 18НД при D₂ = 700 мм имеют n = 730 об/мин, а малые насосы марки 2К-6 при D₂ =162 мм работают с n = 2900 об/мин.

Выбор количества ступеней производится путем сравнения заданных Qи Н с параметрами построенных насосов. Напор одной ступени Н^z = Н/z, где z - число ступеней.

Для выяснения конструктивного типа насоса рассчитывают коэффициент быстроходности n_sпо формуле (2.84). Далее по формуле (3.1) рассчитывают η₀и, вычислив по формуле (3.3) приведенный диаметр, по формуле (3.2) находят гидравлический КПД насоса.

Принимая η_iιiв указанных выше пределах, можно рассчитать общий КПД насоса

η=η_κη_τη₀-

Определив мощность насоса N = mgH∕(1000η) и крутящий момент M = 97500N/n, можно рассчитать по условиям скручивания диаметр вала насоса

Вал насоса работает в основном на скручивание моментом М, но частично нагружен поперечными и центробежными силами, обусловленными небалансом ротора. Поэтому допустимое напряжение кручения т_доп принимают пониженным: т_доп= 1,2 ÷ 2,0кН/см².

Рис. 3.4. Расчетное конструктивное сечение рабочего колеса

Рис.

Диаметр ступицы колеса (рис. 3.4) принимают равным dс_Т=(1,2 ÷ 1,4)dв .

Диаметр входа в колесо D₀определяют по приведенному диаметру:

Приняв длину ступицы 1_ст= (1 ÷ 1,5)d_CT, можно наметить конструкцию входной части колеса, как это показано на рис. 3.4. Рекомендуется последовательное вычерчивание конструктивного эскиза по мере получения расчетных размеров.

Окружная скорость на входе в межлопастные каналы

Полагая c_1r= c₀, построением входного параллелограмма скоростей определяют входной угол β₁. Конструктивный угол лопасти на входе получают, принимая угол атаки i = 0 ÷ 6° (рис, 3.5).

Ширина b₁лопасти на входе определяется из уравнения расхода

'∙^d1^c1M1

где μ₁- коэффициент стеснения входного сечения кромками лопастей, μ₁»0,9.

Толщина лопастей литых чугунных колес принимается по соображениям технологии не менее 4 мм.

Далее выполняется расчет выходных элементов колеса. Удобно принять угол потока β₂и определить необходимую окружную скорость W₂.

Используя уравнение Эйлера, при радиальном входе в межлопастные каналы (c_1u = 0) получаем расчетную формулу

определить выходной угол лопастей Ь_2л.

Размеры, полученные расчетом, и конструктивные соображения позволяют построить продольное сечение колеса и вычертить лопасть, пользуясь указанным выше способом.

Пример 3.1. Рассчитать рабочее колесо насоса для подачи Q = 180 м³/ч воды с температурой Т=293 К под избыточным давлением 200 кПа при давлении на входе 10 кПа.

Решение. Напор насоса

Выбираем частоту вращения вала насоса при соединении его с валом двигателя муфтой n =1430 об/мин.

Коэффициент быстроходности по (2.84)

По данным § 3.1, колесо имеет нормальный коэффициент быстроходности. Определим объемный КПД по формуле (3.1)

В последней формуле увеличение D₁против D₀на 20 мм производится с целью вынесения входной кромки рабочей лопасти из зоны поворота потока в область плоского течения. Длина ступицы конструктивно 1_ст= 1,4d_CT= 84мм.

Окружная скорость на входе в каналы рабочего колеса

Скорость входа в рабочее колесо

Из входного параллелограмма, полагая с₁= с_1г= с₀, получаем

1

Приняв i=4, получим угол лопасти на входе β_1jl= b₁+i = 16°.

При коэффициенте стеснения входного сечения межлопаточных каналов μ = 0,9 определяем ширину лопасти на входе

Принимаем β₂= 17° и определяем по формуле (4.6) окружную скорость на выходе из колеса

Определяем D₂

Отношение диаметров выхода и входа.

Ширина лопасти на выходе при условии с_1г= с_2г

Количество лопаток рабочего колеса по формуле (2.34)

По полученным данным профилируются продольное сечение рабочего колеса и лопасти.

Пример 3.2. Определить допустимую геометрическую высоту расположения насоса над уровнем всасываемой воды.

Установка характеризуется следующими данными: Q=1450. м³/ч; n = 970 об/мин; D₁ = 320 мм; D₂ = 855 мм; d_BC = 500 мм; ; р_о= 100 кПа; Т_вод= 293 К; р= 1000 кг/м³; ∑h_iic = 0,25 м.

Решение. По таблицам насыщенного водяного пара находим давление насыщения при Tвод= 293 К р_Нас= 2,34 кПа.

Следовательно,

По формуле (2.119)

∖0

Допустимая высота всасывания по (2.119)

Скорость во всасывающем патрубке насоса

Допустимая геометрическая высота всасывания

Обозначения даны на рис. 3.9.

Пример 3.3. Центробежный насос предназначен для отсасывания из конденсатора паровой турбины конденсата, переохлажденного до T = 323 К.

Данные по установке: Q = 36 м³/ч; диаметр всасывающей трубы насоса d = 160 мм; абсолютное давление в паровом пространстве конденсаторар_к= 19,8 кПа; n =1480 об/мин; сопротивление всасывающего трубопровода ∑H_bc = 0,4 м вод. ст.

Рассчитать, на каком наименьшем вертикальном расстоянии от минимального уровня в конденсаторе должна находиться ось насоса для обеспечения его нормальной работы без кавитационных срывов. Обозначения даны на рис. 3.7.

Решение. Воспользуемся соотношениями

По таблицам насыщенного водяного пара для T =323 К находим р_нас= 12,3 кПа, следовательно,

Здесь коэффициент Руднева принят для конденсатного насоса с хорошими кавитационными качествами равным 1200.