МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ВИННИЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теплогазоснабжения курсовая работа

по дисциплине: Гидравлические и аэродинамические машины

Тема: Проектирование центробежного насоса

Вариант №6

ВИННИЦА 2013

Содержание

Введение…………………………………….………..…..…………………...………

1. Гидравлический расчет………………………………………………..………..

1.1 Расчет параметров на входе в колесо………………….………………..….……

1.2 Расчет параметров на выходе из колеса……………………………...….………

1.3 Расчет приближенного профиля лопаток…………………………….…..........

1.4 Расчет утечек и объемного КПД…………………………………………..…….

1.5 Расчет гидравлического КПД лопастного колеса……………………….……..

1.5.1 Потери на трение в межлопаточных каналах……………..………………..

1.5.2 Потери на вихреобразование………..…………………………………………

1.5.3 Потери на диффузорность………….…………………………………………

1.5.4 Суммарные потери напора в лопастном колесе……………………...………

1.6 Расчет теоретического напора насоса………………..………………………….

1.7 Расчет спирального отвода…………...…………………………………………..

1.7.1 Расчет отвода…..………………………………………………………………

1.7.2 Потери в спиральном отводе….……………………………………………….

1.7.3 Потери в коническом диффузоре…………...…………………………………

1.8 Расчет спирального отвода……………..……………………………….………..

1.9 Расчет осевой силы, действующей на ротор насоса………………….………..

1.10 Расчет радиальной силы, действующей на рабочее колесо…………………..

2. Прочностной расчет насоса……………………………...………………………

2.1 Расчет диаметра вала…………………..……………………….……….

2.2 Расчет шпоночного соединения………...………………………………………..

2.3 Выбор и расчет муфты…………………………………………………………....

2.4 Прочностной расчет корпуса полумуфты……………………………………….

2.5 Выбор и расчет подшипников……………………………………………………

Заключение…………...………………………………………………………………

Список используемой литературы…………….…………………………………..

Задание:

Проектирование центробежного насоса

Вариант №06

Исходные данные:

Расход через насос Q=50м³/час;

Напор насоса Н=12,5м;

Число оборотов 1450об/мин;

Давление избыточное на входе Р_ВХ=1.013*10⁵Па;

Плотность жидкости γ=1000;

Динамическая вязкость жидкости μ_ж=1.01*10^-3;

Давление упругости паров Р_п=2.314*10³Па;

Нормальная толщина лопасти:

- на входе δ₁=0.005;

- на выходе δ₂=0.01.

Образец сборочного чертежа.

Введение:

Насосы и насосное оборудование.

В жизни и в своём развитии человек всегда испытывал необходимость в перемещении (транспортировании) различных веществ, гидросмесей, а так же сыпучих, вязких и других материалов.

Устройство для напорного перемещения материалов (всасывания и нагнетания), главным образом, жидкостей, с сообщением им внешней энергии назвали насосом. Изобретение насоса относится к глубокой древности. История развития насосостроения, как и все развитие техники, связана с потребностями человеческого общества на каждом этапе его развития, и к ней причастны многие умы человечества.

В соответствии с ГОСТ 17389-72 классификация всех насосов разделена на виды и разновидности по различным признакам, например, по принципу действия конструкции.

Условно насосы можно разделить на две группы:

1. насосы-машины, приводимые в действие от двигателей;

2. насосы-аппараты, действующие за счет других источников энергии и не имеющие движущихся рабочих органов.

Насосы-машины бывают:

- лопастные (центробежные, осевые, вихревые);

-объемные (поршневые, роторные, шестеренные, винтовые, пересталтические и др.).

Насосы – аппараты бывают:

- струйные;

- газлифты ( в том числе эрлифты);

Кроме этого известны устройства и другого назначения:

- вакуумные насосы;

- тепловые насосы.

Лопастные насосы являются основным типом насосов (не менее 75% промышленных насосов) по производительности, универсальности и распространенности.

Центробежные насосы

Центробежные насосы составляют основной класс насосов. Перекачивание жидкости или создание давления производится вращением одного или нескольких рабочих колёс. В результате воздействия рабочего колеса жидкость выходит из него с более высоким давлением, и большей скоростью, чем при входе. При этом происходит поворот потока жидкости на 90º от осевого направления к радиальному. Выходная скорость преобразуется в корпусе центробежного насоса в давление перед выходом жидкости из насоса.

Рис. 1 Центробежный насос

На рис.1 показана схема типичного центробежного насоса. Жидкость поступает к центральной части рабочего колеса (крыльчатке). Крыльчатка установлена на валу в корпусе и приводится во вращение электрическим или другим двигателем. Энергия вращения передается крыльчаткой жидкости; жидкость перемещается на периферию крыльчатки, собирается в кольцевом коллекторе (улитке) и удаляется через выходной патрубок. Патрубок имеет расширяющуюся форму; скорость потока в нем падает, и часть кинетической энергии жидкости, приобретенной в рабочем колесе насоса, преобразуется в потенциальную энергию давления. Увеличение давления на выходе из насоса может быть достигнуто увеличением либо частоты вращения, либо диаметра крыльчатки.

Вход жидкости в колесо организован в центре. Далее жидкость захватывается лопатками (для уменьшения утечек и повышения прочности лопатки с боков закрыты дисками), отбрасывается к периферии и далее попадает в улитку (корпус насоса).

В данной конструкции насоса хорошо видно увеличивающееся сечение для прохода жидкости между рабочим колесом и корпусом. Далее проходное сечение резко уменьшается (отсечка потока) и в корпусе организуется канал или отверстие для отвода жидкости.

Наиболее распространенным типом центробежных насосов являются одноступенчатые центробежные насосы с горизонтальным расположением вала и рабочим колесом одностороннего входа.

Рис. 2 Схема центробежного самовсасывающего насоса НЦС-1:

1-донный клапан; 2-всасывающий патрубок; 3-центробежный насос; 4-подающий патрубок; 5-электродвигатель; 6-рама.

Название насоса	Конструктивное исполнение и особенности
Горизонтальный	Ось вращения рабочих органов, например рабочих колес, расположена горизонтально в независимости от расположения оси привода или передачи
Вертикальный	Ось вращения рабочих органов расположена вертикально
Консольный	Рабочие органы расположены на консольной части вала
Моноблочный	Рабочие органы расположены на валу двигателя
С выносными опорами	Подшипниковые опоры изолированы от перекачиваемой среды
С внутренними опорами	Подшипниковые опоры соприкасаются с перекачиваемой жидкостью
С осевым выходом	Жидкость подводится в направлении оси рабочих органов
С боковым выходом	Жидкость подводится в направлении, перпендикулярном оси рабочих органов
Двухстороннего входа	Жидкость подводится к рабочим органам с двух противоположных сторон
Одноступенчатый	Жидкость подводится одним комплектом рабочих органов
Многоступенчатый	Жидкость подводится двумя или более последовательно соединенными комплектами рабочих органов
Секционный	Многоступенчатый насос с торцевым разъёмом каждой ступени
С торцевым разъёмом	С разъёмом корпуса в полости, перпендикулярной оси рабочих органов
Футерованный	Проточная часть футерована (облицована) материалом, стойким к воздействию подаваемой среды
Погружной	Устанавливается под уровнем подаваемой жидкости
Полупогружной	Насосный агрегат с погружным насосом, двигатель которого расположен над поверхностью жидкости
Самовсасывающий	Обеспечивает заполнение подводящего трубопровода жидкостью непосредственно, без использования дополнительных устройств
Регулируемый	Обеспечивает в заданных пределах изменение напора и подачи
Герметичный	Полностью исключает контакт подаваемой жидкости с окружающей атмосферой

Выбор насосного оборудования

Насос является основным элементом большинства технологических процессов. Номенклатура насосов превышает 2000 типоразмеров, а около 20% всей электроэнергии, потребляемой предприятиями, расходуется на привод насосов. В связи с этим выбор насосного агрегата является серьезной инженерной задачей.

Для того, чтобы определиться в выборе насосного агрегата, в каждом конкретном случае необходима следующая информация:

- Для каких целей будет использоваться насос?

- Какой объем жидкости необходимо транспортировать (расход) при помощи насоса с каким давлением (напором)?

- Необходимая информация о рабочей (перекачиваемой) среде, а именно: вязкость, химическая активность, наличие твёрдых веществ и их величина, температурные показатели рабочей среды, ее взрыво–пожаробезопасность, токсичность.

- Условия эксплуатации (на открытом воздухе, в помещении, влажность и взрыво–пожароопасность помещения, где будет эксплуатироваться насос).

Определяющими техническими параметрами насоса являются подача и напор (давление).

Подача – это объём жидкости, передаваемой в единицу времени, выраженный в м³/час или л/сек.

Напор – это разность удельных энергий жидкости в сечениях после и до насоса, выраженная в метрах водного столба.

Кроме этого, важнейшими параметрами насоса являются потребляемая мощность N и КПД η.

Выбор насоса начинается с подбора требуемого напора и подачи. Основные потребительские свойства насоса отражает его напорная характеристика –

зависимость напора (давления) насоса от подачи (расхода), а так же характеристика КПД – зависимость КПД насосного агрегата от расхода. Напорная характеристика имеет рабочую точку номинального режима, в которой КПД агрегата имеет максимальное значение.

Номинальная подача (расход) и напор (давление), определяющие эту точку, указываются в обозначении марки насоса и являются наиболее благоприятными при эксплуатации насоса.

На практике при выборе насоса учитывать разброс параметров по подаче и напору, а так же возможность нахождения оптимального режима работы в пределах рабочей области его характеристики. Работа электронасоса вне рабочей области ведёт к снижению КПД и увеличению энергозатрат.

Важным гидравлическим параметром насоса является допускаемая вакуумметрическая высота всасывания Н_ВД, характеризующая нормальные условия подачи жидкости к рабочему колесу, при которых обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей. Эта величина выражается в метрах водного столба.

Благоприятные условия подхода перекачиваемой жидкости к рабочему органу насоса обеспечиваются в том случае, если вакуумметрическая высота всасывания достаточна для преодоления жидкостью расстояния между свободной поверхностью резервуара (водоёма) и осью рабочего органа.

Всасывающие свойства конкретного насоса зависят от давления окружающей среды, давления на входе в насос скорости жидкой среды на входе, её плотности и вязкости, а так же от давления паров жидкости.

Даваемые в каталогах параметры Н_ВД приводятся для воды при температуре 20º и атмосферном давлении, равном 10м водяного столба.

Большая часть неприятностей при эксплуатации насоса связана с плохими условиями на всасывании и возникновением кавитации.

При превышении допускаемой высоты всасывания Н_ВД на работающем насосе происходит вскипание перекачиваемой жидкости, образование пузырьков, которые при попадании их в зону повышенного давления вызывают серию местных (локальных) гидравлических ударов, называемых кавитацией.

Как и всякую машину, насосный агрегат характеризует потребляемая мощность определяющая выбор комплектующего двигателя.

Величина необходимой мощности насоса находится в зависимости от величины напора и подачи, плотности и вязкости перекачиваемой среды. С повышением удельного веса и увеличением вязкости возрастает и потребляемая мощность.

Разброс номинальных величин коэффициента полезного действия КПД насосных агрегатов велик (от 20 до 80%). Столь существенный разброс по КПД определяется различным характером взаимодействия рабочего органа с жидкостью.

Снижение потребляемой мощности у центробежных насосов достигается путём регулирования процесса изменения подачи и напора.

Регулирование можно осуществлять тремя методами:

- изменением числа оборотов привода;

- конструктивным методом;

- изменением условий работы системы «насос - сеть».

Изменение числа оборотов привода является универсальным методом изменения характеристики насоса (как для динамических насосов, так и для насосов объемного типа). При этом надо учитывать, что подача находится в прямой зависимости от оборотов, а напор (в центробежных насосах) – в квадратичной зависимости.

Центробежные насосы и вентиляторы имеют переменную механическую

характеристику нагрузки, которая описывается уравнением квадратичной параболы, а значит, потребляемая мощность пропорциональна кубу скорости вращения. Из этого следует, что даже небольшое снижение скорости электропривода может дать значительный выигрыш в мощности.

ИЗМЕНЕНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ «НАСОС – СЕТЬ»

Пуск насоса следует производить при заполненных всасывающем трубопроводе и корпусе насоса и закрытой напорной задвижке (вихревые и осевые насосы запускаются при открытой напорной задвижке); запрещается осуществлять пуск насоса при закрытой или не полностью открытой всасывающей задвижке, а также работать более 2,3 минут при закрытой напорной задвижке.

Целью данного курсового проекта является проектирования и оптимизации центробежного насоса с полным проведением гидравлического и прочностного расчетов. Данная задача может быть решена многими способами с учётом конкретных, требуемых условий эксплуатации насосного оборудования с довольно высокой точностью и учётом многих, основополагающих параметров.

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки с иллюстративным графическим материалом, размещенным по разделам проекта, чертежей, схем и других графических материалов.

Основным документом курсовой работы является расчетно-пояснительная записка, в которой приводится информация о выполненных технических и научно-исследовательских разработках, необходимых расчетах и пояснениях.