Литерутура с портала (нагнеталка) / РАСЧЕТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА МУ к выполнению КР по дисциплине НиРМ
.pdf
Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский государственный университет пищевых и химических технологий
кафедра теплохладотехники
РАСЧЕТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине
«Нагнетательные и расширительные машины» для студентов специальности
1 – 36 20 01«Низкотемпературная техника» дневной и заочной форм обучения
Могилев
БГУТ
2022
УДК 532+621.22
Рассмотрено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры теплохладотехники
Прототокол №_7_ от 25 февраля 2022 г.
Составитель: к.т.н., доцент Киркор А.В.
Рецензент:
к.т.н., доцент Поддубский О.Г.
УДК 532+621.22 © Учреждение образования
«Белорусский государственный университет пищевых и химических технологий», 2022
1
СОДЕРЖАНИЕ
1.Конструкции и назначение центробежных насосов.
1.1.Принцип работы центробежного насоса.
1.2.Конструктивные особенности центробежных насосов.
1.2.1Ротор насоса.
1.2.2.Рабочее колесо насоса.
1.2.3.Уплотнение вала насоса
2.Применение центробежных насосов в холодильных установках.
2.1.Насосов типа К и Х.
2.2.Герметичные насосы типа ХГ и ЦГ.
3.Методика расчета насоса.
3.1.Блок – схема расчета мощности электродвигателя.
3.2.Блок – схема конструктивного расчета рабочего колеса насоса.
4.Пример расчета центробежного насоса.
4.1Расчет мощности электродвигателя привода
4.2.Конструктивный расчет рабочего колеса насоса.
5.Требования к оформлению графической части работы
Список использованных источников.
Приложения:
Приложение А1 – Цилиндрические хвостовики валов Приложение А2 – Отверстия в цилиндрических хвостовиках валов Приложение А3 – Шпонки сегментные и их шпоночные пазы Приложение А4 – Шпонки призматические и их шпоночные пазы Приложение А5 – Фланцы плоские приварные ПриложениеА6 –Фланцы воротниковые приварные Приложение А.7 – Рабочее колесо центробежного насоса.
Приложение А8 – Габаритные и присоединительные размеры насосных агрегатов с насосами типа К
Приложение А9 – Пример выполнения чертежа общего вида центробежного насоса.
2
1. Конструкции и назначение центробежных насосов.
Технологические схемы предприятий холодильной промышленности предусматривают перемещение подвижных сред: жидкостей, парожидкостных эмульсий, паров холодильных агентов, газов, т.е. сред обладающих различными физико – химическими свойствами. Перемещение таких сред осуществляется специальными устройствами, которые называются нагнетательными машинами. В них механическая энергия от электродвигателя вносится в поток подвижной среды.
Техническое устройство, состоящее из насоса, электродвигателя с соединительной муфтой между ними называют насосным агрегатом. Насосный агрегат с подающим трубопроводом и отводящим составляют насосную установку, схема которой приведена на рисунке 1.Подающий трубопровод поз. 4 называется линией всасывания – отводящий, поз. 5 – линией нагнетания.
6 |
10 |
5 |
4 |
|
|
|
|
|
z0 |
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 – Схема насосной |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
установки |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
1 – насос центробежный; 2 – |
|||||
|
|
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
электродвигатель; 3 - муфта |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соединительная; 4 – линия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
всасывания; 5 – линия нагнетания; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 – моновакууметр; 7 –манометр; 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– рама; 9 – вентиль запорный; 10 – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вентиль регулирующий. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На линии всасывания устанавливается вентиль запорный 9 и мановакууметр 6. После насоса жидкость поступает в линию нагнетания 5, на которой размещены регулирующий вентиль 10 и манометр 7. По показаниям моновакууметра6 судят о разряжении в линии всасывания, а по показаниям манометра 7 об избыточном давлении в линии нагнетания. На линии нагнетания желательна установка обратного клапана для предотвращения слива жидкости из линии нагнетания после остановки насоса. На линии нагнетания размещают устройства для контроля за расходом жидкости. Таким устройством может быть любой расходомер: поплавковый, труба Вентури, дроссельная диафрагма или порог.
Основой насосной установки является насос. В зависимости от рода перекачиваемой жидкости используют различные типы центробежных насосов. Так для воды применяют насосы типа К и КМ. Для перекачивания водных растворов солей и этиленглюколя применяют химические насосы
3
типа Х и ХГ. Для перекачивания жидких аммиака и фреонов используют насосы типа ЦНГ. Все перечисленные насосы относятся к классу динамических лопастных насосов. Для них характерным является то, что механическая энергия от электродвигателя вносится в поток перекачиваемой среды лопастями рабочего колеса. Другой особенностью насосов является то что поток входит в насос по центру рабочего колеса, а отводится с его периферии.
1.1. Принцип работы центробежного насоса.
Центробежный насос (см. рисунок 2) состоит из корпуса 1, внутри которого аксиально установлено рабочее колесо 2. Рабочее колесо размещено в корпусе 1 с малым торцевым зазором. По периметру колеса между ним и корпусом образуется постоянно расширяющийся (серповидный) зазор, плавно переходящий в нагнетательный патрубок насоса. Рабочее колесо насажено на приводном валу 4 установленном в подшипниковых узлах. В моноблочных насосах (типа КМ, ХА, НЦГ рисунок 3) рабочее колесо размещено на удлинителе вала электродвигателя. Для исключения протечек перекачиваемой жидкости вал снабжен уплотнением. С торца корпус насоса закрывается крышкой, в которой расположен всасывающий патрубок.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нагнетательный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
патрубок |
||
|
|
|
|
Крышка |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
уплотнения |
|
|
|
|
|
|||
Упорный |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
подшипник |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
6 |
3 |
4 |
|
8 |
Опора уплотнения |
|
Соединительный |
|
адаптер |
Рисунок 2 – Схема консольного центробежного насоса.
1 – корпус насоса; 2 – рабочее колесо; 3 – сальниковое уплотнение; 4 – приводной вал насоса; 5 – манжетное уплотнение подшипникового узла; 6 –
4
крышка подшипникового узла; 7 – корпус подшипникового узла; 8 – пробка контроля уровня смазки.
Рисунок 3 – Схема моноблочного центробежного насоса.
При вращении рабочего колеса насоса жидкость благодаря свойству адгезии увлекается в движение и при этом участвует в двух его видах: во вращательном совместно с рабочим колесом относительно оси колеса со скоростью ω вектор которой направлен по нормали к радиусу в направлении вращения колеса; и относительном, вдоль лопаток колеса со скоростью u. Вектор этой скорости направлен по касательной к лопатке в направлении схода потока с колеса. Эти вектора скорости направлены под
углом β друг к другу и составляют угол |
β 1 на входе потока на лопатки |
|
рабочего колеса и угол β 2 при сходе с лопаток колеса (см. рисунок 4). |
||
и2 |
β1 |
ω1 |
с2 |
|
с1 |
|
|
|
ω2 |
|
и1 |
|
|
|
β2 |
|
ω |
R2
R1
5
Рисунок 4 – Треугольники скоростей движения потока в межлопаточном |
||||||||||
пространстве рабочего колеса центробежного насоса |
|
|
|
|||||||
Достигнув среза рабочего колеса жидкостной поток попадает в |
||||||||||
серповидный зазор. Перемещаясь вдоль корпуса по постоянно |
||||||||||
расширяющемуся зазору поток теряет скорость, его кинетическая энергия |
||||||||||
уменьшается и переходит в потенциальную. Поэтому давление в потоке на |
||||||||||
выходе из насоса выше давления жидкости на входе в насос. При движении |
||||||||||
жидкости в межлопаточном пространстве рабочего колеса, в центре колеса, |
||||||||||
образуется разряжение (давление ниже атмосферного). Под действием |
||||||||||
атмосферного давления в емкости питания по всасывающему трубопроводу в |
||||||||||
эту зону рабочего колеса поступают новые порции жидкости. |
|
|
||||||||
1.2. Конструктивные особенности центробежного насоса |
|
|
||||||||
1.2.1 Ротор насоса |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ротор центробежного насоса рисунок 5 является его отдельным и |
||||||||||
основным узлом посредствам которого механическая энергия от |
||||||||||
электродвигателя передается на рабочее колесо насоса и далее при силовом |
||||||||||
взаимодействии с потоком перекачиваемой жидкости вносится в поток. |
||||||||||
Поэтому ротор в значительной степени определяет экономичность, |
||||||||||
надежность и долговечность работы насоса. Передача крутящего момента от |
||||||||||
электродвигателя к ротору осуществляется упругой муфтой, насаживаемой |
||||||||||
на приводной конец вала насоса со шпонкой 11. Осевое перемещение |
||||||||||
полумуфты может фиксироваться либо гайкой, либо винтом. |
|
|
||||||||
|
|
l |
|
|
|
L |
2 |
|
|
|
5 |
6 |
9 |
4 |
3 |
2 |
1 |
3 |
4 |
11 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 5 – Ротор консольного центробежного насоса |
|
|
||||||||
1 – вал привода рабочего колеса; 2 – подшипники качения; 3 – корпуса |
||||||||||
подшипниковых узлов; 4 – крышки подшипниковых узлов; 5 – рабочее |
||||||||||
колесо насоса; 6 – втулка защитная; 7 – гайка рабочего колеса; 8 – корпус |
||||||||||
насоса; 9 – мягкая сальниковая набивка; 10 – нажимная втулка; 11 – шпонка. |
||||||||||
6
При консольной конструкции ротора рабочее колесо 5 располагают на другом конце вала. Осевое перемещение рабочего колеса ограничивается с одной стороны защитной втулкой 6, с другой – гайкой 7 которая одновременно является обтекателем.
Ротор устанавливается в подшипниках качения 2 размещаемых в корпусах 3. Подшипниковые узлы выполнены в кронштейне насоса и снаружи закрыты крышками 4.
Для устранения потерь перекачиваемой жидкости в корпусе насоса 8 устанавливаются защитные втулки и уплотнение либо сальниковое либо торцовое. В приведенном конструктивном исполнении ротора использовано сальниковое уплотнение, состоящее из мягкой сальниковой набивки 9 и нажимной втулки 10.
В отечественной практике при частоте вращения ротора до 3000 об/мин преобладающее распространение получила разборная конструкция ротора, в которой рабочее колесо садится на вал по подвижной посадке.
Спокойная и надежная работа насоса предопределяется геометрическими размерами вала: его диаметром ив значительной мере расстоянием между опорами L, которое зависит от числа ступеней (числа рабочих колес). Аналогичное влияние оказывает вылетl в насосах консольного типа. Уменьшение указанных размеров является первоочередной задачей при конструировании роторов отвечающим условиям максимальной надежности и прочности.
1.2.2. Рабочее колесо насоса
Рабочее колесо насоса служит для сообщения потоку перекачиваемой жидкости механической энергии от электродвигателя. Схема рабочего колеса насоса приведена на рисунке 6.
3 |
2 |
|
|
5 |
1 |
2 1
4 
Рисунок 6 – Рабочее колесо центробежного насоса 1 – ступица рабочего колеса; 2 – ведущий диск; 3 – лопатки рабочего
колеса; 4 – ведомый диск; 5 – патрубок для входа потока в рабочее колесо.
7
Рабочее колесо ступицей 1 насаживается на вал привода насоса. Ступица неразъемно соединена с ведущим диском 2, а часто изготавливаются как единая деталь. В свою очередь ведущий диск с помощью лопастей 3 также неразъемно соединяется с ведомым диском 4. В ведомом диске предусмотрен патрубок 5 для входа жидкостного потока в рабочее колесо. Внутреннее пространство рабочего колеса делится его лопатками на ряд криволинейных каналов.
По конструктивному исполнению рабочие колеса центробежных насосов делят на несколько типов: тихоходные, нормальные, быстроходные и диагональные (см. таблицу 1). В основу деления положено значение коэффициента быстроходности nS .
Тихоходные центробежные насосы развивают относительно большой |
||||||||||||||||
напор при малой производительности. Колесо сильно вытянуто в радиальном |
||||||||||||||||
направлении с малой шириной каналов, малый диаметр на входе; все это |
||||||||||||||||
обуславливает большие гидравлические потери в рабочем колесе. |
|
|
|
|
||||||||||||
Таблица 1 – Характеристики рабочих колес центробежных насосов |
|
|
|
|
||||||||||||
Технические |
|
Тип рабочего колеса центробежного насоса |
|
|
|
|||||||||||
показатели |
тихоходное |
нормальное |
быстроходное |
полуосевое |
||||||||||||
насосов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(диагональное) |
||||
Коэффициент |
50< nS <80 |
80< nS |
<150 |
150< nS |
<350 |
350< nS |
<500 |
|||||||||
быстроход. nS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b2 |
|
b2 |
|
|
|
|
|
b2 |
|
|
|
b |
|
||
Эскиз рабочего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
колеса насоса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D0 |
dB |
D0 |
|
|
D |
D |
|
dB |
D |
|
|
|
|
D2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
dB |
||
Соотношение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
D |
= 2,5÷3,0 |
|
|
|
|
D |
=1,8÷1,4 |
D |
=1,2÷1,1 |
|||||||
размеров |
2 |
D |
D |
0 |
= 2,0 |
2 |
2 |
|||||||||
|
D |
|
2 |
|
|
D |
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
колеса |
0 |
Оптим. |
|
|
|
|
0 |
оптим |
|
0 |
Оптим. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
D2 |
D0 = 2,5 |
|
|
|
|
D |
D |
0 |
=1,5 |
D |
|
D |
0 |
=1,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|||
Условия работы лопастей колес различных типов неодинаковы. Так в тихоходном колесе струйки потока жидкости движутся практически в одинаковых условиях, входная кромка лопасти лежит на цилиндрической поверхности, а сама лопатка является цилиндрической. В нормальных и
8
быстроходных колесах входные кромки лопастей вынесены в область поворота потока жидкости, т.е. в ту зону где направление потока изменяется от осевого к радиальному. Это обстоятельство вызывает трансформирование цилиндрической лопасти в лопасть с боковой поверхностью двоякой кривизны.
Число лопаток рабочего колеса устанавливается исходя из следующих соображений. Большое количество лопаток обуславливает наличие каналов большой протяженности с оптимальной формой поперечного сечения. Однако здесь необходимо учитывать тот факт, что суммарное сечение рабочего колеса уменьшается и как следствие этого уменьшается пропускная способность колеса. Для каждого типа колеса существует некоторое оптимальное число лопаток, которое обычно колеблется в пределах от 6 до 9.
Толщина лопатки в поперечном сечении выбирается одинаковой и равной, примерно 4÷5 мм.
1.2.3. Уплотнение вращающегося вала
В насосах используют в основном контактные уплотнения вала двух типов: сальники с мягкой набивкой и торцовые уплотнения. До недавнего времени чаще всего использовали сальниковые уплотнения, достаточно надежные при работе на нетоксичных, невзрывоопасных жидкостях при сравнительно низком давлении. Однако сальники работают при некоторой обязательной утечке жидкости, постепенно увеличивающейся в процессе эксплуатации уплотнения, что требует систематической подтяжки его. Все это удорожает обслуживание и усложняет автоматизацию технологических процессов, а в ряде случаев не обеспечивает необходимой надежности. Торцовые уплотнения по ряду эксплуатационных преимуществ (не требуют обслуживания, работают практически без утечки, долговечны, экономичны) в последние годы широко применяют в насосостроении. Торцовые уплотнения способны работать при давлении до 45 МПа, температуре от — 200 до 450 °С, в условиях агрессивных и абразивных сред.
Сальниковые уплотнения. Сальниковое уплотнение с мягкой набивкой (рисунок 7) относится к контактным уплотнениям и предназначено для предотвращения интенсивных внешних утечек перекачиваемой жидкости из рабочей камеры насоса.
Набивные сальниковые уплотнения из-за своей простоты довольно распространены в разных типах насосов. Они надежно работают при давлении перед сальником до 1 МПа и окружной скорости вращения защитной втулки вала до 20 м/с.
В осевом направлении (рисунок 7) кольца набивки сжимаются нажимной втулкой 4, при этом набивка прижимается к валу привода 2,
9