3212 / Курсове проектування 3212 / Если Вы получили задание спроектировать насос

Если Вы получили задание спроектировать насос, то для него практически всегда с большей или меньшей точностью можно определить наиболее важные его параметры – расход и напор (или удельную работу, или давление нагнетания, что позволяет оценить тот же напор).

Например, если речь идёт о системе охлаждения двигателя, то расход определяется по его мощности, а напор – по его схеме системы охлаждения и по тому, что в неё входит. Обычно состоит из ряда теплообменников и самого двигателя. Всё это связано трубопроводами определённой длины, при этом известна высота подъёма воды в наибольшей точке. Очевидно, что напор насоса должен быть достаточным, чтобы преодолеть суммарное сопротивление всех названных элементов. Сопротивление труб можно определить достаточно точно – для этого можно использовать справочники по гидравлическим сопротивлениям, длины труб принять по чертежу системы, диаметры – исходя из рекомендованных в таком случае скоростей воды. Сопротивления теплообменников можно принять предельно большим по рекомендациям соответствующих стандартов, регламентирующим такие данные практически для всех типов теплообменных аппаратов. Наиболее сложно определить сопротивление собственно двигателя. При этом составляющая, связанная с подъёмом воды на высоту, находится легко по размерам двигателя, а вот сопротивление, связанное с гидравлическими потерями в рубашке охлаждения самого двигателя и прочих элементов его конструкции, трудно подлежит расчётному определению в связи с сложностью форм соответствующих каналов. Обычно этот параметр оценивается по результатам экспериментальной прокачки собственно двигателя. В зависимости от типа, размеров и назначения двигателя, удельная работа наоса, необходимая для обеспечения работы его системы охлаждения, может составлять от 150 до 500 Дж/кг.

Далее нужно определиться с частотой вращения вала привода. Здесь возникают различные варианты, и все они будут связаны с величиной n_s.

Можно исходить из возможности проектирования любого типа насоса, и тогда n_s может иметь самые разные значения. Но если Вы уже знаете, какой тип насоса Вы собираетесь проектировать (а как иначе это может быть при курсовом проектировании!), то задача упрощается. Действительно, в нашем случае речь идёт о простейшем центробежном насосе, имеющем лопасть одинарной кривизны. Тогда ясно, что в нашем случае n_s ≈ 50…90.

Одновременно с выбором типа следует оценить желательные кавитационные качества насоса, а это делается путём выбора соответствующего значения коэффициента кавитационной быстроходности С . Выбор этого коэффициента определит в дальнейшем такой параметр, как предельную высоту всасывания насоса.

Итак, можно исходить из того, что в нашем случае весьма просто можно назначить (или выбрать) L,Q,C, при этом чётко выделить диапазон n_s ≈ 50…90, а далее устанавливать частоту вращения ротора таким образом, чтобы не выйти из диапазона n_s.

Собственно, говоря, для этого можно воспользоваться зависимостью, известной из теории подобия:

В то же время при фиксированном n_s величина ω от C не зависит, она будет определяться только n_s, L и Q. Чтобы в этом убедиться, достаточно подставить в это выражение Δl из формулы (1), также предложенной в теории подобия

(1)

тогда получим

.

В таком случае выбор С будет влиять только на величину Δl и связанную с ней предельную высоту всасывания. Эти величины будут связаны с выбором параметров на входе в насос по эмпирическим зависимостям, учитывающим значение С.

Итак, выбор ω следует связывать с возможностями привода, заданным диапазоном n_s ≈ 50…90, а также L и Q. В принципе, величину ω следует задавать, исходя из параметров ведущих валов приводных электродвигателей или частот валов, передающих мощность насосам от двигателей иного типа, связанных с ведущими валами этих двигателей стандартизированными передачами. Тогда под эту частоту коэффициент n_s должен вычисляться по формуле

.

Например, для L и Q, приведенных в таблице 1,

L	Q	ns	C
260	20	58,287	800

частоту вращения ротора, равную 2500об/мин (ω = 261,66с^-1), можно иметь при n_s = 58,287 .

В принципе, следует стремиться обеспечить наибольший возможный n_s. Так, если вместо прежней частоты принять n =3000 об/мин (ω = 314с^-1), то получим n_s = 69,94. В то же время возможная частота привода не должна быть выше реальных значений, приведенной в соответствующих справочниках. Кроме того, эта частота будет влиять на реальное значение предельной высоты всасывания, которая будет вычисляться в конце расчёта насоса, причём с ростом ω эта высота уменьшается.

При всех значениях частоты и n_s для принятой С =800 предварительная величина Δl, вычисляемая по величине С, равна 14,07 Дж/кг.