2 Расчет поршневого насоса

Исходные данные для расчета:

- назначение насоса и род перекачиваемой жидкости;

- тип привода;

- производительность насоса Q, м³/ч;

- развиваемый напор H, м.вод.ст.;

- давление свежего пара p₁ и отработавшего пара p₂, кПа.

Последовательность расчета:

1 Расчет диаметра гидравлического цилиндра

Диаметр D гидравлического цилиндра любого поршневого насоса можно определить из выражения для его секундной подачи (м³/с)

Q_C = ,

где - коэффициент подачи насоса, примерное значение которого принимается по табл. 2.1;

k - коэффициент кратности действия насоса, который принимается k = 1 или 2;

 - коэффициент, учитывающий загромождение поршня штоком, который для насосов четной кратности действия принимается равным 0,95...0,98, а для насосов нечетной кратности действия равен 1;

F = D²/4 - площадь поршня, м²;

S = D· - ход поршня, м;  = S/D - коэффициент;

n - число двойных ходов поршня в минуту, которое рекомендуется принимать для насосов с электроприводом из диапазона 70..150 мин^-1, а для паровых прямодействующих насосов - из диапазона 30..80 мин^-1.

Подставив в приведенную выше формулу выражения для F и S, получим формулу для расчета диаметра гидравлического цилиндра (м)

D = ,

где Q_C=Q/3600.

Значение коэффициента  принимается по таблице 2.2.

2 Ход поршня (м)

S=D· .

Полученные в результате расчета значения D и S округляются до ближайшей величины, кратной 0,005 м (5 мм).

Таблица 2.1 – Значение коэффициента подачи

	Производи-тельность Q,	Коэффициент подачи для насосов		Средняя скорость
Тип насоса	м3/ч	новых	бывших в	поршня Cn,
			работе	м/с
Приводные малые	До 20	0,85...0,95	0,8...0,85	0,2...0,5
Приводные средние	20...60	0,90...0,97	0,85..0,92	0,5...0,9
Приводные большие	60 и более	0,95...0,98	0,9...0,95	1...2
Прямодействующие	Любой	0,96...0,98	0,92..0,95	0,2...0,7

Таблица 2.2 – Значения коэффициента  = S/D

Тип насоса	Число двойных ходов поршня в минуту n	 = S/D
Тихоходные приводные	До 80	2,5...2,0
Нормальные приводные	80...150	2,0...1,2
Быстроходные приводные	Свыше 150	1,2...0,5
Прямодействующие	25...130	1,76...1,0

3 Средняя скорость поршня (м/с)

C_n = S n/30 .

Значение средней скорости поршня должно согласовываться с данными табл. 2.1, а для питательных прямодействующих (паровых) насосов должно быть не более 0,3 м/с.

4 Диаметры приемного и напорного патрубков насоса определяются по выражению

,

где C - скорость жидкости в трубопроводе, принимается в пределах 1...2 м/с для приемного патрубка и 1,5...2,5 м/с для напорного патрубка; для вязких жидкостей скорости принимаются: 0,6...0,7 м/с для приемного патрубка и 1,0...1,5 м/с для напорного патрубка.

Значения диаметров патрубков принимаются равными ближайшему большему значению условных проходов по ГОСТ (см.табл. А.1 Приложения А).

5 Размеры клапанов насоса

Диаметр проходного сечения гнезда клапана (м) определяется по выражению

d_Г =

где - коэффициент загромождения отверстия гнезда клапана ребрами и ступицей для направляющих; для клапанов без нижних направляющих и центрального болта = 1, для остальных типов клапанов = 0,75...0,8;

z - число клапанов, обслуживающих одну полость, обычно z =1 или 2;

C_Г - скорость прохождения жидкости через гнездо клапана; обычно для водяных насосов принимается в пределах 2...4 м/с для нагнетательных клапанов и 0,75...2 м/с для всасывающих; при перекачке вязких жидкостей эти скорости снижаются приблизительно в два раза.

Значение d_Г принимается округленным до ближайшей величины, кратной 0,005 м (5 мм).

Приняв d_Г за определяющий размер, для остальных размеров клапана обычно принимают следующие соотношения:

- ширина притертой поверхности клапана l_k = (0,1...0,4) , где d_Г подставляется в мм;

- толщина тарелки клапана S_T = (0,1...0,2)d_Г;

- высота направляющих перьев l_П = (0,7...0,8)d_Г;

- число направляющих перьев Z_П = 3...4;

- толщина направляющие перьев S_П = 0,1d_Г;

- высота подъема клапана h_max = (0,1...0,25)d_Г.

В отдельных случаях все вышеуказанные величины могут выходить из указанных пределов.

Обычно ширина притертой опорной поверхности принимается от 2 до 6 мм. Высота подъема клапана не должна превышать 10 мм для приводных и 30 мм для прямодействующих насосов.

6 Объем воздушных колпаков (м³) определяем по выражению

,

где K_H - коэффициент, характеризующий избыточную подачу жидкости, который равен 0,55 у насосов простого действия, 0,21 у насосов двукратного действия, 0,04 у приводных насосов четырехкратного действия, 0,01 у приводных насосов трехкратного действия и паровых прямодействующих насосов четырехкратного действия;

 - коэффициент, определяющий принятую степень неравномерности давления воздуха в колпаке,  = 0,02...0,05.

Полный объем колпака (м³)

V_K = 1,5 V_{B .}

Обычно диаметр (м) и высоту колпака (м) принимают по следующим соотношениям:

^D_K ^{= 0,97 ; H}_K ^{= .}

Размеры колпака принимают, округляя полученные величины до ближайших больших размеров, кратных 0,005 м.

7 Полезная мощность, развиваемая насосом (кВт):

N_П = Q_C p ,

где p = gH 10^-3 - давление насоса, кПа;

 - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

Мощность, потребляемая насосом (кВт):

N_H = N_П/_н ,

где _н - общий КПД насоса, который обычно составляет: 0,65...0,75 для небольших приводных насосов; 0,75...0,80 - для крупных приводных насосов; 0,3...0,5 - для осушительных прямодействующих насосов; 0,5...0,8 - для котельных питательных прямодействующих насосов; 0,5...0,55 - для пожарных прямодействующих насосов.

8 Расчет электропривода насоса

Для определения мощности электродвигателя надо определить КПД редуктора, который зависит от типа и состава передачи от вала двигателя к кривошипному валу насоса. Тип этой передачи выбирается в зависимости от ее передаточного числа:

i = n_дв/n ,

где n_дв - частота вращения выбранного типа электродвигателя, об/мин.

По полученному значению передаточного числа редуктора определяют тип передачи, затем по методике, изученной в курсе "Детали машин" определяют КПД редуктора _р. Наиболее распространенные схемы редукторов показаны на рис. 2.1. Обычно все подшипники, за исключением подшипников вала червяка, выполняют как подшипники скольжения.

Мощность приводного двигателя насоса (кВт)

N_дв = k_g N_H/_р ,

где k_g - коэффициент запаса мощности двигателя, принимаемый

k_g = 2,0 при N_дв менее 1 кВт; k_g = 1,5 при N_дв = 1...2 кВт; k_g =1,2

при N_дв = 2...5 кВт; k_g = 1,1 при N_дв более 5 кВт.

Затем по каталогу подбирается электродвигатель для насоса.

При выполнении этого раздела расчета можно воспользоваться данными из таблиц А.2 и А.4 Приложения А.

Рисунок 2.1 – Схемы редукторов электропривода насосов:

а – насос с червячным редуктором; б – насос с двухступенчатым цилиндрическим редуктором.

9 Расчет парового привода прямодействующего насоса

9.1 Диаметр парового цилиндра (м) определяется по формуле

^D_П^{=D ,}

где _г - гидравлический КПД насоса; _г= 0,9...0,98;

_m - механический КПД насоса; для прямодействующего насоса _m = 0,85...0,95;

_пр - коэффициент, учитывающий потерю давления пара при перетекании из золотниковой коробки в цилиндр; _пр= 0,93...0,97.

9.2 Индикаторная мощность паровых цилиндров (кВт)

N_i=N_H/_im ,

где _im - механический КПД парового привода принимаемый из диапазона 0,92...0,98.

9.3 Часовой расход пара (кг/ч) в прямодействующих насосах, работающих без расширения пара, можно вычислить по зависимости

G_П=60 i V_ПЦ n _П ,

где i - число паровых цилиндров в насосе; V_ПЦ = 0,25  D_п² S - обьем парового цилиндра, м³;

_П = 0,48 p₁ + 0,2 - плотность влажного пара, кг/м³, где давление p₁ подставляется в МПа.