4 Курс / СВМ / СВМ ПЗ

11

DK = 0,97 3VK ; HK = 3VK .

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

7 Полезная мощность, развиваемая насосом (кВт):

NП = QC p ,

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

- плотность воды, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2.

Мощность, потребляемая насосом (кВт):

NH = NП/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 = nдв/n ,

где nдв - 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)

Nдв = kg NH/р ,

где kg - коэффициент запаса мощности двигателя, принимаемый kg = 2,0 при Nдв менее 1 кВт; kg = 1,5 при Nдв = 1...2 кВт; kg =1,2

при Nдв = 2...5 кВт; kg = 1,1 при Nдв 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.

12

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

p

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)

Ni=NH/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

GП=60 i VПЦ n П ,

где i - число паровых цилиндров в насосе; VПЦ = 0,25 Dп2 S - обьем парового цилиндра, м3;П = 0,48 p1 + 0,2 - плотность влажного пара, кг/м3, где давление p1 подставляется в МПа.

13

3 РАСЧЕТ ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА

Исходными данными для расчета являются:

- производительность насоса QЛ , л/мин;

-давление, развиваемое насосом, p , МПа;

-частота вращения шестерен n , об/мин.

Отметим, что не следует смешивать параметры "давление, развиваемое насосом " и "давление нагнетания насоса".

Последовательность расчета.

1 Теоретическая подача насоса (м3/с)

QT = QC/о ,

где о - объемный КПД шестеренного насоса, принимаемый в пределах о = 0,75...0,9; QC = QЛ/60000 - секундная объемная производительность (м3/с).

2 Необходимый рабочий объем насоса (м3/об), т.е. подача за один оборот q = 60 QT /n .

3 Модуль зацепления

Обычно в шестеренных насосах число зубьев равно Z = 7...15, а угол зацепления

инструмента принимают равным 20°. Для таких насосов с погрешностью не более 2...3%

средняя подача (м3/об) за один оборот может быть определена в виде q = 2 b m2(Z +0,2) ,

где b - ширина зуба, м; m - модуль зацепления, м.

С большей точностью определять подачу не требуется, так как объемный КПД насоса

выбирается в достаточно широких пределах.

Ширина шестерни (длина зуба) обычно принимается равной b=k m , где k = 6...9.

Тогда с учетом приведенных формул значение модуля зацепления (мм) может быть

определено из выражения

m 103 3

.

Полученное значение модуля округляется до ближайшего стандартного значения. После

этого уточняют значение b (мм) и округляется до ближайшего целого значения в миллиметрах:

4 Геометрические размеры шестерен (зацепление шестерен показано на рис. 3.1).

Для некорригированного прямозубого зацепления с углом зацепления = 20°:

15

4 РАСЧЕТ ВИНТОВОГО НАСОСА

Винтовые насосы нашли широкое применение на судах. По количеству винтов различают одно- и многовинтовые насосы, а по зазору между нарезками винтов их делят на герметичные и негерметичные. Герметичные насосы, обычно имеющие циклоидальный или эвольвентно-циклоидальный профиль зацепления, применяют для откачивания чистых вязких жидкостей без механических примесей. Негерметичные насосы имеют трапецеидальный профиль зацепления, который проще в изготовлении и допускает работу с загрязненными жидкостями.

Методики расчета одно- и многовинтовых герметичных и негерметичных насосов различны. Ниже рассматривается порядок расчета трехвинтового герметичного насоса,

получившего наибольшее распространение на судах.

Исходные данные для расчета насоса:

-производительность насоса Qл, л/мин;

-давление, развиваемое насосом, p , МПа;

-частота вращения n, об/мин.

Последовательность расчета.

1 Проверка по максимально допустимой частоте вращения насоса (об/мин), при которой обеспечивается бескавитационный режим работы:

где QC= Qл/60000 - секундная подача насоса, м3/с;

0- объемный КПД насоса, величина которого зависит от частоты вращения винтов, их размеров и вязкости перекачиваемой жидкости; ориентировочно можно принимать

0=0,80...0,90.

Заданная частота вращения должна быть меньше nMAX. В противном случае в дальнейшем расчете необходимо принять значение n, равным nMAX, округленным в меньшую сторону.

2 Диаметр впадин ведущего винта D, принимаемый за определяющий размер циклоидального профиля (рис.3), вычисляется на основе выражения для секундной подачи насоса:

QC QT 0 ZFt 0 n / 60,

где QT ZFtn / 60, - теоретическая подача насоса;

16

Z - число полостей всасывания насоса; для насосов с односторонним подводом жидкости Z =1

и с двусторонним подводом Z = 2;

F - площадь живого сечения насоса, равная разности площадей поперечного сечения расточки корпуса насоса и поперечного сечения всех винтов, м2;

t - шаг винтовой нарезки винта, м.

Площадь живого сечения для трехвинтового насоса с циклоидальным профилем с достаточной точностью определяется выражением F = KFD2, где KF =1,243.

Шаг винта принимается t=KTD, где KT =10/3 для насосов с подачей до 50 м3/ч и KT=5/3 - с подачей более 50 м3/ч.

На основе приведенных выражений расчетную формулу для диаметра впадин ведущего винта D (м) можно записать в виде

D 3 60 QC .

KF KT Zn 0

Вычисленное значение обычно округляется до величины, кратной трем, что удобно при изготовлении винтов.

3 Геометрические размеры винтов (рис. 4.1) определяются с помощью следующих соотношений:

DH=5/3 D; dH=D; d=1/3D; t=KtD; 0,18 32 24`,

где DH - диаметр окружности выступов ведущего винта;

d, dH - диаметры окружностей впадин и выступов ведомого винта.

Рабочая длина винтов определяется по формуле L=Ztt, где Zt -количество шагов винтовой нарезки на рабочей длине винтов.

Для герметичности насоса рабочая длина винтов должна обеспечивать постоянное и надежное отделение полости нагнетания от полости всасывания. Поэтому рабочая длина винтов делается больше величины шага винтовой нарезки. Причем, чем выше развиваемое давление,

тем длиннее должны быть винты. В зависимости от давления величину Zt принимают из диапазонов: при p до 2,0 МПа Zt = 1,5...2 , при p =5...7,5 МПа Zt =3...4 , при p =15...20 МПа Zt

=6...8.

4 Средняя осевая скорость жидкости в насосе (м/с)

QT

F .

Для бескавитационного режима работы насоса осевая скорость не должна превышать

5,5 м/с.

17

5 Мощность (кВт), потребляемая насосом,

N p QC 103 / ,

где - полный КПД насоса, = 0,6...0,8.

Рисунок 4.1 – Схема трехвинтового насоса

18

5 РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО НАСОСА

Исходные данные для расчета:

-производительность насоса QЛ, л/мин;

-давление, развиваемое насосом, p , МПа;

-частота вращения n, об/мин.

Последовательность расчета.

1 Теоретическая подача насоса (м3/с)

QT = QC/0 ,

где QC=QЛ/60000 - секундная действительная подача, м3/с;

0- объемный КПД насоса; ориентировочно можно принимать из диапазона 0= 0,8...0,9.

2 Наименьший радиус r полости статора насоса, принимаемый за его определяющий размер (рис. 5.1), вычисляется на основе выражения для теоретической подачи насоса:

QT R2 r 2 b K KП 60n ,

где R - наибольший радиус полости статора, м; b - ширина пластины,м;

K - кратность действия насоса, т.е. число нагнетаний, совершаемых одной рабочей полостью

(между пластинами) за оборот ротора;

KП - коэффициент стеснения объема рабочей полости пластинами, значение которого лежит в диапазоне KП = 0,8...0,95.

Для выполненных насосов характерны следующие диапазоны значений соотношений геометрических размеров:

KR = R/r = 1,12...1,35 ; KB = b/r = 0,7...1,0.

Причем значение коэффициента принимается ближе к нижнему пределу при небольшом количестве пластин.

С учетом приведенных выражений, формулу для расчета наименьшего радиуса r (м)

полости статора можно записать в виде

r 3 60 QT

K KП KB KR2 1 n .

3 Основные геометрические размеры насоса (рис. 5.1) вычисляются с учетом принятых выше соотношений:

R = KRr; b = KBr; r0 = (0,93...0,94)r,

где r0 - наружный радиус ротора.

Вычисленные значения r,R,b,r0 округляются до целого числа в мм.

19

Существующие пластинчатые насосы имеют от 4 до 16 пластинок. Для получения более равномерной подачи и высоких напоров количество пластинок ZП рекомендуется принимать не менее 4 для насосов однократного действия и не менее 8 для насосов двукратного действия.

Угловой шаг пластинок (град): = 360 /ZП .

Углы между камерами всасывания и нагнетания принимаются равными между собой и каждый из них должен быть больше угла во избежание заклинивания пластин жидкостью,

находящейся между ними.

Угловая протяженность окон камер всасывания и нагнетания для насоса двойного действия может быть определена по формуле

= 90- .

При профилировании полости статора следует иметь в виду, что в пределах углов (т.е.

между камерами всасывания и нагнетания) поверхность полости имеет постоянный радиус кривизны, равный r или R. В пределах окон камер всасывания и нагнетания (углы ) радиус статора постепенно изменяется.

Рисунок 5.1 – Схема пластинчатого насоса двойного действия

4 Мощность (кВт), потребляемая насосом,

N p QC 103 / ,

где - полный КПД насоса, принимаемый равным =0,5...0,8.

5 Диаметры всасывающего и напорного патрубков насоса (м)

где - скорость рабочей жидкости в трубопроводе, принимаемая в пределах = 1,3...1,5 м/с.

6 РАСЧЕТ РАДИАЛЬНО-ПЛУНЖЕРНОГО НАСОСА

Исходные данные для расчета:

-производительность насоса QЛ, л/мин;

-давление, развиваемое насосом, p , МПа;

-частота вращения n, об/мин.

Последовательность расчета.

1 Теоретическая подача насоса (м3/с)

QT = QC/0 ,

где QC=QЛ/60000 - секундная действительная подача, м3/с;

0- объемный КПД насоса; 0 = 0,9...0,95 .

2 Через геометрические параметры насоса теоретическая подача может быть выражена следующим образом

QT 4 d 2 h Z 60n ,

где d, h - диаметр и ход плунжера, м;

Z - число цилиндров, которое принимается нечетным и равным 5, 7 или 9 в одном ряду;

количество рядов обычно до двух.

Используя приведенные выражения, расчетную формулу для диаметра плунжера можно представить в виде

где Kh=h/d - коэффициент, значение которого принимается из диапазона 0,7...1,5 .

Вычисленное значение d округляется до целого числа в мм.

3 Основные геометрические размеры насоса (рис. 6.1).

Ход плунжера h=Khd.

Эксцентриситет e=h/2.

Угол между осями соседних цилиндров = 360 /z .