Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые вспомогательные системы и механизмы. Курс лекций
.pdf
Для
8050
S
n
3025
2
0
D
D
25080
S
n
5,24,1
2
0
D
D
500250
S
n
4,19,0
2
0
D
D
1200500
S
n
4,09,0
2
0
D
D
D
0
D
2
D
0
D
2
D0 D
2
тихоходные колеса
Основным конструктивным признаком является параллельность входной кромки и оси
вращения. Выходная кромка рабочего колеса также параллельна оси вращения.
Для
нормальное рабочее колесо
Отличительная особенность: выходная кромка параллельна оси вращения, входная
наклонена до 20
0
.
Для
диагональное колесо
Обе кромки наклонены по отношению к оси вращения.
Для
осевое колесо
Для многоступенчатых насосов коэффициент быстроходности определяется по
параметрам одной ступени. Для колес с двухсторонним подводом жидкости в формулу
коэффициента быстроходности подставляют Q/2.
Способы регулирования центробежных насосов.
1. Способ изменения характеристики трубопровода;
2. Способ изменения характеристики насоса.
31
Изменение характеристики трубопровода.
2
2
D
D
Q
Q
2
2
2
2
)(
D
D
H
H
Q
QB B A H
Q
A
Q
Q
А
А
С
H
Q
С
Q
n = 1500
n = 1700
n = 1850
n = 2000
n = 2500
H
n = 2500
n = 1500
N
Q
а) дросселирование
Достоинства: простота.
Недостатки: неэкономично.
б) перепуск
1. Изменение характеристики насоса.
а) изменение частоты вращения рабочего колеса
Дросселирование происходит с
помощью изменения проходного
сечения нагнетательного
трубопровода.
Рабочая точка перемещается из
положения А в положение В при
прикрытии клапана.
Достоинства и недостатки
аналогичны.
Достоинства: высокая экономичность.
Недостатки: высокая стоимость и сложность.
б) обрезка рабочих колес
Обрезка рабочих колес используется при условии работы насоса с пониженными
параметрами (снижение параметров незначительно).
При обрезке рабочих колес используются следующие эмпирические соотношения:
1. соотношение расходов
2. соотношение напоров
Если приравнять эти два соотношения, то получим параболу обреза
32
2
2
)(QQ
H
H
2
D
nS 60
120
200
300
2
22
D
DD
0,2
0,15
0,11
0,09
2
QkH
2
)(Q
H
k
0,9
H
H
min Qmin
Q
0
D
2min D2
Q
Q 0
H
H
Н1; Н
2
Q1
Q2
Q
Q
H
Q
Q1; Q2
Парабола обреза позволяет найти искомый диаметр, дающий нужные параметры H и Q.
Для определения искомого диаметра
поле обрезок рабочего колеса, если его нет.
Поле обреза строится с учетом сохранения
приличного КПД у обрезанного рабочего колеса.
Минимально допустимый диаметр обреза
зависит от коэффициента быстроходности и
определяется по таблице:
Из соотношений для Q и H можем найти по минимальному диаметру Q
которые соответствуют точке 0.
Если искомая рабочая точка лежит в поле обреза, то приступают к поиску величины
обреза. Для этого строят параболу обреза, используя соотношения:
;
Значения k и текущие параметры позволяют найти точки для построения параболы обреза.
Изменение режима работы насоса с помощью дополнительных насосов
(последовательная и параллельная работа насосов).
I. параллельное подключение насосов.
Параллельная работа
центробежных насосов эффективна,
если характеристика трубопровода
пологая (небольшие
сопротивления).
II. последовательная работа
насосов.
Последовательная работа
центробежных насосов выгодна,
когда характеристика
трубопровода крутая (большие
сопротивления).
min
и H
строят
min
,
33
Кавитация. Кавитационный запас
ВСВХ
ВХВХ
hz
g
V
g
P
g
P
2
2
0
ВСВХ
ВХВХ
hz
g
P
g
V
g
P
0
2
2
g
V
g
P
ВХВХ
2
2
g
P
g
V
g
P
h
НВХВХ
2
2
g
P
hz
g
P
h
Н
ВСВХ
0
4/3
10
КР
h
Qn
c
и высота всасывания центробежных насосов
Кавитация в центробежных насосах.
При входе жидкости на лопасть рабочего колеса давление на тыльной стороне лопасти
меньше, чем на рабочей. Явление возникновения у поверхности лопасти зон пониженного
давления, заполненных парами жидкости с последующей их конденсацией называется
кавитацией.
Кавитация приводит:
1. к кавитационной эрозии;
2. к вибрации и шуму;
3. к снижению КПД и параметров насоса (напора и подачи).
Кавитационный запас.
— полная энергия жидкости на входе в насос.
Кавитационным запасом называется разность между полной энергией жидкости на
входе в насос и давлением насыщенных паров перекачиваемой жидкости.
кавитационный запас —
Где Р
температуре.
Чем выше кавитационный запас, тем выше надежность работы без кавитации.
— давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при данной
Н
,
При увеличении zВХ кавитационный запас уменьшается; при увеличении h
кавитационный запас также уменьшается.
Кавитационный запас, при котором начинается кавитация, называется критическим
кавитационным запасом hКР.
Кавитацию изучают экспериментально. Для этой цели проводят кавитационные
испытания и строят кавитационные характеристики.
Для прогнозирования кавитационных свойств насоса на этапе проектирования
используют кавитационный коэффициент быстроходности c
ВС
Для подобных насосов предполагается, что кавитационный коэффициент
быстроходности у проектируемого и подобного насоса равны.
34
Высота всасывания центробежного насоса
g
PP
H
В
В
0
Д
В
H
КР
Н
Д
В
h
g
P
g
P
H
0
Д
В
H
Q
h
Q
1 6 5 4 3
2
Для характеристики антикавитационных свойств насоса используют
вакуумметрическую высоту всасывания HВ.
,
где Р
— атмосферное давление;
0
РН — давление разряжения.
максимально допустимая вакуумметрическая высота всасывания
Осевые насосы
У осевых насосов коэффициент быстроходности n
В этих насосах жидкость движется вдоль оси вращения.
1 — направляющий аппарат
2 — корпус
3 — рабочее колесо
4 — спрямляющий аппарат
5 — сальник и упорный подшипник
6 — диффузор
Принцип действия:
При вращении рабочего колеса лопасти, погруженные в жидкость, всасывают ее и
направляют в диффузор.
Достоинства: высокий КПД ( = 0,87), простота, высокая надежность, прямой привод
от электродвигателя, высокая подача.
Недостатки: малый напор (Н < 8м), несамовсасывающий.
Область применения:
> 500.
S
:
35
Применяется в качестве подруливающих устройств, осушительных насосов плавдоков,
z
R
a
2
l
a
rUUU
21
g
UV
H
U
Т
22
constrV
U2
2U
V
2U
V
1U
V
1
W
2
W
а
l
направление
движения
жидкости
2Л
W2 V
U2 V2 U2
1Л
W1 V
U1 V1 U1
балластных и диффузорных насосов на ледоколах, на земснарядах и т.д.
Поток в осевом насосе
Решетка профилей
В осевом насосе перетекание жидкости между цилиндрическими сечениями лопастей
рабочего колеса отсутствует, так как напоры на любом радиусе одинаковы.
Это позволяет трехмерную задачу о движении жидкости свести к плоской. Развёртка
цилиндрических сечений лопастей дает решетку профилей.
а — шаг решетки
l — длина хорды
,
где z — число лопастей.
— густота решетки.
Оценим форму лопасти осевого насоса.
Рассмотрим треугольники скоростей на входе и выходе.
Так как напор на различных радиусах постоянен, то постоянно равенство
, то есть с увеличением радиуса
уменьшается, а это значит, что угол
наклона лопасти 2Л ближе к периферии увеличивается.
Для получения положительного напора
должен быть больше, чем
, а это может
быть только в том случае, когда угол 2Л больше угла 1Л, насос будет создавать напор, если
выпуклость лопасти направлена вниз.
должна быть больше
, а это может быть только в том случае, если проходное
сечение на входе меньше, чем проходное сечение на выходе.
36
Силы, действующие на лопасть в потоке жидкости осевого насоса.
l
W
CP
СР
XX
2
2
l
W
CP
СР
YY
2
2
Z
U
Т
Vag
UP
H
Т
f
Т
fТ
Г
H
h
H
hН
1
Z
СРX
f
Vag
WP
h
Q
lh
n
КР
62,5
)(
4/3
max
4/3
65,3
H
Q
nS
)1(4dV
Q
D
Z
3
2
)08,006,0( nQV
Z
)75(
Z
V
U
PZ
R
PY
PU
RX
R — равнодействующая всех сил, действующих на
лопасть;
PU — окружная составляющая силы R;
PZ — осевая составляющая силы R;
PX — сила лобового сопротивления;
PY — подъемная сила.
где: l — длина хорды;
СX, CY — безразмерные коэффициенты, определяемые экспериментально.
По силам, действующим в решетке профиля, можно определить:
1. теоретический напор
2. гидравлический КПД
где:
Целью расчета осевого насоса является определение параметров рабочего колеса и его
профиля на различных радиусах.
Существует два метода расчета:
1) метод подъемных сил;
2) метод вихревых потоков.
Метод расчета осевого насоса с помощью подъемных сил.
Дано: Q, H, hКР
1. определяем максимальную частоту вращения
2. определяем коэффициент быстроходности
;
,
3. определяем наружный диаметр колеса
где:
м/с.
, м/с
37
Если известен шаг решетки, то диаметр можно определить через радиус:
z
R
a
2
d
6,04,0
D
d
d
втул
аVZ;;
6
53
S
СР
n
H
N
Q
100%
50%
H
N
1 5 3 2 4
— относительный размер ступицы рабочего колеса
По известным величинам
диаграммы сил, зная
коэффициент C
, который, в свою очередь, позволяет из атласа насосов определить форму
Y
, определяют силу P
из уравнения для напора определим силу P
, затем определяют безразмерный
Y
, а из
U
профиля рабочего колеса осевого насоса.
Характеристики осевых насосов
На малых подачах в межлопастном канале осевого насоса усиливается вихревое
движение жидкости, поэтому эти насосы эксплуатируются на режимах с подачей 50% и
выше от номинальной.
В отличие от центробежных насосов, осевые насосы допускают изменение режима
работы насоса путем разворота лопастей.
Вихревые насосы
Вихревые насосы относятся к лопастным динамическим насосам.
По виду корпуса и рабочего колеса вихревые насосы бывают двух типов:
- открытого типа;
- закрытого типа.
Вихревой насос открытого типа.
1 — всасывающий патрубок;
2 — рабочее колесо с
лопастями;
3 — отливной канал
постоянной глубины;
4 — нагнетательный
трубопровод;
5 — перемычка.
38
Принцип действия:
4
Д
В
H
q
U
k
H
2
2
2
k
qHU2
2
1 6 4 5 3
2
При вращении рабочего колеса жидкость из межлопастного канала под действием
центробежной силы выбрасывается в отливной канал. Благодаря его форме жидкость снова
возвращается в пространство между лопастями. Благодаря многократному взаимодействию с
лопатками давление жидкости при прохождении от входа к выходу существенно
увеличивается. В сравнении с центробежным насосом при одинаковых частоте вращения и
диаметре на выходе напор у вихревого насоса в 5–7 раз выше.
Достоинства: высокий напор, наибольший из всех динамических насосов; обладает
самовсасыванием (при наличии остатков жидкости в корпусе насоса); может работать на
смеси жидкости и газа; прямой привод от электродвигателя.
Недостатки: низкий КПД ( = 0,45); большие гидравлические потери; не может
работать на вязких жидкостях (и на загрязненных); опасность кавитации (выше, чем у
центробежных насосов), поэтому
м.
Вихревой насос с закрытым рабочим колесом
1 – рабочее колесо;
2 – корпус;
3 – отливной канал переменной глубины;
4 – всасывающее отверстие;
5 – нагнетательное отверстие;
6 – перемычка.
Принцип действия:
При вращении рабочего колеса жидкость, заключенная в межлопастном канале,
отбрасывается от всасывающего отверстия, что приводит к уменьшению давления, благодаря
чему новая порция жидкости поступает в межлопастной канал. Жидкость в районе отверстия
5 из-за уменьшения объема отливного канала вытесняется в нагнетательный трубопровод.
Насосы 1-го и 2-го типа отличаются формой колес и отливным каналом.
Вихревой насос 2-го типа нельзя путать с водокольцевым насосом. Различие между
насосами заключается в следующем:
1) рабочее колесо водокольцевого насоса находится в корпусе эксцентрично;
2) в водокольцевом насосе отсутствует отливной канал.
С целью увеличения всасывающей способности и увеличения КПД вихревого насоса
эти насосы объединяют в комбинированный центробежный вихревой насос, где рабочие
колеса расположены последовательно.
Основы расчета вихревых насосов.
Наиболее часто для расчета используют подобный насос с nS = 12 – 40.
Из опыта проектирования установлено, что при
n = 1500 об/мин. H = 80 ÷ 100м.
n = 2900 об/мин. H = 200 ÷ 250м.
До начала расчета задаются Q, H и n.
Известно, что
,
39
где k — эмпирический коэффициент напора. k = 4-6 для открытых, k = 8-10 для
n
U
D
60
2
2
2
5,0 UV
V
Q
f
2,01,02
D
h
5,04,0
d
c
7,04,0
h
c
0,26,1
d
b
h
D
z
2
2
)85(
4/3
10
КР
h
Qn
c
3/4
10
C
Qn
h
kp
H
D
b
закрытых.
,
Средняя скорость движения жидкости в отливном канале:
Площадь поперечного сечения отливного канала:
f — площадь сечения отливного канала, м2
f = 2dh+bc+2dc
где d, h, b, c — геометрические размеры отливного канала насоса с открытыми
каналами, м.
В процессе конструирования выявлены оптимальные соотношения этих параметров d,
h, b, c для наиболее экономичных насосов.
Также можем предварительно определить количество лопастей рабочего колеса z
z = 12 24 для закрытого рабочего колеса;
z = 25 60 для открытого рабочего колеса.
Вихревые насосы имеют низкие антикавитационные свойства из-за значительного
снижения давления на тыльной стороне лопасти.
Кавитационный коэффициент быстроходности вихревых насосов с = 100 110.
Отсюда критический кавитационный запас определяется по следующей формуле:
Тогда максимально допустимая высота всасывания
40
:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]