методичка. Методика расчета насоса

№

пп

Наименование определяемой величины

Обозна-чение

Пояснения к расчету и расчетная формула

Размер-ность в системе

Пример расчета

Насос «Г»

Насос «О»

1

2

3

4

5

6

7

1

Рабочая жидкость

I.Исходные данные

НДМГ

АТ

2

Массовый расход

Определяется при расчете камеры сгорания

кг/с

11,95

28,84

3

Полное давление на выходе насоса

+

Па

23220000

20460000

4

Минимальное полное давление на входе в насос

Задается

Па

124000

360000

5

Максимальная температура компонента на входе

Задается

К

298

298

6

Плотность компонента

Справочные данные

796

1442

7

Давление паров при

Справочные данные

Па

21200

13200

8

Кинематическая вязкость

Справочные данные

5*

9.

Объемный расход

Q

0,015

0,02

10.

Потребный напор насоса

H

29015

13950

Определение частоты вращения и расчет шнека

11.

Кавитационный запас по давлению на входе в насос

Введением кавитационного запаса по давлению учитывается несовершенство способов определения необходимого превышения давления и отличие кавитационных свойств различных экземпляров одного и того же насоса. Обычно

МПа

0,168

0,28

12.

Допустимое кавитационное падение полного давления

МПа

0,86

2

13.

Мощность консольного насоса

Существует два типа расположения турбины: консольное и неконсольное (см. рис. 6). При консольном расположении турбины расположение насосов зависит от того, на каком газе работает турбина. Для увеличения надежности работы ТНА и пожаробезопасности к турбине, работающей на окислительном газе, ближе располагают насос окислителя, при работе на восстановительном газе – насос горючего. Для того, чтобы определить диаметры втулки шнека - , шнека - и частоту вращения необходимо знать конструктивный параметр .

Определяется различно для консольного насоса и не консольного. Для не консольного насоса, диаметр втулки шнека которого определяется диаметром вала, передающего крутящий момент на консольный насос, d_вт определяется по N_конс насос.

Где: выбирается по опытным данным:

для насоса окислителя =0.70.8

для насоса горючего =0.60.7

Вт

14

а) для неконсольного насоса

Где - допустимое напряжение на кручение для марок сталей типа 2Х13.

б. Для консольного насоса задаваясь соотношением

по графику на рис. 7 находим

3,4

3,15

15

Максимально достижимая величина кавитационного

Коэффициента быстроходности

C_{ср max}

Находится по графику на рис. 7 в зависимости от

с^-1

3950

3775

16

Частота вращения насоса

ω

Определяется по уравнению Руднева С. С.

Принимаем ωо= ωг=3670 се-1

с^-1

3670

3675

17.

Коэффициент быстроходности.

n_S

. Обычно для насосов горючего

n_S = 30 ÷ 80, для насосов окислителя n_S = 80 ÷ 300.

—

41,4

78,5

18.

Коэффициент эквивалентного диаметра шнека.

Определяется по графику на рис. 7 в зависимости от .

—

7,3

7,56

19.

Диаметр втулки шнека.

d_вт

Определяется по уравнению, связывающему d_вт, , Q, ⍵

.

м

0,026

0,03

20.

Эквивалентный диаметр шнека.

D_э

Определяется по уравнению

.

м

0,055

0,064

21.

Наружный диаметр шнека.

D_ш

(D_n)

Находится из условия равенства площадей эквивалентной окружности и площади кольцевого сечения между втулкой и наружным диаметром шнека.

.

м

0,06

0,068

22.

Диаметр вала.

d_в

а. Для не консольного насоса диаметр вала по шнек определяется по мощности консольного насоса

б. Для консольного насоса

.

м

0,022

0,025

23.

Средний диаметр шнека.

D_ср

м

0,043

0,049

24.

Расходный к. п. д.

η_р

Выбирается по графику на рис. 3 в зависимости от коэффициента быстроходности.

—

0,965

0,97

25.

Теоретический расход.

Q′

.

0,0156

0,0206

26.

Скорость на входе в шнек.

C_1z

Определяется по теоретическому расходу и площади проходного сечения. Скорость C_1z не должна быть более 10 во избежание больших гидропотерь.

.

6,5

6,33

27.

Окружная скорость на периферии шнека.

U_п

110

125

28.

Отношение скоростей.

.

—

0,059

0,051

29.

Диаметр входа в центробежное колесо.

D₀

D₀ = (0,8÷1,0)·D_ш

Выносной шнек в некоторых случаях увеличивает к. п. д. насоса. Выбираем D₀ = D_ш (вставной шнек)

D₀ ˂ D_ш то шнек выносной

D₀ = D_ш то шнек вставной.

м

0,06

0,068

30.

Средний диаметр входных кромок лопаток колеса.

D₁

Выбирается конструктивно D₁ = (0,8÷1,0)·D₀

Задаемся для насоса «Г» = 0,9 D₀

Задаемся для насоса «О» = 0,85 D₀.

м

0,054

0,058

31.

Диаметр D₁′

D₁′

Выбираем конструктивно из соотношения

Принимаем D₁′ = D_ш.

м

0,06

0,068

32.

Скорость на входе в насос.

C_вх

Для уменьшения гидравлических потерь входной патрубок делают сужающимся на (20÷30)%, поэтому

5

4,87

33

Потери в подгонном патрубке

. где - коэффициент сопротивления выходного патрубка.

. для лсевого конического патрубка.

,для коленообразного патрубка.

,для кольцевого и полуспирального патрубка.

11.2

41,6

34

Допустимое кавитационное падение полного давления на входных кромках шнека на срывных режимах.

.где m -коэффициет неравности абсолютной скорости на входе в шнек. В первом приближении принимаем m=1

Из этого уравнения находим

МПа

0,75

2,1

35

Отношение скоростей на выходе из шнека на периферии.

Отношение находится из уравнения равенства полного давления на выходе из шнека на срывном режиме полному давлению срыва центробежного колеса:

Где определяется по формуле

-

0.135

0.13

В этих двух уравнениях:

для обычных насосов ЖРД

δ – толщина входной кромки лопатки центробежного колеса,

δ₀ – толщина лопатки на расстоянии 26 мм от входной кромки,

η_г.ш.п. – гидравлический к.п.д. шнека на периферии, его приравнивают гидр. к.п.д. шнека, η_г.ш.п.= η_г.ш=0,4÷0,5 для шнеков насосов ЖРД_.

(берется из пункта 31)

Так как отношение входит и в левую и в правую часть уравнения, то уравнение решается графически (см. рис. 9). Задаются рядом значений и т.д. и для каждого уравнения находят ерц, левую и правую части уравнения отдельно. Графики двух частей пересекаются в двух точках А и Б, выбирается меньшее значение , так как ему соответствует меньший напор шнека.

-

-

0,7

0,615

0,75

0,615

36

Угол лопаток на периферии шнека

По относительной закрутке можно определить угол лопатки шнека на периферии Для шнека постоянного шага

град

355

321

37

Угол входа потока на периферии

град

323

254

38

Угол атаки

Задаемся, т.к. по расчету мал. Угол атаки не должен превышать (3÷5) при большом . следует переходить к шнеку с переменным шагом.

град

2

2

39

Угол установки лопатки шнека (уточненный)

град

523

454

40

Шаг шнека

S

Шаг шнека определяется по уравнению

м

0,02

0,018

41

Коэффициент кавитации шнека на срывном режиме

Определяется по рис.10 в зависимости от отношения

-

0,0125

0,012

42

Полученная величина кавитационого падения давления на входе в шнек

∆

∆ где определяется из треугольника скоростей на входе в шнек

Мпа

0,66

1,28

43

Полученная величина кавитационного падения полного давления на срывном режиме

где – полученная величина кавитационого падения давления на входе в шнек (пункт 42), коэф, m можно принять равным единице . Полученная величина не должна быть больше допустимой (по n.)

Мпа

0.863

Меньше

n.12

1,945

44

Угол конусности на

входе

Выбирается конструктивно в пределах 90÷120

град

120

45

Угол конусности шнека на выходе

Выбирается конструктивно в пределах 140÷160

град

160

160

46

Густота решетки шнека

Густота решетки выбирается в пределах 22,5

-

2,5

2,5

47

Число лопаток шнека

Z

Для больших насосов Z=3, для малых Z=2

-

2

2

48

Осевая длина шнека

Находится по уравнению

м

0,035

0,026

49

Длина лопатки шнека на среднем диаметре

Определяется по уравнению

м

0,169

0,193

50

Угол лопаток на среднем диаметре

град

6

51

Заострение входной части профиля шнека

Длина заострения выходной кромки должна составлять (40÷50)от длины

лопатки

-

0.4

0.4

52

Заострение выходной части профиля шнека

Длина заострения выходной кромки должна составлять (20÷30)от длины

лопатки

-

0.2

0.2

53

Максимальная относительная толщина профиля на среднем диаметре

Выбирается: =(0,01÷0,015)

-

0,015

0,015

54

Закрутка жидкости

Пользуясь из пункта 35 и пункта 27

Входной патрубок

м/с

14,82

16,25

55

Площадь входа в патрубок

3,12*

4,23*

56

Диаметр входа

м

0,063

0,073

57

Диаметр входа из патрубка

D

Выбирается конструктивно

Центробежное колесо

м

0,061

0,069

58

Ширина лопаток на входе

Используя соотношение из пункта 35 получаем

м

0,019

0,024

59

Меридиональная скорость на входе в колесо

м/с

4,65

4,57

60

Закрутка жидкости перед центробежным колесом

Предполагая, что жидкость между шнеком и центробежным колесом двигается по закону свободного вихря запишем:

, тогда получаем расчетную формулу

м/с

16,5

19,1

61

Угол потока на входе в колесо

Определяется из треугольника скоростей перед центробежным колесом

,

где

грвд

313

323