Расчет и обоснование основных параметров насоса ЦНС 180-1900

4 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

Разработка конструкции насоса обычно выполняется при многократном чередовании расчетов, графического исполнения и испытания отдельных элементов или насоса в целом.

Конструктивная схема собственно насоса определяется возможностями его размещения (в нашем случае с горизонтальным расположением вала), числом ступеней насоса (ступень – рабочее колеса и направляющий аппарат).

Если в результате расчета рабочего колеса его наружный диаметр D2 в 2,5 –3 раза больше диаметра D1 входа жидкости на лопасть по средней струйке жидкости, то выбирают многоступенчатый насос (рисунок  5).

Проверкой коэффициента быстроходности ступени  ns  насоса подтверждается необходимость создания центробежного насоса. Также определяют прочие размеры и параметры. Таким образом, определяют принципиальную конструктивную схему насоса, его привода и обвязки.

Далее при наличии аналогичного (модельного по критериям) центробежного насоса с высокими технико-экономическими данными с него пересчитывают по законам подобия ступень проектируемого насоса.

Суть усовершенствования колеса центробежного насоса ЦНС заключается в увеличении какого-нибудь показателя (например, напора с 950 м до 1000 м) и расчете по представленным ниже формулам. Таким образом, увеличение напора при той же подаче требует большей мощности, что увеличивает диаметр вала, а увеличение диаметра вала в свою очередь ведет к увеличению диаметра рабочего колеса, а значит и к изменению конструкции рабочего колеса, чтобы подача оставалась прежней.

Основные исходные данные:

Q=180 м3/ч=0,05 м3/с ;   Н= 1000 м;   n=3000 об/мин=50 с-1;  рад/с;

 кг/м3.     Насос ЦНС-180-950.

Расчет проточного канала рабочего колеса:

1 Рассчитаем  коэффициент  быстроходности

а–меридианное сечении рабочего колеса; б–меридианное сечение ступени насоса (рабочего колеса и направляющего аппарата)

Рисунок 5 – Конструкция ступени насоса с отводным аппаратом

                                          (8)

где Hст – статический напор, создаваемый одной ступенью;

n – частота вращения колеса;

Q – подача насоса

2 Найдем расход жидкости в  каналах рабочего колеса

                                                          (9)

 – объемный  коэффициент  полезного  действия;

 м3/с

3 Определим  приведенный  диаметр  входа  в  рабочее колесо

                                     (10)

4  Определим  к. п. д.  насоса

                        ;                          (11)

Принимаем  , тогда

 – соответственно  гидравлический  и  механический  к. п. д.

 м.

5  Определим  мощность  насоса

                              ,                                               (12)

         Н – общий напор насоса;

         – плотность жидкости.

 кВт.

6  Найдем  диаметр  вала

                               ,                                                      (13)

Принимаем Па – допустимое напряжение материала вала при кручении.

 м.

7  Рассчитаем  внешний  диаметр  втулки

                         ,                                                          (14)

 м.

8  Определяем  диаметр  входа  в  колесо

                     ,                                                        (15)

 с0   – осевая скорость жидкости у входа в пространстве между  D0  и  dBT

            м/с                              (16)

 м.

9  Найдем  радиус  колеса  у  входной  кромки  лопасти

                        ,                                                           (17)

 м.

10  Определим  ширину  b1

                       ,                                                         (18)

 соm   –  скорость потока на входе у лопастей до стеснения ими проходного сечения,

 м.

11  Определим  угол  входной  кромки  лопасти

,

  –  угол атаки;

                      ;                                               (19)

 м/с

k – коэффициент стеснения, k = 1,1 – 1,25, выбираем k = 1,12,

 м/с;

12  Рассчитаем  диаметр  колеса 

,                                                             (20)

 м/с

 м;

,

 – коэффициент окружной составляющей абсолютной скорости жидкости при выходе из колеса;

  –  коэффициент реакции,  .

 м.

13  Найдем ширину 

                        ,                                                      (21)

– меридианная скорость жидкости на выходе из колеса, взятая без учета стеснения проходного сечения лопастями, 

 м/с,

 м.

14  Рассчитаем угол выходной  кромки лопасти

                               (22)

k1,k2   – коэффициенты

 м;

 м,

Толщины лопатки на входе  s1 = 3 мм, s2 = 2 мм,

15  Определим число лопастей

                     ,                                          (23)

.

16  Определим теоретический напор

                   ,                                                          (24)

                     ,                                                  (25)

                 ,                                        (26)

,

,

 

                                 .