Расчёт центробежного насоса

 

 

 

 

Сводный график полей H—Q для консольных насосов.

 

 

Рис.3.1

 

 

Центробежный насос 3К-9.

Рис.3.2. 
Характеристика центробежного насоса типа К.

 

 

 

 

 

Рис. 3.3.

 

 

 

 

 

 

Габаритные размеры  центробежного насоса типа К.

 

 

 

 

 

 

 

Рис 3.4.

 

  4. ПОДБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА.

 

От правильного выбора электродвигателя зависят надежность его работы в электроприводе и  энергетические показатели в процессе эксплуатации. В тех случаях, когда  нагрузка двигателя существенно меньше номинальной, он недоиспользуется по мощности, что свидетельствует об излишних капитальных вложениях, его КПД и коэффициент мощности заметно снижаются.

Электродвигатель подбирается  по частоте вращения, по рабочему положению (горизонтальный, вертикальный), мощности, напряжению и виду исполнения.

При выборе типа электродвигателя основных насосов придерживаются примерно следующего принципа. До мощности 250 кВт устанавливают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Если мощности превышают 250 кВт, устанавливают синхронные электродвигатели высокого напряжения.

Мощность необходимая  для привода насоса, определяется по формуле

                       (4.1)

где  κ – коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки электродвигателя при эксплуатации. Так как мощность, данного нам электродвигателя, меньше 20 кВт, то κ принимаем за κ=1,25.

ρ- плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³; g – ускорение силы тяжести, м/с²; Q_м – подача насоса, максимально возможная в схеме проектируемой насосной станции; Н_м – напор, соответствующий максимально возможной подаче Q_м; η_п – КПД передачи .

Для P = 2,3 кВт принимаем трёхфазный электродвигатель АО 2-31 со следующими параметрами: переменный ток, число оборотов - n = 2880 об/мин; ; ; масса - G = 35 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор материалов для основных частей насоса.

Выбор материала обуславливается  свойствами перекачиваемой среды и  требуемой долговечностью. Исходя из этого, согласно ГОСТ 10168-81 могут применяться  следующие материалы: углеродистая сталь ВСт3 и др.; кремнистый чугун типа 4С-15 или специальный чугун; хромистые стали типа 20Х13Л, 75Х28Л или 15Х28; высоколегированные хромоникелевые стали типа 12Х18Н9Т или 12Х18Н10Т и др.; хромоникельмолибденовые стали типа 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Е, 06ХН28МДТ и др.; титан ВТ1-0 или ТЛЗ и его сплавы; сплавы алюминия; бронза; полимерные материалы; фарфор; керамика; стекломатериалы; различные покрытия – эмалевые, резиновые, графитовые и т. д.

Принимаем материал рабочего колеса титан марки ВТ1-0, за материал вала – хромоникелевую сталь марки 12Х18Н10Т, а за материал корпуса и крышки – углеродистую сталь марки ВСт3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ  НАСОСА НА ПРОЧНОСТЬ.

6.1. Расчет на  прочность корпуса насоса.

 Данные для расчета

Наибольшее рабочее  давление в насосе, Р 0,5 МПа

Действительная толщина  стенки корпуса насоса, δ_д 18 мм

Наибольший наружный диаметральный размер

корпуса в месте замера, D 280 мм

Рабочая температура, t_р 100°С

Материал корпуса 25Л

Расчет

При проверочном расчете  насоса должно выполняться условие:

δ_д > δ_отбр

где δ_отбр - отбраковочная толщина стенки корпуса, мм;

δ_д - действительная толщина стенки корпуса, мм;

Определяется по формуле:

,

где Р - наибольшее рабочее  давление в насосе, МПа;

D - наибольший наружный  диаметр, мм;

σ_пред - предельное напряжение для материала корпуса, при t=100°C для стали 25Л δ_пред=106 МПа;

Проверяем условие отбраковки 3>1,32 мм

Толщина стенки корпуса  значительно превосходит отбраковочную, следовательно, прочность корпуса  обеспечена.

 

 

6.2. Расчет на прочность вала насоса.

Данные для расчёта

Мощность на валу 4,5×10³ Вт

Число оборотов 2900 об/мин

Материал вала Сталь 40Х

Для обеспечения прочности  вала должно соблюдаться условие

где - эквивалентное напряжение в опасном сечении

- допустимое напряжение для  стали 40Х

где - напряжение возникающее под действием изгибающего момента, МПа .

- напряжение кручения возникающее  под действием крутящего момента,  МПа.

 и 

где, W_U- осевой момент сопротивления вала, мм³

W_P – полярный момент вала, мм³

М_и и М_кр – изгибающий и крутящий момент соответственно Нмм

мм³

мм³

где, d – диаметр вала в опасном сечении вала; d =40 мм

6,1 МПа

где, σ_в- предел прочности материала вала, для стали 40Х σ_в- 560МПа

n_max- максимальный запас прочности вала

n_max=1,6- 2,2, принимаем n_max=2,2

6,1 МПа ≤254 МПа

Условие прочности выполняется

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.3. Расчет на  прочность колеса насоса.

Данные для расчета 

Наружный радиус диска колеса 175 мм

Радиус центрального отверстия 25 мм

Материал диска рабочего колеса сталь 25Л

Рабочая температура 100°С

Расчет 

При определении напряжений в рабочем колесе центробежного  насоса, рабочее колесо упрощенно  принимается за плоский диск с отверстием.

 

Расчетная схема рабочего колеса

 

Рис. 4.

 

Радиальные напряжения от действия центробежных сил в диске  рабочего колеса определяются по формуле:

где: ρ – текущий радиус;

r – радиус центрального  отверстия;

R – наружный радиус  диска;

g – ускорение свободного падения, g=9,8·10³мм/с²;

μ – коэффициент Пуансона, для стали μ=0,3;

i – удельный вес  материала диска, для стали,  ;

ω_Р – рабочая скорость вращения,

;

для ρ=R

для ρ =r

Кольцевые напряжения от действия центробежных сил определяются по формуле:

для ρ =R

для ρ =r

Максимальное напряжение возникает при р=r, σ_t2=σ_max;

Допускаемый местный  запас прочности в дисках принимается n_m=2;

Предел прочности материала  колеса стали 25Л при t_раб=100°C, σ_в=100,4 МПа;

Допускаемое напряжение определяется:

 МПа

Должно выполняться  условие: [σ]>σ_max; 50,2 > 18,5

Условие прочности выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА.

Согласно указаниям  инструкции завода-изготовителя по обслуживанию и уходу за насосами и в соответствии с местными условиями эксплуатации должны быть разработаны собственные инструкции и указания по техническому обслуживанию и уходу. В них устанавливают сроки проведения регулярных проверок и ревизий, а также работ по техническому обслуживанию и ремонту. Для каждого насоса заводят эксплуатационный журнал или книгу, по которым можно было бы определить состояние насоса, установить необходимость проведения ревизии и соответствующего вида ремонта. Следует также регулярно проверять эксплуатационную готовность резервных насосов, чтобы IB любое время гарантировать ввод их в эксплуатацию.

При установке агрегатов  на открытой площадке следует обратить внимание на необходимость постоянного  прогрева при низких температурах (мороз), во время стоянки, а также на своевременное опорожнение от жидкости насосов и трубопроводов. Пуск насоса в холодном состоянии при перекачивании жидкости с различной вязкостью недопустим, так как это может привести к повреждению насоса. Кроме того, необходимо дать указания для проведения работ по техническому обслуживанию агрегатов.

Первую смену масла  и чистку масляных полостей в подшипниках  с жидкой смазкой проводят после 200 ч эксплуатации, следующую смену  масла — после 1500—2000 ч, но не реже одного раза в год. При использовании высококачественных сортов масла (турбинное) допускают большую продолжительность работы.

При использовании муфт с масляной смазкой через 500-600 ч эксплуатации проверяют масло на шлакообразование, а при необходимости его доливают. Масло меняют по истечении 3000 ч эксплуатации.

 

В практике наибольшее распространение  получил метод регулирования  работы центробежных насосов с помощью  обточки рабочего колеса. Как известно напор насоса находится в квадратичной зависимости от диаметра рабочего колеса и, поэтому уменьшая диаметр колеса с помощью обточки можно существенно менять и характеристики насоса.

 Для получения расчётной  величины нужного напора центробежного  насоса при обточке колеса, необходимо  номинальную величину напора  умножить на квадрат отношения диаметра обточенного колеса к номинальному диаметру.

Регулировать работу центробежного насоса можно и  с помощью изменения сопротивления в потребительской сети.

 Изменение условий  работы насоса на сеть позволяет  регулировать работу насоса в широком диапазоне.

Из графической напорной характеристики центробежных насосов, представляющей собой пологую кривую, видно, что с увеличением подачи уменьшается напор и наоборот. Для каждой конструкции насоса имеется  зона оптимальной работы, представляющая собой энергетическую характеристику, определяющая крутизну и максимальную величину КПД.

 Рабочая точка на  кривой характеристики соответствует  максимальному значению КПД насоса.

 Местоположение рабочей  точки на характеристике определяется  «сопротивлением сети». Если менять сопротивление сети, например, закрывая задвижку на напорной линии, то рабочая точка будет смещаться по кривой влево в пределах рабочей зоны, т.е. центробежный насос будет выбирать режим работы на меньшей подаче, так как «вынужден» работать с большим напором, чтобы преодолеть дополнительное сопротивление задвижки.

 

 Другим способом  изменения условий работы насоса  на сеть является байпасирование, представляющее собой установку  регулируемого или нерегулируемого  перепуска (байпаса) с напорной линии на всасывание.

 У насоса при  байпасировании происходит увеличение  подачи (с учётом объёма жидкости, возвращаемой в линию всасывания) и соответствующее снижение напора.

 В потребительской  сети байпасирование приводит  к снижению подачи. В результате  в потребительской сети можно получить одновременно меньший напор и меньшую подачу (энергия жидкости идёт на сброс).

 Снижение напора  с помощью перепуска жидкости  с напорной линии во всасывающую  обеспечивает снижение напора  на 10…30 % в зависимости от крутизны  напорной характеристики насоса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА.

 

В соответствии с действующими инструкциями к эксплуатации в ремонте  насосного   оборудования должны допускаться квалифицированные  механики и слесари, знающие конструкции  центробежных и приводных плунжерных насосов и обладающие определенным опытом обслуживанию, ревизии (сборка, разборка), ремонту, а при необходимости и проверки или испытанию этих насосов. Кроме того, рабочие ремонтирующие насосы, должны быть инструктированы в соответствии с правилами по технике безопасности, действующими на данной перекаченной станции магистрального продуктопровода или нефтепровода.

Вращающиеся или движущиеся механизмы или отдельные детали насосов, двигателей трансмиссий должны иметь надежные ограждения, исключающие опасность для персонала, обслуживающего насосные агрегаты.

Рабочие помещения насосной перекаченной станции должны быть оборудованы вытяжной вентиляцией, обеспечивающей взрывобезопасность условий ее эксплуатации. Исправление или ремонт вращающихся или движущихся частей или деталей во время работы насоса деталей не допускается.

Останавливать насос  на ремонт с его разборкой можно  только по разрешению начальника перекаченной станции. Насос, подвергаемый ревизии, должен быть остановлен и отключен от трубопроводов, а оставшаяся в нем жидкость должна быть дренирована.

  При ремонте насоса в помещении насосной  (если, кроме ремонтируемого, здесь работают и другие насосы, перекачивающие нефть или нефтепродукты) необходимо принимать меры, предотвращающие появление искр. Например, инструмент, которым здесь разрешается пользоваться, должен быть обязательно покрыт медью (обеднен). Персоналу, занятому ремонтом (равно как и обслуживающему действующие насосные агрегаты), категорически запрещается вести какие-либо огневые работы, зажигать огонь, курить и т.п.Во избежание несчастных случаев из-за прорыва прокладок горизонтальных фланцевых разъемов корпусов центробежных насосов, последние должны иметь ограждения в виде козырьков из железа толщиной 1,5-2 мм.