Расчёт центробежного насоса. курсовая работа (т). другое. 2013-05-27

4.7 Определение конструктивных размеров рабочего колеса

Входные размеры были определены ранее.

Определяем диаметр рабочего колеса на выходе:

D2 == 106 мм.

Тогда
отношение диаметров выхода и входа потока (модуль колеса) определится как

m = = 10643= 2,47

Ширина
лопасти на входе определяется по формуле:

b1 == 18 мм,

где
m1 — коэффициент стеснения входного сечения каналов
колеса,

m1 = 0,467

b2 == 7 мм,

Диаметр
просвета колеса на входе определяется по формуле:

D0 = (1,0¸1,25)*D1 = 48 мм.

Угол
установки лопатки на входе в колесо:

b1л = b1 + s1 = 14,8 + 3 = 17,8 град,

где
s1 =0¸6° — угол атаки.

Угол
установки лопатки на выходе из колеса:

b2л = b2 + s2 = 24,86 + 3 = 27,86 град,

где
s2 = 2¸4°- угол отставания потока вследствие отклонения потока в косом срезе
рабочего канала колеса.

Число
рабочих лопаток колеса:

z== 6

Уточнение
принятой величины коэффициента стеснения производится по формуле:

m1 = 1 — = 1-0,304

5.
Механический расчет

Для
выполнения механического расчета необходимо профилирование элементов проточной
части.

5.7 Выбор двигателя

Для
привода водяных насосов консольного типа преимущественно используются
асинхронные электродвигатели серии 4А. Для выбора электродвигателя руководствуются
частотой вращения насоса и его мощностью. При этом требуется учесть
необходимость запаса по мощности во избежание выхода двигателя из строя при
запуске, когда возникают большие пусковые токи. Коэффициент запаса =1,05¸1,5 выбирается, исходя из
величины мощности насоса. Большие значения коэффициента соответствуют меньшим
значениям мощности.

Выбор
электродвигателей производится по каталогам и справочникам .

Таким
образом, выбираем электродвигатель 4АА63В2УЗ с номинальной мощностью 0,55 кВт.

Список
литературы

1.
Нагнетатели и тепловые двигатели /В.М.Черкасский и др. -М.: Энергоатомиздат,
1997. 384 с.: ил.

. Малюшенко,
Михайлов. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование. М.:Машиностроение,
1977. 288 с.: ил.

.Тыркин Б.А.,
Шумаков В.В. Монтаж компрессоров, насосов и вентиляторов. М.: Высшая школа,
1985. 247 с.

. Елисеев
Б.М. Расчет деталей центробежных насосов. М.: Машиностроение. 1975. 207 с.

.Алиев Г.А.
Справочник по электротехнике. М.:Энергия, 2003. 242 с.

Самостоятельный гидравлический расчет трубопровода

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя.

Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

условный (номинальный) диаметр – DN;
давление номинальное – PN;
рабочее допустимое (избыточное) давление;
материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
физико-химические свойства рабочей среды;
комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
изоляционные материалы трубопровода.

Условный диаметр (проход) трубопровода (DN) – это условная безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода.

Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

Основные положения гидравлического расчета

Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний, по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

ламинарный поток (Re

Расчет расхода и напора воды

Таблица подбора насосов для скважин.

Выбор насосного оборудования надо осуществлять, учитывая предполагаемый расход воды для участка и дома:

для душа – 0,2-0,7 л/с;
для джакузи – 0,4-1,4 л/с;
для ванны со стандартными смесителями – 0,3-1,1 л/с;
для раковины, мойки на кухне и в санузлах – 0,2-0,7 л/с;
для кранов с распылителями – 0,15-0,5 л/с;
для унитаза – 0,1-0,4 л/с;
для биде – 0,1-0,4 л/с;
для писсуара – 0,2-0,7 л/с;
для стиральной машины – 0,2-0,7 л/с;
для посудомоечной машины – 0,2-0,7 л/с;
для поливочных кранов и систем – 0,45-1,5 л/с.

Чтобы вычислить напор, необходимо помнить, что давление в трубах должно составлять 2-3 атмосферы, а избыточная мощность насоса не должна превышать 20 м. Например, глубина погружения составляет 10 м от уровня грунта, тогда расчетные потери будут равны 3 м. В этом случае напор рассчитывается так: глубина скважины + подача воды по вертикальному стволу + высота над уровнем грунта верхней точки водоразбора + избыточное давление + расчетные потери. Для данного примера расчет будет следующим: 15 + 1 + 5 + 25 + 3 = 49 м.

При суммировании примерного расхода за единицу времени надо учитывать и то, что одновременно открываются 5-6 кранов или используется аналогичное количество точек водоразбора. Учитывается количество проживающих, наличие теплиц на участке, сада и прочие параметры. Без этих данных правильный подбор невозможен.

2 Параметры ступени.

Многоколесные
центробежные насосы выполняют споследовательным
или параллельным
соединением рабочих колес (см. рис.5
слева и справа соответственно).

Насосы
с последовательным соединением рабочих
колес называются многоступенчатыми.
Напор такого насоса равен сумме напоров
отдельных ступеней, а подача насоса
равна подаче одной ступени:

;;

где

;

Насосы
с параллельным соединением колес принято
считать многопоточными.
Напор такого насоса равен напору одной
ступени, а подача равна сумме подач
отдельных элементарных насосов:

; ;

где

—

Число ступеней
ограничивается максимальным напором,
создаваемым одной ступенью (обычно не
превышает 1000 Дж/кг).

Определяемкритический
кавитационный запас энергии
без
деаэратора

для
питательного насоса:

;

для конденсатного
насоса:

;

Критический
кавитационных запас энергии с
деаэратором

для питательного
насоса:

;

для конденсатного
насоса:

;

где

коэффициент
запаса

;

—
коэффициент, зависящий от быстроходности
насоса (см. рис.7);

или
— соответственно
для холодной пресной и морской воды;

Коэффициент
запаса

и.
Полученное значение данного коэффициента
будет уточнено при нахождении расчетного
соотношения далее по предложенной
методике. (Отметим, что предложенные на
рисунках 6 и 7 графические зависимости
относятся преимущественно к питательным
насосам, так что при невыполнении
поставленных условий для питательных
насосов допускаем увеличение конечного
граничного значения коэффициента
запаса

Далее
определим максимально
допустимую частоту вращения
рабочего колеса:

,
где

кавитационный
коэффициент быстроходности

—
для
напорно-пожарного насоса;

-для
питательного насоса;

—
для
питательного насоса с бустерной
ступенью;

—
для
конденсатного насоса;

—
для
насоса с предвключенным осевым колесом;

Определимрабочую
частоту вращения
колеса насоса:

,
где

коэффициент
быстроходности

—
для
напорно-пожарного насоса;

—
для
питательного насоса с бустерной ступенью;

—
для
питательного насоса;

—
для
конденсатного насоса;

Условие
правильного выбора коэффициента
быстроходности: согласование
частот вращения по неравенству
(причем

Расчетная
подача
колеса может быть найдена по выражению:

,
где

—
учитывает протечку жидкости через
переднее уплотнение;

Теоретический
напор
находится по формуле:

где

гидравлический
КПД

,
где

—приведенный
диаметр
входа в рабочее колесо; принимается(см. рис.8). Отметим,
что гидравлические потери возникают
из-за наличия трения в каналах проточной
части.

Механический
КПД
найдем по формуле:

где

;

—
учитывает потери энергии на трение в
подшипниках и сальниковых устройствах
насоса.

Общий
КПД насоса
определяется как:

;

КПД судовых
центробежных насосов лежит в пределах
от 0,55 до 0,75.

Потребляемая
мощность
насоса и максимальная
мощность
при перегрузках соответственно
определяются как:

Кавитация

Кавитацией называют образование в толще движущейся жидкости пузырьков пара при снижении гидростатического давления и схлопывание этих пузырьков в толще где гидростатическое давление повышается.

В центробежных насосах кавитация образуется на входной кромке рабочего колеса, в месте с максимальной скоростью потока и минимальным гидростатическим давлением. Схлопывание пузырька пара происходит во время его полной конденсации, при этом в месте схлопывания возникает резкое увеличение давления до сотен атмосфер. Если в момент схлопывания пузырёк находился на поверхности рабочего колеса или лопатки, то удар приходится на эту поверхность, что вызывает эрозию метала. Поверхность метала подверженная кавитационной эрозии носит выщербленный характер.

Кавитация в насосе сопровождается резким шумом, треском, вибрацией и что особенно важно, падением напора, мощности, подачи и КПД. Материалов, имеющих абсолютную устойчивость против кавитационного разрушения не существует, поэтому работа насоса в кавитационном режиме не допускается

Минимальное давление на входе в центробежный насос называют кавитационным запасом NPSH и указывается производителями насосов в техническом описании.

Подбор центробежного насоса

Для подбора центробежного насоса используют графическую зависимость напора от подачи, которая индивидуальна для каждой модели и приводится в каталогах производителей.

Методика подбора центробежного насоса зависит от возложенных на него задач. Чтобы подобрать повысительный насос — задаются подачей и с оси абсцисс проводят перпендикуляр на кривую характеристики насоса, полученная рабочая точка определит напор при заданной подаче.

Циркуляционный насос подбирают, накладывая на характеристику насоса, гидравлическую характеристику циркуляционного кольца, отображающую зависимость потерь напора от протекающего расхода. Рабочая точка будет находиться в точке пересечения характеристик насоса и циркуляционного кольца.

Если заданным параметрам соответствует несколько моделей, выбирают менее мощный насос работающий в режиме с большим КПД. Подбирая центробежный насос для сети с изменяющимся расходом воды, лучше отдать предпочтение модели с более пологой напорной характеристикой и широким диапазоном подачи.

Шумовые характеристики, часто становятся преобладающим параметром при подборе насосов для установки в жилых домах. В таких случаях рекомендуется выбрать насос с электродвигателем меньшей мощности и частотой вращения не более 1500 оборотов в минуту.

Дроссельное регулирование при постоянной частоте оборотов.

Предположим, что насос подключен так, как показано на схеме.

Отложим на графике характеристики напора, мощности и КПД центробежного насоса при постоянном числе оборотов.

На этом же графике изобразим характеристику трубопроводной сети, на которую работает насос. При этом считается, что регулирующий дроссель открыт полностью.

Установившийся режим работы центробежного агрегата возможен только если напор насоса равен напору, расходуемому в системе. Это равенство наблюдается в точке а.

В случае прикрытия дросселя на напорной трубе точка а передвинется по характеристике влево и займет положение а / , задав новые значения параметров Q / , H / , N / .

Следовательно, дроссельное регулирование при постоянной частоте вращения достигается введением дополнительного гидравлического сопротивления в сеть трубопроводов машины.

Поскольку наибольшая подача достигается при полностью открытом дросселе (точка а), дроссельное регулирование применяют только с целью уменьшения подачи. Энергетическая эффективность такого регулирования низка, но благодаря своей простоте этот способ широко применяется.

При дроссельном регулировании центробежных машин, подающих жидкость, дроссель располагают на напорной трубе. Если расположить его на всасывающей трубе, то при глубоком регулировании может возникать кавитация.

Изменение частоты вращения вала

В тех случаях, когда имеется возможность изменять частоту вращения вала двигателя, приводящего в движение центробежную машину, целесообразно воспользоваться этим вариантом.

Насос подключен к трубопроводу так же, как и в предыдущей схеме и работает при частотах вращения n1, n2, n3, причем n1

Источник

Регулировка скоростей циркуляционного насоса

Скорости насоса – это способность прибора менять производительность. Узнать о наличии режимов просто – в описании будет указана не одна мощность, а несколько (обычно три).

Читать далее: Как выбрать инсталляцию для унитаза: подвесная система, какая инсталляция лучше, выбор, какую выбрать

Точно также в трёх вариантах указывают и скорость вращения и производительность. Например: 70/50/35 Вт (мощность), 2200/1900/1450 об/мин (скорость вращения), напор 4/3/2 м.

Существуют модели, которые автоматически меняют скорость работы (а значит, и производительность), в зависимости от температуры окружающей среды.

Наличие скоростных режимов – не только для повышения комфорта. Это оправдано и экономически. До 40% энергии способен сберечь режимный прибор против обычного.

У большинства моделей циркуляционного насоса имеется функция регулировки скорости работы прибора. Как правило, это трехскоростные устройства, позволяющие управлять количеством теплоты, которое направляется на обогрев помещения. В случае резкого похолодания увеличивают скорость работы прибора, а при потеплении ее уменьшают, притом, что температурный режим в комнатах остается комфортным для пребывания в доме.

Чтобы переключать скорость, имеется специальный рычаг, расположенный на корпусе насоса. Очень востребованы модели циркуляционных устройств с автоматической системой регулирования данного параметра в зависимости от температуры снаружи здания.

Расчет насоса

Исходные данные

Произвести необходимые расчеты и подобрать оптимальный вариант насоса для подачи в реактор Р-202/1 из емкости Е-37/1 при следующих условиях:

· Среда — бензин

· Расход 8 м3/ч

· Давление в емкости атмосферное

· Давление в реакторе 0,06 МПа

· Температура 25 оС

· Геометрические размеры, м: z₁=4; z₂ =6; L=10

Определение физических параметров перекачиваемой жидкости

Плотность бензина при температуре :

Место для формулы.

При

Таким образом

Кинематическая вязкость:

Динамическая вязкость:

Пас

Давление насыщенных паров:

Определение потребного напора насоса

а) Определение геометрической высоты подъема жидкости (разности уровней жидкости на выходе и входе в емкости, с учетом преодоления высоты реактора):

(26)

где Z1 — уровень жидкости в емкости Е-37/1, м

Z2 — уровень жидкости в колонне Р-202, м

б) Определение потерь напора на преодоление разности давлений в приемном и напорном резервуарах:

(27)

где Рн — абсолютное давление нагнетания (избыточное) в емкости Е-37/1, Па;

Рв — абсолютное давление всасывания (избыточное) в реакторе Р-202/1, Па

в) Определение диаметров трубопровода во всасывающем и нагнетательном тракте

Зададимся рекомендуемой скоростью движения жидкости:

В нагнетательном трубопроводе скорость нагнетания Wн = 0,75 м/с

Во всасывающем трубопроводе скорость всасывания Wв = 0,5 м/с

Выразим диаметры трубопроводов из формул скорости течения жидкости:

(28)

(29)

Откуда:

(30)

(31)

Где d — диаметр трубопровода, м

Q — расход перекачиваемой жидкости, м3/с

W — скорость течения жидкости, м/с

Для дальнейшего расчета диаметров необходимо расход Q выразить в м3/с. Для этого заданный расход в часах поделим на 3600 секунд. Получаем:

Выбираем по ГОСТ 8732-78 трубы, ближайшие к данным значениям.

Для всасывающего трубопровода диаметр (108 5,0)10-3 м

Для нагнетательного трубопровода диаметр (108 5,0)10-3 м

Уточняем скорость течения жидкости по стандартным внутренним диаметрам трубопроводов:

(32)

Где — внутренний диаметр трубопровода, м;

— наружный диаметр трубопровода, м;

— толщина стенки трубопровода, м

Истинные скорости течения жидкости определим из выражений (28) и (29):

Сравниваем истинные скорости течения жидкости с заданными:

г) Определение режима течения жидкости в трубопроводах (числа Рейнольдса)

Критерий Рейнольдса определяется по формуле:

(33)

Где Re — число Рейнольдса

W — скорость течения жидкости, м/с; — внутренний диаметр трубопровода, м; — кинематическая вязкость, м2/с

Всасывающий трубопровод:

Нагнетательный трубопровод:

Так как число Re в обоих случаях превышает значение зоны перехода от ламинарного режима течения жидкости к турбулентному, равное 10000, то это означает, что в трубопроводах развитый турбулентный режим.

д) Определение коэффициента сопротивления трения

Для турбулентного режима коэффициент сопротивления трения определяем по формуле:

(34)

Для всасывающего трубопровода:

Для нагнетательного трубопровода:

е) Определение коэффициентов местных сопротивлений

Во всасывающем трубопроводе располагаются два проходных вентиля и колено с поворотом на 90 градусов. Для этих элементов по справочной литературе находим коэффициенты местных сопротивлений: для проходного вентиля , для колена с поворотом на 90 градусов ,. С учетом сопротивления, возникающего при входе жидкости в насос , сумма коэффициентов местных сопротивлений на всасывающем тракте будет равна:

(35)

В нагнетательном трубопроводе расположены следующие элементы: 3 проходных вентиля , обратный клапан =2, диафрагма , теплообменник , 3 колена с поворотом на 90 градусов . С учетом сопротивления, возникающего при выходе жидкости из насоса , сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательном тракте равна:

ж) Определение потерь напора на преодоление сил трения и местных сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводе

Используем формулу Дарси-Вейсбаха:

(37)

где ДН — потери напора на преодоление сил трения, м

L — фактическая длина трубопровода, м

d — внутренний диаметр трубопровода, м

— сумма местных сопротивлений на рассматриваемом тракте

Гидравлическое сопротивление во всасывающем трубопроводе:

Гидравлическое сопротивление в нагнетательном трубопроводе:

и) Определение потребного напора насоса

Потребный напор определяем путем сложения рассчитанных составляющих, а именно геометрической разницы уровней в печи и в колонне, потерь на преодоление разницы давлений в печи и в колонне, а также местных гидравлических сопротивлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, плюс 5% на неучтенные потери.

(40)

Характеристики для выбора насоса

Если вы решили провести водопровод на дачном участке или в частном домостроении, водозабором для которого будет колодец или скважина, то выбор насоса необходимо делать после проведения точных расчетов. Последние должны включать в себя длину трубопровода, глубину погружения гидромашины, расстояние до статической отметки воды в колодце и прочие параметры. Также при выборе оборудования для подачи воды необходимо как следует изучить основные характеристики насоса, такие как потребляемая мощность, производительность, напор и шумовые характеристики агрегата.

Потребляемая мощность

Мощность насоса – это рабочая характеристика, которую следует учитывать при установке агрегата. Чем мощнее агрегат, тем большего сечения нужен провод для его подключения. К тому же, если в доме слабая проводка, то к аппарату необходимо тянуть отдельную линию электропитания, и устанавливать на ней систему защиты в виде автоматического выключателя.

Производительность

Объем жидкости, который перекачивается за определенный промежуток времени, определяет расход насоса, то есть его производительность. Параметры производительности принято обозначать в л/мин или в м3/ч.

Следует занять, что чем глубже будет погружено устройство в скважину, тем меньшая будет его производительность. Поэтому эти параметры должны учитываться при расчете

Напор

Чтобы правильно подобрать насос, необходимо вычислить значение напора, которое определяется как энергия, передаваемая жидкости от движущихся элементов агрегата, например, поршня или крыльчатки. Простыми словами, напор насоса – это высота, на которую агрегат может поднять воду. Измеряется напор в метрах.

Совет! Данный параметр особенно важно учитывать при расчетах системы водоснабжения в доме, состоящего из нескольких этажей. Правильный расчет напора позволит без проблем использовать точки водозабора на самых верхних этажах домостроения.

Уровень шума

Поскольку агрегат работает от электрического двигателя, то появление шума при его работе неизбежно. В основном шум вызывается вращением подшипников двигателя и крыльчаткой, установленной на его валу для охлаждения. В каждом руководстве к агрегату указывается уровень шума, который он производит. Поэтому подбор насоса нужно делать не только по вышеперечисленным показателям, но и по уровню шума.

Если же выбранный вами насос окажется достаточно шумным, то его необходимо устанавливать в подвале либо в отдельном от дома строении.

Совет! При установке агрегата в подвале дома помещение рекомендуется обшить звукоизоляцией, а сам фундамент, на который будет установлен аппарат – виброизолировать.

Если вы собираетесь покупать погружной агрегат, то насчет шума, который он будет издавать, беспокоиться не стоит, поскольку работать он будет глубоко под землей, являющейся хорошим звукоизолятором.