Гидравлический расчет [3]

2.1 Определение числа оборотов колеса Расчет насоса начинают с определения предельного числа оборотов n_max, выше которого кавитация неизбежна при параметрах проектного задания:

об/мин (1.1).

Здесь C (n_s) =900 1500 — кавитационный коэффициент быстроходности насоса.

Рабочее число оборотов насоса n выбирается из стандартного ряда, из значений, характерных для насосов данного типа. Для центробежных водяных насосов консольного типа характерны значения 1450 и 2900 об/мин.

2.2 Расчет удельного числа оборотов

Заданные параметры насоса, число ступеней и число оборотов определяют его быстроходность:

(1.2).

Консольные насосы относятся к одноступенчатым насосам (i = 1).

При оптимизации конструкции необходимо учитывать, что:

• а) гидравлический и полный КПД центробежного насоса достигает своего максимального значения при n_s =80 150;
• б) с уменьшением n_s рабочее колесо становится чрезмерно узким и неэкономичным.
• 2.3 Определение коэффициента полезного действия и мощности насоса

Используя опытные данные, оценивают общий КПД и, далее, потребляемую насосом мощность (мощность на валу).

Общий (полный) КПД насоса равен:

= _{о г мех}, %,(1.3).

где, % - объемный КПД насоса, учитывающий объемные потери (утечки) в насосе (_о = 0,85 0,98); _Г — гидравлический КПД, учитывающий потери насоса вследствие гидравлического трения, ударов и вихреобразования в проточной части (з_г = 0,8 0,95):

%,(1.4).

где D_1п — приведенный диаметр рабочего колеса на входе.

мм.(1.5).

Механический КПД насосов з_мех 0,9ч 0,96.

Мощность на валу насоса:

кВт (1.6).

2.4 Определение входных размеров колеса

К входным размерам колеса относятся диаметр вала D_в, диаметр ступицы D_ст, диаметр всасывающего отверстия (диаметр просвета) D₀ и диаметр входа потока на рабочие лопатки колеса D₁.

Диаметр вала рассчитывается по условию обеспечения необходимой прочности и прогиба в зависимости от величины мощности на валу и числа оборотов. Прогиб вала вследствие действия поперечных сил не должен превосходить половины минимального зазора в уплотнениях. Кроме того, рассчитывается критическое число оборотов вала для предотвращения резонансных колебаний.

Предварительно диаметр вала оценивают по формуле:

мм, (1.7).

где [] - допустимое напряжение кручения, кг/см².

Для стальных валов [] = 120 200 кг/см².

Диаметр ступицы колеса:

D_ст=(1,6 2,0)D_в, мм. (1.8).

Длина ступицы колеса:

L_ст=1,4D_ст, мм. (1.9).

Диаметр входа на рабочие лопатки:

мм. (1.10).

Диаметр просвета колеса на входе определяется по формуле:

D₀ = (1,0 1,25)D_1, мм. (1.11).

2.5 Определение элементов треугольника скоростей на входе жидкости в каналы рабочего колеса

Окружная скорость определяется по формуле:

м/с. (1.11).

Скорость входа в рабочее колесо определяется по формуле:

м/с. (1.12).

Полагая вход потока в колесо радиальным (₁=90⁰ и С₀=С₁=С_1r), определим из входного треугольника угол входа потока на лопасти колеса.

град. (1.13).

Угол ₁ обычно лежит в пределах 1530⁰.

Относительная скорость определяется по формуле:

м/с. (1.14).

По полученным значениям U₁, C₁, W₁ строим входной треугольник скоростей.

Рис. 1. Треугольник скоростей при входе потока в каналы рабочего колеса

2.6 Определение элементов треугольника скоростей на выходе потока из рабочего колеса.

Угол выхода потока существенно зависит от быстроходности — удельного числа оборотов n_s.

sinв₂ = k sinв₁. (1.15).

Значения коэффициента k (n_s) принимаются по таблице 7:

Таблица 7 Зависимость коэффициента k от удельного числа оборотов n_s

Окружная скорость определяется по формуле:

м/с, (1.16).

где С_2r = C_1r = C₀.

Проекция абсолютной скорости выхода потока на направление окружной скорости определяется по формуле:

м/с.(1.17).

Абсолютная скорость выхода определяется по формуле:

м/с. (1.18).

Относительная скорость выхода определяется по формуле:

м/с. (1.19).

По полученным значениям U₂, С_2r, W₂ строим треугольник скоростей на выходе потока из рабочего колеса.

Рис. 2. Треугольник скоростей при выходе потока из рабочего колеса

2.7 Определение конструктивных размеров рабочего колеса.

Входные размеры были определены ранее.

Определяем диаметр рабочего колеса на выходе:

мм. (1.20).

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

(1.21).

Ширина лопасти на входе определяется по формуле:

мм, (1.22).

где ₁ — коэффициент стеснения входного сечения каналов колеса.

Ширина лопасти на выходе определяется по формуле:

мм, (1.23).

Диаметр просвета колеса на входе определяется по формуле:

D₀ = (1,0 1,25)D_1, мм. (1.24).

Угол установки лопатки на входе в колесо:

_1л = ₁+₁, град, (1.25).

где ₁ = 0 6 — угол атаки.

Угол установки лопатки на выходе из колеса:

_2л = ₂ + ₂, град, (1.26).

где ₂ = 2 4 — угол отставания потока вследствие отклонения потока в косом срезе рабочего канала колеса.

Число рабочих лопаток колеса:

(1.27).

Уточнение принятой величины коэффициента стеснения производится по формуле:

. (1.28).