Гидромеханический расчет ступени насоса

Расчет рабочего колеса

При расчете ступени погружного центробежного насоса известны подача, напор, скорость вращения вала и внутренний диаметр насоса.

1. Определяем внутренний диаметр корпуса насоса по формуле:

Dвн = Dн — 2 В, (3.12).

где: Dн = 92 мм — наружный диаметр насоса, в = 6 мм — толщина стенки насоса,.

Dвн = 92 — 2 • 6 = 80 мм.

2. Определяем наружный диаметр корпуса ступени по формуле:

Dн.ст = Dвн — 2S, (3.13).

где: Dвн = 80 ммвнутренний диаметр насоса.

S = 5 • 10 мм — технологический зазор

Dн.ст = 80 — 2 • 5 • 10 = 79,9 мм.

3. Определяем внутренний диаметр корпуса ступени насоса по формуле:

Dвн.ст = Dн. ст — 2?, (3.14).

где: Dн. ст — наружный диаметр корпуса ступени, мм.

? — толщина стенки корпуса ступени, мм.

Dвн.ст = 79,9 — 2 • 3 = 73,9 мм Установив внутренний диаметр ступени, переходим к расчету проточной части рабочего колеса и других размеров, пользуясь (рисунок 3.1).

4. Определяем наибольший внешний диаметр рабочего колеса:

D2max = Dвн. ст — 2?, (3.15).

где: Dвн. ст — внутренний диаметр корпуса ступени, мм.

? — радиальный зазор между внутренней стенкой корпуса ступени и наибольшим диаметром рабочего колеса, мм.

D2max = 73,9 — 2 •2 = 69,9 мм.

5. Определяем приведенную подачу рассчитываемой ступени по формуле:

где: п — число оборотов вращения вала насоса, мин.

D2max — наибольший внешний диаметр рабочего колеса, мм.

Q — подача насоса, м3/сут.

Рисунок 3.1 Фрагмент ступени

6. Определяем диаметр втулки при входе в рабочее колесо по формуле:

dвт = Кdвт • D2max, (3.17).

где: D2max — наибольший внешний диаметр рабочего колеса, мм.

Кdвт — коэффициент, учитывающий диаметр втулки при входе.

dвт = 0,3 • 69.9 = 21 мм После определения диаметра втулки проверяем возможность размещения вала насоса по формуле:

dвт = dв + 2бвт, (3.18).

где: dв — диаметр вала насоса, мм.

бвт — толщина стенки втулки, мм.

dвт = 17 + 2•2 = 21 мм.

7. Определяем наибольший диаметр входных кромок лопастей по формуле:

(3.19).

где: D2max — наибольший внешний диаметр рабочего колеса, мм.

КD1max — коэффициент, учитывающий диаметр входных кромок лопастей.

8. Определяем диаметр входа в рабочее колесо по формуле:

Dо = КDо • D1max, (3.20).

где: КDо — коэффициент, учитывающий диаметр входа в рабочее колесо.

D1max — диаметр входных кромок лопастей, мм.

Dо = 0,98 • 33,3 = 32,63 мм.

9. Определяем наименьший диаметр выходных кромок лопастей рабочего колеса:

(3.21).

где: Dвн. ст — внутренний диаметр корпуса ступени, мм.

D2max — наибольший внешний диаметр рабочего колеса, мм.

Fприв — приведенная площадь безопасного кольца между стенкой корпуса ступени и ободом верхнего диска рабочего колеса, мм2.

10. Определяем наименьший диаметр входных кромок лопастей по формуле:

(3.22).

где: D2max — наибольший внешний диаметр рабочего колеса, мм.

КD1min — коэффициент.

11. Определяем высоту канала на выходе из рабочего колеса по формуле:

B2 = Кb2 • D2maх, (3.23).

где: Кb2 — коэффициент высоты канала на выходе из рабочего колеса.

D2maх — наибольший внешний диаметр рабочего колеса, мм.

В2 = 0,045 • 69,9 = 3,145 мм.

12. Определяем высоту канала на входе в рабочее колесо по формуле:

В1 = Кb1 • D2maх, (3.24).

где: Кb1 — коэффициент канала на выходе в рабочее колесо.

D2maх — наибольший внешний диаметр рабочего колеса, мм.

B1 = 0,085 • 69,9 = 5,941 мм По полученным размерам строим меридианный профиль рабочего колеса (рисунок 3.2) Построение ведем следующим образом. Параллельно оси колеса на расстояниях, равных половине внутреннего и наружного диаметров втулки колеса и половине диаметра входа в колесо, проводим прямые линии, обозначая их соответственно dв, dвт и dо. Выбрав на оси колеса точку 1, откладываем от нее вдоль оси отрезки 1−2 и 1−3, равные высоте канала колеса, соответственно, на выходе в2 и на входе в1. Из точек 1,2 и 3 проводим перпендикуляры к оси колеса.

На перпендикуляре 1 на расстоянии D2min/2 от оси откладываем точку а, на перпендикуляре 2 на расстоянии D2max/2 от оси точку в. Соединяя точки, а и точки в прямой, получаем выходную кромку рабочего колеса.

Затем точку с пересечения перпендикуляра 3 и прямой с точкой в и сопрягаем прямые вс и Do радиусом r = 2 мм. Так находим внутреннюю поверхность ведомого диска рабочего колеса.

Затем с радиусом r2 сопрягаем перпендикуляр 1 с прямой dвт, определяя тем самым внутреннюю поверхность ведущего диска рабочего колеса.

Радиус r2 выбираем таким образом, чтобы описанная им дуга обеспечивала постепенный переход ширины меридианного сечения колеса от размера (Dо — dвт)/2 на перпендикуляре 3 до размера В1 на продолжении прямой Dо.

На линии аdвт откладываем точку е на расстоянии D1min/2 от оси колеса, на линии BDo — точку d на расстоянии D1max от оси колеса. Соединяя эти точки ed, получаем проекцию входной кромки лопасти на меридианное сечение колеса.

Рисунок 3.2 Профиль рабочего колеса.

Заканчиваем построение меридианного профиля проточной части рабочего колеса, определяем профиль внутренней поверхности входного участка ведомого диска. С целью выравнивания потока непосредственно в меж лопастные каналы, входной части этого участка придаем коническую форму с углом наклона 10 градусов.

Длину входного участка ведомого диска, а так же толщину дисков рабочего колеса выбираем конструктивно.

• 13. Определяем окружную скорость по формуле:
  • ? = ?D2max •, (3.25)

где:D2max — наибольший внешний диаметр рабочего колеса, м.

n — число оборотов вала насоса, 1/мин.

• ? = 3,14 • 2910 • 0,0699/60 = 10,645 м/с
• 14. Определяем напор ступени по формуле:

(3.26).

где:? — окружная скорость, м/с.

К? — коэффициент.

После того как вычерчен меридиальный профиль проточной части вычерчиваем профиль его лопасти, предварительно определив конструктивные углы В2 и В1. Для этого определяем коэффициент быстроходности:

(3.27).

где: n — число оборотов вала насоса, 1/мин.

Q — подача насоса; м?/с.

Н — напор ступени насоса, м.

Конструктивные углы лопастей ?2 и ?1ср определяем по коэффициенту быстроходности, ?2 = 38 градусов и ?1ср = 37 градусов.

Проектирование лопасти производится конформным способом, который позволяет обеспечить изменение угла наклона лопасти на всем пути жидкости между входом в меж лопастные каналы и выходом из них и выполнить тем самым одно из необходимых условий получения ступенью высокого КПД — уменьшение гидравлических потерь при движении жидкости через колесо.

Для построения профиля лопасти на плане колеса сначала строим среднюю линию профиля (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 Построение профиля лопасти.

На меридианном сечении канала берем линию ав и разделяем на несколько небольших равной длины отрезков 0 — 1; 1 — 2; 2 — 3 и т. д.

Ряд параллельных линий 0; 1; 2; 3 и так далее отстоящих на одном и том же расстоянии друг от друга, будем считать спрямленными следами сечений рабочего колеса аксиальными цилиндрическими поверхностями радиуса r0; r1; r2; r3 и так далее, ось которых совпадает с осью колеса, это изображено на рисунке 3.4.

Между линиями О и В, которые соответствуют цилиндрам, проходящим через входную и выходную кромки лопасти, строим развертку средней линии профиля.

Для этого на сетке откладывают под углами ?1 и ?2 конечные элементы средней линии профиля. Соединив эти элементы плавной линией, средняя линия получается развернутой на плоскости. Расположение конечных элементов средней линии на сетке стремимся выбирать такими, чтобы пересечения продолжающих их прямых находились примерно посередине граничных линий 0 и 8 сетки.

Из точек а0; а1; а2; а3 и так далее пересечения средней линии с горизонтальными опускают перпендикуляры до пересечения с ближайшими нижними горизонтальными линиями в точках в1; в2; в3 и так далее, получая горизонтальные отрезки а1в1; а2в2; а3в3; а4в4 и так далее.

Развернутую на плоскости среднюю линию профиля лопасти переносят, как бы свертывая, на план рабочего колеса, это изображено на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 — План рабочего колеса и профиль лопасти.

Для этого на плане чертежа рабочего колеса радиусами r0 r1 r2 r3 и так далее проводим концентрические окружности 0; 1; 2; 3 и так далее — следы сечения колеса соответствующими цилиндрическими поверхностями. Выбираем на окружности r0 точку а0 и опускаем из нее перпендикуляр до.

Пересечения с окружностью r1 в точке в1. От точки в, откладываем по окружности r1 в сторону вращения колеса отрезок а1в1, равный соответствующему отрезку на (рис. 3.6). Из точки а1 опускают перпендикуляр до пересечения с окружностью r2 в точке в2. От точки в2 откладываем по окружности r2 в сторону вращения колеса отрезок а2в2, равный соответствующему отрезку. И так продолжаем до всей средней линии с развертки на план.

Соединяя точки а0; а1; а2 и так далее на плане плавной линией, получаем среднюю линию профиля лопасти в плане по линии вдоль поверхности верхнего диска рабочего колеса.

После построения средней линии профиля лопасти вычерчиваем контур ее профиля, придерживаясь следующих правил:

• — профиль обтекаемый;
• — наибольшая толщина располагается на расстоянии 30 процентов длины хорды профиля от его входной кромки;
• — выходной конец выполняется более тонким;
• — входная кромка профиля лопасти выполняется не острой.