Свободновихревые насосы (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

, ,

СВОБОДНОВИХРЕВЫЕ НАСОСЫ

Учебное пособие

Под общей редакцией

2-е издание, дополненное и  переработанное

Рекомендовано ученым советом факультета ТеСЭТ

Сумского государственного университета

в качестве учебного пособия

Сумы

Сумский государственный университет

2013

УДК 621.65(075.8)

ББК 31.565я73

Г 38

Рецензенты:

– доктор технических наук, професор Донецкого  национального технического университета;

– доктор технических наук, професор Сумского  национального аграрного университета

Рекомендовано к печати ученым советом факультета ТеСЭТ

Сумского государственного университета

(протокол № 8 от 01.01.2001 г.)

Г 38	Свободновихревые насосы : учеб. пособие / , , ; под общ. ред. . – 2-е изд., доп. и перераб. – Сумы : Сумский государственный университет, 2013. – 159 с.

В пособии приведена классификация свободновихревых насосов, рассмотрены области их применения и дана оценка стоимости жизненного цикла. Изложены вопросы рабочего процесса насоса как вихревой гидромашины, сделан вывод основного расчетного уравнения и рассмотрен баланс энергии. Приведено влияние конструктивных параметров на характеристики. Изложена методика расчета и даны рекомендации по выбору оптимальных геометрических параметров проточной части. Показано влияние различных вариантов подрезки рабочего колеса на характеристики насоса. Рассмотрен вопрос об осевых и радиальных силах, а также кавитации в насосе.  Описаны основные конструкции.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности “Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика” и может быть использовано инженерами, занимающимися проектированием и разработкой насосов для перекачивания жидкостей с различными включениями.

Второе издание (1-е изд. – 1990 г.) дополненное и переработанное.

  УДК 621.65(075.8)

  ББК 31.565я73

© , ,

  , 2013

  © Сумский государственный

  университет, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

                                                        С.

ПРЕДИСЛОВИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

ВВЕДЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

В.1 Применение свободновихревых насосов. . . . 8

В.2 Оценка стоимости жизненного цикла СВН. . 10

РАЗДЕЛ 1  РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС СВН. . . . . . . . . . . . . . 19

1.1 Классификация СВН. Основные геометрические параметры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

1.2 Анализ схем рабочего процесса. . . . . . . . . . . . 24

1.3 Рабочий процесс СВН как вихревой гидромашины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.4 Основное уравнение СВН. . . . . . . . . . . . . . . . . 30

         1.5 Баланс энергии насоса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 

РАЗДЕЛ 2  ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСА. . .  43

2.1 Влияние числа лопаток рабочего колеса. . . .  44

2.2 Влияние ширины лопатки рабочего колеса. . . 45 

2.3 Влияние толщины лопатки рабочего колеса.  46

2.4 Влияние угла установки лопатки рабочего колеса на выходе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  47

2.5  Влияние угла выхода лопатки рабочего колеса в плане. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  48

2.6  Влияние ширины свободной камеры. . . . . . .  50

2.7  Влияние диаметра входа в насос. . . . . . . . . . . 52

2.8  Анализ результатов исследований. . . . . . . . .  53

РАЗДЕЛ 3  ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА СВН. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  56

3.1 Выбор оптимальных геометрических параметров СВН. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.2 Методика расчета свободновихревого насоса  59

3.3 Пример гидравлического расчета СВН. . . . . .  63

  3.4 Расширение области применения СВН. . . . . . 66

РАЗДЕЛ 4  ОСЕВАЯ И РАДИАЛЬНАЯ СИЛЫ В СВН. 77

4.1 Осевая сила. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.2 Радиальная сила. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  90

РАЗДЕЛ 5  О ПОДОБИИ СВОБОДНОВИХРЕВЫХ НАСОСОВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  94

РАЗДЕЛ 6  КАВИТАЦИЯ В СВН. . . . . . . . . . . . . . . . . .  97

6.1 Причины появления кавитации  и определение критического кавитационного запаса. . . . . . . . . . . . . . . .  97

6.2 Влияние конструктивных элементов насоса на  кавитационные характеристики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

РАЗДЕЛ 7  КОНСТРУКЦИИ СВН. . . . . . . . . . . . . . . . . 114 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .151

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие “Свободновихревые насосы” является первым изданием, в котором проанализированы и систематизированы результаты основных отечественных и зарубежных исследований по свободновихревым насосам (СВН). Настоящее пособие используется студентами специальности “Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика” при подготовке магистерских работ, дипломных и курсовых проектов, выполняемых по тематике насосов свободновихревого типа. С момента первого издания пособия прошло уже больше 20 лет и изложенный в нем материал требует обновления.

       За прошедшие годы было проведено большое количество исследований по рабочему процессу СВН, влиянию конструктивных параметров проточной части на его характеристики, изучению причин появления и развития кавитации, разработке мер по повышению кавитационных качеств насоса, расширению области применения СВН, определению осевых и радиальных сил и др. Кроме этого, разработано большое число конструкций СВН различного целевого назначения, которые внедрены в производство. На базе этого уточнена методика расчета этих насосов.

       На Украине наиболее значительные исследования были проведены  сотрудниками кафедры прикладной гидроаэромеханики (ПГМ) Сумского государственного университета (СумГУ). Кафедра ПГМ на длительный период стала центром исследования, разработки и внедрения в практику СВН. Создателем и первым руководителем научного направления кафедры по исследованию рабочего процесса, разработке и внедрению в производство насосов свободновихревого типа был . В первой кафедральной публикации на эту тему [34] изложены перспективы разработки и использования СВН, показана экономическая эффективность их применения при перекачивании специфических продуктов в разных отраслях промышленности и народного хозяйства. Для проведения исследований на кафедре ПГМ было создано несколько экспериментальных стендов, позволивших изучить особенности рабочего процесса СВН. Многие вопросы  их работы изучались в производственных условиях. Результаты исследований СВН освещены во многих публикациях сотрудников кафедры, по их материалам  защищено несколько кандидатских диссертаций. Исследования кафедры в этом направлении явились научным фундаментом для разработки разноцелевых СВН.  Кроме физического эксперимента, были выполнены расчетные исследования, которые  позволили уточнить картину течения жидкости в проточной части СВН, при этом получено хорошее согласование расчетных и экспериментальных результатов [5; 7].

Одновременно с отечественными  исследованиями изучение СВН проводилось и за рубежом. Внимание к этим насосам стало более пристальным, поскольку применение СВН взамен центробежных насосов в отдельных случаях оказалось  экономически оправданным по причине их более высокой надежности и простоты конструкции, несмотря на сравнительно невысокий коэффициент полезного действия (КПД). Поэтому СВН стали выпускать многие отечественные и зарубежные фирмы: АО «Сумский завод «Насосэнергомаш» (Украина), Рыбницкий насосный завод (Молдова), ООО “ЧЕРЕМХОВГИДРОМАШ”  (Россия), “ВИПОМ” (Болгария), “EGGER”, “VOGEL PUMPEN”, “KSB”, “SULZER”, “FLYGT”, “GRUNDFOS”, “ABS”, “INTERSIGMA” и многие другие. 

Второе издание учебного пособия частично переработано, дополнено новыми сведениями, повышен теоретический уровень изложенного материала.

Во  введении  рассмотрено  понятие стоимости жиз-

ненного цикла СВН и показана целесообразность их применения при перекачивании жидкостей с различными включениями.

В разделе 1 рассмотрен рабочий процесс СВН как вихревой гидромашины и дополнительно проанализированы причины снижения КПД насоса.

Раздел 2 частично дополнен материалами более поздних исследований кафедры ПГМ СумГУ по влиянию геометрии проточной части СВН на его характеристики с использованием расчетных методов исследования.

В разделе 3 уточнена методика расчета СВН конструктивной схемы “Turo” с учетом ее проверки при разработке существующих конструкций насосов и изложен новый материал о доводке параметров СВН и расширении области их применения.

В разделе 4, кроме осевой, рассмотрена радиальная сила и приведена зависимость для  ее расчета.

Раздел 5 остался практически неизменным.

Существенно переработан и дополнен раздел 6 о кавитации в СВН. На базе результатов исследований авторов приведена зависимость для определения коэффициента кавитационного запаса СВН, показано влияние конструктивных элементов насоса на кавитационные характеристики, рассмотрены способы улучшения кавитационных качеств насоса путем внесения изменений в конструкцию рабочего колеса (РК) и корпуса.