МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ Российской Федерации
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Расчет и подбор центробежного насоса
в-4
Выполнила:,
Проверил
Омск 2011
Оглавление
Исходные данные 3
Методика расчета рабочих колес центробежных насосов 3
Методика расчета спиральных отводов центробежных насосов 11
Подбор насоса в соответствии с исходными данными по каталогам 16
Пересчет характеристик насосов на другие условия работы 16
Приложение 20
Литература 24
«Расчет и подбор центробежного насоса»
Исходные данныеQ, м3/час | Н, м | n, об/мин | рабочая среда 1 | с1 кг/м3 | рабочая среда 2 | с2 кг/м3 | Примечание |
20 | 18,8 | 2900 | вода(+20°) | 1000 | бензин | 745 | 2К-6б |
Методика расчета рабочих колес центробежных насосов
2.1. Коэффициент быстроходности
, (2.1)
где Q – в м3/сек; Н – в м; n – об/мин.
2.2. Расчетная производительность насоса с учетом объемных потерь через концевые уплотнения
, (2.3)
где 
– объемный КПД (коэффициент подачи); обычно значение 
.
2.3. Приведенный входной диаметр рабочего колеса, м
(2.4)
где Квх – коэффициент входа; 
– в м3/сек; n – об/мин,
- для первых ступеней Квх = 4,1-4,5
Приведенный входной диаметр промежуточных ступеней:
2.4. Гидравлический КПД
, (2.5)
обычно значение 
, D1пр – в мм.
2.5. Полезная мощность насоса, Вт
(2.6)
2.6. Потребляемая мощность, Вт
(2.7)
где η - полный КПД насоса.
, (2.8)
где ηмех = 0,8-0,98 – механический КПД.
2.7. Диаметр вала
- для консольных насосов
, (2.9)
где N - в кВт; n – в об/мин; dв - в мм.
2.8. Диаметр втулки выбирают из конструктивных соображений
. (2.11)
2.9. Диаметр входного отверстия рабочего колеса, м
(2.12) 
2.10. Диаметр рабочего колеса предварительно, м
- для nS ≤ 100; (2.13) 
2.11. Ширина рабочего колеса на выходе предварительно, м
- для nS ≤ 100; (2.15) 
2.12. Скорость жидкости на входе в рабочее колесо, м/с
. (2.17)
2.13. Диаметр входа на лопатки рабочего колеса, м
(2.18)
2.14. Расходная составляющая абсолютной скорости жидкости при входе на лопатки рабочего колеса, м/с
(2.19)
где τ1 – коэффициент загромождения потока лопатками на входе в рабочее колесо, задается τ1 = 0,83 – 0,87.
2.15. Окружная скорость рабочего колеса на диаметре D1 , м/с
(2.20)
2.16. Угол потока при входе на лопатки рабочего колеса, град
(2.21)
2.17. Угол установки лопаток на входе в рабочее колесо, град
, (2.22)
где i1 - угол атаки, задаваемый в пределах i1 = 5 - 10°.
2.18. Окружная скорость рабочего колеса на выходе, м/с
(2.23)
2.19. Угол установки лопаток на выходе из рабочего колеса ориентировочно определяется по формуле
, (2.24)
где W1/W2 = 1,3 – 1,6 - для nS ≤ 100;
коэффициенты загромождения τ1 ≈ τ2 = 0,83 – 0,87;
отношение Сr2/Cr1 = 0,8 – 1,1.
Углом вл2 можно также задаться по следующим рекомендациям [1]
Таблица 2.1
nS | 40 | 100 | 200 | 300 |
вл2, град | 30-36 | 25-30 | 20-22 | 15-20 |
2.20. Число лопаток рабочего колеса
, (2.25)
где К = 6,5 – для литых рабочих колес.
2.21. Коэффициент загромождения потока лопатками на выходе из рабочего колеса
, (2.26)
где δ2 – толщина лопаток рабочего колеса:
- для литых рабочих колес δ2 = (0,015-0,018)⋅D2;
2.22. Расходная составляющая абсолютной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса, м/с
. (2.27)
2.23. Теоретический напор рабочего колеса, м
(2.28)
2.24. Теоретический напор рабочего колеса при бесконечном числе лопаток, м
(2.29)
где μ - коэффициент уменьшения теоретического напора, определяемый по формуле К. Пфлейдерера
, (2.30)
2.25. Уточненное значение окружной скорости рабочего колеса при отсутствии закрутки потока при входе на лопатки (Сu1 = 0) , м/с
. (2.31)
Если полученное значение U2 отличается от ранее полученного по формуле (2/23) более чем на 1%, следует произвести перерасчет, задавшись другими значениями углов вл2, количеством лопаток zл.
2.26. Окружная составляющая абсолютной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса, м/с
(2.32)
2.27. Угол выхода потока из рабочего колеса в абсолютном движении
. (2.33)
2.28. Безразмерные коэффициенты
2.28.1. Коэффициент полезного напора
, (2.34)
ориентировочные значения ψп приведены в табл. 2.2 в зависимости от коэффициента быстроходности.
Таблица 2.2
nS | до 40 | 40-80 | 80-100 | 100-200 | 150-350 | 400-600 | 600-1000 | 1000-2000 |
ψп | 1,0-1,2 | 1,0-1,1 | 0,9-1,0 | 0,6-0,9 | 0,6-0,7 | 0,4-0,6 | 0,2-0,4 | 0,06-0,16 |
2.28.2. Коэффициент производительности
. (2.35)
2.29. Расчет профиля лопаток в радиальной плоскости
- радиус средней линии лопатки
; (2.36)
- радиус центров окружностей лопаток
. (2.37)
2.30. Построение эскиза рабочего колеса насоса.
По выполненным расчетам основных размеров рабочего колеса построить его эскиз в масштабе в соответствие с рис. 2.1.
Рис. 2.1. Основные размеры рабочего колеса
3. Методика расчета спиральных отводов центробежных насосов
Спиральный отвод (улитка) предназначен для сбора жидкости, выходящей из колеса и направления ее в нагнетательный патрубок. В спиральном отводе, кроме того, происходит частичное преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную.
Спиральный отвод состоит из спиральной камеры и диффузорного патрубка.
Наиболее часто в конструкциях насосов применяют спиральные отводы с трапециевидным поперечным сечением.
Расчет улитки трапециевидного поперечного сечения с постоянным внутренним диаметром и увеличивающимся наружным диаметром ведется по закону постоянной циркуляции 
(рис. 3.1).
3.1. Внутренний диаметр улитки 
при расположении ее за рабочим колесом обычно принимают
. (3.1)
Для улучшения виброакустических показателей насоса зазор между рабочим колесом и «языком» улитки еще более увеличивают
- для 
; 
однако, увеличение зазора приводит к дополнительным потерям вследствие циркуляции присоединенной массы жидкости.
3.2. Ширина улитки на внутреннем диаметре
. (3.2)
3.3. Угол раскрытия боковых стенок улитки 
на основании конструктивных соображений
= 15-50°. (3.3)
= 35°
Следует иметь в виду, что малые углы раскрытия улитки увеличивают радиальные габариты компрессора.
3.4. Отношение наружного радиуса улитки (Rн=Dн/2) к внутреннему радиусу (Rвн=Dвн/2) вычисляется на основе закона изменения ширины трапециевидного сечения улитки без учета закругления углов наружной стенки:
, (3.4)
где θ° - угол разворота поперечного сечения улитки, град; А и В – промежуточные величины.
, (3.5)
. (3.6)
Расчет отношения Rн/Rвн по формуле (3.4) для различных углов разворота поперечного сечения улитки ведется численными методами, либо строится график 
.
В объеме курсовой работы для выполнения эскиза продольного разреза насоса достаточно рассчитать отношение Rн/Rвн для углов разворота θ° = 22,5°; 90°; 180°; 270°; 360°.
3.5. Наружный радиус улитки
. (3.7)
θ° = 22,5° 
θ° =90°
;
θ° =180° 
;
θ° =270°
;
θ° =360°
.
3.6. Радиус закругления углов наружной стенки улитки рассчитывается по формуле
, (3.8)
где 
.
При θ° = 22,5° 
3.7. Площадь выходного сечения улитки, м2:
, (3.9)
где коэффициентом 0,98 учтено уменьшение площади сечения из-за наличия радиусов закругления r0 ; Rн в формуле (3.9) для θ° = 360°.
3.8. Скорость жидкости в конечном сечении (на выходе из спирального отвода), м/с
. (3.10)
Если скорость на выходе из спирального отвода превышает максимально допустимую (обычно для жидкостей не более 2 м/с), тогда выполняют расчет длины и диаметра выходного сечения диффузорного нагнетательного патрубка, задавшись скоростью в конечном сечении Ск.
3.9. Диаметр нагнетательного патрубка, м
. (3.11)
3.10. Площадь сечения нагнетательного патрубка, м2
.
3.11. Угол раскрытия эквивалентного диффузора задается на основании опытных рекомендаций
νн. п = 6 – 12° .
νн. п = 9°
3.12. Длина нагнетательного патрубка, м
.
3.13. Построение эскиза спирального отвода (улитки).
По выполненным расчетам основных размеров спирального отвода построить его эскиз в масштабе в соответствие с рис. 3.1.
Рис. 3.1. Улитка с трапециевидным поперечным сечением
4. Подбор насоса в соответствии с исходными данными по каталогам
В соответствии с исходными данными по напору Н и производительности Q по каталогу [3] подобран насос.
Данные по насосу 2К-6б
Подача, Q м3/ч | Полный напор, Н м | Число оборотов n в мин | Мощность N на валу насоса кВт | Мощность N электродв., кВт | КПД,% | Диаметр раб колеса D мм | Допустимая вакуумметри высота всасывания Ндопвак м |
20 | 5,5 | 2900 | 1,6 | 2,8 | 65 | 132 | 7,2 |
5. Пересчет характеристик насосов на другие условия работы
5.1. Пересчет на другие числа оборотов.
Для новых оборотов n′, составляющих 110% и 80% от номинальных n построить форму характеристик насоса 
, 
, 
. Пересчет производится по формулам
, (5.1)
, (5.2)
. (5.3)
|
|
5.2. Пересчет на другой диаметр рабочего колеса.
Для новых диаметров рабочего колеса D′2, составляющих 90% и 75% от номинального D2 построить форму характеристик насоса 
, 
, 
при числе номинальном числе оборотов n. Пересчет производится по формулам
, (5.4)
, (5.5)
. (5.6)
5.3. Пересчет на другую жидкость.
Построить характеристики насоса при условии работы на другой жидкости – нефти или нефтепродукта с плотностью ρν, кг/м3 и кинематической вязкостью νν , м2/с.
Переходное число Рейнольдса, выше которого режим автомодельный и вязкость перекачиваемой жидкости не влияет на характеристики
. (5.7)
-
число Рейнольдса для другой жидкости
Напор насоса, работающего на нефти:
если 
, м (5.8)
если 
. (5.9)
где Нв – напор насоса на воде, м.
Производительность насоса на другой жидкости
, м3/с (5.10)
где 
- производительность насоса на воде, м3/с.
Полный КПД насоса на другой жидкости
, (5.11)
где ηв - полный КПД насоса при работе на воде, α , А – эмпирические коэффициенты
, (5.12)
(5.13)
Полезная мощность насоса при работе на другой жидкости
, Вт. (5.14)
Потребляемая мощность насосом при работе на другой жидкости
, Вт (5.15)
Литература
, Малюшенко насосы. Теория, расчет и конструирование.- М.: Машиностроение, 1977.- 288 с. Ломакин и осевые насосы.- М-Л.: Машиностроение, 1966.- 364 с. Насосы центробежные и осевые. Справочник. М.- 1972.
