Проектирование центробежного насоса

 

Содержание:

      Введение……………………………………………………..……..…..…..

1. КРАТКИЙ ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ  ЦЕНТРОБЕЖНЫХ  НАСОСОВ………………………………………………………………….

1.1. Классификация динамических  насосов.……..…….…….………

1.2. Классификация объемных насосов……………………………....

1.3. Центробежные насосы…...……………………………………….

2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ  УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ  ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА…………………………….

2.1. Расчет вала насоса на критическую  частоту вращения…………

2.2. Выбор типа, размеров и расположения опор вала. Уравновешивание осевой силы колеса. …………………….…..

2.3. Определение размеров выходной улитки и выбор их конструктивного исполнения……..…………………………….

2.4. Конструирование гидравлической  полости. Выбор уплотнения гидравлической  полости………………………………………..

2.5. Крепление подшипников и крыльчатки  на валу насоса..............

2.6. Описание сборки и разборки основного узла насоса…………...

2.7. Разработка системы смазки  ………………...……………..……..

2.8. Выбор материала деталей насоса, обеспечивающего долговечность……………………………………………………………...

2.9. Подбор муфты, соединяющей вал насоса с валом электродвигателя…......................................................................................

  Список используемой литературы ……………………………….………..

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

На химических предприятиях нефте- и газопереработки, а так же и в других отраслях промышленности имеет широкое применение специальное технологическое оборудование, необходимое для получения сырья, в котором протекают различные технологические процессы, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ. Процессы и аппараты, общие для различных отраслей химической технологии, получили название основных процессов и аппаратов. Насосы и компрессоры, фильтры и центрифуги, теплообменники и экстракторы, сушилки и мешалки и другое относят к числу основных аппаратов и машин, которые в разных сочетаниях составляют типовое оборудование большинства химических производств.

Данная курсовая работа является итоговой зачетной работой, направленной на решение  конкретных задач по расчету, конструированию и технико-экономическому обоснованию центробежного насоса. Курсовая работа – самостоятельная работа,  характеризующая степень усвоения предметов предусмотренных учебным планом, и позволяет проверить его подготовленность к выполнению дипломного проекта и к самостоятельной работе в промышленности.

Цель проектирования – выполнение расчета, на основании которого производится окончательный выбор типа, конструкции, размеров и материала деталей центробежного  насоса для перекачивания заданной среды. 

 

 

1. КРАТКИЙ Обзор конструкций  центробежных насосов.

        В соответствии с ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения» насосы  классифицируют на динамические и объемные.

1.1 Классификация динамических  насосов.

Динамическими называют насосы, в которых жидкость под воздействием гидродинамических сил перемещается в камере (незамкнутом объеме), постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса.

Динамические насосы по виду сил, действующих на жидкую среду, подразделяют на вихревые и лопастные насосы. В лопастных насосах жидкая среда перемещается путем обтекания лопасти (рис.1); в вихревых насосах она перемещается под действием сил трения и инерции. Наибольшее распространение среди лопастных насосов в газовой промышленности получили центробежные насосы. В центробежных насосах жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.

По принципу действия динамические насосы, прежде всего, подразделяют на лопастные и вихревые. Если лопастной насос не обладает, как правило, свойством самовсасывания, то вихревой — обычно работает по принципу самовсасывания. Кроме того, в вихревых насосах в подавляющей степени происходит непрямой обмен энергии между вторичным потоком жидкости, находящейся в рабочем колесе, и перекачиваемой жидкостью в боковом канале

корпуса насоса.

 

 

 

Рис. 1.

Классификация лопастных насосов по направлению потока на выходе рабочего колеса (слева направо): радиальное, диагональное (осерадиальное), осевое (пропеллерное).

 

      По назначению - для перекачивания нефти, холодных и горячих нефтепродуктов  сжиженных газов, масел, органических растворителей и др.; для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей; для транспортировки по магистральным трубопроводам нефти и нефтепродуктов, для перекачки воды. По способу разъема корпуса - с горизонтальным и вертикальным разъемом. По расположению вала насоса - горизонтальные; вертикальные. По направлению потока на выходе из рабочего колеса - на центробежные насосы радиального, диагонального типов и на осевые. По прохождению жидкости за рабочим колесом - с направляющим аппаратом, спиральным, кольцевым и составным отводом. По направлению потока жидкости в рабочем колесе или между рабочими колесами - на одно- и двухпоточные (Рис. 2.).

В многоступенчатых насосах применяют классификацию по расположению колес: одностороннее или симметричное расположение рабочих колес (Рис. 3.).

По всасывающей способности: самовсасывающие, частично самовсасывающие (с предвключенными ступенями всасывания или всасывающими устройствами) и несамовсасывающие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.

 Классификация центробежных  насосов по направлению потока  внутри рабочего колеса (слева направо): одностороннего входа, двухстороннего входа.

 

При большом разнообразии конструкций все динамические насосы состоят из ряда аналогичных элементов (ступеней), которые можно рассматривать как элементарные насосы. Принципиальная схема такого элементарного насоса показана на рис.4. Входной патрубок предназначен для подачи жидкости от входного патрубка насоса к рабочему колесу первой ступени (или от предыдущей ступени к последующей) с минимальными потерями и обеспечивает требуемое распределение скоростей на входе в работ ее колесо. Подводы для центробежных насосов выполняют  в виде конфузорного патрубка, изогнутого колена, кольцевой камеры или полуспирального типа; для осевых насосов — в виде прямоосного патрубка, изогнутого колена или камерного типа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3

 Одностороннее (б) и симметричное (а) расположение рабочих колес

 

В рабочем колесе происходит преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости. Рабочие колеса выполняют радиального, диагонального и осевого типов. Рабочее колесо закрытого типа (рис.5., а) состоит из ведомого 1 и ведущего 3 дисков с расположенными между ними лопастями 2.

 

Рабочее колесо полуоткрытого типа (рис.5., б) не имеет покрывающего (ведомого) диска, а лопасти выполнены заодно с основным (ведущим) диском.

 

 

Рис.5.

Схемы рабочих колес динамических насосов:

а, б, в - центробежных а - закрытого типа, б - полуоткрытого типа, в - открытого типа, г - вихревого насоса, д - осевого насоса; 1 - ведомый диск, 2 - лопасть, 3 - ведущий диск

Для уменьшения осевой силы на наружной стороне дисков могут быть выполнены разгрузочные лопатки, а на задней стороне — дополнительный щелевой зазор. В случае чистых жидкостей такая система разгрузки оказывается долговечной, если не происходит достаточно интенсивной коррозии металла. В случае жидкостей с абразивными включениями проходит интенсивный износ щелевых зазоров и разгрузочных лопаток. Поэтому объем утечек (и, следовательно, значение к.п.д.), а также осевая сила в процессе эксплуатации могут сильно меняться, что требует особого подхода к конструкции и материалам насосов для жидкостей, содержащих взвеси.

В месте выхода из корпуса вала насоса применяют уплотнения различных конструкций. Самое простое и распространенное из них — сальниковая набивка, которая, однако, не исключает некоторых утечек жидкости, так как для нормальной работы такого уплотнения необходим гидрозатвор. Утечки сводятся практически к нулю в конструкциях с торцовым уплотнением, которое сложнее сальникового и требует более квалифицированной эксплуатации.

Диагональные насосы (полуосевые полурадиальные) выпускаются в вертикальном и горизонтальном исполнениях. Их используют для создания больших подач и средних напоров при перекачивании загрязненной воды, очищенных стоков, подпиточной и оборотной воды.

Осевые насосы (пропеллерные, насосы Каплана) выпускаются в вертикальном и горизонтальном исполнениях. Схема осевого насоса показана на рис 6. По сравнению с диагональными осевые насосы имеют большие подачи и меньшие напоры. Их применяют для орошения, откачки вод и водоснабжения.

Рис.6.

 Схема осевого насоса:

1 — колесо, 2 — камера, 3 — направляющий  аппарат, 4 — отвод

Допускается наличие в перекачиваемой среде до 4% (масс.) твердых частиц. Небольшие осевые насосы используют для откачивания вязких и маловязких продуктов из сосудов для их транспортировки - бочек, фляг и т. п.

1.2 Классификация объемных насосов.

Объемными называют насосы, в которых жидкость перемещается путем периодического изменения объема камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса. В отличие от динамических, в объемных насосах подача практически не зависит от напора, а напор — от скорости движения рабочих элементов. Подача пропорциональна скорости перемещения рабочего органа или

числу рабочих циклов в единицу времени. Объемные насосы — самовсасывающие, они перекачивают маловязкие и высоковязкие жидкости, пасты, смолы и другие плохотекущие продукты, а также жидкости с большим содержанием газов и криогенные жидкости рис.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7.

 Поршневые насосы:

а – поршневой простого действия; б – плунжерный простого действия; в – поршневой двойного действия; г - дифференциальный; д - диафрагменный с плоской диафрагмой, е - диафрагменный с цилиндрической пассивной диафрагмой; ж - диафрагменный с активной диафрагмой; 1, 2- нагнетательный и всасывающий клапаны; 3- клапанная коробка 4- цилиндр, 5- поршень, 6- шток 7- приводная часть насоса; 8- крейцкопф.

 

Принцип действия объемного насоса состоит в вытеснении (перемещении) некоторого рабочего объема жидкости, поэтому их называют также насосами вытеснения (например, поршневой насос, в котором поршень постепенно вытесняет всю жидкость, заключенную в рабочем объеме цилиндра).

Энергия жидкости в объемных насосах повышается в результате увеличения давления, а доля скоростного напора (кинетической энергии) в общем балансе энергии пренебрежимо мала. Без учета неизбежных утечек создаваемое давление будет определяться механической прочностью силовых элементов насоса (корпуса, поршня, шатуна, кривошипа и т. д.). Объемные насосы разных типов создают давление до 40 МПа.

Объемные насосы по характеру движения подразделяют на возвратно-поступательные и роторные. В возвратно-поступательных насосах рабочие органы движутся прямолинейно возвратно-поступательно независимо от характера движения ведущего звена насоса.

В газовой промышленности среди возвратно-поступательных насосов наибольшее распространение получили поршневые и плунжерные насосы.

Насосы возвратно-поступательного действия. Перемещение жидкости происходит в результате осевого движения поршня или мембраны в цилиндре насоса, который через всасывающий и нагнетательный клапаны, периодически соединяется с подводящим и напорным трубопроводами. При увеличении рабочего объема насоса вследствие движения поршня или мембраны жидкость всасывается через всасывающий клапан, а при обратном ходе поршня из-за уменьшения рабочего объема через нагнетательный клапан вытесняется в напорный трубопровод.

Мембранные насосы классифицируют по расположению и количеству мембранных цилиндров, а также по типу привода. В поршневом насосе, перекачивающем жидкость, происходит поочередное заполнение жидкостью рабочих камер и ее вытеснение в результате соответственно увеличения или уменьшения их объема.

Поршневые насосы состоят из механической и гидравлической частей. Гидравлическая часть служит для преобразования механической энергии поршня или плунжера в механическую энергию жидкости. Механическая часть предназначена для преобразования движения входного звена привода в возвратно-поступательное движение поршня или плунжера.

Пространство, ограниченное поршнем, стенками цилиндра и клапанной коробкой, называется рабочей камерой насоса. Объем рабочей камеры насоса обусловлен положением поршня. Минимальный объем этого пространства, соответствующий левому предельному положению поршня, называется объемом мертвого пространства. Максимальный объем рабочей камеры соответствует предельному положению поршня. Разница между максимальным объемом и объемом мертвого пространства называется полезным объемом рабочей камеры.

Роторные насосы. К роторным объемным насосам относятся пластинчатые (шиберные), шестеренные, винтовые (одно-, двух- и трехвинтовые), водокольцевые, коловратные (объемные насосы для систем гидропривода не рассматриваются). Роторные насосы применяются главным образом для перекачки чистых жидкостей, обладающих хорошей смазывающей способностью.

Принцип действия роторных насосов аналогичен поршневым — это насосы объемного типа, при работе которых происходит механическое вытеснение жидкости.

Насос состоит из трех основных частей: ротора, статора и замыкателей. Ротор приводится во вращение от ведущего вала; статор (корпус) представляет собой неподвижный орган со всасывающей и нагнетательной камерами.