Проектирование центробежного насоса

Центробежные водяные циркуляционные насосы являются малошумными и предназначены для обеспечения водяного отопления. Насосы представляют собой малогабаритную моноблочную конструкцию со встроенным асинхронным короткозамкнутым электродвигателем. Рабочее колесо бессальникового насоса устанавливается консольно на валу электродвигателя.

Ротор двигателя с радиально-упорными подшипниками скольжения вращается непосредственно в перекачиваемой воде, которая одновременно служит смазкой для них и охлаждающей средой.

Насосы устанавливаются непосредственно на трубопроводе, что существенно упрощает их монтаж и эксплуатацию и позволяет обходиться без специального фундамента. В зависимости от типоразмера насосы соединяются с трубопроводом с помощью ниппельных или фланцевых соединений. Насосы ЦВЦ используются для подачи в теплосеть воды с температурой до 100°С.

Сетевые насосы предназначены для питания теплофикационных сетей. Они устанавливаются либо непосредственно на электростанции, либо на промежуточных перекачивающих насосных станциях. В зависимости от теплового режима сети насосы должны надежно работать при значительных колебаниях температуры перекачиваемой воды в широком диапазоне подач. Как правило, насос и электродвигатель устанавливаются на отдельных фундаментах.

Сетевые электронасосные агрегаты типа СЭ применяют на магистралях теплофикационных сетей с подпором около 100 м, они предназначены для перекачивания чистой воды при температуре до 180° С.

Подача насосов от 500 до 5000 м3/ч, напор от 55 до 180 м.

Погружные электронасосные агрегаты типа ЭВЦ. Эти насосы применяют для водоснабжения. В настоящее время их используют и в качестве скважинных насосов.

Подача насосов от 4 до 375 м3/ч, напор от 15 до 300 м.

Электронасосный агрегат состоит из центробежного насоса, погружного электродвигателя, токоподводящего кабеля, водоподъемного трубопровода, оборудования устья скважины (опорного устройства, трехходового крана, манометра и задвижки) и системы автоматического управления.

Насосы одно- или многоступенчатые, с вертикальным расположением вала, работают с подпором. Ступени насосов — радиального или полуосевого типа. Подшипники насоса и электродвигателя смазываются и охлаждаются водой.

Насосы оснащены обратными клапанами тарельчатого или шарового типа, которые удерживают столб воды в трубопроводе при остановках насоса и облегчают повторный выпуск электронасосного агрегата, и специальными напорными патрубками, предназначенными для подсоединения агрегата к водонапорному трубопроводу.

Насосы изготовляют четырех конструктивных исполнений.

Химические насосы. Насосы типа Х предназначены для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей плотностью не более 1850 кг/м3, содержащих твердые включения концентрацией не более 0,1 % , размером не более 0,2 мм, при температуре от -40° до +105° С.

Насосы этого типа – горизонтальн6ые, обеспечивают подачу до 500м3/ч, напор до 240 м; унифицированы.

Корпус насоса – несущий. Ротор вращается в двух подшипниковых опорах, расположенных в опорном кронштейне. Уплотнение вала – мягкий сальник или торцовое уплотнение.; уплотнение взаимозаменяемые.

Подвод перекачиваемой жидкости к насосу – горизонтально по оси насоса, отвод – вертикально вверх. Основные узлы и детали насоса (рис.14.) – узел ротора, узел уплотнения, кронштейн, колено, камера рабочего колеса, опорные стойки и муфта.

    Узел ротора состоит из рабочего  колеса, вала и опор подшипника.

Рабочее колесо с приваренными лопастями крепится к валу специальными болтами и закладной шпонкой. Подшипник опор установлен непосредственно на кронштейн, подшипники задней опоры – в стан.

Смазка подшипников – жидкая. Контроль уровня масла в кронштейне осуществляется трубчатым маслоуказателем. Залив масла происходит через люк.

Для предотвращения попадания рабочей жидкости в передний подшипник предусмотрены лабиринт и кожух.

Герметичность выхода вала их корпуса насоса обеспечивается узлом уплотнения. В качестве уплотняющего материала используется мягкая сальниковая набивка, которая расположена в кольцевом объеме, образованном наружной поверхностью защитной втулки и внутренней поверхностью подвижного корпуса, и поджимается крышкой сальника.

Центробежные герметичные электронасосы. Насосы типов ЦГ, ХГ и ХГВ применяют для перекачивания в стационарных условиях различных агрессивных, нейтральных, токсичных и взрывоопасных жидкостей и сжиженных газов при температуре от 100 до 360° С.

При перекачивании жидкостей, склонных к изменению физического состояния (кристаллизация, смолообразование, отвердение, испарение и др.), температура их должна отличаться от температуры, при которой наступает изменение физического состояния, не менее чем на 10 °С (т. е. должно быть обеспечено условие, что перекачиваемая среда находится в жидком состоянии).

Электронасосы этих типов представляют собой единый герметичный агрегат, состоящий из насосной части и специального встроенного трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

Насос типа ЦГ - центробежный одноступенчатый, со спиральным отводом и осевым подводом. Рабочее колесо - одностороннего входа; расположено на валу электродвигателя. Подача насоса - от 25 до 200 м3/ч, напор 50 м.

Насосы типа ХГ могут быть установлены во взрывоопасных помещениях всех классов, включая наружные установки. По номинальным значениям насосы типа ХГ охватывают область подач от 8 до 90 м3/ч, напоров - от 18 до 88 м.

Диапазон подач насосов ХГВ составляет от 2 до 500 м3/ч, напоров - от 6 до 210 м. Предусматривается также ряд номинальных мощностей электродвигателей до 132 кВт включительно.

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

- камера хранения цитрусовых  в охлаждённом состоянии,

с рабочими условиями:

Температура в камере: tрасч = +3 ºС,

Температура хладагента (на 7 ºС ниже tрасч): tкип= -4 ºС,

Плотность при tкип : γ = 1296 кг/м3.                                                 

[8; стр. 298 (приложение Б)].

ОРИЕНТИРОВАЧНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА.

Исходные данные:

 перекачиваемая среда – R 22.

              Подача  Q = 12,0 л/с.

              Напор Н = 15 м.

              Число оборотов вала двигателя  n = 2900 об/мин.

  Расчет:

Определение типа рабочего колеса.

Находим коэффициент быстроходности насоса:

   (1)

где Q0 – производительность насоса;

       Нm - напор насоса.

Получаем колесо нормального типа с односторонним всасыванием

(см. рис.2.1.1)

Проверяем правильность сделанного выбора скорости во всасывающей линии и во входе по полуэмпирической формуле:

  

   (2)

где:  b = 0,055-0,065; bср = 0,06; n - частота вращения вала; Q – расход насоса.

Следовательно, скорость движения R 22 во всасывающем и нагнетательным трубопроводах принимаем одинаковой и равной  с0=2,57 м/с.

Рис.2.1.1. Схемы рабочих колес центробежных насосов с различным

коэффициентом быстроходности ns1 для одного впуска и одной ступени.

 

Определение требуемой мощности на валу насоса.

Насос малый, т.к. имеет высокую частоту вращения n = 2900 об/мин.

Принимаем полный КПД насоса η = 0,65.

Выбираем прочие КПД насоса; принимаем ηh = 0,8 ; ηm = О,9 ; ηv = 0,9

Отсюда: η = ηh· ηm · ηv = 0,65

Следовательно, эффективная мощность на валу насоса:

                        (3)

Принимаем двигатель асинхронный АИРС 90 L2 У2 380В, 50 Гц,

ТУ16-525.564-84 с мощностью на валу N=3,5 кВт, числом оборотов n=3000об/мин

Определение диаметров вала (d), втулки (dв), и входного отверстия колеса (Do) .

Для насоса с одним колесом диаметр вала находим по формуле для приводного вала:

                     (4)

Принимаем d = 16 мм.

Диаметр втулки рабочего колеса:

dв= 1,33·d = 21,28 мм,                      (5)

Принимаем: dв= 22 мм

Диаметр входного отверстия будет:

             (6)

Принимаем D0 = 84 мм

Таким образом, коэффициент сужения (стеснения) входа втулкой колеса будет:

                      (7)

Определение абсолютной  и окружной скоростей при входе на лопатки c1 и u1 ;диаметра у основания лопаток D1; β1 и ширины колеса при входе b1.

Скорость при входе на лопатки с1, вследствие стеснения входа концами их, будет несколько больше с0, а именно:

                                                     (8)

где обычно φ1 = 0,8 - 0,9, φср = 0,85

Согласно рис. 2.1.1, для нормальных колес можно принять:

                                  (9)

Окончательно принимаем D1 = 55 мм.

 

Окружная скорость при входе на лопатки:

                (10)

Принимая    а =90°,  угол β1 находим из равенства:

tgβ1 = c1/u1 = 3/8,35 = 0,36                                                     (11)

Отсюда угол β1 = 22º.

Так как обычно для насосов высокого давления β1 = 14 - 18°, а для низкого β1 = 18 - 25°, полученную величину β1 следует считать приемлемой .

Ширину колеса при входе получаем:

      (12)

Определение скоростей u2 и с2 при выходе из колеса, наружного диаметра D2 и ширины колеса при выходе b2.

Учитывая, что благодаря невысокому напору надобность в направляющем аппарате отсутствует, задаемся углами α2 = 9° и β2 = 32°.

                (13)

Отсюда:                                             с2 = т·и2                 (14)

с2 = 0,808·u2

Подставляя полученное значение для с2 в основное расчетное уравнение центробежного насоса:

          (15)

Отсюда, найдя предварительно коэффициент циркуляции к, определяем требуемую окружную скорость и2 при выходе из колеса

По формуле Пфлейдерера для радиальных колес:

                    (16)

Принимаем предварительно,  согласно рис.2.1.1, и ψ = 1, число лопаток z находим по формуле для радиальных колес:

                     (17)

    По Видмару, zmax < , следовательно  zmax=30·2·0,084 = 5,04

Принимаем z = 6

Тогда по формуле (16):

Возвращаясь к основному уравнению центробежного насоса, формула (15), получаем:

       (18)

Пользуясь зависимостью (формула (10)) находим:

                  (19)

Принимаем D2 = 129 мм. Абсолютная скорость при выходе, по формуле (14)

с2 = 0,808·19,6 =15,84 м/сек. Ширина колеса при выходе определяется из уравнения:

                                  (20)

где:  Q -  расход при выходе, равный 12 л/с;

φ2 - коэффициент стеснения сечения при выходе заостренными концами лопаток, равный 0,95;

с2Г - радиальная составляющая абсолютной скорости при выходе;

c2Г = с2· sinα2 = 2,23 м/с.

Отсюда:

                 (21)

Принимаем: b2 = 16 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение размеров спирального отливного канала.

Для построения спирального отливного канала примем, что жидкость в нем будет протекать с переменной скоростью. Взяв для спирали круглое сечение и разбив ее по окружности колеса на 8-мь равных частей, последнее сечение (8-ое) соединяем с нагнетательным трубопроводом с помощью конического патрубка-диффузора. Допуская, что скорость в последнем сечении спирали упадет до 8-и м/сек, размер 8-ого сечения находим по формуле:

                                                 (22)

где Q - производительность насоса, м3/с

Определим диаметр 8-го сечения:

                                        (23)

Приняв в качестве первого приближения прямолинейный закон уменьшения сечения от F8 = 0,00116 м2 до F0 = 0, путем графического построения  получим:                                                  

    

Таблица 1.

Площадь поперечного           сечения, м2

Диаметр сечения, мм

F7 = 0,00096 м2	d7 = 35 мм
F6 = 0,0008 м2	d6 = 32 мм
F5 = 0,00066 м2	d5 = 29 мм
F4 = 0,00053 м2	d4 = 26 мм
F3 = 0,00038 м2	d3 = 22 мм
F2 = 0,00025 м2	d2 = 18 мм
F1 = 0,00008 м2	d1 = 10 мм
F0 = 0	d0 = 0