Расчет элементов проточной части центробежных насосов и их характеристик

                          СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение          

1.1. Классификация насосов        3

1.2. Принцип действия насосов        4

1.3. Основные параметры насосов       7

2. Конструктивный расчет рабочего колеса заданного насоса              8

2.1. Расчет подачи насоса                                                      8

2.2. Построение графиков скоростей        8

2.3. Определение теоретического  напора и давление насоса                 11

2.4. Определение полезной мощности насоса                                          12

2.5. КПД и потребляемая  мощность насоса                                             12

3. Выводы          13

4. Эксплуатация насоса                                                                              14

5. Графическая часть         17

Список используемой литературы      18

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ.

Насосы являются одним из наиболее распространенных видов машин, причём их конструктивное разнообразие чрезвычайно велико. Поэтому классификация насосов по их назначению весьма затруднительна. Более логичной представляется классификация, основанная на различиях в принципе действия. С этой точки зрения все существующие в настоящее время насосы могут быть разделены на следующие основные группы: лопастные насосы, объемные насосы и струйные насосы, Особую группу составляют водоподъемники некоторых специальных типов.

Лопастные насосы преобразуют энергию за счет динамического взаимодействия потока перекачиваемой жидкости и лопастей вращающегося колеса, которое и является основным рабочим органом насоса.

 Объемные насосы работают по принципу вытеснения, который заключается в создании гидравлической системы, имеющей изменяющийся объем. Если этот объем заполнить перекачиваемой жидкостью, а затем его уменьшить, то жидкость будет вытесняться в напорный трубопровод.

Струйные насосы работают по принципу смешения потока перекачиваемой жидкости со струёй жидкости, пара или газа, обладающей большим запасом кинетической энергии.

Необходимо отметить, что, несмотря на большие различия в  принципе действия, конструкции насосов  всех типов, включая насосы, применяемые в системах водоснабжения и канализации, должны удовлетворять требованиям, к числу которых в первую очередь относятся:

- надежность и долговечность  работы;

- экономичность и  удобство эксплуатации;

- изменение  рабочих  параметров  в  широких  пределах  при условии сохранения высокого КПД;

- минимальные габариты  и вес;

- простота устройства, заключающаяся в минимальном  числе деталей и полной их  взаимозаменяемости;

- удобство монтажа  и демонтажа.

Выбор типа насоса в каждом конкретном случае производится с учетом его эксплуатационных и конструктивных качеств, наиболее полно удовлетворяющих технологическому назначению рассматриваемой насосной станции.

По числу рабочих  колёс различают одноступенчатые и: многоступенчатые насосы.

В многоступенчатых насосах  перекачиваемая жидкость проходит последовательно  через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким  насосом напор равен сумме  напоров, развиваемых каждым колесом. В зависимости от числа колес (ступеней) насосы могут быть двухступенчатыми, трехступенчатыми и т. д.

По величине создаваемого напора центробежные  насосы разделяются на:

- низконапорные (напор  до 20 м)

- средненапорные (20—60 м) 

- высоконапорные (свыше  60 м).

По способу подвода  жидкости к рабочему колесу различают насосы с односторонним подводом и насосы с двусторонним подводом, или так называемые центробежные насосы двустороннего входа (рис.1).

По способу отвода жидкости из рабочего колеса насосы разделяются на спиральные и турбинные.

В спиральных насосах перекачиваемая жидкость из рабочего колеса поступает непосредственно в спиральный канал корпуса и затем либо отводится в напорный трубопровод, либо по переточным каналам поступает к следующим колесам.

В турбинных насосах  жидкость, прежде чем попасть в спиральный отвод, проходит через систему неподвижных лопаток, образующих особое устройство, называемое направляющим аппаратом.

По компоновке насосного  агрегата (расположению вала) различают насосы горизонтальные и вертикальные.

По способу соединения с двигателем центробежные насосы разделяются на приводные (со шкивом или редуктором), соединяемые непосредственно с двигателями с помощью муфты, и моноблочное, рабочее колесо которых устанавливается на удлиненном конце вала электродвигателя.

По роду перекачиваемой жидкости, насосы бывают водопроводные, канализационные, теплофикационные (для горячей воды), кислотные, грунтовые и др.

Напор одноступенчатых  центробежных насосов, серийно выпускаемых  промышленностью,  достигает 120 м,  подача – 15 м³/с Параметры центробежных насосов специального изготовления, как одноступенчатых, так и многоступенчатых, могут быть значительно  выше.

1.2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАСОСОВ.

Центробежные  насосы составляют весьма обширный класс насосов. Перекачивание жидкости или создание давления производится в центробежных насосах вращением одного или нескольких рабочих колес. Большое число разнообразных типов центробежных насосов, изготовляемых для различных целей, может быть сведено к небольшому числу основных их типов, разница в конструктивной разработке которых продиктована в основном особенностями использования насосов.

В результате воздействия  рабочего колеса жидкость выходит из него с более высоким давлением  и большей скоростью, чем при  входе. Выходная скорость преобразуется  в корпус насоса в давление перед выходом жидкости из насоса. Преобразование скоростного напора в пьезометрический частично осуществляется в спиральном отводе 1 (см. рисунок 1) или направляющем аппарате 3. Несмотря на то, что жидкость поступает из колеса 2 в канал спирального отвода с постепенно возрастающими сечениями, преобразование скоростного напора в пьезометрический осуществляется главным образом в коническом напорном патрубке 4. Если жидкость из колеса попадает в каналы направляющего аппарата 3, то большая часть указанного преобразования происходит в этих каналах.

Рис. 1. Схема  насоса со спиральным отводом 

a — без направляющего  аппарата; б —с направляющим аппаратом

Направляющий  аппарат был введен в конструкцию  насосов на основании опыта работы гидравлических турбин, где наличие  направляющего аппарата является обязательным. Насосы ранних конструкций с направляющим аппаратом назывались турбонасосами.

Наиболее распространенным типом центробежных насосов являются одноступенчатые насосы с горизонтальным расположением вала и рабочим колесом одностороннего входа. На рис. 2 показана насосная установка, состоящая из центробежного насоса 3 типа НЦС, электродвигателя 5, служащего приводом для насоса и смонтированного вместе с ним на раме 6.

Рис. 2. Схема  центробежного самовсасывающего насоса НЦС-1

Этот насос  применяется в основном для откачивания чистой воды при разработке котлованов под фундаменты и траншеи, также для других подобных работ в различных отраслях промышленности и строительства. Насос оборудован всасывающим рукавом 2, снабженным фильтром 1 и напорным патрубком 4. Привод насосов этого типа, помимо электродвигателя, может осуществляться бензиновыми двигателями внутреннего сгорания.

Насосы с  колесами двустороннего всасывания — типа Д нашли большое применение в современной практике. У этих насосов имеется раздваивающийся полуспиральный подвод 3. В рабочем колесе 1 эти потоки соединяются и выходят в общий спиральный отвод. Разъем корпуса насоса горизонтальный, благодаря чему обеспечивается возможность вскрытия, осмотра, ремонта, замены отдельных деталей и всего ротора без демонтажа трубопроводов (напорный и всасывающий патрубки подсоединены к нижней части корпуса). Вал насоса защищен от износа закрепленными на валу сменными втулками. Эти же втулки крепят рабочее колесо в осевом направлении. Сальники, уплотняющие подвод насоса, имеют кольца гидравлического затвора 2. Жидкость подводится к ним под давлением из отвода насоса по трубам. Радиальная нагрузка ротора воспринимается подшипниками скольжения. Для фиксации вала в осевом направлении и восприятия осевого усилия, которое может возникнуть при неодинаковом изготовлении или износе одного из уплотнения рабочего колеса, в левом подшипнике имеются радиально-упорные шарикоподшипники 4. Насосы двухстороннего всасывания имеют большую высоту всасывания, чем насосы одностороннего всасывания при тех же подаче и частоте вращения вала.

Рис. 3. Одноступенчатый  насос двустороннего всасывания

1.3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ.

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перекачивания жидкостей. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, перемещают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Выполняя одну или несколько  упомянутых функций, насосы в любом  случае входят в состав оборудования насосной станции. В этой схеме для  привода насоса используется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода или другая рабочая жидкость всасывается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия жидкости после насоса всегда больше, чем перед насосом.

Основные параметры  насосов.

Напор представляет собой разность удельных энергий жидкости в сечениях после и до насоса, выраженную в метрах. Напор, создаваемый насосом, определяет предельную высоту подъема или дальность перекачки жидкости.

Подача, т.е. объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, измеряется.

Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь, неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по всасывающему и напорному трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.

Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности).

Марка насосного агрегата

Подача, м³/час

Напор, м

Частота вращения, об/мин

Мощность, кВт 

СЭ 800-160

800

160

3000

630

Марка насосного агрегата

Параметры электродвигателя

Габаритные размеры, мм

Масса агрегата, кг

NД, кВт

L

B

H

СЭ 800-160

630

3525

1375

1840

4630