КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Определение основных размеров входа рабочего колеса.
Размеры входа рабочего колеса рассчитываются из условия обеспечения требуемых кавитационных качеств колеса и минимальных гидравлических потерь. Значение скорости С0 входа патока в колесо оценивают по формуле С.С. Руднева
, где
величина коэффициента принимается в зависимости от требуемых кавитационных качеств колеса и лежит в пределах:
м/с.
Диаметр вала dв в первом приближении рассчитывается из расчёта на кручение по формуле
, где
Мкр – момент кручения, приложенный к валу, Нм;
- допускаемое напряжение на кручение, для валов углеродистой стали, принимается, Н/м2.
= (300…500)105 Н/м2.
;
Н/м.
м.
Для придания жёсткости dв увеличивают на 10…15 мм. 
Диаметр втулки 
определяют конструктивно по 
в зависимости от способа крепления колеса на валу:
;
м.
Диаметр D0 входа в колесо находится из уравнения неразрывности:
;
м.
Найду ширину лопасти b1, которая зависит от кавитационных качеств колеса и величины коэффициента быстроходности ns.
, где
- меридианная составляющая абсолютной скорости, м/с;
, где
;
м.
Диаметр D1 окружности проходит через средние точки входных кромок лопастей.
м.
;
м/с.
м.
Меридианная составляющая абсолютной скорости после поступления патока в межлопастной канал (т.е с учётом стеснения) определяется по уравнению
, где
k1- коэффициент стеснения на входе, k1=1.05…1,15;
м/с.
Определю окружную скорость на входе в межлопастной канал.
, где
-угловая скорость, рад/с;
;
м/с.
Найду угол 
безударного поступления потока на лопасти находится из уравнения
,
, 
Угол установки лопасти на входе
, где
- угол атаки; =3…100
При безотрывном обтекании лопасти поток движется по касательной к поверхности лопасти. Относительная скорость W1 потока после поступления на лопасть направлена по касательной к средней линии профиля лопасти при входе. Величина относительной скорости W1 определяется по уравнению:
,
м/с.
Рис.13 Треугольник скоростей при входе в рабочее колесо насоса
Расчёт основных размеров выхода рабочего колеса
Размеры выхода рабочего колеса, основными из которых являются наружный диаметр D2 рабочего колеса, ширина b2 лопасти на входе и угол 
установки лопасти на выходе определяют из условия создания требуемого напора или достаточно высокого КПД.
Наружный диаметр D2 рабочего колеса находят методом последовательных приближений. Диаметр D2 в первом приближении определяется по окружной скорости u2, найденной из основного уравнения лопастных машин
,
Воспользуемся опытным соотношением скоростей
, 
;
;
м/с.
Определю наружный диаметр D2 рабочего колеса в первом приближении
;
м, R21= 0,206 м. R21=D21/2
Найду угол 
установки лопаток на выходе из межлопастного канала
, где
для безотрывного обтекания потоком поверхности;
м/с – меридианная составляющая абсолютной скорости;
К2 = (1.0…1.05), К2 = 1 – коэффициент стеснения на выходе из рабочего колеса.
Найду минимальное число лопастей
, где
м;
, z = 7.
Найду коэффициент учитывающий влияние конечного числа лопастей:
Зная z ( 6…8), R1 и R2 ( в первом приближении), определяем коэффициент p, учитывающий влияние конечного числа лопастей. При радиальном направлении средней линии меридианного сечения рабочего колеса коэффициент p находится по формуле
, где
- коэффициент учитывающий чистоту обработки поверхности и форму лопасти;
.
Определю 
теоретический напор колеса по струйной теории
,
Дж/кг.
Найду окружную скорость во втором приближении
;
м/с;
м/с.
По окружной скорости u2 находим диаметр выхода 
во втором приближении по уравнению
;
Определю диаметр выхода во втором приближении
м.
Вычисляю ширину лопасти на выходе:
;
м.
Относительная скорость на выходе
;
м/с.
Треугольник скоростей построен по результатам работы программы pump
Рис.14 Треугольник скоростей при выходе из рабочего колеса насоса.
Расчёт и построение меридианного сечения рабочего колеса
Ширина межлопастного канала рабочего колеса должна изменяться плавно от входа к выходу. Для этого следует задаться графиком изменения меридианной составляющей абсолютной скорости 
в функции от радиуса 
. Исходным уравнением для определения ширины межлопастного канала является уравнение неразрывности
,
где 
- расчетная подача, м3/с; 
- некоторый произвольный диаметр, м; 
- ширина межлопастного канала на диаметре , м; - меридианная составляющая абсолютной скорости, м/с.
Разбив среднюю линию канала( 
)от радиуса R1 до радиуса R2 на 10 участков, по формуле 
определим ширину межлопастного канала на соответствующем радиусе и на принятой средней линии канала ( ) в меридианном сечении отметим точки, соответствующие радиусам . Примем эти точки за центры. Проведем ряд окружностей, диаметр которых равен соответствующей ширине канала в меридианном сечении. Боковые стенки получаются как огибающие этих окружностей. По конструктивно-технологическим соображениям контуры канала корректируются. Указанные расчеты удобно проводить в табличной форме.
Закон изменения меридианной составляющей абсолютной скорости в функции от радиуса ri известен. Таким образом, по известному значению радиуса ri по графику 
найдём соответствующее значение меридианной скорости 
.
Ширина bi межлопастного канала в меридианном сечении на соответствующем радиусе ri определяется по уравнению по уравнению сплошности 
. Чтобы создать наиболее благоприятные условия для безотрывного обтекания контура лопасти потоком, что соответствует минимуму гидравлических потерь, примем плавный (без минимумов и максимумов) закон изменения относительной скорости от 
до 
в функции от радиуса ri Значения относительных скоростей и были найдены при определении размеров входа и выхода рабочего колеса насоса. Для обеспечения устойчивости потока в канале рабочего колеса отношение скоростей 
должно быть близким к единице. Таким образом, по известному значению радиуса ri из графика 
найдём соответствующее значение относительной скорости Wi.
Толщину 
лопасти на соответствующем радиусе находят по графику 
Толщина 
(при 
) может быть принята равной 2..4 мм, толщина 
- равной 0…2 мм. Максимальная толщина лопасти 
находится приблизительно посередине длины лопасти и обычно принимается равной 5-8 мм (принято6 мм).
Таким образом, мы имеем все необходимые данные для расчета таблицы 1. Угол обхвата лопасти в плане 
должен лежать в пределах 
.
Расчет таблицы 1 и 2 выполняется в программе Pump011new.exe.
Таблица 22 – К расчету меридианного сечения и лопасти рабочего колеса
| Исходные данные: | |||||||||
| Q=340 м3/час Н=250 Дж/кг Ра=250 кПа Т=77°С НВС=-2 м | Hтп=3 Дж/кг С=800 А=1.2 Δη0=0.04 ηмп= 0.96 | Δψ=0.60 [τ]=40.00 МПа S=0 RO= 973,59 КГ/М3 PS=41,89 кПа | Число параллельных потоков = 1 Число ступеней = 1 | ||||||
| Результаты расчета: | |||||||||
| D2 = 0.4658 M D1 = 0.1900 M DO = 0.1950 M DBT = 0.060 M DB = 0.0450 M Z = 7 | DD1 = 4.0 MM U1 = 9,6 M/C W1 = 9,15 M/C CM1' = 3.40 м/с CM1 = 3,83M/C | W1' = 10,18 M/C W10 = 10,34 M/C C2 = 12,37 M/C U2 = 23,53 M/C W2 = 12.34 M/C CM2 = 3,77 M/C C2U = 11,78 M/C | C2∞ = 15,66 M/C W2∞ = 9,15 M/C CM2'= 3,69 M/C C2U∞ = 15,20 M/C CO = 3.76 M/C ns = 95,52 | ||||||
| β | R | B | TT | DD | CM | W | |||
| 24,7494 | 0,0950 | 0,0501 | 0,0000 | 0,0040 | 3,4000 | 9,1480 | |||
| 24,9826 | 0,1023 | 0,0464 | 9,1145 | 0,0045 | 3,4151 | 9,1480 | |||
| 25,1562 | 0,1095 | 0,0431 | 17,5239 | 0,0049 | 3,4302 | 9,1480 | |||
| 25,2813 | 0,1168 | 0,0402 | 25,3391 | 0,0053 | 3,4453 | 9,1480 | |||
| 25,3662 | 0,1240 | 0,0377 | 32,6474 | 0,0056 | 3,4603 | 9,1480 | |||
| 25,4175 | 0,1313 | 0,0355 | 39,5181 | 0,0058 | 3,4754 | 9,1480 | |||
| 25,4405 | 0,1385 | 0,0335 | 46,0078 | 0,0060 | 3,4905 | 9,1480 | |||
| 25,4394 | 0,1458 | 0,0317 | 52,1626 | 0,0061 | 3,5056 | 9,1480 | |||
| 25,4176 | 0,1531 | 0,0300 | 58,0210 | 0,0061 | 3,5207 | 9,1480 | |||
| 25,3780 | 0,1603 | 0,0286 | 63,6155 | 0,0060 | 3,5358 | 9,1480 | |||
| 25,3228 | 0,1676 | 0,0272 | 68,9735 | 0,0059 | 3,5509 | 9,1480 | |||
| 25,2541 | 0,1748 | 0,0260 | 74,1186 | 0,0058 | 3,5659 | 9,1480 | |||
| 25,1735 | 0,1821 | 0,0248 | 79,0709 | 0,0055 | 3,5810 | 9,1480 | |||
| 25,0823 | 0,1893 | 0,0238 | 83,8480 | 0,0052 | 3,5961 | 9,1480 | |||
| 24,9818 | 0,1966 | 0,0228 | 88,4655 | 0,0049 | 3,6112 | 9,1480 | |||
| 24,8730 | 0,2039 | 0,0219 | 92,9368 | 0,0044 | 3,6263 | 9,1480 | |||
| 24,7568 | 0,2111 | 0,0211 | 97,2738 | 0,0039 | 3,6414 | 9,1480 | |||
| 24,6339 | 0,2184 | 0,0203 | 101,4873 | 0,0033 | 3,6565 | 9,1480 | |||
| 24,5050 | 0,2256 | 0,0195 | 105,5866 | 0,0027 | 3,6715 | 9,1480 | |||
| 24,3708 | 0,2329 | 0,0189 | 109,5803 | 0,0020 | 3,6866 | 9,1480 | |||
Таблица 23. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИКИ Р.К.
| Q | H |
| 0.0000(0.00) | 284,85 |
| 0.0094(34.00) | 291,00 |
| 0.0189(68.00) | 295,02 |
| 0.0283(102.00) | 296,89 |
| 0.0378(136.00) | 296,62 |
| 0.0472(170.00) | 294,21 |
| 0.0567(204.00) | 289,65 |
| 0.0661(238.00) | 282,96 |
| 0.0756(272.00) | 274,11 |
| 0.0850(306.00) | 263,13 |
| 0.0944(340.00) | 250,00 |
| 0.1039(374.00) | 234,73 |
| 0.1133(408.00) | 217,31 |
КПД НАСОСА = 0.7374 ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ПРИВОДА = 965.0 мин-1
МОЩНОСТЬ ПРИВОДА = 37,410 КВТ
ДОП. ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ=17,214 M C [ПОЛУЧЕННОЕ]=642,7
Таблица 24. Определение характеристики сети
| № | Qi | Hi | Qi/Qр | Hс |
| 0,000 | 284,850 | 0,000 | 0,000 | |
| 0,009 | 291,000 | 0,095 | 2,612 | |
| 0,019 | 295,020 | 0,200 | 11,801 | |
| 0,028 | 296,890 | 0,295 | 25,791 | |
| 0,038 | 296,620 | 0,400 | 47,459 | |
| 0,047 | 294,210 | 0,495 | 72,012 | |
| 0,057 | 289,650 | 0,600 | 104,274 | |
| 0,066 | 282,960 | 0,695 | 136,573 | |
| 0,076 | 274,110 | 0,800 | 175,430 | |
| 0,085 | 263,130 | 0,895 | 210,650 | |
| 0,094 | 250,000 | 0,989 | 244,765 | |
| 0,104 | 234,730 | 1,095 | 286,312 |
Рисунок 15 Графики характеристик насоса и сети.
Рис.16 меридианное сечение рабочего колеса
Проверочный расчёт на кавитацию
По найденным значениям С1,0 , W10 ,U1при входе в межлопастные каналы рабочего колеса первой ступени определяется критический кавитационный запас энергии.
, где
См1 =С1,0,
- коэффициент кавитации.
, где
Δ1 – толщина лопасти на входе;
Δ45 – толщина лопасти на расстоянии 45 мм от входной кромки.
Условие справедливости формулы:
1) ns ≤ 120
2) 
3) 
Дж/кг.
;
Допускаемую геометрическую высоту всасывания определяю из уравнения
;
м.
Полученная в результате проверки допускаемая геометрическая высота всасывания, больше заданной высоты всасывания. Это свидетельствует о том, что в рабочем колесе не будет возникать кавитация.
Построение Плана рабочего колеса
Лопасти рабочего колеса профилируются таким образом, чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия для безотрывного обтекания контура лопасти потоком рабочей среды.
Дифференциальное уравнение средней линии сечения лопасти в плане будет иметь вид
,
откуда
.
При 
угол 
и тогда 
.
Так как толщиной лопасти Δ, скоростями с’m и W в функции радиуса мы задались не аналитически, а в виде графиков (см. рис. 2), интегрирование уравнения выполняется приближенно по правилу трапеции.
Обозначим подынтегральную функцию 
, тогда
,
где 
- приращение центрального угла; Bi и Вi+1 – значения подынтегральной функции в начале и в конце рассматриваемого участка; 
- приращение радиуса.
Задаваясь приращением радиуса 
, разбиваем диапазон интегрирования r от R1 до R2 на 10 участков. Тогда для промежуточного радиуса rkполучаем соответствующий угол в полярной системе координат, в которой полюс совпадает с осью рабочего колеса, а полярная ось проходит через входную кромку лопасти 
.
Величина радиуса rk вычисляется по уравнению
,
где 
.
Угол охвата всей лопасти можно найти из выражения
.
По вычисленным координатам 
строим среднюю линию сечения лопасти в плане (см. рис. 4). Из точек на средней линии как из центров проводим окружности диаметром, равным толщине 
лопасти на соответствующем радиусе ri. Огибающая окружностей и будет контуром сечения лопасти в плане. Входная кромка лопасти закругляется радиусом, равным 
.
Рис.17 рабочее колесо в плане
Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 199; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |