ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
Общие положения
Проектирование производится на основании накопленного опыта создания различных типов насосов. Причем для различных областей применения насосов используется свой подход. В настоящей главе рассматриваются вопросы проектирования стационарных насосов общепромышленного назначения. Отличительной особенностью является их работа в до кавитации, что связано с их продолжительной эксплуатацией и необходимостью исключить кавитационные разрушения.
Центробежные насосы являются наиболее предпочтительными гидравлическими насосами, используемыми в отечественном и промышленном мире. В этом видео мы будем иметь концептуальный обзор работы центробежных насосов. Ниже приведена подробная версия веб-страницы видео.
Рабочее колесо - сердце центробежных насосов
Центробежные насосы используются для индукции потока или повышения давления жидкости. В основе системы лежит рабочее колесо. Он имеет ряд изогнутых лопаток, установленных внутри пластин савана. Рабочее колесо всегда погружено в воду. Когда крыльчатку вращают, она также окружает вращающуюся жидкость. Это придает центробежную силу водным частицам, а вода движется радиально. На рисунке 1 показан этот процесс.
Несмотря на отличия в обосновании кинематических параметров и геометрических размеров проточной части, существует общий подход в проектировании насосов различных типов. Проектирование включает составление и анализ технического задания, выбор основных параметров и гидравлические расчеты, выполнение эскизной компоновки машины, проведение поверочных и уточняющих расчетов, выполнение чертежей общего вида машины и отдельных его деталей.
Из вышеприведенных обсуждений ясно, что отрицательное давление на глаз крыльчатки помогает поддерживать поток в системе. Если вначале не присутствует вода, отрицательное давление, создаваемое вращающимся воздухом, в глазу будет пренебрежимо малым, чтобы сосать свежий поток воды. В результате рабочее колесо вращается без сосания и разряда любого содержания воды. Поэтому перед запуском насоса сначала необходимо заполнить его водой. Этот процесс известен как праймирование.
Крыльчатка установлена внутри корпуса. В результате вода будет перемещаться внутри нее и будет двигаться в том же направлении вращения крыльчатки к выпускному соплу. Из иллюстраций насоса до сих пор одна специальность обсадной колонны ясна. Он имеет увеличивающуюся площадь вдоль направления потока. Такая растущая площадь поможет разместить вновь добавленный поток воды, а также поможет уменьшить скорость потока. Уменьшение скорости потока приведет к увеличению статического давления, необходимого для преодоления сопротивления насосной системы.
Графическая часть проекта и пояснительная записка выполняются в соответствии с ГОСТ 2.109-73, ГОСТ 2.305-68(СТ СЭВ 367-76), ГОСТ 2.108-68, ГОСТ 2.307-68, ГОСТ 2.308-68, ГОСТ 10356-63, ГОСТ 2789-73, ГОСТ 2.309-79, ГОСТ 2.104-68 (СТ СЭВ 140-74, 365-76), ГОСТ 2.105-68 и ГОСТ 106-68.
Техническое задание на проектирование
Задание на проектирование лопастного центробежного насоса включает следующие основные данные:
Как мы уже говорили, рабочее колесо является самой важной частью центробежного насоса. Успешные рабочие колеса были разработаны с многолетним анализом и разработкой. На фиг. 4 показано одно из таких крыльчаток с одной пластиной кожуха, удаленной для лучшего обзора лопастей.
Эти лопасти загнуты назад. Обратные изогнутые лопасти имеют угол лезвия менее 90 градусов. Обратные изогнутые лопасти являются наиболее предпочтительным типом лопасти в промышленности благодаря его самонастраивающимся характеристикам энергопотребления. Это означает, что при увеличении расхода расход мощности насоса стабилизируется после предела. Форвардные и радиальные лопасти менее распространены в промышленности. Визуальная конфигурация рабочего колеса показала современное состояние. Эта лопасть извлекается из модели насоса Кирлоскара.
а) физические свойства перекачиваемой среды:
r - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 ;
m - коэффициент динамической вязкости, Па С;
Р нп - давление насыщенных паров рабочей жидкости, ПА (физические свойства перекачиваемой среды заданы для расчетной температуры Т 0 К);
б) параметры насоса на расчетном режиме:
Такая проекционная секция глаза улучшает завихрение потока и гарантирует высокое отрицательное давление при всасывании. Если давление на стороне всасывания рабочего колеса будет ниже давления паров воды, может произойти опасное явление. Вода начнет кипеть, образуя пузырьки пара. Эти пузырьки будут двигаться вместе с потоком и будут разрываться в области высокого давления. После взлома пузырьки будут посылать высокие импульсные ударные волны и сверхурочную работу рабочего колеса. Это явление известно как кавитация.
Больше всасывающей головки, меньшим должно быть давление со стороны всасывания, чтобы поднять воду. Этот факт ограничивает максимальную всасывающую головку, которую может иметь насос. Тип крыльчатки, который мы использовали для обсуждения до сих пор, называется замкнутым типом. Здесь лопасти закрыты с обоих концов пластинами кожуха. Другие типы крыльчатки, которые используются в промышленности, являются полуоткрытыми и открытыми рабочими колесами. Если рабочая жидкость является засоренной по своей природе, предпочтительно использовать открытый тип крыльчатки.
Н - напор, м;
Q - объемный расход жидкости через насос, м 3 /с;
в) дополнительно данные. Наряду с основными сведениями о насосе даются дополнительные данные, которые позволяют правильно подойти к проектированию насоса.
К таким данным относятся:
Сведения о назначении насоса и область его применения;
Возможные границы изменения эксплуатационных условий;
Описание центробежного насоса с открытым рабочим колесом
Но они немного менее эффективны. Механическая конструкция центробежного насоса всегда сложна. Для соединения между крыльчаткой и двигателем используется вал. Так как давление воды внутри корпуса огромно, необходимо обеспечить надлежащее уплотнение при остановке утечки воды через зазор корпуса. Для этой цели используется механизм механического уплотнения или сальниковой коробки.
Центробежные насосы являются наиболее часто используемым насосом кинетической энергии. Центробежная сила выталкивает жидкость наружу из глаза рабочего колеса, где она входит в корпус. Дифференциальную головку можно увеличить, повернув рабочее колесо быстрее, используя большее рабочее колесо или увеличив количество рабочих колес. Рабочее колесо и перекачиваемая жидкость изолированы снаружи уплотняющими или механическими уплотнениями. Радиальные и упорные подшипники вала ограничивают движение вала и уменьшают трение вращения.
Технические требования (КПД насоса, масса, габариты);
Эргономические (уровень шума, дб, вибрации, мм или м/с 2 , величина
внешней утечки, м 3 /с);
Показатель технической эстетики и физиологические показатели,
характеризующие удобство обслуживания насоса;
Экономические (стоимость насоса или его монтажа, обслуживания и
Центробежные насосы разработаны в отношении. Количество насадок Количество рабочих колес Рабочие колеса. . Большинство рабочих колес расположены только с одной стороны и называются одновинтовой конструкцией. Модели с высоким потоком используют рабочие колеса, которые принимают всасывание с обеих сторон и называются конструкциями с двойным всасыванием.
Эффективность центробежного насоса определяется рабочим колесом. Валы спроектированы так, чтобы соответствовать заданному диапазону условий потока. На рисунке 1 показаны основные типы рабочих колес. Валы прикрепляются к центральной ступице без какой-либо формы, боковины или кожуха и устанавливаются непосредственно на вал. Они обычно используются в небольших диаметрах, недорогих насосах и насосах, обрабатывающих взвешенные твердые частицы. Они более чувствительны к износу, чем закрытые рабочие колеса, поэтому их эффективность быстро ухудшается при эрозионном обслуживании.
ремонта), ресурс, доступность отдельных узлов для обслуживания и др..
Расчет основных параметров и геометрических
размеров рабочего колеса насоса
2.3.1. Определение частоты вращения колеса
Частота вращения рабочего колеса определяется по формуле Руднева С.С. /16/
где С - кавитационный коэффициент быстроходности выбирается в
Частично открытые или полузакрытые рабочие колеса
Этот тип крыльчатки включает заднюю стенку, которая служит для упрочнения лопаток и добавляет механическую прочность. Они используются в насосах среднего диаметра и с жидкостями, содержащими небольшое количество взвешенных твердых частиц. Важно, чтобы между лопатками рабочего колеса и корпусом был небольшой зазор или зазор. Если зазор слишком велик, произойдет проскальзывание и рециркуляция, что, в свою очередь, приведет к снижению эффективности и положительному накоплению тепла.
Закрытая крыльчатка имеет как заднюю, так и переднюю стенки для максимальной прочности. Они могут работать в режиме взвешенных твердых частиц без засорения, но будут демонстрировать высокую износостойкость. Тип закрытого рабочего колеса является наиболее широко используемым типом рабочего колеса для центробежных насосов, работающих с прозрачными жидкостями. Они полагаются на колесики с плотным зазором на крыльчатке и на корпусе насоса. Кольца износа отделяют входное давление от давления внутри насоса, уменьшают осевые нагрузки и помогают поддерживать эффективность насоса.
зависимости от требований к насосу;
Для длительной работы по 1-му критическому режиму
кавитации С 1 = 800¸1100;
Для работы насоса на втором режиме кавитации
С 2 = 1000¸1800(200).
Применение шнекоцентробежной ступени позволяет принимать значения С 2 =1800¸3000 (5000)
- расчетное значение подпора;
Одноступенчатый центробежный насос, состоящий из одного рабочего колеса, наиболее широко используется в производственных операциях. Одноступенчатые насосы могут быть как одиночными, так и двойными. Одноступенчатая конструкция насоса широко принята и оказалась очень надежной.
Усилие распрессовки создается системой винт-гайка, значительная величина усилия требует применения ходовой резьбы. Винтовые съемники и прессы дают возможность разбирать механизмы машин без ударов, благодаря чему детали предохраняются от повреждений, а операции разборки выполняются сравнительно быстро
Многоступенчатый центробежный насос состоит из двух или более рабочих колес. Каждый этап - это, по сути, отдельный насос. Все этапы находятся в одном корпусе и установлены на одном валу. Восемь или более ступеней могут быть установлены на одном горизонтальном валу. Нет ограничений на количество ступеней, которые могут быть установлены на вертикальном валу. Каждый этап увеличивает голову примерно на ту же величину. Многоступенчатые насосы могут быть как одиночными, так и двойными всасываниями на первом крыльчатке.
Dh - подпор на входе в насос, Dh =1,5¸20 м.
Коэффициент 1,15¸1,3 по ГОСТ 6134-71.
2.3.2. Определение коэффициента быстроходности
. (2.2)
2.3.3. Определение диаметра входа в колесо D вх
Сводится к определению приведенного диаметра по среднестатическим значениям коэффициента, входящего в формулу:
Ось направлена в осевом направлении к всасыванию из-за низких давлений, которые существуют в крыльчатке во время работы насоса. Эта тяга обрабатывается упорным подшипником. Чрезмерная тяга приводит к повреждению подшипника и уплотнения. Упор можно уменьшить, спроектировав одноступенчатое рабочее колесо для двойного всасывания. В многоступенчатых насосах тягу можно уменьшить, повернув половину рабочего колеса в одном направлении и наполовину в другом. Балансировочные отверстия могут использоваться в одноступенчатых одноступенчатых насосах.
- приведенный диаметр рабочего колеса.
Окончательно
. (2.4)
Коэффициент К 0 выбирается из следующих соображений /16/:
1. Рабочее колесо имеет большой кавитационный запас и кавитация в нем исключена. В этом случае из условия получения минимума относительной скорости входа жидкости в рабочее колесо
Рабочее колесо выровнено на заднем кожухе, чтобы жидкость высокого давления возвращалась обратно к крыльчатке. Когда жидкость выходит из верхней части вращающегося рабочего колеса, она оказывает равную и противоположную силу на крыльчатке, валу и радиальных подшипниках. В точке максимальной эффективности сумма всех радиальных сил почти отменяет друг друга. Радиальные силы могут быть значительными.
Специальная скорость насоса связывает три основных компонента характеристик производительности центробежного насоса в один срок. Он используется для сравнения двух центробежных насосов, которые геометрически похожи. Максимальная скорость насоса может быть рассчитана из.
К 0 =3,3¸3,7.
2. В случае расчета насоса по 1-му критическому режиму кавитации К 0 =4,2¸4,6. Причем, большие значения выбираются в случае возможной работы насоса при перегрузке.
3. При расчете по 2-му критическому режиму кавитации К 0 =4¸6 в зависимости от значения С 2 . Так, например, по данным В.В.Шемеля /16/
К 0 = 4,3¸4,65, С 2 = 1230¸1400,
Насосная скорость всегда рассчитывается с максимальной эффективностью насоса. Номер используется для характеристики производительности насоса в зависимости от его текущих параметров. Обычно желательно выбрать рабочее колесо с максимальной удельной скоростью. Это может быть компенсировано более высокими эксплуатационными расходами, связанными с более высокими скоростями и большей восприимчивостью к кавитационному повреждению.
Рабочие колеса с низкой удельной скоростью. Рабочие колеса с радиальным потоком обычно имеют низкую удельную скорость. Перекачиваемая жидкость проходит на 90 ° от входа до выхода рабочего колеса. Рабочие колеса со средней скоростью. Рабочие колеса с смешанным потоком обычно имеют средние удельные скорости и более широкие и меньшие по диаметру, чем рабочие колеса с радиальным потоком. Они обычно используются в вертикальных многоступенчатых насосах и скважинных электрических погружных насосах, которые требуют небольших диаметров.
К 0 = 5,2¸5,7, С 2 =1500¸2500.
Диаметр втулки D вm определяется по приближенной формуле:
где N - мощность насоса, кВт;
а = 0,120¸0,130 - для консольных насосов;
а = 0,150¸0,160 - для многоступенчатых насосов.
2.3.4. Определение ширины колеса в 2 на выходе
Ширина колеса в 2 определяется на основании статистических данных по формуле
где 
для n
s £120;
для n
s >120.
Полученное значение в 2 является предварительным и будет уточняться при последующем профилировании меридионального сечения рабочего колеса.
2.3.5. Приближенное определение наружного диаметра
рабочего колеса D 2
Размер диаметра выхода рабочего колеса D 2 зависит от числа лопаток в колесе z и от угла установки лопаток на выходе b л2 .
В первом приближении размер D 2 определяется на основании статистических данных по формуле /16/
где 
;
.
2.3.6. Выбор числа лопаток z
Число лопаток выбирают по статистическим данным в зависимости от коэффициента быстроходности n s и размеров колеса /16/:
n s = 50¸60; 60¸180; 180¸350; 350¸600;
z = 9¸8; 8¸6; 6; 6¸5.
Для насосов малых размеров выбирают меньшее число лопаток, чтобы уменьшить стеснение потока лопатками, толщина которых с уменьшением размеров колеса относительно возрастает. Этим добиваются улучшения всасывающей способности колеса и уменьшения гидравлических потерь. Иногда у тихоходных колес часть лопаток выполняют укороченными со стороны всасывания.
2.3.7. Выбор толщины лопаток s
Толщина лопаток s определяется технологическими соображениями и прочностью, а иногда требования износостойкости (например, у землесосов). Лопатки уточняются вблизи входа для уменьшения стеснения потока (обычно в 2 раза) s 1 Т а б л и ц а 2.1 К выбору толщины лопаток рабочего колеса Рабочее колесо (крыльчатка) – главная рабочая деталь насоса. Задача рабочего колеса насоса – преобразование вращательной энергии, которая выходит из двигателя, в энергию протока воды. С помощью движения крыльчатки жидкость, что находится в ней, также вращается и на нее влияет центробежная сила. Такая сила перемещает жидкость от центра крыльчатки к ее краю. После такого перемещения в центре крыльчатки создается разрежение, что и помогает всасыванию жидкости через всасывающий патрубок устройства. Достигнув периферии крыльчатки, жидкость выходит в напорный патрубок агрегата. Рабочие колеса могут быть следующих типов: осевые, радиальные, диагональные, открытые, полузакрытые и закрытые. В основном, в насосных устройствах крыльчатка трехмерной конструкции, которая соединяет плюсы осевых и радиальных колес. Отличие полузакрытого изделия заключается в том, что у него нет второго диска, а лопасти с зазором примыкают к корпусу устройства, которое играет роль второго диска. Используют полузакрытые изделия для перекачки очень загрязненных жидкостей. Конструкция закрытого изделия имеет два диска, между которыми находятся лопасти. Такая крыльчатка часто используется для работы центробежных насосов, ведь она создает хороший напор, и характеризуется малыми утечками воды из выхода на вход. Производят такие крыльчатки несколькими способами: штамповкой, литьем, точечной сваркой или клепкой. На качество и эффективность работы влияет количество лопастей. Чем больше лопастей имеет деталь, тем меньше пульсации давления воды на выходе из устройства. Посадка крыльчатки на вал двигателя в одноколесных агрегатах бывает конической или цилиндрической. Посадочное место колес в горизонтальных или вертикальных насосных устройствах бывает в виде шестигранника или шестигранной звездочки, либо крестообразным. Выделяют следующие виды посадок на вал: Для изготовления колес для центробежных насосов, чаще всего, используют чугун марок СЧ 20-СЧ 40. Если электронасос будет работать с химическими агрессивными веществами, колеса и корпуса центробежных насосов производят из нержавеющей стали. Для функционирования прибора в сложных режимах, которые характеризуются: долгим сроком включения; материал для перекачки имеет механические частицы; высоким напором, — для производства крыльчаток применяют хромистый чугун ИЧХ. При помощи обточки колеса уменьшают диаметр для снижения силы напора, но эффективность гидравлики устройства при этом не ухудшается. При небольшом снижении КПД весьма существенно поднимается напор и подача. Если характеристики прибора не соответствуют необходимым условиям работы в определенных пределах, стоит применить обточку. Количество обточек от производителя, как правило, не больше двух. Размер обточки варьируется от 8 до 15% от диаметра рабочей детали. Но бывают исключения, когда показатель можно увеличить до 20%.
Расчет рабочего колеса центробежного прибора не рекомендуют делать самостоятельно – это ответственный процесс, который лучше выполнять специалисту. Открытым типом крыльчаток оборудуют как дренажные, так и фекальные устройства. Колеса такого типа можно установить над рабочей камерой агрегата и внутри камеры. При установке выше камеры крупные частицы могут свободно проходить, поэтому такую схему именуют свободновихревой. Вместе с этим преимуществом, есть ряд недостатков: В дренажных агрегатах устанавливать свободновихревую схему нецелесообразно, так как они изначально предназначены для перекачки жидкости с включениями. В таких устройствах крыльчатку ставят внутри рабочей камеры. Бывает несколько видов колес открытого типа: В основном, крыльчатка открытого типа с одной лопаткой применяется в агрегатах с режущим механизмом,
когда кромка прибора играет роль ножа. На всасывающей крышке имеются звездообразные кромки, которые служат неподвижными ножами. При этом устройство выполняет сразу две функции: перекачивание воды с крупными частицами и измельчение длинноволокнистых включений. Это позволяет работать с такими жидкостями, не рискуя засорить прибор. Погружное устройство с периферийной крыльчаткой применяют для подачи воды из скважин с минимальным диаметром 4’’ (100 мм). Такие механизмы работают с жидкостью без твердых включений и осадков. Колесо изготавливают из латуни или бронзы. Особенность таких устройств – наличие радиальных лопаток на периферии крыльчатки, которые передают энергию перекачиваемой среды. Изделие устанавливается между двумя пластинами, которые сделаны из нержавеющей стали. При цилиндрической посадке создаются маленькие зазоры внутри рабочей камеры устройства. Конструкция лопаток обеспечивает радиальную циркуляцию жидкости, которая входит в агрегат, между пластинами и лопатками крыльчатки. Это позволяет постепенно повышать давление воды при ее перемещении от заборного патрубка к выходному. Само колесо устанавливают на вал из нержавеющей стали.
Агрегаты 80 А предназначены для перекачивания чистых жидкостей: воды, горючесмазочных материалов, дизельного топлива, бензина и т.п. Устанавливают механизм 80 А в бензовозах, автоцистернах и подобных видах техники. Привод механизма 80 А происходит от вала отбора мощности, или от электродвигателя через коробку отбора мощности и трансмиссию. Проточная часть изготовлена из сплава алюминия. Рабочая деталь имеет радиальные лопатки и находится в закрытом корпусе механизма цилиндрической формы. Между корпусом и крыльчаткой есть торцевые зазоры. Технические характеристики 80 А: Если элемент изготовлен некачественно, возникает неравномерная нагрузка на все устройство, что может привести к нарушению равновесия проточных деталей. И это, чаще всего, приводит к поломке ротора. При возникновении подобной поломки, надо заменить крыльчатку. Замена крыльчатки происходит следующим образом:
При правильной установке и соблюдении правил эксплуатации рабочее колесо, как и сам насосный агрегат, могут прослужить долго и качественно выполнять свою работу в течение многих лет.1
Виды рабочих колес
1.2
Полузакрытое
1.3
Закрытое
1.4
Вид посадки
1.5
Рабочее колесо центробежного насоса
1.7
Обточка и расчет рабочего колеса центробежного насоса
2
Описание центробежного насоса с открытым рабочим колесом
2.1
Погружной насос с периферийным рабочим колесом
2.2
Крыльчатка насоса 1СВН 80 А
2.3
Замена основной рабочей детали
