Введення, Розрахунок елементів трикутників швидкостей на вході та виході з робочого колеса - Розрахунок
У цій контрольній роботі розглянуто ступінь відцентрового насоса (ЦБН) з осьовим входом рідини, з загнутими назад лопатками. Потрібно розрахувати та побудувати трикутники швидкостей на вході та виході з робочого колеса, знайти параметри та основні розміри ступеня. Також розрахувати параметри щаблі при переході на іншу частоту обертання ротора та розміри робочого колеса.
Робочим тілом є вода, тому на лопатковий апарат щаблі насоса діють великі сили, тому для запобігання поломці лопатки роблять з покривним диском.
Обмеження на окружні швидкості U накладають умови міцності, але в відносні швидкості W - умови безкавітаційної роботи.
1. У роботі прийнято такі геометричні співвідношення в ступені ЦБН:
Число робочих лопаток Z=7.
2. Задано безрозмірні режимні параметри, що забезпечують високу економічність ступеня:
- Відносна осьова швидкість на вході в колесо.
- коефіцієнт теоретичного натиску ступеня,
U2 – окружна швидкість на периферії робочого колеса.
- загальний ККД ступеня насоса.
- Об'ємний ККД. При розрахунку враховано витоку в насосі через ущільнення, зазори між робочим колесом та корпусом та ін.
Q, м 3 /с - об'ємна витрата насоса,
q, м 3 /с - об'ємна витрата витоків.
Гідравлічний ККД ступеня насоса дорівнює
де Nn, Вт – корисна потужність насоса.
, Вт - потужність, що витрачається на подолання гідравлічних опорів у ступені насоса.
Механічний ККД ступеня насоса
де N, Вт - потужність насоса,
хутро, Вт - потужність механічних втрат у ступені (тертя в підшипниках, ущільненнях, дискове тертята ін.)
Прийнято такі значення ККД:
3. За формулою Руднєва визначаємо значення швидкості до входу на лопатки С0:
де Q, м/с - об'ємний витрата, n, об/хв - частота обертання ротора. Для насосів з електроприводом змінного струму частота n=1450 об/хв.
Швидкість до входу на лопатки С0 також повинна дорівнювати абсолютній швидкості С1, виправленої на стиснення лопатями вхідного перерізу:
де - Коефіцієнт стиснення, який для малих коліс прийнято рівним = 0,75. Тому
Окружна швидкість на вході дорівнює:
Для зменшення гідравлічних втрат у колесі, зниження відривних течій геометричний кут лопатки роблять більше гідравлічного на кут атаки i=3…12°:
Оскільки число лопаток не нескінченно (Z=7), то центральний інерційний вихор у міжлопатковому каналі індукує швидкість , яка зміщує вектор швидкості до положення , внаслідок чого знижується швидкість до . Напірність щаблі внаслідок цього зменшується.
Цей процес враховано коефіцієнтом впливу кінцевого числа лопаток:
Також для назад загнутих лопаток
де прийнято рівним 21 °.
Меридіанальну швидкість потоку прийнято рівною С2m=С1а=С1. На малюнку можна встановити основні співвідношення швидкостей на виході з робочого колеса:
З рівняння Ейлера ефективна робота підвищення тиску в щаблі насоса дорівнює:
При осьовому вході потоку робоче колесо С1u=0, тому
У насосі може виникнути кавітація, яку можна сформулювати таким чином:
Р1, Па – тиск рідини на вході в колесо;
РП, Па - тиск насиченої пари рідини за даних умов;
тобто. запас потенційної енергії тиску потоку на вході в щабель повністюпереходить у кінетичну у відносному русі (кавітація виникає у міжлопатковому каналі робочого колеса).
Приймаємо при Т = 370 К, РП = 103 300 Па. Отже,