Расчет основных геометрических размеров рабочего колеса и спирального отвода насоса для подачи воды

2

Федеральное агентство по образованию (Рособразование)

Архангельский государственный технический университет Кафедра промышленной теплоэнергетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тепловые двигатели и нагнетатели

Расчет основных геометрических размеров рабочего колеса и спирального отвода насоса для подачи воды. Расчет одновенечной промежуточной активной ступени”

Архангельск 2008

СОДЕРЖАНИЕ

1.Расчет основных геометрических размеров рабочего колеса и спирального отвода насоса для подачи воды

1.1 Исходные данные

1.2 Расчет основных геометрических размеров рабочего колеса

1.3 Расчет спирального отвода насоса

2.Расчет одновенечной промежуточной активной ступени

2.1 Исходные данные

2.2 Расчет общих параметров

2.3 Расчет сопловой и рабочей решеток

2.4 Расчет потерь, внутреннего относительного КПД, используемого теплоперепада и внутренней мощности ступени

Список литературы

1. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ РАБОЧЕГО КОЛЕСА И СПИРАЛЬНОГО ОТВОДА НАСОСА ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ

1.1 Исходные данные

с=1000 кг/м3

Q=170 м3/ч

Н=40 м

N=950мин-1

Таблица результатов

d1	dст	lст	b1	b2	D0	D1	D2	z	в1	в2	Щmax
мм	шт	град	см2
39	55	77	36	14	165	185	491	6	26	22	36,52

1.2 Расчет основных геометрических размеров рабочего колеса

Коэффициент быстроходности:

Объемный КПД:

,

где а=0,68 - эмпирический коэффициент

Приведенный диаметр колеса:



Гидравлический КПД:

Механический КПД:

Полный КПД насоса:

Мощность на валу:

Крутящий момент:

М=23,5 кН . см

Диаметр вала:



Диаметр ступицы:

Диаметр входа в ступицу:

Диаметр лопасти на входе:

Длина ступицы принимается конструктивно по чертежу (приложение 1):

мм

Окружная скорость на входе в каналы рабочего колеса:



Скорость входа в рабочее колесо:

Полагая, что находим угол входа потока:

Приняв угол атаки в диапазоне , находим лопастной угол:

Приняв коэффициент стеснения входного сечения межлопастных каналов равным , находим:

Принимая и угол выхода , находим окружную скорость на выходе из колеса:

Наружный диаметр лопасти:



Отношение диаметров входа и выхода:

Ширина лопасти на выходе:

Приняв угол скоса потока находим лопастной угол скоса на выходе:

Количество лопастей:

При этом должно выполняться условие, что для насосов число лопастей , если это условие не выполняется, то необходимо перезадать угол

Аналитически находим скорости w1, w2, c2, радиус лопасти.



Рис.1. Параллелограмм скоростей на выходе

Рис.2. Параллелограмм скоростей на входе

м/с.

м/с

м/с

1.3 Расчет основных геометрических размеров спирального отвода

1.Для расчета спирального отвода находим среднюю оптимальную скорость в отводе:

м/с

жс.о. - коэффициент потерь скорости на входе.

Находим площади поперечных сечений спирального отвода в интервале с шагом :



ц	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
Щ,см2	0	3,04	6,09	9,13	12,17	15,22	18,26	21,3	24,35	27,39	30,43	33,47	36,52

Щmax=36,52*10-4 м2

ѕ схема спирального отвода

ѕ схема лопасти

2. РАСЧЁТ ОДНОВЕНЕЧНОЙ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АКТИВНОЙ СТУПЕНИ ОСЕВОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ.

2.1 Исходные данные

2.2 Расчет общих параметров

№ точки	P, бар	t, oC	i,
0	5	250	2954,1	0,3364	7,107
1t	5,8	227,4	2910,6	0,3888	7,107
2t	5,5	221,3	2898,9	0,4047	7,107



Рис.4 Процесс изменения состояния пара в ступени

1) Располагаемый теплоперепад ступени отсчитанный от параметров полного торможения:

кДж/кг

2)Располагаемый теплоперепад в сопловой решетке, отсчитанный от параметров полного торможения:

,

где - степень реактивности ступени;

кДж/кг

3) Теплоперепад на рабочих лопатках:

кДж/кг

4)Давление и удельный объем за сопловой решеткой

в т.1t: бар;

в т.: бар;

5)Фиктивная скорость:

м/с

6)Принимаем , при степени парциальности

7)Окружная скорость по среднему диаметру ступицы:

м/с

8)Средний диаметр ступицы:

2.3 Расчет сопловой и рабочей решеток

1)Теоретическая скорость выхода из сопловых лопаток:

м/с

2)Предварительная суммарная площадь выходных минимальных сечений сопел:

- предварительный коэффициент расхода для сопловой решетки по прил.I

м2

3)Принимаем угол направления скорости :

4) Предварительная высота сопловых лопаток:

м

Определяем верность:

Эскиз 3.



5)Скорость звука в минимальном сечении сопловых лопаток:

6)Теоретическое число Маха для сопловых лопаток:

7)Относительное давление на соплах:

Для перегретого пара

Значит течение дозвуковое

8)По углам и числу Маха подбираем профиль сопловых лопаток.

По приложению 4[1] выбираем: профиль С-9012А

Выписываем все параметры: ,,, , , .

По таблице 3.1 [2] выписываем

9)По графику [3], выбираем угол установки данного профиля:

Здесь ,

10)По отношению находим действительный коэффициент расхода по рисунку 3.4[2]

11)Уточненная суммарная площадь выходных минимальных сечений сопел:

12) Уточненная высота сопловых лопаток:

13)Действительная скорость выхода пара из сопловых каналов:



где находим по рисунку 2.36 [2]:

14)Потери в сопловой решетке:

кДж/кг

15)Число профилей в сопловой решетке:

шт

16)Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку:

м/с

17)Угол входа в рабочую решетку для относительной скорости:

18)Теоретическая скорость выхода из рабочей решетки:

19)Высота рабочей лопатки:

Эскиз 4

мм,

где корневая и периферийная перекрышки ступени. При мм мм.

20)Предварительная суммарная площадь выходных минимальных сечений рабочих лопаток:

Принимаем по приложению 1[1],

,

21) Предварительный угол выхода потока из рабочей решетки по относительной скорости:

22)Скорость звука в минимальном сечении рабочих лопаток:

м/с

23)Теоретическое число Маха для рабочей решетки:

24)По углам и числу Маха подбираем профиль рабочих лопаток.

По приложению 4[1] выбираем: профиль Р-2617А.

Выписываем все параметры: ,,, , , .

По таблице 3.1 [2] для Р-3021А выписываем

25) По рисунку 3.4[2] по отношению и находим действительный коэффициент расхода.

26)Уточненная суммарная площадь минимальных сечений рабочих лопаток:

27) Уточненный угол выхода потока по относительной скорости из рабочих лопаток:

28)По графику [3], выбираем угол установки данного профиля:

Здесь ,

29)Количество рабочих лопаток:



шт.

30)Действительная относительная скорость выхода пара из рабочей решетки:

где находим по рисунку 2.36 [2]:

м/с

31)Потери в рабочей решетке:

кДж/кг

32)Абсолютная скорость пара на выходе из рабочих лопаток:

м/с

33)Угол выхода потока по абсолютной скорости из рабочих лопаток:



34)Энергия с выходной скоростью:

кДж/кг

35)Располагаемая энергия ступени:

- коэффициент использования энергии выходной скорости в последующей ступени;

кДж/кг

36)Относительный лопаточный КПД:

Для проверки:



37)Окружное усилие, действующее на рабочие лопатки:

38)Осевое усилие, действующее на рабочие лопатки:

39)Суммарное усилие, действующее на рабочие лопатки:

40)Наибольшее изгибающее напряжение в рабочих лопатах:

,

где - минимальный момент сопротивления

- допускаемое напряжение на изгиб

Для нержавеющих сталей принимаем

условие выполняется

2.4 Расчет потерь, внутреннего относительного КПД, используемого теплоперепада и внутренней мощности ступени

1)Относительные потери, связанные с трением пара о диски:

- коэффициент трения пара о диск;

2)Относительные потери, связанные с парциальным подводом:

При e=1

3)Относительные потери от утечек между валом и диафрагмой, и над бандажом рабочей решетки

Рис.6 Ступенчатое лабиринтовое уплотнение между валом и диафрагмой



Рис.7 Бандажное уплотнение рабочей решетки

,

где - поправочный коэффициент; для лабиринтового уплотнения

- коэффициент расхода уплотнения;

Здесь - минимальный зазор;

- величина гребня;

выбирается по приложению 6 [1]:

z1- число гребней уплотнения; z1=7.

- площадь зазора в уплотнении;

Здесь - диаметр уплотнения; м;

м2

- коэффициент расхода в сопловой решетке;

- площадь выхода сопловой решетки;

,

где - степень реактивности ступени;

- диаметр по периферии рабочих лопаток;

- эквивалентный зазор;

Здесь z2- число гребней бондажного уплотнения; z2=3

- осевой зазор; .

- радиальный зазор; .

- коэффициент расхода в осевом зазоре;

- коэффициент расхода в радиальном зазоре;

м

4)Относительные потери от влажности:

Так как пар перегретый, то

5)Внутренний относительный КПД ступени:

6)Используемый теплоперепад ступени:

кДж/кг

7)Внутренняя мощность ступени:

кВт.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Егоров А.И. Методическое указание: “Расчет ступени паровой турбины”

2. РИО АЛТИ, 1972.

3. “Паровые и газовые турбины”: Учебник для ВУЗов под редакцией Костюка А.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Дейч М.Е., Филиппов Г.А., Лазарев Л.Я. “Атлас профилей решеток осевых турбин” - М.: Машиностроение, 1965.