Установка центробежных насосов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ПО НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Российский Государственный Университет нефти и газа имени И.М. Губкина

Кафедра «Машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Гидромашины и компрессоры»

тема:

Установка центробежных насосов

Выполнил:

Сурнов П.В.

Группа МО-07-9

Проверил:

Кривенков С.В.

Москва 2010



Содержание:

Исходные данные

1. Подбор насоса для работы в заданном режиме

2. Регулирование работы насосов

2.1 Регулирование работы насосов дросселированием

3. Основные технические показатели работы насосов при их совместном действии без регулирования

3.1 Параллельная работа насосов

3.2 Последовательная работа насосов

4. Определение допускаемой высоты всасывания

4.1 Параллельная работа насосов

4.2 Последовательная работа насосов

5. Универсальная характеристика при различных частотах вращения

6. Расчет геометрических параметров рабочего колеса

7. Построение средней линии лопасти

8. Чертеж рабочего колеса

9. Список использованной литературы

Исходные данные



1. Подбор насоса для работы в заданном режиме

Для работы с заданными показателями подходит консольный насос 1КС 80-100

Техническая характеристика насоса 1КС 80-100:

Рис. 1. Насос 1кс 80-100



2. Регулирование работы насосов

2.1 Регулирование работы насосов дросселированием

Построим характеристику исследуемого насоса 1КС 80-100 при 2950 об/мин.

подача, л/с	подача, м3/ч	напор, м	КПД, %	мощность, кВт	кавитационный запас, м
0	0	114	0	20	-
2,5	9	118	10	22	-
5	18	117	22	23	-
7,5	27	117	32	25	1,2
10	36	115	40	27	1,2
12,5	45	112	48	29	1,2
15	54	110	55	32	1,2
17,5	63	107	61	34	1,2
20	72	102	62	37	1,3
22,5	81	98	63	39	1,7
25	90	92	61	40	2
27,5	99	83	58	41	2,4
30	108	73	54	42	3

Таблица 1. Характеристика насоса 1КС 80-100

Рис. 2. Характеристика насоса 1КС 80-100



Расчитаем регудирование дросселированием для одного насоса. Для построения напорной характеристики воспользуемся формулами кинематического подобия лопастных насосов:

;

из этой формулы выразим зависимость требуемого напора сети от расхода через эту сеть:

;

таким образом, получим:

.

Построим характеристику исследуемой сети.

Таблица 2. Регулирование насосов дросселированием

подача, м3/ч	напор, м	напор сети, м
0	114	0
9	118	2
18	117	6
27	117	14
36	115	25
45	112	39
54	110	56
63	107	77
72	102	100
81	98	127
90	92	156
99	83	189
108	73	225

Рис. 3. Регулирование насосов дросселированием

Из характеристики видно, что при заданном режиме, рабочая точка имеет координаты Hр=102 м (отличается от требуемой меньше чем 5%), Qр=73 м3/ч (отличается от требуемой меньше чем 5%).



3. Основные технические показатели работы насосов при их совместном действии без регулирования

3.1 Параллельная работа насосов

При параллельной работе общая характеристика строится путём суммирования подач .

Построим общую характеристику работы насосов при параллельной работе.

Таблица 4. Совместная характеристика двух насосов

подача одного насоса, м3/ч	общая подача двух насосов, м3/ч	напор, м
0	0	114
9	18	118
18	36	117
27	54	117
36	72	115
45	90	112
54	108	110
63	126	107
72	144	102
81	162	98
90	180	92
99	198	83
108	216	73

Определим характеристику трубопровода. Для этого необходимы следующие данные о параметрах перекачиваемой воды: температура: t=15OC; плотность: =1000 кг/м3; кинематическая вязкость при 15OC

Определим следующие параметры течения воды в трубопроводе:

скорость потока:

число Рейнольдса:

, где

d=0,14 м - диаметр трубопровода;

коэффициент гидравлического трения:

где

?Э=0,05 мм - эквивалентная шероховатость новых стальных труб.

Напор насосной установки считается по следующей формуле:

Он состоит из следующих составляющих:

- разность статических уровней по заданию Z=10 м.

- влияние давления окружающей среды.

Пусть давления в расходном резервуаре и водонапорной башне равны атмосферному. Тогда

- суммарные гидравлические потери:

где

hl - потери напора по длине трубопровода:

, где

L=2000 м - протяженность трубопровода;

hm - местные потери в арматуре, в фасонных частях трубопровода и.т.д.:

, где

=20 - коэффициент местного сопротивления.

Построим по этим данным характеристику трубопровода

Таблица 5. Характеристика трубопровода

Q, м3/ч	х, м/с	Re	л	hL, м	hM, м	Hтр, м
0	0,00	0	0	0,00	0,00	20,00
9	0,16	20605	0,09	1,64	0,03	21,67
18	0,32	41210	0,09	6,55	0,11	26,65
27	0,49	61815	0,09	14,72	0,24	34,97
36	0,65	82420	0,09	26,17	0,43	46,60
45	0,81	103025	0,09	40,89	0,67	61,56
54	0,97	123630	0,09	58,87	0,97	79,84
63	1,14	144235	0,09	80,13	1,32	101,44
72	1,30	164840	0,09	104,65	1,72	126,37
81	1,46	185445	0,09	132,44	2,18	154,62
90	1,62	206050	0,09	163,51	2,69	186,20
99	1,79	226655	0,09	197,84	3,26	221,10
108	1,95	247260	0,09	235,44	3,88	259,32
117	2,11	267865	0,09	276,31	4,55	300,86
126	2,27	288470	0,09	320,45	5,27	345,73
135	2,44	309075	0,09	367,86	6,06	393,92
144	2,60	329680	0,09	418,54	6,89	445,43
153	2,76	350286	0,09	472,49	7,78	500,27
162	2,92	370891	0,09	529,71	8,72	558,43
171	3,09	391496	0,09	590,19	9,72	619,91
180	3,25	412101	0,09	653,95	10,77	684,72
189	3,41	432706	0,09	720,98	11,87	752,84
198	3,57	453311	0,09	791,27	13,03	824,30
207	3,74	473916	0,09	864,84	14,24	899,07
216	3,90	494521	0,09	941,67	15,50	977,17

Рис. 5. Характеристика совместной работы насосов



\

Параметры работы установки при совместном действии в рабочей точке:

Qпар.=69 м3/ч; Hпар.=116 м.

Рабочая точка одного насоса расположена в точке: Q1=49 м3/ч; H1=112м; h1=42 %; N=26 кВт.

установка регулирование центробежный насос

3.2 Последовательная работа насосов

При последовательной работе общая характеристика строится путём суммирования напоров.



Таблица 6. Совместная характеристика двух насосов

Q, м3/ч	х, м/с	Re	л	hL, м	hM, м	Hтп, м
0	0,00	0	0	0,00	0,00	20,00
4,5	0,08	10303	0,03	0,15	0,01	20,16
9	0,16	20605	0,03	0,52	0,03	20,55
13,5	0,24	30908	0,02	1,07	0,06	21,13
18	0,32	41210	0,02	1,79	0,11	21,90
22,5	0,41	51513	0,02	2,67	0,17	22,84
27	0,49	61815	0,02	3,72	0,24	23,96
31,5	0,57	72118	0,02	4,92	0,33	25,25
36	0,65	82420	0,02	6,27	0,43	26,70
40,5	0,73	92723	0,02	7,78	0,54	28,33
45	0,81	103025	0,02	9,44	0,67	30,11
49,5	0,89	113328	0,02	11,25	0,81	32,07
54	0,97	123630	0,02	13,21	0,97	34,18
58,5	1,06	133933	0,02	15,32	1,14	36,46
63	1,14	144235	0,02	17,58	1,32	38,90
67,5	1,22	154538	0,02	19,99	1,51	41,50
72	1,30	164840	0,02	22,54	1,72	44,26
76,5	1,38	175143	0,02	25,24	1,94	47,19
81	1,46	185445	0,02	28,09	2,18	50,27
85,5	1,54	195748	0,02	31,09	2,43	53,52
90	1,62	206050	0,02	34,24	2,69	56,93
94,5	1,71	216353	0,02	37,53	2,97	60,50
99	1,79	226655	0,02	40,97	3,26	64,22
103,5	1,87	236958	0,02	44,55	3,56	68,11
108	1,95	247260	0,02	48,28	3,88	72,16

Таблица 7. Характеристика трубопровода

подача одного насоса, м3/ч	общая подача двух насосов, м3/ч	напор, м
0	0	114
9	18	118
18	36	117
27	54	117
36	72	115
45	90	112
54	108	110
63	126	107
72	144	102
81	162	98
90	180	92
99	198	83
108	216	73

Рис. 6. Характеристика совместной работы двух насосов

Параметры работы установки при совместном действии в рабочей точке: Qпосл.=88 м3/ч; Hпосл.=182 м. Рабочая точка одного насоса расположена в точке: Q1=88 м3/ч; H1=92 м; h1=61 %;N=40кВт

4. Высота всасывания

Исходные данные:

d=140 мм - диаметр всасывающей линии;

PA=105 Па - атмосферное давление;

PП=870 Па - давление насыщенных паров;

?Э=0,05 мм - коэффициент эквивалентной шероховатости;

?hДОП - допускаемый кавитационный запас;

L=3 м - длина всасывающего патрубка.

4.1 Высота всасывания при параллельном соединении

Рабочая точка насосов имеет координаты Qпар.=69 м3/ч; Hпар.=116 м.

?hДОП=3 м.

Скорость потока во всасывающем патрубке будет равна:

Число Рейнольдса равно:

Коэффициент гидравлического сопротивления:



Потери напора во всасывающем патрубке составят:

Определяем высоту всасывания:

4.2 Высота всасывания при последовательном соединении:

Рабочая точка насосов имеет координаты: QПОСЛ.=88 м3/ч; HПОСЛ.=182 м;

?hДОП=3,5 м.

Скорость потока во всасывающем патрубке будет равна:

Число Рейнольдса равно:

Коэффициент гидравлического сопротивления:



Потери напора во всасывающем патрубке составят:

Определяем допускаемую вакуумметрическую высоту всасывания:



5. Универсальная характеристика при различных частотах вращения

5.1 Расчетные зависимости

Построим характеристики при частотах вращения 2950, 2500, 2000, 1500, 1000 об/мин.

Для построения графиков напора воспользуемся формулами кинематического подобия для лопастных нсосов:

Для построения графиков КПД, внутреннего КПД и мощности, необходимо определить потери мощности на трение. Для этого определим постоянный момент механического трения:

Примем механический КПД равным 95%. Мощность, потребляемая насосом при частоте вращения 2950 об/мин в оптимальном режиме равна 38 кВт.

Таким образом, внутренняя мощность и потери мощности на трение составят соответственно NВН=36,1 кВт и NТР=1, 9 кВт.

Отсюда определим момент механического трения:



Внутренняя мощность насоса при различных частотах вращения будет определяться из зависимости:

где NВН - внутренняя мощность насоса при частоте вращения 2950 об/мин.

Общая мощность насоса при различных частотах вращения определится из зависимости:

Для построения графиков внутреннего и общего КПД насоса при разных частотах вращения используем следующие формулы:



5.2 Таблицы значений при различных частотах вращения:

Таблица 8. Характеристика насоса при частоте вращения 2900 об/мин

подача, л/с	подача, м3/ч	напор, м	КПД, %	внутренний КПД, %	мощность, кВТ	внутренняя мощность, кВт
0,00	0,00	114,00	0,00	0,00	20,00	19,00
2,50	9,00	118,00	10,00	13,85	22,00	20,90
5,00	18,00	117,00	22,00	26,26	23,00	21,85
7,50	27,00	117,00	32,00	36,25	25,00	23,75
10,00	36,00	115,00	40,00	43,98	27,00	25,65
12,50	45,00	112,00	48,00	49,85	29,00	27,55
15,00	54,00	110,00	55,00	53,25	32,00	30,40
17,50	63,00	107,00	61,00	56,87	34,00	32,30
20,00	72,00	102,00	62,00	56,93	37,00	35,15
22,50	81,00	98,00	63,00	58,38	39,00	37,05
25,00	90,00	92,00	61,00	59,38	40,00	38,00
27,50	99,00	83,00	58,00	57,49	41,00	38,95
30,00	108,00	73,00	54,00	53,84	42,00	39,90

Таблица 9. Характеристика насоса при частоте вращения 2500 об/мин

подача	напор	мощность	внутр.мощн	кпд	внутр.кпд
0,00	81,87	13,17	11,56	0,00	0,00
7,76	87,69	14,33	12,72	12,94	14,58
15,52	86,95	14,91	13,30	24,66	27,65
23,28	86,95	16,06	14,45	34,33	38,15
31,03	85,46	17,22	15,61	41,97	46,30
38,79	83,23	18,38	16,77	47,88	52,47
46,55	81,75	20,11	18,50	51,56	56,05
54,31	79,52	21,27	19,66	55,33	57,06
62,07	75,80	23,00	21,39	55,74	58,43
69,83	72,83	24,16	22,55	57,36	59,01
77,59	68,37	24,74	23,13	58,43	59,38
85,34	61,68	25,32	23,71	56,67	58,21
93,10	54,25	25,89	24,28	53,16	56,68

Таблица 10. Характеристика насоса при частоте вращения 2000 об/мин

подача	напор	мощность	внутр.мощн	кпд	внутр.кпд
0,00	52,40	7,21	5,92	0,00	0,00
6,10	54,24	7,80	6,51	11,56	13,85
12,20	53,78	8,10	6,81	22,09	26,26
18,31	53,78	8,69	7,40	30,87	36,25
24,41	52,86	9,28	7,99	37,88	43,98
30,51	51,48	9,87	8,59	43,35	49,85
36,61	50,56	10,76	9,47	46,87	53,25
42,71	49,18	11,35	10,07	50,42	56,87
48,81	46,88	12,24	10,95	50,95	56,93
54,92	45,04	12,83	11,55	52,53	58,38
61,02	42,29	13,13	11,84	53,55	59,38
67,12	38,15	13,42	12,14	51,97	57,49
73,22	33,55	13,72	12,43	48,79	53,84

Таблица 11. Характеристика насоса при частоте вращения 1500 об/мин

подача	напор	мощность	внутр.мощн	кпд	внутр.кпд
0,00	29,47	3,46	2,50	0,00	0,00
4,58	30,51	3,71	2,75	10,25	13,85
9,15	30,25	3,84	2,87	19,66	26,26
13,73	30,25	4,09	3,12	27,68	36,25
18,31	29,73	4,34	3,37	34,19	43,98
22,88	28,96	4,59	3,62	39,36	49,85
27,46	28,44	4,96	4,00	42,88	53,25
32,03	27,66	5,21	4,25	46,33	56,87
36,61	26,37	5,59	4,62	47,09	56,93
41,19	25,34	5,84	4,87	48,72	58,38
45,76	23,79	5,96	5,00	49,76	59,38
50,34	21,46	6,09	5,12	48,37	57,49
54,92	18,87	6,21	5,25	45,47	53,84

Таблица 12. Характеристика насоса при частоте вращения 1000 об/мин

подача	напор	мощность	внутр.мощн	кпд	внутр.кпд
0,00	13,10	1,38	0,74	0,00	0,00
3,05	13,56	1,46	0,81	7,73	13,85
6,10	13,44	1,49	0,85	14,95	26,26
9,15	13,44	1,57	0,93	21,37	36,25
12,20	13,21	1,64	1,00	26,75	43,98
15,25	12,87	1,72	1,07	31,16	49,85
18,31	12,64	1,83	1,18	34,49	53,25
21,36	12,30	1,90	1,26	37,62	56,87
24,41	11,72	2,01	1,37	38,73	56,93
27,46	11,26	2,09	1,44	40,38	58,38
30,51	10,57	2,12	1,48	41,38	59,38
33,56	9,54	2,16	1,52	40,36	57,49
36,61	8,39	2,20	1,55	38,07	53,84

5.3 Построение характеристик

Рис. 7. График КПД и напора при различных частотах вращения

Рис. 8. График внутреннего КПД и напора при различных частотах вращения



Рис. 9. График мощности и напора при различных частотах вращения

Рис. 10. Универсальная характеристика насоса



6. Расчет геометрических размеров рабочего колеса

Требуемые характеристики насоса:

H=100 м;

Q=72 м3/ч=0,02 м3/с;

n=2950 об/мин.

Рассчитаем колесо для консольного насоса.

6.1 Коэффициент быстроходности

Определяем по формуле [2, стр. 22]:

6.2 Объемный КПД насоса

Определяем по формуле [2, стр. 27]:

6.3 Приведенный диаметр входа в колесо:

Определяем по формуле [2, стр. 28]:

где Квх - коэффициент входа; для первых ступеней принимают 4,1…4,5.

Примем Квх=4,25;

6.4 Гидравлический КПД насоса:

Определяем по формуле [2, стр. 27]:

6.5 Общий КПД насоса:

Примем механический КПД равным 95%. Тогда получим:

6.6 Мощность, потребляемая насосом:

Определяем по формуле [2, стр. 7]:

6.7 Определим диаметр вала:

по формуле [2, стр. 27] для консольных насосов:

6.8 Определим диаметр втулки:

Для консольных насосов диаметр втулки равен нулю.

6.8.1Максимальная мощность насоса при перегрузке.

Максимальную мощность насоса при перегрузке вычислим по формуле, представленной в [3, стр. 29].

кВт.

6.8.2 Крутящий момент, приложенный к валу насоса

кНм

6.8.3 Определим диаметр вала

Диаметр вала будем рассчитывать по формуле, предложенной в [3, стр. 29].

- допускаемое напряжение на кручение, принимаемое для валов из обыкновенной углеродистой стали равным: МПа;

м.

Диаметр втулки определим по формуле, предложенной в [3, стр. 29].



мм;

мм.

Определим длину втулки

Длину втулки определим по формуле, предложенной в [4, стр. 121]:

мм;

мм.

6.9 Расчетная подача колеса

6.10 Скорость входа потока в колесо:

Определяем по формуле Руднева [2, стр.28]:

6.11 Диаметр входа в колесо

Определяем по уравнению неразрывности [2, стр. 28]:



6.12 Ширина канала при входе в колесо

Определяем формуле [2, стр. 29]:

6.13 Диаметр входа средней струи

Определим по формуле [2, стр.29]:

6.14 Меридиональная скорость потока на входе в рабочее колесо:

где k1 - коэффициент стеснения потока на входе.

Примем k1=1,2; Тогда получим:



6.15 Переносная скорость жидкости на входе в колесо

где R1=D1/2=86/2=43 мм;

6.16 Угол безударного входа потока на лопасть:

следовательно угол 1п=16,37O.

6.17 Входной угол лопасти:

Определяем с учетном угла атаки, равного 5О:

где =5О - угол атаки.

6.18 Теоретический напор рабочего колеса:



6.19 Скорость жидкости на выходе из колеса

6.20 Наружный диаметр рабочего колеса

Определим по формуле [2, стр. 28]:

6.21 Ширина канала на выходе:

Определим из равенства площадей входа и выхода [2, стр. 28]:

6.22 Определение угла лопасти на выходе из рабочего колеса:

Для определения выходного угла лопасти построим планы скоростей на входе и на выходе из рабочего колеса. Для построения нам понадобятся следующие данные:

С0=3,55 м/с - скорость входа потока на лопасти без стеснения;

С1m=3,90 м/с - скорость входа потока на лопасти с учетом стеснения;

u1=13,28 м/с - окружная , или переносная скорость потока;

=5О - угол атаки потока при входе на лопасти;

Используя эти данные мы можем построить план скоростей потока при входе на лопасть. Из плана скоростей определим угол безударного входа потока на лопасть.

tg1п=C1m/u1=3,90/13,28=0,29, следовательно угол безударного входа потока в лопасть равен 1п=16,36О;

Теперь построим план скоростей для выхода потока из лопастей. Для построения используем следующие величины:

С2m - меридиональная скорость выхода потока с лопасти с учетом стеснения. Определим по формуле [2, стр.30]:

С2m=(1,1…1,15)?С0=1,15?3,55=4,1 м/с;

u2=48,19 м/с - окружная - переносная скорость потока на выходе из колеса;

C2un=u2/2=24,1 м/с

- окружная скорость выхода потока из лопастей при безударном режиме.

Отсюда мы можем определить угол выхода потока из лопастей при безударном режиме.

2n=arctg(С2m/ C2un)=9,65O;

Теперь определим величину дрейфа на основании следующей формулы:

Число лопастей предварительно принимаем равным 5.



Отметим величину дрейфа на плане скоростей.

Из этих же планов скоростей определим величину выходного угла лопасти 2.

2=arctg(C2m/( C2un -w)=arctg[4,1/(24,1-5,05)]=12,14O.

Таким образом угол выхода потока из лопасти 2=12,14О.

Рассчитаем число лопастей по формуле [2, стр. 31]:

Итак, мы определили все основные геометрические размеры рабочего колеса:

Диаметр вала	мм
Диаметр втулки	мм
Диаметр входа в рабочее колесо	мм
Радиус средней точки входной кромки лопасти	мм
Ширина канала на входе в колесо	мм
Входной угол лопасти
Наружный диаметр рабочего колеса	мм
Ширина канала на выходе из колеса	мм
Выходной угол лопасти
Число лопастей
Длина втулки	мм
Толщина одной лопасти	мм



Список использованной литературы

В.В. Малюшенко, Москва, «Машиностроение», 1977.

Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование, А.К. Михайлов,

Насосы АЭС: Справочное пособие, П.Н. Пак, А.Я. Белоусов, А.И. Тимшин и др., Москва, «Энергоатомиздат»,1989.

Размещено на Allbest.ru