НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ. Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт природных ресурсов

Направление подготовки (специальность) Нефтегазовое дело

Кафедра Транспорта и хранения нефти и газа

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе

по дисциплине Гидромашины и гидропневмопривод

на тему «Расчет и подбор центробежного насоса»

Выполнил студент гр.2Б3А ____________ Казанцева Д.А.

Дата сдачи пояснительной записки преподавателю 23 декабря 2016 г.

Руководитель : д.ф.-м.н., профессор кафедры ТХНГ Медведев В.В.

_____________________ ________________________________

(Оценка руководителя) (Подпись)

_____ _____________ 2016 г.

(Дата проверки)

Курсовую работу студент Казанцева Д.А. выполнила и защитила

с оценкой ______________

_____ _____________ 2016 г.

(дата защиты )

Томск 2016 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра ТХНГ

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой______________А,В. Рудаченко

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой работы

Студенту гр. 2Б3А Казанцевой Д.А.

1. Тема курсового проекта «Расчет и подбор центробежного насоса»
2. Срок сдачи студентом готовой работы 23 декабря 2016 г.
3. Исходные данные к работе

Q, м3/час	Н , м	n , об/мин	рабочая среда 1	ρ1 кг/м3	рабочая среда 2	ρ2кг/м3	Тип насоса
			вода(+20°)		бензин		К 100-65-250 [4]

1. Содержание текстового документа (перечень подлежащих разработке вопросов)

1. Исходные данные

2. Расчет рабочих колес центробежного насоса.

3. Расчет спирального отвода центробежного насоса.

4. Подбор насоса в соответствии с исходными данными по каталогам.

5. Пересчет характеристик насосов на другие условия работы.

Цель курсовой работы– углубление и закрепление знаний, полученных в процессе изучения дисциплины «Гидромашины и гидропневмопривод»

Руководитель________________ В.В. Медведев

СОДЕРЖАНИЕ

1. Исходные данные (вариант № 9) 4

2. Методика расчета рабочих колес центробежных насосов 4

3. Методика расчета спиральных отводов центробежных насосов 12

4. Подбор насоса в соответствии с исходными данными по каталогам 17

5. Пересчет характеристик насосов на другие условия работы.. 18

Список литературы.. 25

1. Исходные данные (вариант № 9)

Q м3/час	Н м	n об/мин	рабочая среда 1	ρ1 кг/м3	рабочая среда 2	ρ2 кг/м3	Примечание
			вода(+20°)		бензин		К 100-65-250 [4]

2. Методика расчета рабочих колес центробежных насосов [1]

2.1. Коэффициент быстроходности

, (2.1)

где Q – в м³/сек; Н – в м; n – об/мин.

2.2. Расчетная производительность насоса с учетом объемных потерь через концевые уплотнения

, (2.3)

где – объемный КПД (коэффициент подачи); обычно значение .

2.3. Приведенный входной диаметр рабочего колеса, м

(2.4)

где К_вх – коэффициент входа; – в м³/сек; n – об/мин,

- для первых ступеней К_вх = 4,1-4,5

Приведенный входной диаметр промежуточных ступеней:

2.4. Гидравлический КПД

, (2.5)

обычно значение , D_1пр – в мм.

2.5. Полезная мощность насоса, Вт

(2.6)

2.6. Потребляемая мощность, Вт

(2.7)

где h - полный КПД насоса.

, (2.8)

где h_мех = 0,8-0,98 – механический КПД.

2.7. Диаметр вала

- для консольных насосов

, (2.9)

где N - в кВт; n – в об/мин; d_в - в мм.

2.8. Диаметр втулки выбирают из конструктивных соображений

. (2.11)

2.9. Диаметр входного отверстия рабочего колеса, м

(2.12)

2.10. Диаметр рабочего колеса предварительно, м

- - для n_S ≤ 100; (2.13)

2.11. Ширина рабочего колеса на выходе предварительно, м

- - для n_S ≤ 100; (2.15)

-

2.12. Скорость жидкости на входе в рабочее колесо, м/с

. (2.17)

2.13. Диаметр входа на лопатки рабочего колеса, м

(2.18)

2.14. Расходная составляющая абсолютной скорости жидкости при входе на лопатки рабочего колеса, м/с

(2.19)

где t₁ – коэффициент загромождения потока лопатками на входе в рабочее колесо, задается t₁ = 0,83 – 0,87.

2.15. Окружная скорость рабочего колеса на диаметре D₁ , м/с

(2.20)

2.16. Угол потока при входе на лопатки рабочего колеса, град

(2.21)

2.17. Угол установки лопаток на входе в рабочее колесо, град

, (2.22)

где i₁ - угол атаки, задаваемый в пределах i₁ = 5 - 10°.

2.18. Окружная скорость рабочего колеса на выходе, м/с

(2.23)

2.19. Угол установки лопаток на выходе из рабочего колеса ориентировочно определяется по формуле

, (2.24)

где W₁/W₂ = 1,3 – 1,6 - для n_S ≤ 100;

коэффициенты загромождения t₁ ≈ t₂ = 0,83 – 0,87;

отношение С_r2/C_r1 = 0,8 – 1,1.

Углом β_л2 можно также задаться по следующим рекомендациям [1]

Таблица 2.1

nS
βл2, град	30-36	25-30	20-22	15-20

2.20. Число лопаток рабочего колеса

, (2.25)

где К = 6,5 – для литых рабочих колес.

2.21. Коэффициент загромождения потока лопатками на выходе из рабочего колеса

, (2.26)

где d₂ – толщина лопаток рабочего колеса:

- для литых рабочих колес d₂ = (0,015-0,018)×D₂;

-

2.22. Расходная составляющая абсолютной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса, м/с

. (2.27)

2.23. Теоретический напор рабочего колеса, м

(2.28)

2.24. Теоретический напор рабочего колеса при бесконечном числе лопаток, м

(2.29)

где m - коэффициент уменьшения теоретического напора, определяемый по формуле К. Пфлейдерера

, (2.30)

м

2.25. Уточненное значение окружной скорости рабочего колеса при отсутствии закрутки потока при входе на лопатки (С_u1 = 0) , м/с

. (2.31)

Если полученное значение U₂ отличается от ранее полученного по формуле (2.23) более чем на 1%, следует произвести перерасчет, задавшись другими значениями углов β_л2, количеством лопаток z_л .

2.26. Окружная составляющая абсолютной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса, м/с

(2.32)

2.27. Угол выхода потока из рабочего колеса в абсолютном движении

. (2.33)

2.28. Безразмерные коэффициенты

2.28.1. Коэффициент полезного напора

, (2.34)

ориентировочные значения y_п приведены в табл. 2.2 в зависимости от коэффициента быстроходности.

Таблица 2.2

nS	до 40	40-60	60-100	100-200	150-350	400-600	600-1000	1000-2000
yп	1,0-1,2	1,0-1,1	0,9-1,0	0,6-0,9	0,6-0,7	0,4-0,6	0,2-0,4	0,06-0,16

2.28.2. Коэффициент производительности

. (2.35)

2.29. Расчет профиля лопаток в радиальной плоскости

- радиус средней линии лопатки

; (2.36)

- радиус центров окружностей лопаток

. (2.37)

2.30. Построение эскиза рабочего колеса насоса.

По выполненным расчетам основных размеров рабочего колеса построить его эскиз в масштабе в соответствие с рис. 2.1.

Рис. 2.1. Основные размеры рабочего колеса

3. Методика расчета спиральных отводов центробежных насосов [1]

Спиральный отвод (улитка) предназначен для сбора жидкости, выходящей из колеса и направления ее в нагнетательный патрубок. В спиральном отводе, кроме того, происходит частичное преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную.

Спиральный отвод состоит из спиральной камеры и диффузорного патрубка.

Наиболее часто в конструкциях насосов применяют спиральные отводы с трапециевидным поперечным сечением.

Расчет улитки трапециевидного поперечного сечения с постоянным внутренним диаметром и увеличивающимся наружным диаметром ведется по закону постоянной циркуляции (рис. 3.1).

3.1. Внутренний диаметр улитки при расположении ее за рабочим колесом обычно принимают

. (3.1)

Для улучшения виброакустических показателей насоса зазор между рабочим колесом и «языком» улитки еще более увеличивают

- - для ;

-

однако, увеличение зазора приводит к дополнительным потерям вследствие циркуляции присоединенной массы жидкости.

3.2. Ширина улитки на внутреннем диаметре

. (3.2)

3.3. Угол раскрытия боковых стенок улитки на основании конструктивных соображений

= 15-50°. (3.3)

= 35°

Следует иметь в виду, что малые углы раскрытия улитки увеличивают радиальные габариты компрессора.

3.4. Отношение наружного радиуса улитки (R_н=D_н/2) к внутреннему радиусу (R_вн=D_вн/2) вычисляется на основе закона изменения ширины трапециевидного сечения улитки без учета закругления углов наружной стенки:

, (3.4)

где q° - угол разворота поперечного сечения улитки, град; А и В – промежуточные величины.

, (3.5)

. (3.6)

Расчет отношения R_н/R_вн по формуле (3.4) для различных углов разворота поперечного сечения улитки ведется численными методами, либо строится график .

В объеме курсовой работы для выполнения эскиза продольного разреза насоса достаточно рассчитать отношение R_н/R_вн для углов разворота q° = 22,5°; 90°; 180°; 270°; 360°.

3.5. Наружный радиус улитки

. (3.7)

q°	22,5°	90°	180°	270°	360°
Rн/Rвн	1,07	1,22	1,37	1,49	1,61
Rн	0,15	0,17	0,19	0,21	0,22

3.6. Радиус закругления углов наружной стенки улитки рассчитывается по формуле

, (3.8)

При q° = 22,5°

3.7. Площадь выходного сечения улитки, м²:

, (3.9)

где коэффициентом 0,98 учтено уменьшение площади сечения из-за наличия радиусов закругления r₀ ; R_н в формуле (3.9) для q° = 360°.

3.8. Скорость жидкости в конечном сечении (на выходе из спирального отвода), м/с

. (3.10)

Если скорость на выходе из спирального отвода превышает максимально допустимую (обычно для жидкостей не более 2 м/с), тогда выполняют расчет длины и диаметра выходного сечения диффузорного нагнетательного патрубка, задавшись скоростью в конечном сечении С_к.

3.9. Диаметр нагнетательного патрубка, м

. (3.11)

3.10. Площадь сечения нагнетательного патрубка, м²

.

3.11. Угол раскрытия эквивалентного диффузора задается на основании опытных рекомендаций

n_н.п = 6 – 12° .

n_н.п = 9°

3.12. Длина нагнетательного патрубка, м

.

3.13. Построение эскиза спирального отвода (улитки).

По выполненным расчетам основных размеров спирального отвода построить его эскиз в масштабе в соответствие с рис. 3.1.

Рис. 3.1. Улитка с трапециевидным поперечным сечением

4. Подбор насоса в соответствии с исходными данными по каталогам [2]

В соответствии с исходными данными по напору Н и производительности Q по каталогу [3] подобран насос.

Данные по насосу К100-65-250 (4К-6) [3]

Наимено-вание	Подача, Q м3/ч	Полный напор, Н м	Число оборотов n в мин	Мощность N на валу насоса кВт	Мощность N электродв., кВт	КПД, %	Диаметр раб колеса D мм
К100-65-250				30,3

Построены характеристики , , для номинального (заданного) числа оборотов.

Характеристика насосов К100-65-250 [3]