Осевые насосы

 

 

Поэтому относительная скорость частиц вдоль  передней стороны будет меньше скорости частиц, проходящих вдоль тыльной  поверхности. Это обусловливает  повышение давления вдоль передней поверхности и уменьшение давления с тыльной стороны лопаток, а  разность скоростей перед точкой схода ветвей приводит к отклонению потока, где u — окружная скорость на данном радиусе; c1u, c2u— проекции абсолютной скорости на направление окружной скорости.

Отклонение  потока лопатками свидетельствует  о том, что в осевом насосе передача энергии от лопаток к потоку происходит за счет изменения направления абсолютных скоростей в межлопаточных каналах  или, что-то же, за счет изменения момента количества движения жидкости, проходящей через насос. Применяя на этом основании к потоку жидкости в межлопаточных каналах теорему об изменении момента количества движения, запишем выражение для определения теоретического напора осевого насоса:   где u — окружная скорость на данном радиусе; c1u, c2u— проекции абсолютной скорости на направление окружной скорости. При отсутствии вращения потока на входe в насос жидкость входит в колесо в осевом направлении или clu = 0. В этом случае уравнение теоретического напора осевого насоса имеет вид   . Лопатки рабочего колеса насоса конструируются таким образом, чтобы напор, создаваемый элементами лопатки, расположенными на различных радиусах r, оставался одинаковым. С этой целью лопатки выполняются закрученными, т. е. каждому радиусу r соответствует свой угол установки профиля - В связи с увеличением окружной скорости вдоль радиуса r эти углы уменьшаются при переходе от корня к концу лопасти. Действительный напор Н, развиваемый насосом, меньше теоретического. При ориентировочных подсчетах величину напора осевого насоса Н можно определить по формуле  Кn — коэффициент напора, зависящий от коэффициента быстроходности насоса ns,   и — окружная скорость на внешнем диаметре рабочего колеса,   (здесь D — диаметр рабочего колеса в м). Производительность осевого насоса можно определить, пользуясь уравнением расхода   где — осевая скорость в m/сек,   - площадь выходного сечения потока в мг. Площадь выходного сечения определяется по уравнению   где D — диаметр рабочего колеса в м, d — диаметр втулки рабочего колеса м. Следовательно, производительность осевого насоса равна   Осевая скорость сz при ориентировочных расчетах может быть принята по формуле где  ,  H —полный напор насоса в м. Осевые насосы имеют высокий коэффициент полезного действия и выпускаются производительностью от 0,1 до 30 м3/сек при напоре до 9 м вод. ст. Большая быстроходность осевых насосов от 500 до 1500 приводит к тому, что кавитационная устойчивость их значительно понижена, поэтому осевые насосы устанавливаются с подпором. Достоинствами осевых насосов является простота и компактность конструкции, небольшой вес по сравнению с центробежными насосами и возможность использования их для подачи загрязненных жидкостей.

 

 

 

 

3. Расчет КПД Осевого насоса

Дано

1. Перепад давления Р = 300 Па

2. Диаметр колеса D_k = 0.456 м

3. Число оборотов n = 3000 об/мин

Задаем :

1. Ширина лопатки b=0.1 м

2. Плотность воздуха ρ=1.293

3. Гидравлический КПД ηg=0.91

4. Диаметр Втулки D_вт = 0.2 м

5. Число лопаток Z = 4

РАСЧЕТ :

1. Находим угловую скорость

_{W = π×n/30                                                         (3.1)}

_{W = 3.14×3000/30 = 314 c^-1}

2. Окружная скорость на внешнем  диаметре

                                            U = π×n×Dk/60                                                   (3.2)

                                            U = 71.59

3. Из уравнения находим

                                             _(3.3)

Критерий быстроходности n_y = 452.14

По значению критерия быстроходности выбирается тип насоса.

 

Таблица 3.1-классификация насосов, критерий быстроходности 

Осевые насосы	Критерий быстроходности (ny)
Со спрямляющим аппаратом	120…200
С листовыми кручеными лопатками	200…400

Таким образом по критерию быстроходности получаем осевой насос, с листовыми кручеными лопатками.

4. Из уравнения

 находим расход

_{L = 3.84 м³/с}

5. Относительный диаметр  втулки

ν = D_вт/Dk                                               (3.4)

ν = 0.2/0.456 = 0.439

6. Осевая скорость

С_а = 4×L/π×Dk²×(1-ν²)                                      (3.5)

С_а = 29.1

7. Площадь колеса насоса

F₁ = π×Dk²/4                                              (3.6)

F₁ = 0.163 м²

8. Относительный коэффициент расхода

L^/ = L/F₁×U                                               (3.7)

L^/ = 0.328

9. Коэффициент давления

Ψ = 2×P/ρ×U²                                              (3.8)

Ψ = 9.05×10^-2

10. Теоретический коэффициент

k = 1.25

_{Ψt = Ψ×k = 0.113}

11. Длина Лопатки

L_лоп = (Dk – D_вт)/2                                            (3.9)

L_лоп = 0.128 м

Расчет длинных лопаток

1. Число разбиений – n = 3.

i - номер участка.

2. Средний радиус участка

r_i = D_вт/2 + L_лоп × (2×i -1) / 2×n                                   (3.10)

r₁ = 0.121; r₂ = 0.164; r₃ = 0.207

3. Относительный радиус i - ого сечения

r_i^- = 2×r/Dk                                                     (3.11)

r₁^- = 0.532; r₂^- = 0.719; r₃^- = 0.906

4. Окружная скорость на i - ом  участке

U_i = π×r×n /30                                                (3.12)

U₁ = 38.09; U₂ = 51.5; U₃ = 64.9

5. Окружная составляющая скорости

С_2Ui = P / ρ×U_i× ηg                                              (3.13)

С_2U1 = 6.69; С_2U2 = 4.95; С_2U3 = 3.92

Вычисление углов потока в i – ом сечении

6. Угол входа потока на решетку  (в градусах)

β_1i = arctg(C_a/U_i)×180/π                                           (3.14)

β₁₁ = 37.39; β₁₂ = 29.48; β₁₃ = 24.16

7. Угол выхода потока (в градусах)

β_2i = arctg(C_a/(U_i – C_2Ui))×180/π                                    (3.15)

β₂₁ = 42.83; β₂₂ = 32.02; β₂₃ = 25.52

8. Угол среднегеометрической скорости (в градусах)

β_mi = arctg(C_a/((U_i – C_2Ui)/2))×180/π                               (3.16)

β_m1 = 39.95; β_m2 = 30.7; β₁₃ = 24.82

9. Угол среднегеометрической скорости (в радианах)

β_mi = arctg(C_a/((U_i – C_2Ui)/2))                                      (3.17)

β_m1 = 0.7; β_m2 = 0.54; β₁₃ = 0.43

10. Нагруженность решетки

(С_yτ)_i = Ψ_t×cos(β_mi)/( r_i^- - Ψ_t/4)                                     (3.18)

(С_yτ)₁ = 0.34; (С_yτ)₂ = 0.2; (С_yτ)₃ = 0.13

11. Густота решетки

τ_i = Z×b/π×D× r_i  

τ₁ = 0.52; τ₂ = 0.39; τ₃ = 0.31

12. Коэффициент подъемной силы

C_yi = (С_yτ)_i/ τ                                                (3.19)

C_y1 = 0.65; C_y2 = 0.52; C_y3 = 0.42

Расчет КПД осевой ступени и  мощность на валу насоса

Обратный коэффициент качества решетки _{Μ = 0.04}

Расчет КПД осевой ступени и  мощность на валу насоса

_{ηm = 0.95}

КПД Решетки

η_г = (1-μ×tg(βmi))/(1 + μ×1/tg(βmi))                                                       (3.20)

η_г = 0.91

Полный КПД ступени _{η = ηг×ηм                                                           (3.21)}

_{η = 0,85}

 

4.анализ основных конструктивных особенностей

4.1    Особенности

У осевых насосов поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен параллельно оси. В связи с большими размерами насосов, для которых строится насосная станция, с учётом конкретной марки насоса, вопрос о взаимозаменяемости не стоит в практическом плане.

1-ротор эл. двигателя, 2-статор эл. двигателя, 3-штуцер подачи подпорного воздуха, 6-узел уплотнения вала, 7-рабочее колесо, 8-сигнализатор протечек, 9-сборник.

Рисунок 4.1 - основные узлы насоса типа ОПВ

Несколько исполнений рабочего колеса для оптимизации КПД и  производительности. Конусообразная сальниковая камера увеличивает срок службы. Возможность отсоединения привода без отключения насоса от трубопровода  в стандартном исполнении для типоразмеров с присоединениями вплоть до 914.4 мм. Осевые насосы имеют достаточно простое устройство. Их масса гораздо меньше по сравнению с центробежными конструкциями. Кроме того, эти системы вполне подходят для того, чтобы использовать их для перекачивания не совсем чистой воды. Следует также отметить, что осевые насосы допустимо устанавливать на вертикальной, горизонтальной или на наклонной поверхности.

Существуют  две основных разновидности осевых насосов: жестколопастные с лопастями, закрепленными неподвижно на втулке рабочего колеса, называемые пропеллерными, и поворотно-лопастные, оборудованные механизмом для изменения угла наклона лопастей. Насосы обеих разновидностей строят обычно одноступенчатыми, реже двухступенчатыми.

Пропеллерные насосы используются в тех случаях, когда нужно  получить высокую производительность при низкой величине напора. Служат для перекачки агрессивных, загрязненных и чистых сред с твердыми включениями или без них, таких как масла, сырая нефть, грязная и чистая вода и другие вещества. Прибегают к услугам данного типа насоса в очистных технологиях, например, для получения пресной воды из морской. Также этот агрегат используется в химической промышленности для перекачки различных жидкостей и веществ. Устройством пропеллерный насос очень схож с винтовыми насосами. Существует большое количество пропеллерных насосов в различном исполнении, с разным устройством и для различных видов работ. Агрегаты классифицируются по числу колес или ступеней, по способу отвода воды, по расположению вала насоса и по другим признакам. Важной и основной характеристикой рабочего колеса пропеллерных насосов и некоторых других агрегатов является коэффициент быстроходности, который обозначается как ns. То есть коэффициент ns – это количество оборотов рабочего колеса, которые он делает за минуту, при подаче определенной жидкости Q и соответствующем напоре Н. Отмечен очень низкий уровень шума. Подшипники и детали смазаны специальной долговечной консистентной смазкой, что является надежным фактом. Эти насосы очень мощны с хорошим коэффициентом полезного действия, также оптимизирована полностью гидравлика. Корпус насоса изготовлен из прочного коррозиестойкого материала, который не чувствителен к механическому воздействию и другим различным механическим повреждениям.

Отличительной особенностью осевых насосов является - конструкция и функционирование рабочего колеса. Оно состоит из втулки, на которой укреплено несколько лопастей, представляющих собой удобообтекаемое изогнутое крыло с закрученной передней, набегающей на поток, кромкой. При перемещении профиля лопасти, вызываемого вращением рабочего колеса, в жидкости, за счет изменения скорости её течения вдоль нижней и верхней поверхности профиля, давление над профилем должно повыситься, а под профилем - понизиться. Благодаря этому создается напор насоса.

Осевой насос представляет собой  литой корпус в виде отвода с двумя  фланцами (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – корпус осевого насоса

В корпусе консольно на валу расположено лопастное колесо с коком (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – рабочее колесо осевого  насоса

За колесом находится неподвижный  направляющий аппарат (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 – направляющий аппарат осевого насоса

Вал выпущен наружу через сальник  и соединен с валом фланцевого электродвигателя. Рабочее колесо осевого насоса является основной деталью, преобразующей механическую энергию электродвигателя в энергии перекачиваемой жидкости. Рабочее колесо представляет собой один из наиболее ответственных узлов, который состоит из большого числа сложных по форме и значительных по габаритам и массе деталей. Рабочее колесо имеет следующие основные части: втулку, в расточках которой установлены лопасти, верхний и нижний обтекатели. Рабочие колеса имеют от трех до шести лопастей. Колеса у моделей 06-трехлопастные, у моделей- -5 и 11-четырехлопастные, у моделей 02 – пятилопастные, а у моделей 03 и 10 – шестилопастные.

Рисунок 4. 5.Рабочее колесо осевого насоса:

1-лопасть; 2-втулка; 3,4-обтекатели верхний  и нижний

Лопасть рабочего колеса находится  под воздействием значительного  гидравлического давления, поэтому  ее форма и размеры должны быть хорошо обтекаемыми, обеспечивать оптимальные энергетические и кавитационные свойства и отвечать условиям прочности, что обеспечивает длительную и надежную работу насоса.

1-перо;2-фланец;3-цапыа;4,5-входная и  выходная кромки;6,7-максимальный  и минимальный развороты                                                                                  Рисунок 4.6.Лопасть рабочего колеса(а) и сечения, выполненные на расчетных радиусах(б):

1-болт;2-лопасть;3-обтекатели;4-манжета;5,8-втулки;6-крестовина;7-штифт;9-рычаг;10-шток;11-шпонка;12-кольцо;14-планка;14-втулка;15-подшипник;16-палец;17-проушина;18-ограничительная шайба                                                   Рисунок 4.7.Схема рабочего колеса с кривошипно-шатунным механизмом разворота лопастей