Технологический расчет центробежного насоса

«+» Роторные насосы отличаются отсутствием всасывающего и нагнетательного клапанов, что является их большим преимуществом и упрощает конструкцию.

Винтовые  насосы могут быть использованы для перекачивания высоковязких жидкостей, топлив, нефтепродуктов. Эти насосы применяют в области подач до 300 м3/ч и давлений до 175 атм. при скорости вращения до 3 000 об/мин.

Рабочим органом винтового насоса являются ведущий винт 1 и несколько  ведомых винтов 2, заключенных в  обойму 3, расположенную внутри корпуса 4. Соотношения размеров винтов выбраны  таким, что ведомые винты получают вращение не от ведущего винта, а под действием давления перекачиваемой жидкости. Поэтому нет необходимости в установке зубчатой передачи между   ведущим и ведомыми винтами.

При вращении винтов жидкость, заполняющая впадины в нарезках, перемещается за один оборот вдоль оси насоса на расстояние, равное шагу винта. Ведомые винты при этом играют роль герметизирующих обкладок, препятствующих перетеканию жидкости из камеры нагнетания в камеру всасывания. Из камеры нагнетания жидкость вытесняется в напорный трубопровод..

«+» Достоинства винтовых насосов:

-быстроходность,

-компактность,

-бесшумность.

Производительность винтовых насосов практически не изменяется при изменении давления. К.п.д. этих насосов достаточно высок и достигает 0,75-0,8.

Область применения одновинтовых (героторных) насосов ограничена производительностью 3,6-7 м3/ч и давлением 10-25 ат. Одновинтовые насосы используют для перекачивания загрязнённых и агрессивных жидкостей, растворов и пластмасс с высокой вязкостью.

Пластинчатые  насосы применяют для перемещения чистых, не содержащих твёрдых примесей жидкостей при умеренных производительностях и напорах.

Шиберные пластинчатые насосы бывают одинарными и сдвоенными. Они предназначены для нагнетания чистых не очень вязких минеральных  масел до давления 6 Мн/м2 (60 кгс/см2) и более и применяются в системах гидропривода.

Объем каждой камеры увеличивается  при движении пластины от всасывающего патрубка к вертикальной оси насоса, в результате чего в камере образуется разрежение и происходит всасывание жидкости через патрубок 5. При движении пластины от вертикальной оси в направлении вращения объем камеры уменьшается и жидкость вытесняется из насоса в напорный трубопровод 6.

 

1 – ротор

2 – корпус

3 – пластины

4 - рабочее  пространство

5 - всасывающий патрубок

6 - нагнетательный   патрубок.

Шестерённые насосы применяют для перекачивания вязких жидкостей, не содержащих твёрдых примесей, при небольших подачах (не выше 5-6 м3/ч) и высоких давлениях (100-150 ат).

В корпусе1насоса заключены  две шестерни 2, одна из которых (ведущая) приводится во вращение от электродвигателя. Когда зубья шестерен выходят из зацепления, образуется разрежение, под действием которого происходит всасывание жидкости. Она поступает в корпус, захватывается зубьями шестерен и перемещается вдоль стенок корпуса в направлении вращения. В области, где зубья вновь входят в зацепление, жидкость вытесняется и поступает в напорный  трубопровод.

Лабиринтные насосы отличаются простотой форм рабочих органов и отсутствием механического трения между винтом и втулкой, что позволяет изготавливать эти насосы из различных материалов (пластмасс, керамики, графита, резины и т п.) и применять их для перекачивания различных химически активных сред (например, плавиковой кислоты)

Герметические насосы. Эти насосы применяют для перекачивания химически агрессивных и токсичных жидкостей. Рабочее колесо такого насоса установлено непосредственно на валу асинхронного электродвигателя (находящегося в корпусе), ротор которого погружен в перекачиваемую жидкость. В герметических насосах с экранированным электродвигателем увеличиваются электрические потери, и снижается кпд двигателя, однако достигается полная герметичность, которая невозможна у насосов с сальниковыми уплотнениями. Герметические насосы надежны в эксплуатации (особенно при повышенных давлениях на стороне всасывания) и находят все более широкое применение в химической промышленности. Насосы с экранированным электродвигателем относятся к насосам с герметизацией по внутреннему контуру, у которых в рабочую жидкость погружен только ротор электродвигателя. Существуют конструкции герметических насосов, в которых герметизация осуществляется по внешнему контуру путем заполнения всей

полости электродвигателя жидкостью. В насосах этого типа ротор и статор погружены в перекачиваемую среду.

 

2.Описание  технологической схемы установки

 

На рисунке (І) изображена схема насосной установки.

К насосу 7, приводимому от электродвигателя 6, жидкость поступает из приемного резервуара 1 по подводящему трубопроводу 12. Насос нагнетает жидкость в напорный резервуар 2 по напорному трубопроводу 3. На напорном трубопроводе имеется регулирующая задвижка 8, при помощи которой изменяется подача насоса. Иногда на напорном трубопроводе устанавливают обратный клапан 10, автоматически перекрывающий напорный трубопровод при остановке насоса и препятствующий благодаря этому возникновению обратного тока жидкости из напорного резервуара. Если давление в приемном резервуаре отличается от атмосферного или насос расположен ниже уровня жидкости в приемном резервуаре, то на подводящем трубопроводе устанавливают монтажную задвижку 11, которую перекрывают при остановке или ремонте насоса. В начале подводящего трубопровода часто предусматривают приемную сетку 13, предохраняющую насос от попадания твердых тел, и пятовой клапан 14, дающий возможность залить насос и подводящий трубопровод жидкостью перед пуском. Работа насоса контролируется по расходомеру 4, который измеряет подачу насоса, по манометру 5 и вакуумметру или манометру 9, дающим возможность определить напор насоса.

 

 

3. Описание  основного аппарата

 

Одноступенчатые насосы имеют одно рабочее колесо, многоступенчатые — несколько последовательно соединенных рабочих колес, закрепленных на одном валу.

На рисунке (ІІ) изображена простейшая схема центробежного насоса - одноступенчатый насос консольного типа. Рабочее колесо у этих насосов закреплено на конце (консоли) вала. Вал не проходит через область всасывания, что позволяет применить простейшую форму подвода в виде прямоосного конфузора.

Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов — повода 1, рабочего колеса 2 и отвода 3. По подводу жидкость подается в рабочее колесо из подводящего трубопровода.

Назначением рабочего колеса является передача жидкости энергии от двигателя. Рабочее колесо центробежного насоса состоит из ведущего а и ведомого (обода) б дисков, между которыми находятся лопатки в, изогнутые, как правило, в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Ведущим диском рабочее колесо крепится на валу. Жидкость движется через колесо из центральной его части к периферии. По отводу жидкость отводится от рабочего колеса к напорному патрубку или, в многоступенчатых насосах, к следующему колесу.

4. Расчетная  часть, включающая технологический  расчет основного и вспомогательного аппарата

 

Рассчитать и подобрать  центробежный насос для подачи 9м /ч (0,0025 м /с) едкого натрия из емкости, находящегося под атмосферным давлением, а аппарат, работающий под избыточным давлением 0,1МПа. Температура раствора 20°С, геометрическая высота подъема раствора 10 м. Длина трубопровода на линии всасывания 5 м, на линии нагнетания 8 м.

На линии всасывания установлен один нормальный вентиль, на линии нагнетания – один нормальный вентиль и дроссельная заслонка, имеются также два колена  под углом 90°С.

1. Выбор диаметра трубопровода. Примем скорость раствора во  всасывающем и нагнетательном  трубопроводах одинаковой, равной 2 м/с. Тогда диаметр трубопровода  равен:

 

 

Принимаем трубопровод  из стали марки Х18Н10Т, диаметром 45 3,5 м.

Уточняем скорость движения раствора:

 

 

2. Определение потерь  на трение и местные сопротивления.  Определяем величину критерия  Рейнольдса:

 

 

Где 1109 кг/м - плотность едкого натрия и 1,86*10 Па*с – вязкость едкого натрия при 20°С.

Режим турбулентный.

Принимаем абсалютную шероховатость  стенок труб , степень шероховатости . Находим значение коэффициента трения .

 

Определяем сумму коэффициентов  местных сопротивлений:

1. Для всасывающей линии

• вход в трубу (принимаем с острыми краями): ;

     - нормальный вентиль: для м , для d=0,04 м =4.9.  Интерполяцией находим для d = 0,038 м = 5,2. Тогда

            = 0,5 + 5,2 = 5,7;

    2)   для  нагнетательной линии

      -    выход из трубы = 1;

• нормальный вентиль = 5,2;
• дроссельная заслонка  = 0,9 при α = 15°;
• колено под углом 90° = 1,6. Следовательно,

 

Н = 1 + 5,2 + 0,9 + 2 * 1,6 = 10,3.

 

 

Определяем потери напора :

1. во всасывающей линии

 м;

2. в нагнетательной линии

м.

Общие потери напора:

= 2,46+4,23 = 6,69 м.

3.Выбор насоса. По формуле   определяем полный напор, развиваемый насосом:

м.

Полезная мощность насоса определяется по формуле:

N_n =

700 Вт = 0,7 кВт.

Принимая η_п = 1 и ηн = 0,6 для насосов малой производительности, найдем по формуле мощность на валу двигателя:

кВт.

Мощность, потребляемая двигателем от сети, при η_дв =0,8:

N = 1,17/0,8= 1,46 кВт.

С учетом коэффициента запаса мощности β=1,5 устанавливаем двигатель мощностью       

 кВт

Устанавливаем центробежный насос марки XМ 8/30 со следующей характеристикой: производительность 2,4*10 ³ м³/с; напор 30 м; к. п. д. насоса 0,5.

Насос снабжен электродвигателем 4A100S2 номинальной мощностью 4 кВт, ηдв = 0,83, частотой вращения вала п = 48,3 с^-1.

4.  Предельная высота  всасывания рассчитывается при необходимости расположения насоса над резервуаром с раствором. Для центробежных насосов запас напора, необходимый для исключения кавитации, рассчитывают по формуле:

 м

 

По таблицам давлений насыщенного водяного пара, найдем, что при 20 °С pt = 2,33*10³ Па. Примем атмосферное давление равным р_a = 10⁵ Па, а диаметр всасывающего патрубка равным диаметру трубопровода. Тогда найдем: 

 

      

                                       

Таким образом, центробежный насос может быть расположен над уровнем раствора в емкости на высоте менее 5,62  м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Особенности конструкции  и принцип действия различных  насосов определяют диапазоны подачи и напора, в пределах которых целесообразно применять насосы того или иного типа. Наибольшее распространение в химической промышленности получили центробежные насосы из-за ряда преимуществ, которые были указаны выше. Поршневые насосы рекомендуется применять лишь при сравнительно небольших подачах и высоких давлениях, для перекачивания высоковязких, огне- и взрывоопасных жидкостей (паровые насосы), а также при дозировании  жидких сред. В области больших подач (до 1500 м³/мин) при небольших напорах применяют пропеллерные насосы.

Центробежные и роторные насосы применяются в качестве генераторов гидравлической энергии в гидравлических передачах и системах гидропривода машин, в которых наряду с гидравлическими двигателями они являются основным элементом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

• Насосы. Каталог-справочник, 3 изд., М.- Л., 1960;

 

• Степанов А. И., Центробежные и осевые насосы, пер. с англ., 2 изд., М., 1960;

 

• Ломакин А. А., Центробежные и осевые насосы, 2 изд., М.- Л., 1966;

 

• Чиняев И. А., Роторные насосы, Л., 1969.

 

• Хаустов А.И, лекции по кавитации

 

• Башта Т.М, Руднев С.С, Некрасов Б.Б, Гидравлика, гидромашины и гидроприводы, 2 изд, 1982

 

• Касаткин А.Г, Основные процессы и аппараты химической технологии, 11 изд, 1973

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема проекта Технологический  расчет  центробежного насоса