Расчет свободно вихревого насоса СВН 25-10

Спецификация Ротор.spw

090209.09 КП. 101.00
090209.09 КП. 101.02
Теоретический чертеж
090209.09 КП. 101.01
090209.09 КП. 101.03
090209.09 КП. 101.05
Лист А5 М1 ГОСТ 21631-76
090209.09 КП. 101.06
090209.09 КП. 101.07
090209.09 КП. 101.08
Паранит ПОН - 1 ГОСТ 481 - 80
Болт М6 х 25 ГОСТ 7798-70
Кольцо 035 - 041 - 36 - 2 - 3
Шпонка 8 х 7 х 25 ГОСТ 23360-78
Шпонка 8 х 7 х 40 ГОСТ 23360-78

Корпус сальника.cdw

090209.09 КП 100.01
Отливку выполнить по ГОСТ 26358-84.
Точность отливки 12-0-0-12 ГОСТ 26645-85.
Неуказаные линейные радиусы - 5 мм.
Неуказаные предельные отклонения размеров: Н14
Неуказаная шереховатость поверхностей фасок -
Линейные уклоны по ГОСТ 3212-80.
Деталь подвергнуть гидравлическим испытаниям совместно с
корпусом насоса пробным давлением 1

Вал.cdw

Механические свойства материала:
условный предел текучести
временное сопротивление
относительное удлинение
относительное сужение
ударная вязкость KCV
Неуказаные предельные отклонения размеров: Н14
обеспечуемые инструментом.
Размеры для справок.
Допуски непостоянства диаметров в поперечном и продоль-
ном сечениях посадочных поверхностей подшипников (Л
Сталь 45 ГОСТ 1050-88

Спецификация МЧ.spw

090209.09 КП. 000.00
Пояснительная записка
090209.09 КП. 100.00
090209.09 КП. 200.00
090209.09 КП. 300.00
090209.09 КП. 400.00
090209.09 КП. 000.01
090209.09 КП. 000.02
090209.09 КП. 000.03
090209.09 КП. 000.04
090209.09 КП. 000.05
090209.09 КП. 000.06
090209.09 КП. 000.07
Гайка М12 ГОСТ 5915-70
Двигатель асинхронный
АИРС90L4 У2 220380 В
М1081 ТУ16-525.564-82

Ротор.cdw

*Размеры для справок
Ротор без подшипников А и Б
совмастно с полумуфтой насоса
заменив втулку поз. 3 коль-
балансировать динамически на шейках
ограниченых размерами М и Н в соответствии з
Допускается балансировать ротор без гайки поз. 4 и болта
поз. 8. В качестве плоскостей корекции использовать плос-
кости 1 и 2. Корректировку массы осуществлять в плоскости
- снятием металла на глубину не более 1 мм с плавным пере-
ходом к поверхности Ж
обеспечивая шероховатость поверхно-
в плоскости 2 - сверлением отверстий на пове-
рхности 3 на глубину 15 мм диаметром 7 мм между отверсти-
ями И на диаметре 100 мм.
Допустимый дисбаланс D

МК.cdw

Схема строповки агрегата
Таблица фланцев и штуцеров
Подвод запирающей жидкости
План расположения колодцев под болти
Техническая характеристика
Давление на входе в насос МПа (кгссм
Допускаемый кавитационный запас
Температура перекачиваемой жидкости К (С
Двигатель АИРС90L4 У2
Технические требования
Обеспечить прилегание опорных поверхностей насоса и двига-
теля к раме (плите) фундаментной поз. 3 при затянутых гайках
мм не должен проходить в стык сопрягаемых
поверхностей на протяжении не менее 70% длины периметра.
Обеспечить при центровке насоса и двигателя допуск радиаль-
ного биения не более 0
мм; допуск торцового биения не более
Размеры для справок.
Условные давления даны по арматуре и фланцу.
В местах З и И произвести консервационное пломбирование пу-
тем окрашивания выступающих концов двух диаметрально про-
болтов и поверхностей гаек эмалью
ПФ-115 зеленой (синей) ГОСТ 6465-76

Корпус насоса.cdw

090209.09 КП 101.01
Отливку выполнить по ГОСТ 26358-84; точность отливки
-0-0-12 ГОСТ 26645-84.
Неуказанные линейные радиусы 5 мм.
Отливку подвергнуть искуственному старению.
Проточная часть отливки должна быть тщательно очищена от
наростов и других литейных дефектов и зачищена до
шероховатости утвержденного образца.
*Размеры для справок.
Неуказаная шероховатость поверхностей фасок
Подвергнуть гидравлическим испытаниям совместно с корпусом
сальника давлением 1

Записка.doc

Назначение и область применения насоса . . 6
Описание и обоснование выбранной конструкции насоса . .. 7
1 Описание конструкции насоса 7
2 Обоснование выбранной конструкции . . 7
Расчеты гидравлические .. . 8
1 Расчет проточной части насоса . ..8
2 Расчет гидравлической осевой силы ..10
3 Расчет гидравлической радиальной силы ..13
Выбор концевого уплотнения вала 14
Расчеты по выбору двигателя . 16
1 Выбор двигателя .. 16
2 Расчет пусковой моментной характеристики 16
Механические расчеты . ..19
1 Расчет реакций в опорах . .19
2 Расчет долговечности подшипников . 20
3 Расчет на статическую прочность .. 22
4 Расчет шпоночного соединения вала с колесом 24
Список литературы .. .26
В последнее время во многих отраслях народного хозяйства для гидротранспорта абразивных и легкоповреждаемых веществ гидросмесей содержащих твердые и волокнистые включения газосодержащих жидкостей используют свободновихревые насосы (СВН) которые имеют простую и удобную в эксплуатации конструкцию высокую надежность долговечность работы на гидросмесях и обусловливают экономическую эффективность их применения для транспортирования различных твердых веществ и продуктов.
По конструктивным признакам и по характеру рабочего процесса СВН существенно отличаются от центробежных и имеют следующие особенности:
рабочее колесо (РК) СВН расположено в нише корпуса имеющего свободную камеру не пересекаемую вращающимися деталями. Поэтому часть потока жидкости поступающего в насос проходит через свободную камеру не соприкасаясь с лопатками рабочего колеса;
рабочий объем СВН – односвязный. Это означает что любой замкнутый контур взятый внутри объема может быть стянут в точку без пересечения границ объема. Рабочий объем центробежных насосов многосвязиый - если взять замкнутый контур в жидком объеме вокруг лопасти то он не может быть стянут в одну точку без пересечения ее поверхности. В практике использования насосов это означает что волокна взвешенные в жидкости при перекачивании загрязненных и волокнистых смесей могут наматываться на лопасти центробежного насоса засоряя его;
в СВН нет передних уплотнений следовательно отсутствуют проблемы связанные с ними (износ засорение регулировка промывка и т.д.);
более простая форма проточной части снижает металлоемкость насоса облегчает его сборку создает более благоприятные условия для высокой степени унификации;
конструктивное исполнение рабочих органов позволяет с небольшими затратами производить ремонт и изготовление запасных частей на месте эксплуатации.
Кроме этого СВН обладают рядом положительных свойств: обеспечивают высокую надежность работы при перекачивании газообразных смесей с содержанием газа до 50% вязких жидкостей крупных включений с размером 08 напорного патрубка имеют высокую всасывающую способность (высота всасывания 8 м) и мало чувствительны ж кавитации.
Основной недостаток СВН - низкая экономичность которая в зависимости от конструктивного типа и размеров насоса составляет 35-58%.
Насосы свободновихревого типа широко применяются в коммунальном хозяйстве для перекачивания фекальных жидкостей грунтовых и сточных вод канализационного ила; в сельском хозяйстве для гидротранспорта органических удобрений картофеля фруктов рыбы; в пищевой промышленности для перекачивания легкоповреждаемых продуктов соков сиропов суспензий и прочего а также в целлюлозно-бумажной и химической промышленностях для транспортирования древесной массы макулатуры полимеров вискозного сырья газообразных жидкостей и других продуктов. СВН перспективно применять в черной металлургии для гидротранспорта шлама золы руд хвостов на горнообогатительных фабриках; в угольной промышленности для гидротранспорта угля и угольного шлама. Эти насосы также можно применять при подаче песка грунта гравия и других абразивных веществ.
НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НАСОСА
Насос консольный свободно-вихревой СВН 21-10 ( подача Q=25 м 3ч и напор H=10 м ) предназначен для перекачивания бытовых и промышленных загрязненных жидкостей химически не агрессивных масс а также суспензий фекальных и сточных вод с водородным показателем pH от 6 до 8.5 температурой 365 К ( 90 0С ) и плотностью до 1100 кгм 3 с содержанием твердых частиц до 20% по объему с максимальным размером до 15 мм. В случае перекачивания абразивных взвешенных частиц содержание их по объему не более 1% размер до 5 мм и микротвердость не более 9000 Мпа.
ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОЙ КОНСТРУКЦИИ
1 Описание выбранной конструкции
Насос СВН 25-10 - свободновихревой горизонтальный консольный с рабочим колесом расположенным в расточке задней стенки корпуса. Отличительная особенность электронасоса - наличие свободной камеры между колесом и передней стенкой корпуса.
Базовая деталь электронасоса - корпус с входным и напорным патрубками. Входной патрубок направлен горизонтально по оси напорный - вертикально вверх.
Рабочее колесо выполнено в виде диска с наклонными лопатками. Концевое уплотнение насоса сальникового типа с мягкой набивкой. Смазка подшипников - консистентная.
Привод насоса от синхронного электродвигателя через соединительную упругую втулочно-пальцевую муфту.
Направление вращения ротора - по часовой стрелке если смотреть со стороны приводного конца вала.
2 Обоснование выбранной конструкции
Данное конструктивное решение обусловлено повышением надежности работы и снижением засоряемости проточной части насоса при перекачивании загрязненных жидкостей с твердыми включениями. Конструкция насоса типа СВН имеет более простую форму проточной части меньшую металлоемкость создает благоприятные условия для высокой степени унификации. Конструктивное исполнение рабочих колес позволяет с небольшими затратами производить ремонт и изготовление запасных частей на месте эксплуатации.
РАСЧЕТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
1 Расчет проточной части
Расчеты проводим по методике изложенной в [1] . Основные геометри-ческие размеры проточной части показаны на рис. 3.1.
1.1 Исходные данные:
Q = 25 м 3ч; Н = 10 м; n = 1450 обмин; = 1100 кгм 3.
1.2 Определяем коэффициент быстроходности насоса:
1.3 Задаёмся соотношениями основных геометрических размеров рабочего колеса.
1.4 По геометрическим зависимостям [1] определяем к.п.д. относительную ширину свободной камеры В и функции F1 и F2.
- к.п.д. указано для насосной части.
1.5 Наружный диаметр рабочего колеса определяем по формуле:
Здесь: - механический к.п.д. насоса;
k – коэффициент; -3.
Рисунок 3.1 – Основные геометрические размеры проточной части насоса
Принимаем наружный диаметр рабочего колеса D2 = 185мм.
1.6Абсолютные размеры рабочего колеса:
1.7Ширина свободной камеры електронасоса:
1.8Принимаем спиральный отвод.
Основные геометрические параметры отвода.
где V0 = - скорость на входе в насос;
- коэффициент входной скорости.
С учетом рекомендации ИСО 2858 принимаем Dвх = 65 мм.
2 Расчет гидравлической осевой силы
Определение осевого усилия проводим по методике [2].
Результирующее осевое усилие действующее на ротор электронасоса определяем по формуле:
F = F1 – F2 + F0 – Fm (3.5)
где F1 F2 F0 Fm – составляющие полной осевой силы (рис. 3.2)
2.1 Определяем силу Fm.
где Vвх – скорость в подводящем патрубке насоса;
2.2 Сила F1 определяем по формуле:
где r2 = 00925 м – наружный диаметр рабочего колеса;
rВ = 00275 м – радиус вала под уплотнением;
= 1100 кгм3 – плотность жидкости;
- угловая скорость вращения ротора.
= 0452 – отношение средней скорости вращения жидкости в пазухе к скорости вращения ротора.
Пьезометрический напор:
При этом окружная скорость:
Окружная составляющая абсолютной скорости:
Рисунок 3.2 – Схема действия осевых сил в СВН
2.3 Сила F0 будет равна:
где Р0 = 25 кгссм2 – максимальное давление во всасывающем патрубке.
2.4 Силу F1 определяем по формуле:
где К коэффициент зависящий от геометрических размеров электронасоса.
Результирующая осевая сила действующая на ротор электронасоса:
F = F1 – F2 + F0 – Fm (3.16)
F = 1372 – 93644 + 829 – 15684 = 1108 Н.
Для уменьшения осевой силы применяем импеллеры.
Уменьшение осевой силы от действия лопаток импеллера определяем по формуле [3].
где D2u – наружный диаметр лопаток импеллера D2u = 0185 м;
d1u – внутренний диаметр лопаток импеллера d1u = 008 м;
U2u – окружная скорость на выходе импеллера;
U1u – окружная скорость на входе импеллера.
Величина осевого усилия воспринимаемого подшипниками насоса будет равна:
А = 1108 – 72369 = 3843 Н.
Осевая сила будет направлена на выход рабочего колеса.
3 Расчет гидравлической радиальной силы
Расчет гидравлической радиальной силы выполнен по методике изложенной в работе [3].
Радиальную силу действующую на рабочее колесо в спиральном отводе определяем по формуле:
где Кr – безразмерный коэффициент радиальной силы;
Q Qопт – текущее значение подачи;
b2g – ширина рабочего колеса на выходе включающая в себя толщину его дисков м;
Кr = 018; b2g = 0033 м.
Максимальная радиальная сила будет на нулевой подаче Q = 0.
ВЫБОР КОНЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА
Для разработанной конструкции насоса в качестве концевого уплотнения вала применяем сальниковое уплотнение (рис. 4.1).
Рисунок 4.1 - Схема сальникового уплотнения
Для надежной работы насоса необходимо обеспечить подпор на входе в насос. Подпор измеренный во всасывающем патрубке должен быть не менее 1 м.
С целью защиты сальникового уплотнения от износа в узел уплотнения подается затворная жидкость под давлением превышающим давление на выходе из насоса на 005 МПа. В качестве затворной жидкости используется технически чистая вода с температурой не выше 40°С. Расход воды подаваемой в сальнике 001 м 3ч.
Согласно [3] толщина кольца набивки:
где d – диаметр вала в месте набивки сальника мм (d = 55 мм);
Принимаем S = 10 мм.
Длина сальникового уплотнения равна:
где I – количество колец набивки(I = 5);
S – толщина кольца набивки мм.
В соответствии с ГОСТом 5152-84 выбираем сальниковую набивку с однослойным оплетением марки АГИ 10х10.
РАСЧЕТЫ ПО ВЫБОРУ ДВИГАТЕЛЯ
Мощность насоса на номинальном режиме при плотности жидкости кгм 3:
- расчетный к.п.д. насоса.
Мощность электродвигателя:
где К = 11 – 13 – коэффициент учитывающий допустимое предельное отклонение напора К = 11.
Для привода насоса выбираем электродвигатель АИРС90L4У2 с параметрами:
Напряжение – 220380 В;
Частота вращения (синхронная) – 1500 обмин.
2 Расчет пусковой моментной характеристики
Зависимость момента сопротивления ротора насоса от частоты вращения при пуске насоса представляет собой параболу:
где К – коэффициент параболы;
n – частота вращения ротора обмин.
График зависимости момента сопротивления строится по трем точкам:
- начального момента трогания (n = 0);
- минимального момента сопротивления агрегата ( точка С);
- полного разворота электродвигателя (n = 1500 обмин).
В начальный момент времени при n = 0:
где Мном – момент электродвигателя:
КВт – номинальная мощность двигателя.
Момент сопротивления агрегата при полном развороте электродвигателя Mmax:
где Mmax – максимальна мощность насоса.
Минимальному моменту сопротивления соответствует точка «С» с координатами:
Коэффициент параболы определяется по величине момента при полном развороте двигателя:
Данные расчеты моментной характеристики сводим в табл. 5.1.
Таблица 5.1 – Пусковая моментная характеристика:
Пусковая моментная характеристика насосного агрегата представлена на рис. 5.1.
Рисунок 5.1 – Пусковая моментная характеристика
МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
1 Расчет реакций в опорах
Расчетная схема действия сил на ротор насоса представлена на рис. 6.1.
Рисунок 6.1 – Схема нагружения вала
Нагрузку P1 определяем по формуле:
где GK – вес рабочего колеса Н;
G1в – вес вала на участке l1 Н4
R – радиальная сила Н.
GK = 245 Н; G1в = 27 Н; R = 119 Н.
где G2в – вес вала на участке l2 Н.
где GПМ – вес полумуфты;
G3В –вес вала на участке l3 Н.
GПМ = 186 Н; G3В = 12 Н.
Для определения реакции в подшипниковых опорах составим уравнение моментов сил относительно точек опор.
RA и RB – реакции в опорах А и В.
Размеры вала: l3 = 00975 м.
2 Расчет долговечности подшипников
В опорах А и В установлены одинаковые шарикоподшипники. По диаметру вала d (мм) выбираем подшипник шариковый однорядный радиальный средней серии 311 ГОСТ 8338-75.
Статическая грузоподъемность:
Динамическая грузоподъемность:
По условиям работы передний подшипник (опора А) воспринимает осевую и радиальную нагрузки и является более нагруженным. Проверяем его на долговечность.
Расчетная долговечность подшипника [6]:
где С – динамическая грузоподъемность подшипника Н;
Р – эквивалентная динамическая нагрузка Н.
Эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник:
По условиям работы подшипника принимаем: коэффициент безопасности = 12; температурный коэффициент КТ = 10; коэффициент вращения V = 1.
Радиальная и осевая силы действующие на подшипник:
Fr = RA = 836 H; Fa = A = T = 385 H.
Определяем отношение осевой нагрузки к радиальной:
Определяем отношение:
Т.к. то коэффициент радиальной нагрузки Х = 056.
Коэффициент осевой нагрузки Y:
Динамическая нагрузка:
Расчетная долговечность подшипника:
3 Расчет вала на статическую прочность
Расчет проводим по методике [7].
Для определения напряжений в сечениях вала построим эпюру изгибающих моментов.
Рисунок 6.2 – Эпюра изгибающих моментов
Определим максимальный изгибающий момент в сечении А:
Р1 = 373 Н; l1 = 0220 м.
Наибольший крутящий момент на валу:
где N – мощность насоса; N = 159 КВт.
Момент сопротивления сечения вала в точке А:
где d = 55 мм – диаметр вала под подшипником.
Момент сопротивления кручению:
Напряжение кручения:
Эквивалентное напряжение:
Материал вала – Сталь 45;
Предел текучести МПа.
Запас прочности по пределу текучести:
Условие прочности выполняется.
4 Расчет шпоночного соединения вала с колесом
Основные исходные данные для расчета.
Материал вала — Сталь 45.
Предел текучести - МПа.
Материал шпонки - сталь 45.
Материал колеса - 20x13л.
Крутящий момент на валу:
Размер шпонки под рабочим колесом мм:
При расчете шпоночного соединения вала с колесом определяющим является напряжение смятия:
t1 – глубина паза вала;
d = 28 мм; t1 = 4 мм; h = 7 мм.
Допускаемое напряжение смятия вычисляем для материала (вал) имеющего самый низкий предел текучести.
Допустимое напряжение смятия:
Условие прочности на смятие выполняется.
Свободновихревые насосы: Учеб. пособиеИ.А. Ковалев В.Ф. Герман. - К.: УМК ВО 1990. - 60 с.
Анализ осевого напора действующего на ротор насоса свободного течения. Перевод статьи Grychowski I Gontarczuk Z. из журнала Zcszyty naukowe politechnika staska 1978 № 532.
Михайлов А.К. Малюшенко В.В. Лопастные насосы -М.: Машиностроение 1977. - 288с.
Лопастные насосы: СправочникВ. А. Зимницкий А. В. Каплун А. Н. Папир В. А. Умов; Под общ. ред. В. А. Зимницкого и В. А. Умова. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние 1986. – 334 с.
Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя Т.2 - М.: Машиностроение 1980.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для машиностроительных вузов. - М.: Высшая школа 1985.
Биргер И.А. Шор Б.Ф. Расчет на прочность деталей машин. 3 издание. - М.: Машиностроение 1979.