Овсянников Б.В., Чебаевский В.Ф., 1975 - Высокооборотные лопаточные насосы, страница 49

о — 0 ъ з ~о =1.~1 2 Т=О,Овц а=73 ° — 0 чатз !От=2,3! У 2' 73-0 з ~о =1.2 У' 2 3=0,3: а=во' Д вЂ” О ММЗ Гаа 2,33 ( У 2 Нулеаме утечки (0 =0): У н — З-О,ОВН а=уз Утечки, направленные ат иеитра: 1-1 О антз 1Оа .т. 5=0,03; а=та' У) 2 ° -О )нта ао =Цо: 3=О,З: а-оо. 2 дб О,б йо о.г 311 ния в пограничном слое иа диске — влиянию утечек, направленных от центра. На рис. 6.8 приведены результаты исследования влияния утечек на изменение по радиусу осевого зазора окружной неравномерности давления. Исследования проводились на высокооборотном насосе при изменении ширины и формы осевого зазора (см. рис, 6.3).

Давления измерялись на восьми радиусах зазора. Неравномерность давления на периферии зазора создавалась работой насоса на расходах, существенно отличных от расчетного. Данные, приведенные на рис. 6.8, показывают изменение по радиусу разности давлений, соответствующих диаметрально противоположным точкам. Видно, что независимо от формы и величины зазора, величины и направления утечек с уменьшением радиуса, начиная с г='0,9 (ближайший радиус к периферии, на котором измерялось давление), опытные точки располагаются около нулевого значения неравномерности с разбро- сом ~20272 от неравномерности на периферии зазора. Это показывает, что в осевом зазоре окружная неравномерность давления резко уменьшается с уменьшением радиуса, достигая нулевого значения на радиусах весьма близких к наружному радиусу диска. Такое резкое уменьшение неравномерности может быть объяснено высокой турбулентностью потока в осевом зазоре.

На основании изложенного можно принять, что в осевом зазоре давление не зависит от угла ф. Тогда в урав!)ениях (6.27) и (6.28) последние члены будут равны нулю и выражения для составляюших радиальной силы примут вид: Величина радиальной силы и ее направление определяются проекциями )7„, „и )7,, „: зр/ 742 + ф (6.31) ря —— агс(а— я, „ Я Л (6.32) Распределение давления по начальной окружности сборника найдется с помощью соотношения (1.129). Полагая 12=0, полу- чим Я = (0,25+ 0,75 — "Я ) 1п о $ ' (6'33) Зм Изменение по углу окружной скорости сз„определяется по формуле (2.16).

Распределение скорости сз, по начальной окружности сборника найдется с помощью выражения (утечками пренебрегаем): ! с(с„я е) ! Сс„яр СЗЗ О,Г, дф Ь,Г, а Р (6.34) Для расчета радиальной силы с использованием соотношений (6.29) — (6.34) и (2.16) сначала следует определить по формулам (1.142) и (1.150) изменение с„„и р„по углу ф. Так как изменение по углу площади и среднего радиуса сечений сборника в общем случае имеет сложный характер (рис.

1.29), то интегралы, входящие в выражения (6.29) и (6.30), определяются путем численного интегрирования. гЛ /ЗЛ ЗЛ К,,„= — Ь Гз ( рз соя фйр — рЬзг ( сз, соз ф!(ф — ( сз,с „$1п ф!4ф 'о 'о 'о (6.29) 2Л /2Л 2Л Й~ з ЬзГз ( рз $!и файф рЬзГ2 ~ ( сз $!и ф (ф + ~ сз~сз соз ф (ф ) Ь , 'о Ь (6.30) Глава МИ ПОРЯДОК И ПРИМЕР РАСЧЕТА ШНЕКО-ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Исходными данными для гидродинамического расчета насоса являются: основные характеристики рабочей жидкости насоса: плотность, давление насыщенных паров, вязкость; минимальное давление и максимальная температура жидкости на входе в насос; массовый расход жидкости; потребное давление на выходе из насоса. Целью расчета является определение частоты вращения вала, размеров основных элементов насоса (подвода, шнека, центробежного колеса, отвода), потребляемой мощности, к.

п. д., энергетических характеристик, гидродинамических осевых и радиальных сил, действующих на шнека-центробежное колесо, и массы насоса. Ниже излагаются порядок и пример расчета шнека-центробежного насоса с высокими антикавитацнонными качествами. При проведении расчетов рекомендуется вести прорисовку проточной части насоса. 7.1. РАСЧЕТ ПОДВОДА В случае консольного насоса подвод выполняется в виде конического патрубка.

Диаметр его выходного сечения определяется из расчета шнека, а диаметр входа — из условия увеличения скорости в подводе на Гб — 307р. Если насос неконсольный, то в качестве входного устройства используются коленообразный, кольцевой, спиральный или полуспиральные подводы (см. гл.!). 7.2, РАСЧЕТ ШНЕКА Для определения угловой скорости вращения шнека следует сначала найти заданный срывной кавитационный запас ййп. Величина Лйп вычисляется по заданному минимальному полному давлению жидкости на входе в насос р*„ ы и давлению насыщенных паров (при максимальной температуре): 313 (7,1) 1ввср ))1ср + ~ср' (7.3) Если нет большой необходимости в сокращении осевых габаритов шнека, то можно принять число лопаток шнека а=2.

Величинами толщин лопаток н входных кромок рабочих колес задаются минимально допустимыми, исходя из соображений прочности. Со стороны входа в шнек его лопатки должны быть заострены с тыльной стороны, причем угол заострения должен быть не более угла атаки. Форма входной кромки выполняется по рекомендациям подраздела 3.5.8. С целью увеличения гидравлического и расходного к. п. д.

насоса (за счет уменьшения .0,) для высоких значений Сп (более 4000) целесообразно делать шнек выставным. При этом отношении диаметров шнека и входа в колесо не должно превышать 1,3. В остальном порядок расчета шнека ясен из примера расчета. Для ликвидации вредного влияния противотоков из центробежного колеса и утечек, поступающих из переднего уплотнения колеса, следует установить конус, внутренний диаметр которого Оп Оа (впоследствии оптимальная величина этого диаметра уточняется эк- 314 Ф зй Рвв пв~п Рп, ой ввп Р где Л넄— запас на расчет (погрешиость способа расчета и отличие антикавитационных свойств различных экземпляров одного и того же насоса, вызванное технологическими факторами). Допустимая угловая скорость вращения определяется по формуле; ы= с -ви'„~' (7.2) пРВ 0чв Значение срывного кавитациониого коэффициента быстроходности Сп в первом приближении оценивается с помощью рис. 3.21 и 3.42. Если величина скорости вращения не может быть принята по каким-либо соображениям в соответствии с формулой (7.2), то, задаваясь величиной ы, по (7.2) определяется потребное значение Сп.

В дальнейшем при расчете шнека проверяется правильность выбора значения Сп. Для обеспечения высоких антикавитационных свойств шнека (большие Сп) в первую очередь должно быть обеспечено необходимое значение коэффициента диаметра шнека Кл . Ориентируясь на рис. 3.21 и 3.42 и имея также в виду, что обычно втулочное отношение для консольных насосов Н„= =0,25 —;0,40, выбираем величину Ко .

По значению Кв можно определить угол входа потока в межлопаточные каналы шнека и, задаваясь оптимальными величинами углов атаки потока (,р-— .5' —:!1' [62], можно рассчитать значение угла установки лопаток шнека на входе спериментально). С целью сокращения осевых габаритов насоса вместо шнека с постоянным наружным диаметром можно применить двухступенчатый шнек (по наружному диаметру).

Диаметр второй ступени шнека примерно равен Рм а шаг — примерно на 607р больше выходного шага первой ступени. Переходной участок между цилиндрическими ступенями рекомендуется делать коническим с шагом, превышающим на 20 —:30и7и выходной шаг 1 ступени. 7.3. РАсчет центРОБежнОГО кОлесА В первом приближении опредедим наружный диаметр колеса Рь Для этого по формуле (2.2)) найдем в первом приближении отношение Р,/Рь Значение др выбирается, исходя изнеобходимого вида энергетических характеристик (см.

гл. П). Произведение й,т1, оценивается по формулам (1.112) и (1.113). В связи с тем, что комплекс й,п, зависит от отношения Р!7Рм расчет по формуле (2.21) проводится методом последовательного приближения. После определения Рэ найдем угол лопаток на выходе колеса 6э„и ширину колеса Ьь Опыт показывает, что ширину Ьь следует выбирать достаточно большой, чтобы у выхода из колеса не произошло смыкания пограничных слоев. С этой целью следует принимать ~~Ь~ мп 11,д (7.4) Га !!ай э!и р Из формулы (7.4) получим следующую связь между Ьэ и э,ь1 мп йы (7.5) 1Э~ Р1/Р~ э!и йв Другую связь между Ьэ и йэп найдем из выражения для расходного параметра др. ь, (7.6) Ф~ч !й(! Приравнивая правые части уравнений (7.5) и (7.6), получим формулу для 6эп: соз)) (7.7) (ЮЧ О Значение Ьг определяется по формуле (7.5). Если угол 6э при.нят равным 90', то для увеличения Ьэ следует принимать меньшее из рекомендуемых значение г"!/гь Количество лопаток г принимается равным 6 — 12.

Если вы. яснится, что вход в колесо при выбранном числе лопаток сильно загроможден, то следует уменьшить число лопаток, вводя дополнительные лопатки, начинающиеся на диаметре, превышающим .Рь 3!3 После проведения указанных расчетов следует уточнить диаметр колеса В,. Для этого необходимо определить коэффициент й,. Если отношение — * < 0,2 и Р~/г»<'1, то й, можно опрея« делить с помощью рис. 1.15 —:1,17 по значениям Бь рза и г. Зная й„определим коэффициент теоретического напора (7.8) Для насосов с Ю~(0,5 —;0,6 гидравлический к.

п. д. равен 0,82 — 0,85 (см. равд. 1.4.3). В случае центробежных насосов с Л~>0,5 —:0,6 гидравлический к. п. д. можно оценить по формуле (1.!!4). Используя полученное значение Ч„ найдем теоретический напор насоса при конечном числе лопаток Н, = —. ть Значения УХ„Н, используем для определения окружной ско- рости колеса /о, (7. 10) по которой находится диаметр Оь Если отличие полученного значения О» от исходного значения превышает 3 — 5» , то следует сделать еще одно приближение. Профилирование лопаток (в плане) проводится дугой окружности [47).

7.4. РАСЧЕТ СПИРАЛЬНОГО ОТВОДА Размеры спирального отвода определяются с помошью соотношений, приведенных в подразд. 1.5.6. Ширина спирального сборника 5» определяется с учетом ширины колеса с дисками Ьа. С помошью формулы (!.!61) в результате нескольких приближений определяется площадь входа в конический диффузор (площадь «горла»). При этом следует задаться величиной коэффициента потерь конического диффузора я„д, принимая во внимание влияние его на вид энергетических характеристик (см. равд.

2.4). После определения площади выхода из конического диффузора (по выбранной величине выходной скорости) с помощью рис. 1.30 по принятому значению $«х определяется эквивалентный угол диффузора а». Этот угол является исходным для определения длины конического диффузора 1„„(см. подразд. 1.5.2). Если длина („„оказывается неприемлемой, корректируется величина угла о» и значение 5, х.