ОБРАЗЕЦ ЗАДАНИЯ НА РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ РАБОТУ



ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО

 

КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

 

Методические указания к расчетно-графической работе по курсу

«Тепломеханическое и вспомогательное оборудование тепловых электростанций» для студентов направления

140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника» очной формы обучения


 

Комсомольск-на-Амуре

 

2015


2

 

 

УДК 629.12.03

 

Гидравлический расчет рабочего колеса центробежного насоса : методи-ческие указания к расчетно-графической работе по курсу «Тепломеханиче-ское и вспомогательное оборудование тепловых электростанций» / сост. В. И. Шаломов. − Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2015. −

 

16 с.

 

Содержат варианты заданий для выполнения расчетно-графической работы, алгоритм расчета рабочего колеса и графического построения его элементов, контрольные вопросы.

Предназначены для студентов направления 140100 – «Теплоэнерге-тика и теплотехника» очной формы обучения.

 

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет».

 

Согласовано с отделом менеджмента качества.

 

Рецензент Г. Д. Седельников

 

Редактор Е. В. Назаренко

 

________________________________________________________________

Подписано в печать 27.01.2015.

Формат 60 × 84 1/16. Бум. тип. № 3. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,90. Тираж 30. Заказ 26724.

 

Редакционно-издательский отдел Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» 681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.

 

Полиграфическая лаборатория Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» 681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.


3

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Учебным планом направления 140100 – «Теплоэнергетика и тепло-техника» очной формы обучения предусмотрено выполнение расчетно-графической работы по курсу «Тепломеханическое и вспомогательное оборудование тепловых электростанций» на тему «Расчет рабочего колеса центробежного насоса». Выбор темы обусловлен тем обстоятельством, что на тепловых электрических станциях (ТЭС) применяется более 20 назва-ний различных типов насосов. Большинство из них – это центробежные насосы; к ним относятся питательные, конденсатные, циркуляционные, сетевые, сливные, дренажные и др.

Целью расчетно-графической работы является закрепление и углуб-ление знаний, полученных студентами при изучении учебного курса, фор-мирование навыков расчетного определения энергетических параметров центробежного насоса и основных геометрических размеров рабочего колеса с построением его основных сечений.

 

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

 

Примеры исходных данных для расчета рабочего колеса центробеж-ного насоса представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Исходные данные для расчета рабочего колеса

 

Номер Назначение Подача Напор Частота Температура Количе-
варианта насоса Q3 Н вращения жидкости ство
        n,мин-1 t,°C ступеней
1 2 3 4 5 6 7
1 Питательный 100 580 3000 150 10
2 Конденсатный 200 130 3000 120 5
3 Конденсатный 320 160 1500 120 5
4 Конденсатный 500 85 1000 120 4
5 Конденсатный 1000 95 1000 60 5
6 Конденсатный 1000 180 1500 60 5
7 Питательный 250 1980 3000 160 13
8 Питательный 270 1650 3000 165 13
9 Питательный 380 2030 3000 160 11
10 Сетевой 160 50 3000 120 1 (т.Д)
11 Сетевой 800 55 1500 150 1 (т.Д)
12 Сетевой 500 140 3000 120 1 (т.Д)
13 Циркуляционный 5000 90 600 20 1 (т.В)
14 Циркуляционный 8500 90 700 20 1 (т.В)
15 Вспомогательный 50 40 1500 60 1 (т.К)
16 Вспомогательный 60 50 2900 60 1 (т.К)
17 Вспомогательный 120 60 2800 60 1 (т.К)

4

 

 

В работе требуется:

1) определить энергетические, кинематические и геометрические параметры рабочего колеса насоса;

 

2) оценить протечки жидкости через переднее уплотнение рабочего

 

колеса;

 

3) выполнить расчет кавитационных свойств рабочего колеса;

 

4) построить в масштабе входной и выходной треугольники скоро-

 

стей;

 

5) выполнить расчет и построить в масштабе меридианное сечение рабочего колеса и среднюю линию сечения лопасти одной дугой окружности.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ

 

Образец формы задания представлен в приложении А.

В графе 2 таблицы 1 указывается назначение насоса (питательный, конденсатный, сетевой и т.д.).

 

В зависимости от назначения описываются роль, место и условия работы насоса в составе тепловой схемы электростанции. Этому посвяща-ется введение к отчету. Материал с обзором применения различных насо-сов в составе тепловой схемы ТЭС достаточно полно представлен в спра-вочном пособии [3].

 

Отчет о выполнении расчетно-графической работы оформляется в соответствии с требованиями [4].

 

Графическая часть работы включает в себя построение входного и выходного треугольников скоростей, меридианного сечения рабочего колеса, средней линии сечения лопасти одной дугой окружности. Все построения выполняются в масштабе на листах формата А4. Рисунки гра-фической части могут располагаться в отчете по ходу расчета или выно-ситься в приложения к отчету.

Примеры изображения входного и выходного треугольников скоро-стей приведены в учебнике [2]. Методика построения меридианного сече-ния рабочего колеса представлена в учебном пособии [1] и подробно опи-сана в данных методических указаниях, способ построения средней линии сечения лопасти одной дугой окружности показан в учебнике [2, 125].

 

3 АЛГОРИТМ РАСЧЕТА РАБОЧЕГО КОЛЕСА НАСОСА Для расчета имеем следующие исходные данные:

 

- назначение насоса – питательный (конденсатный, сетевой, вспо-могательный и т.д.);

 

- подача насоса Q, м3/с;

- напор насоса Н, м;


5

 

 

- частота вращения вала насоса n, об/мин;

- температура перекачиваемой среды t, °С;

 

- число параллельных потоков в насосе i Q;

 

- число ступеней насоса i Н.

 

1 Подача рабочего колеса Q1 , м3/с:

 

Q1= i Q .

Q

 

2 Напор рабочего колеса (РК) H1 , м:

 

H1= i H .

H

3 Коэффициент быстроходности насоса n s :

 

n s =3,65× n ×

Q1

.

 
   
 

H13 4

 

4 Угловая скорость w , рад/с:

 

w = p30×n .

 

5 Приведенный диаметр РК D1пр , мм:

 

D

= (4,0...4,5) × 3

Q1

.

 

 
   
1пр      

n

 
         

6 Гидравлический КПД насоса hГ :

 

hГ = 1 -

0,42

   

.

 
(lg D

- 0,172)2

 
    1пр          

7 Теоретический напор насоса HТ , м:

 

 

HТ=

H1

.

 

 
     
     

hГ

 

8 Объемный КПД насоса hо :

       

hо =

    1  

.

 
      -2 / 3  
 

1 + 0,68 × n s

 

6

 

9 Теоретическая подачаQТ , м3/с:

 

QТ= Q1.

hоб

10 Механический КПД hд.т , учитывающий дисковое трение:

 

hд.т =

 

1

 

.

 
 

820

   

1+

     
 

п S2

     
           

11 Механический КПД hМПС , учитывающий потери на трение в подшипниках и сальниках:

 

hМПС = 0,95...0,98 .

 

12 Общий КПД насоса η:

 

h = hо × hГ × hд.т × hМПС .

 

13 Мощность насоса N, кВт:

N =r × Q × H × g ,

h ×1000

 

с учетом перегрузки

 

Nmax=(1,10...1,15)× N ,

 

для насосов малой мощности

 

Nmax=(1,3...1,4)× N .

 

14 Допустимая скорость жидкости во входном сечении РК в первом приближении Со , м/с:

 

Со=(0,06...0,08)×3 QТ× n2.

 

15. Ориентировочно диаметр вала dв, мм, определяют расчетом на кручение, принимая допускаемое напряжение [tкр ]= 120...200 кгс/см2:

 

для консольных насосов

 

dв = (130...150) × 3 Nmax ,

n


7

 

 

для насосов с проходным валом

 

dв=(200...250)×3 Nmax,

n

 

где Nmax – мощность с учетом перегрузки, кВт; n – частота вращения, об/мин.

 

16 Диаметр втулки РК dвт , мм:

 

dвт=(1,20...1,25)× dв.

 

Для консольных одноступенчатых насосов принимают dвт = 0.

 

17 Диаметр входа жидкости в РК D0 , м:

 

D =

4 × QТ

+ d 2.

 
   
0   вт  
 

p × Cо

 

18 Окружная скорость на входе в РК u1 , м/с:

p × D × п

u =        1  ,

 

где D1 – диаметр входа жидкости на рабочие лопатки;

 

D1=(0,8...1,0)× D0.

 

19 Окончательная скорость Со , м/с:

 

Cо=

4 × QТ

 

.

 
p × (D2 - d 2 )  
  0 вт      

20 Коэффициент стеснения потока на входе в колесо K1 принимают равным 1,10…1,15.

21 Меридианная составляющая на входном радиусе С1m, м/с:

 

C1m= K1× C1'm ,

 

где принимают C1'm = Cо .

 

22 Угол безударного входа на лопасть, град:

tgb1,0 = C1m .

u1


8

 

 

23 Входной угол лопасти, град:

 

b1 = b1,0 + i ,

 

где i – угол атаки, принимают i = (3...8) °.

24 Ширина канала на входе b1, м:

b1=

QТ

 
 

.

 
p × D × C'  
 

11m

 

25 Коэффициент окружной скорости на выходе из РК K u2:

K = C2u ,

u2    u2

 

для типовых конструкций центробежного РК принимают K u2 = 0,5…0,6.

 

26 Окружная скорость на наружном диаметре РК в первом прибли-

жении u2, м/с:

 

u2= g K×НТ.

 

u2

 

27 Наружный диаметр РК D2, м, в первом приближении: D2=2×wu2.

 

28 Коэффициент стеснения потока K2 на выходе из РК: K2=1,05...1,10.

29 Меридианная составляющая абсолютной скорости С2'm , м/с, на выходе из РК:

С2'm =(0,5...1,0)× Со,

 

принимаем С2'm = 0,8 × Со .

 

30 Угол выхода лопатки β2 определяют по зависимости

      w   K

2

 

C'

 

sin b

 

=

1

×

 

× sin b ×

2m

,

 
 

w2

K1

   
  2     1

C'

 
               

1m

 

где отношение относительных скоростей w1 принимают равным единице. w2


9

 

 

31 Число рабочих лопаток z:

z = 6,5 × R2+ R1 × sin b 1+ b 2 .

R2- R12

 

32 Технологический коэффициент y:

 

y = (0,55...0,65) + 0,6 × sin b2 .

 

33 Корректив P, учитывающий конечное число лопаток:

 

      æ           ö    
      ç           ÷    

P =

2 × y ç    

1

  ÷    
   

× ç

         

÷

.

 
 

z

 

æ

   

ö2

 
    ç    

D1

÷    
     

ç

 

ç

 

÷

÷

   
       

D

   
     

1- ç

  ÷    
      è   è

2

ø ø    

34 Теоретический напор при бесконечном числе лопаток НТ¥ , м:

 

HТ¥=(1+ Р HТ.

 

35 Окружная скорость на выходе из РК u2, м/с:

 

   

C2m

  æ

C2m

ö2    

u2

=

+

ç ÷

+ g × HT¥,

 
 

ç

 

÷

 

2tgb2

2tgb2

 
      è ø    

где С2m = K2 × C2'm .

36 Диаметр выхода РК D2, м, во втором приближении:

D =2× u2.

2      w

 

37 Ширина канала на выходе b2, м:

b2

=

QТ

.

 

p × D2

× C2m

 
       

38 Коэффициент стеснения на выходе K2' (проверка):

K2'

=

  1      

,

 
 

z × d

 

 
 

1 -

       
  p × D × sin b

2

     
      2        

 

где d – толщина лопатки; принимаем d = 3…5 мм.


10

 

Сравниваем значения K2 и K2' . Если они не совпадают с заданной точностью, то принимаем K2 = K2' и повторяем расчет с п. 30, где отноше-

ние w1 = 1.

w2

 

39 Коэффициент стеснения на входе жидкости в РК K1' :

         

K '

=

  1    

.

 
                   
          1

1 -

z × d

     
                 
            p × D × sin b      
                1 1      

Если значения

K и K '

не совпадают с заданной точностью, то при-

 
   

= K '

  1 1              
нимаем K

и повторяем расчет с п. 21, определяя С1m:

 
  1 1                    

С1m= K1·C1m.

 

40 Уточняем:


 

w = K × C1'm

1     1 sin b1

 

w                   = K  × C2'm

2     2 sin b2


 

,

 

 

.

 


Сравниваем:

æ

ö'

æ

ö  

ç

w1

÷

= ç

w1

÷

 
     

ç w

÷

ç w

÷  

è 2

ø

è 2

ø  

Если сравниваемые величины не совпадают с заданной точностью,

æ

w1

ö' æ

w1

ö    

ç

÷

ç

÷

и повторяем расчет с п. 30.

 
     

то принимаем ç w

÷

= ç w

÷  
è 2 ø è 2 ø    

41 Расчет протечек через переднее уплотнение РК:

 

Q si =2× m × p × R у × dr ×  2 × gDH i ,

 

где m – коэффициент расхода; R у – радиус колеса в месте уплотнения, м;

 

d r – радиальный зазор в уплотнении, м; ∆Н i – изменение (падение) напора

в зазоре, м.


11

 

 

Изменение напора в зазоре, м:

 

DH

i

= H

Т

-

w2

× (R2

- R2),

 
     
     

8

× g

2 у  
               

 

где

 

R у = D20+6.

 

Коэффициент расхода m для простого щелевого уплотнения:

 

m =

  1  

,

 
 

l × l

   
   

+1,5

 
   

2 × dr

 
         

 

где l – коэффициент трения, l = 0,004...0,060 ; l – длина щели, l ≥ 0,02 м.

Радиальный зазор принимаем dr = 0,2…0,3 мм.

Проверка объемного КПД:

h' =   Q .

об Q s + Q

 

Сравниваем h'об и hоб . Если они не совпадают, то принимаем

 

h'об = hоб и повторяем расчет с п. 8 (определение QТ).

42 Строим треугольники скоростей на входе и выходе РК [2]. Недо-стающие кинематические параметры (скорости жидкости) определяются с помощью известных тригонометрических соотношений.

43 Строим меридианное сечение РК в следующей последовательности (пример построения меридианного сечения РК приведен на рисунке 1):

1) принимается приращение радиуса ∆r i = 5…10 мм;

2) задаются графиком изменения Сm в функции радиуса r: Сmi = f(r i);

 

3) в масштабе (например 1 см = 1 м/с) строят график изменения Сmi от Сm1 на входе до Сm2 на выходе;

 

4) имея для каждого значения r величину Сm из графика (см. рису-нок 1), по уравнению неразрывности получают значение ширины канала РК:

 

b i =

QТ

;

 

2pr i × C'mi

 
     

 

5) на принятой средней линии AC (см. рисунок 1) отмечают точки, соответствующие r i;


12

 

 

6) приняв эти точки за центры, описывают ряд окружностей с диа-метром, равным b i. Огибающие этих окружностей образуют боковые стенки канала в меридианном сечении.

 

Рисунок 1 – Построение меридианного сечения рабочего колеса

 

Рекомендуется контур канала в меридианном сечении в основном выполнять подобным форме контура канала у колес, показавшим высокие гидравлические свойства.

44 По найденным углам входа β1 и выхода β2 строим среднюю линию сечения лопасти одной дугой окружности [2]. Пример построения средней линии сечения лопасти показан на рисунке 2. На рисунке 2 отрезки АЕ и ЕС равны.

 

45 Расчет рабочего колеса на кавитацию:

1) опытный коэффициент m = 1,0…1,2;

2) опытный коэффициент λ = 0,3…0,4;

3) критический кавитационный запас ∆hкр, м:


13

C 2       w2

 

Dhкр = m × 2g0 + l × 21g .

 

А

 

 

R

 

β2      E

 

 

 

β 1 + β2   C

 

O

 

 

Рисунок 2 – Построение средней линии сечения лопасти одной дугой окружности

 

46 Кавитационный коэффициент быстроходности С:

 

n × Q

С = 5,62 Dhкр34 .

 

Допустимый кавитационный запас ∆hдоп, м:

 

Dhдоп= А × Dhкр,

 

где А = 1,15…1,30 – коэффициент запаса.

 

47 Выводы.


14

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1 Какие насосы называются центробежными?

2 В чем заключается принцип действия центробежного насоса?

3 Какие насосы называются многопоточными, а какие – многосту-пенчатыми? Приведите примеры.

4 Для чего предназначены питательные, конденсатные, циркуляци-онные и сетевые насосы?

5 Какими основными параметрами характеризуется работа центро-бежного насоса?

 

6 Какие технические показатели, характеризующие экономичность насоса, определялись в работе?

7 Что такое коэффициент быстроходности насоса и как он влияет на экономичность насоса?

8 Что учитывает коэффициент стеснения потока на входе в рабочее

колесо?

9 С какой целью применяется в расчете угол атаки для входной кромки лопасти рабочего колеса?

10 Каким образом угол установки лопасти на выходе рабочего колеса β2 влияет на напор насоса?

 

11 Какие параметры насоса влияют на наружный диаметр рабочего

колеса?

12 В чем заключается способ построения меридианного сечения рабочего колеса с цилиндрическими лопастями?

13 Как учитывается при проектировании насоса влияние конечного числа лопастей на напор рабочего колеса?

 

14 Каким образом выполнено построение средней линии сечения лопасти рабочего колеса?

15 Какова причина появления протечек жидкости через переднее уплотнение рабочего колеса?

 

16 В чем заключается причина появления кавитации в рабочем колесе центробежного насоса?

17 Как кавитация влияет на параметры насоса и каковы ее послед-

ствия?

18 Какие технические показатели, характеризующие кавитационные свойства насоса, найдены в задании?

 

19 Что такое допустимый кавитационный запас?

20 Как осуществляется выбор лопастного насоса по расчетным дан-

ным?

21 Каковы особенности эксплуатации применяемого вами насоса в составе энергоблока?


15

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1 Будов, В. М. Насосы АЭС : учеб. пособие для вузов / В. М. Будов. – М. : Энергоатомиздат, 1986. – 408 с.

 

2 Черкасский, В. М. Насосы, вентиляторы, компрессоры : учеб. для теплоэнергетических специальностей вузов / В. М. Черкасский. – М. :

Энергия, 1977. – 424 с.

3 Малюшенко, В. В. Энергетические насосы : справ. пособие / В. В. Малюшенко, А. К. Михайлов. – Энергоиздат, 1981. – 200 с.

4 РД ФГБОУ ВПО «КнАГТУ» 013-2013. Текстовые студенческие работы. Правила оформления. – Введ. 2013-09-23. − Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2013. − 56 с.


16

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

 

ОБРАЗЕЦ ЗАДАНИЯ НА РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ РАБОТУ

 

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

 

высшего профессионального образования «Комсомольский-на- Амуре государственный технический университет» Кафедра «Тепловые энергетические установки»

 

ЗАДАНИЕ


Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 90; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!