ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

Стр 1 из 5Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙССКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В Ломоносова»

филиал в г. Северодвинске Архангельской области

Институт судостроения и морской арктической техники

(СЕВМАШВТУЗ)

Кафедра «Океанотехника и энергетические установки»

Пешков В.Г.

РАСЧЕТ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ КОНДЕНСАТНО-ПИТАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СУДНА

Методические указания к курсовому проектированию для студентов заочной формы обучения специальности 180103

г. Северодвинск

2012 г.

УДК 621.67

Пешков В.Г.

Расчет центробежных насосов конденсатно-питательной системы судна

Методические указания к курсовому проектированию для студентов заочной формы обучения специальности 180103

Компьютерный набор и верстка автора.

Подготовка к печати – О.А. Мартиросян.

Сдано в производство Подписано в печать

Уч. изд. л. Формат 60×84¹/₁₆. Усл.- печ. л.

Изд. № Заказ №

Редакционно-издательский отдел ИСМАРТ (Севмашвтуза)

164500, г. Северодвинск, ул. Воронина, 6.

ВВЕДЕНИЕ.

Целью проекта является закрепление знаний по основам теории вспомогательных гидравлических машин, а также практическое овладение навыками выполнения необходимых расчетов при проектировании центробежных насосов. Исходные данные для выполнения
курсового проекта приведены в таблице 1 для вариантов с конденсатным насосом и в таблице 2 – для вариантов с питательным насосом. Далее представлены методика и алгоритмы расчетов параметров насосов и характеристик их рабочих колес.

ОПИСАНИЕ КОНДЕНСАТНО-ПИТАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

Конденсатно-питательная система (см. рис.1) с точки зрения насосного оборудования содержит следующие виды насосов:

- Конденсатный насос, предназначен для удаления конденсата из главного конденсатора и подачи его в деаэратор и (или) непосредственно к питательному насосу (в зависимости от схемного решения конденсатно-питательной системы). В качестве конденсаторных насосов обычно применяют центробежные насосы. Они должны обладать высокими антикавитационными качествами, стабильностью и надежностью в работе. Как правило, первая ступень насоса имеет меньший напор, чем последующие ступени, и её колесо выполняется с лопастями двоякой кривизны. Общее число ступеней не превышает трех. Главные конденсатные насосы выполняются в вертикальном положении. Для отвода жидкости от рабочих колёс используются спиральные отводы, либо направляющие аппараты, однако предпочтение отдается первому варианту. Частота вращения ротора конденсатного насоса не превышает 3000 об/мин.

- Питательный насос предназначен для подачи питательной воды, к главным и вспомогательным парогенераторам. В качестве питательных насосов обычно применяются многоступенчатые центробежные насосы. Число ступеней определяется допустимым напором на одну ступень и максимально допустимой частотой вращения ротора, обеспечивающей бескавитационную работу насоса. Вода к питательному насосу подается либо от бустерного насоса, либо из деаэратора, или же непосредственно от конденсатного насоса. При поступлении воды из деаэратора в качестве первой ступени используется бустерная ступень с лопастями двоякой кривизны, имеющая высокие антикавитационные качества. Частота вращения питательного насоса с бустерной ступенью не более 35ОО-6ООО об/мин. По расположению вала питательный насос может быть как вертикального, так и горизонтального исполнения.

- Циркуляционный насос, предназначен для прокачки забортной воды через главный конденсатор для конденсации отработавшего в главных турбинах пара. В качестве циркуляционных насосов применяется также центробежные насосы. Напор насоса обычно не превышает 5О-100 Дж/кг. На рисунках 2 и 3 приведены принципиальные конструкции конденсатного и питательного насосов соответственно

Рис. 1

Рис 1. Схема конденсатно-питательной системы

Рис. 2. Кондесатный насос

Рис. 3. Питательный насос

ДЕ 2

ДЕ 3

Тема: «Расчет конденсатного насоса подводного аппарата»

Задание: По перечисленным в таблице 1 исходным данным рассчитать геометрию рабочих колес, отводов, выбрать схему уравновешивания осевого усилия и спроектировать конденсатный насос для установки без деаэратора.

Варианты заданий

Таблица 1

Вариант Величина

G_пн, кг/с

k_кн

1,11

1,12

1,13

1,14

1,15

1,16

1,11

G_под, кг/с

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,1

G_отб, кг/с

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,1

h_к, м

1,99

2,00

2,01

2,02

2,03

2,04

2,05

d_тр, м

0,125

0,150

0,125

Sl_тр, м

5,1

5,2

5,3

5,4

5,5

5,6

5,0

x_1,x_2,x₃

0,4 0,6 6

0,5 0,7 7

0,3 0,5 5

0,4 0,6 6

0,5 0,7 7

0,3 0,5 5

0,4 0,6 6

P_кл, кПа

100

105

P_ф1 кПа

100

P_ТОАкПа

P_тр2 кПа

P^кн_под, МПа

0,020

0,015

0,020

0,018

0,015

0,018

0,020

T, К

333

326

333

330

326

330

333

P^пн_под, кПа

425

450

475

500

525

550

575

h_g, м

Без деаэратора

P_g, кПа

Без деаэратора

ДЕ 2

ДЕ 3

Тема: «Расчет конденсатного насоса надводного судна»

Задание: По перечисленным в таблице 2 исходным данным рассчитать геометрию рабочих колес, отводов, выбрать схему уравновешивания осевого усилия и спроектировать конденсатный насос для установки с деаэратором.

Варианты заданий

Таблица 2

Вариант Величина	1	2	3	4	5	6	7
G_пн, кг/с	16	17	18	19	20	21	22
k_кн	1,12	1,13	1,14	1,15	1,16	1,09	1,10
G_под, кг/с	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
G_отб, кг/с	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8
h_к, м	1,98	1,99	2,00	2,01	2,02	2,03	2,04
d_тр, м	0,125	0,125	0,125	0,125	0,150	0,150	0,150
Sl_тр, м	5,1	5,2	5,3	5,4	5,5	5,6	5,7
x_1,x_2,x₃	0,5 0,7 7	0,3 0,5 5	0,4 0,6 6	0,5 0,7 7	0,3 0,5 5	0,4 0,6 6	0,5 0,7 7
P_кл, кПа	70	75	80	85	90	95	100
P_ф1 кПа	без фильтра
S P_ТОАкПа	23	24	25	26	27	28	29
P_тр2 кПа	22	23	24	25	26	27	28
P^кн_под, МПа	0,015	0,018	0,020	0,015	0,018	0,020	0,015
T, К	326	330	333	326	330	333	326
P^пн_под, кПа	с деаэратором
h_g, м	10	9	8	10	9	8	10
P_g, кПа	125	130	135	140	145	150	155

ДЕ 2

ДЕ 3

Тема: «Расчет питательного насоса подводного аппарата»

Задание: По перечисленным в таблице 3 исходным данным рассчитать геометрию рабочих колес, отводов, выбрать схему уравновешивания осевого усилия и спроектировать питательный насос для установки без деаэратора.

Варианты заданий

Таблица 3

Вариант Величина	1	2	3	4	5	6	7
G_пг, кг/с	28,1	28,2	28,3	28,4	33,8	33,6	33,5
k_пн	1,05	1,10	1,15	1,20	1,05	1,10	1,15
G_отб, кг/с	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,9	0,9
P_g, кПа	без деаэратора
P^пн_под, кПа	400	425	450	475	5ОО	525	550
h, м	без деаэратора
P_тр1, кПа	20	21	22	23	24	25	21
P_пг, кПа	1500	1525	1550	1575	1600	1625	1650
P_пкл, кПа	100	105	110	115	120	125	130
P_пг, кПа	3000	3100	3200	ЗЗ00	3400	3500	3600
P_тр2, кПа	300	310	320	330	340	350	360
P_тоа, кПа	100	106	110	115	120	125	130
T,К	413	415	416	417	418	419	420

ДЕ 2

ДЕ 3

Тема: «Расчет питательного насоса надводного судна»

Задание: По перечисленным в таблице 4 исходным данным рассчитать геометрию рабочих колес, отводов, выбрать схему уравновешивания осевого усилия и спроектировать питательный насос для установки с деаэратором.

Варианты заданий

Таблица 4

Вариант Величина	1	2	3	4	5	6	7
G_пг, кг/с	30,0	30,0	30,0	30,0	35,7	35,9	35,2
k_пн	1,05	1,10	1,15	1,20	1,05	1,10	1,15
G_отб, кг/с	0,8	0,8	0,8	0,8	1,1	1,1	1,1
P_g, кПа	400	425	450	475	500	525	550
P^пн_под, кПа	с деаэратором
h, м	5	6	5	6	5	6	5
P_тр1, кПа	15	16	17	18	19	20	21
P_пг, кПа	1700	1725	1750	1775	1800	1825	1850
P_пкл, кПа	100	105	110	115	120	125	130
P_пг, кПа	3800	3900	4000	4100	4200	4300	4440
P_тр2, кПа	З00	320	340	360	400	440	460
P_тоа, кПа	100	105	110	115	120	125	130
T,К	415	416	417	418	419	420	421

Пояснения к таблицам исходных данных 1, 2, 3, 4.

G_пн- массовая подача питательного насоса

k_к- коэффициент запаса при подаче для конденсатного насоса

G_под- подвод воды в напорную магистраль

G_отб- отбор воды из напорной магистрали

h_к- геометрическая высота от уровня в конденсатосборнике до ЦТ сечения приёмного патрубка

d_тр- диаметр трубопровода конденсатно-питательной системы

Sl_тр - суммарная длина приёмного трубопровода

x_1,x_2,x₃ - коэффициенты местных сопротивлений на приёмном трубопроводе

P_кл - потери давления на клапанах напорной магистрали

P_ф1 - потери давления на ионообменном фильтре

S P_ТОА - суммарные потери давления в теплообменных аппаратах

P_тр2- потери давления в напорной магистрали

P^кн_под - давление подпора на входе конденсатного насоса

h_g - расстояние от ТЦ сечения напорного патрубка до уровня подъёма конденсата в деаэраторе

P_g - сопротивление деаэрационной головки

G_пг - паропроизводительность парогенератора

k_пн - коэффициент запаса по подаче питательного насоса

G_отб - отбор воды из напорной магистрали

P_g - давление в деаэраторе

H - геометрическая высота от уровня воды в деаэраторе до ЦТ сечения всасывающего патрубка питательного насоса

P^пн_под - давление подпора на входе питательного насоса

P_тр1 - гидросопротивление входного трубопровода питательного насоса

P_пг - гидросопротивление парогенератора

P_пкл - гидросопротивление блока клапанов

P_пг - давление генерируемого пара

P_тр2 - гидросопротивление напорного трубопровода питательного насоса

P_тоа - гидросопротивление теплообменных аппаратов

T - температура жидкости на входе в насос

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА И ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧЕГО КОЛЕСА.

ПАРАМЕТРЫ НАСОСА.

Подача конденсатного насоса определяется следующим образом:

, ;

Напор конденсатного насоса рассчитывается по формуле для схемы с деаэратором:

, ;

Напор конденсатного насоса рассчитывается по формуле для схемы без деаэратора:

, ;

Члены, входящие в данные формулы:

, где - плотность перекачиваемой жидкости;

, где - коэффициент гидравлического сопротивления;

- число Рейнольдса; в свою очередь скорость жидкости выражается как:

, ;

В зависимости от полученного значения числа Рейнольдса рассчитываем коэффициент гидравлического сопротивления по следующим формулам:

а) При значении числа - ламинарный режим течения:

б) При значении числа - турбулентный режим течения:

- для гладких труб

- для шероховатых труб, где

- эквивалентный диаметр

в) При значении числа - область гидравлически гладких труб:

Расчет ведется по формуле Кольбрука:

;

, – скорость перекачиваемой жидкости;

Подача питательного насоса определяется следующим образом:

, ;

Напор питательного насоса рассчитывается по формуле для схемы с деаэратором:

, ;

Напор питательного насоса рассчитывается по формуле для схемы без деаэратора:

, ;

2. 2 ПАРАМЕТРЫ СТУПЕНИ.

Многоколёсные центробежные насосы выполняют с последовательным (см. рис.5а) или параллельным (см. рис.5б) соединением рабочих колёс.

Насосы с последовательным соединением рабочих колёс называются многоступенчатыми. Напор такого насоса равен сумме напоров отдельных ступеней, а подача насоса равна подаче одной ступени:

; ;

где – число ступеней;

, ;

Насосы с параллельным соединением колёс принято считать многопоточными. Напор такого насоса равен напору одной ступени, а подача равна сумме подач отдельных элементарных насосов:

; ;

где - число потоков (для судовых насосов принимается не более двух).

Число ступеней ограничивается максимальным напором, создаваемым одной ступенью (обычно не превышает 1000 Дж/кг).

Определяем критический кавитационный запас энергии без деаэратора

для питательного насоса:

;

для конденсатного насоса:

;

Критический кавитационных запас энергии с деаэратором

для питательного насоса:

;

для конденсатного насоса:

;

где - давление насыщения жидкости при заданной температуре; - гидропотери всасывающего трубопровода; - коэффициент запаса, который принимается .

;

- коэффициент, зависящий от быстроходности насоса (см. рис.7);

или - соответственно для холодной пресной и морской воды;

Коэффициент запаса подбирается так, что составляющие в его произведении удовлетворяли графическим зависимостям и . Полученное значение данного коэффициента будет уточнено при нахождении расчетного соотношения далее по предложенной методике. (Отметим, что предложенные на рисунках 6 и 7 графические зависимости относятся к питательным насосам, так что при невыполнении поставленных условий для питательных насосов допускаем увеличение конечного граничного значения коэффициента запаса до значения, которое бы удовлетворяло и ).

Далее определим максимально допустимую частоту вращения рабочего колеса:

, где

- кавитационный коэффициент быстроходности, который выбирается исходя из назначения насоса:

- для напорно-пожарного насоса;

- для питательного насоса;

- для питательного насоса с бустерной ступенью;

- для конденсатного насоса;

- для насоса с предвключенным осевым колесом;

Определим рабочую частоту вращения колеса насоса:

, где

- коэффициент быстроходности, принимающий следующие значения:

- для напорно-пожарного насоса;

- для питательного насоса с бустерной ступенью;

- для питательного насоса;

- для конденсатного насоса;

Условие правильного выбора коэффициента быстроходности: согласование частот вращения по неравенству (причем не следует брать меньше 50).

Расчетная подача колеса может быть найдена по выражению:

, где - объёмный КПД, который находится как:

, где

- учитывает протечку жидкости через переднее уплотнение;

Теоретический напор находится по формуле:

где - гидравлический КПД, который определяется как:

, где

- приведенный диаметр входа в рабочее колесо; принимается (см. рис.8). Гидравлические потери возникают из-за наличия трения в каналах проточной части.

Механический КПД найдем по формуле

где учитывает потери энергии на трение наружной поверхности колеса о перекачиваемую жидкость (дисковое трение):

;

- учитывает потери энергии на трение в подшипниках и сальниковых устройствах насоса.

Общий КПД насоса определяется как:

;

КПД судовых центробежных насосов лежит в пределах от 0,55 до 0,75.

Потребляемая мощность насоса и максимальная мощность при перегрузках соответственно определяются как:

;

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

НА ВХОДЕ В РАБОЧЕЕ КОЛЕСО.

Размеры входа рабочего колеса определяются из условия обеспечения требуемых кавитационных качеств колеса и минимальных гидропотерь. Скорость на входе в рабочее колесо находится по формуле С.С.Руднева (она соответствует минимальному значению критического кавитационного запаса энергии):

Величина (см. рис.8) зависит от кавитационных качеств рабочего колеса и определяется графически относительно выбранного (следует отметить, что для малошумных насосов ).

Рис.8

Диаметр вала рабочего колеса в первом приближении найдем из расчета, на кручение по формуле:

, где

- допускаемое напряжение на кручение для данного вала (углеродистая сталь); - крутящий момент, приложенный к валу:

;

Полученное значение диаметра для придания жесткости увеличивают на 10-15 мм. Диаметр втулки выбирают в зависимости от способа крепления, а также из конструктивных соображений:

;

Диаметр входа в колесо находится с помощью уравнения неразрывности:

;

Расположение входной кромки лопасти колеса, а также ее ширина , зависят от коэффициента быстроходности и кавитационных качеств колеса, исходя из уравнения неразрывности:

;

Как правило, канал от входа в колесо до входа в межлопастные каналы выполняется или диффузорным, или постоянного сечения. Меридианная составляющая абсолютной скорости принимается для колес со средними кавитационными качествами:

;

Для колес со средними кавитационными качествами ( и ) лопасти выбираются цилиндрическими. Диаметр окружности, проходящей через средние точки входных кромок лопастей, принимается:

;

Входную кромку лопасти располагают под углом к оси колеса 15-30⁰ либо параллельно ей.

После поступления потока в межлопастной канал, последовательно учитывают следующие два фактора, действующие одновременно, а именно: стеснение потока телом лопастей и отклонение потока вследствие удара потока о лопасть.

Кроме того, после поступления потока в межлопастной канал, увеличится меридианная составляющая абсолютной скорости :

, где

- коэффициент стеснения на входе.

Окружная скорость на входе в межлопастной канал определятся по формуле:

, где - угловая скорость;

Учтём второй фактор – отклонение потока вследствие удара потока о лопасти. Обычно в рабочем колесе насоса лопасть устанавливают не под углом безударного поступления потока , а под углом , большим угла на величину угла атаки , учитывающего подкрутку потока на входе в межлопастной канал. Это делается для улучшения гидравлических и кавитационных качеств насоса на переменных режимах работы:

;

Угол установки лопасти на входе:

, где

- угол атаки, (для колес с нормальными кавитационными качествами , для колес с повышенными антикавитационными качествами на расчетном режиме ). Для судовых насосов .

При безотрывном обтекании лопасти поток движется по касательной к её поверхности. Поэтому, считаем, что относительная скорость потока , после его поступления на лопасти, направлена по касательной к средней линии профиля лопасти на входе и определяется по уравнению:

= ;

По скоростям , , , и углам , строят (см. рис.9) треугольники скоростей на входе в рабочее колесо:

Рис. 9

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 547; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!