Пример расчета колеса центробежного насоса

Марку требуемого насоса выбирают из числа серийных насосов, выпускаемых на отечественных или зарубежных специализированных заводах. Но в практике встречаются случаи, когда необходим поверочный расчёт насоса или расчет с целью создания новой конструкции.

Исходные данные. Часовой расход жидкости Q = 150 м³/час, секундный расход 0, 0416 м³/с; требуемый напор Н = 18 м; частота вращения вала насоса
n = 1450 мин^-1; угловая скорость = 152 сек^-1. Перекачиваемая жидкость – нефтепродукт плотностью 850 кг/м³.

На рис. 7.9 показан разрез колеса центробежного насоса.

Рис. 7.9. Разрез колеса центробежного насоса

Передача энергии происходит путем силового воздействия лопаток на поток жидкости. За счет вращательного движения и создания центробежных сил частицы жидкости перемещаются от центра к периферии (окраине), повышая абсолютную скорость до 20 – 80 м/с. Скорость жидкости в трубопроводе из-за гидравлических потерь не превышает 3 – 5 м/с. По этой причине абсолютную скорость жидкости на выходе из колеса снижают в расширяющихся каналах – диффузорах. В диффузоре и спиральной камере энергия скорости снижается и переходит в энергию давления.

1. В начале расчета насосного колеса определяем его степень быстроходности [21]

По степени быстроходности из данных таблицы 7.3 определяем, что колесо нормальное, отношение D₂/D₁ = 2.

2. Определяем диаметр канала на входе в колесо без учета диаметра ступицы

Диаметр канала приближенно можно определить, найдя площадь F по известному расходу Q и принятой допустимой средней скорости жидкости, равной 1 – 2, 5 м/с.

.

Для принятой скорости 2, 5 м/с диаметр канала на входе в колесо будет равен 0, 145 м.

3. Принимаем объемный КПД (), равный 0, 95; гидравлический КПД
(), равный 0, 9; механический КПД (), равный 0, 97, тогда

.

4. По величине требуемых значений подачи Q и напора Н определяем мощность на валу насоса по формуле:

5. Мощность двигателя, приводящего в движение насос, равна

.

6. Определяем крутящий момент на валу привода насоса

Для приводного вала выбираем сталь марки 20 с допустимым напряжением кручения t_кр = 150∙ 10⁶ Н/м². Момент сопротивления круглого сечения вала
W = 0, 2 D .

7. Напряжение вала от его кручения находим из выражения t_кр = М / W.

8. Диаметр вала выбираем по формуле

С учетом запаса прочности (3–4) и стандартного значения вала выбираем его значение 0, 05 м.

9. Диаметр ступицы колеса насоса

10. Определяем скорость на входе в колесо

11. Уточняем диаметр колеса на входе с учетом диаметра ступицы

Окончательно имеем

12. Выбираем радиус на входе в колесо r₁, радиальную составляющую абсолютной скорости (вход в колесо радиальный) и ширину входа в колесо b ₁.

13. На диске колеса имеются лопатки, которые уменьшают площадь входа и увеличивают скорость жидкости. Увеличение скорости учитывается коэффициентом стеснения К₁

14. Окружная скорость на входном радиусе колеса и угол b₁ на выходе из лопатки находятся из выражений:

15. Определяем требуемый напор с учетом гидравлического КПД.

16. Для создания данного напора у колеса с радиальным выходом лопаток окружная скорость должна быть не менее

.

Для колес с лопатками, загнутыми назад, значение u₂ должно быть увеличено на 30 – 50 %.

.

17. Определяем наружный радиус колеса и его диаметр

18. Из конструктивных соображений принимаем

b ₂ = 0, 7 × b ₁ = 07 × 0, 04 = 0, 028 м.

19. Увеличение радиальной скорости на выходе из колеса учитываем коэффициентом стеснения К₂, равным 0, 9.

20. Определив значения радиальной и окружной скорости на выходе из колеса, определим абсолютную скорость по формуле

= + u = 12, 3² + 20² = 551 м/с или = 23 м/с.

Число лопаток на колесе центробежного насоса зависит от его наружного диаметра и может лежать в пределах 5 – 13. Для рассчитываемого колеса принимаем число лопаток 7.

Расчеты показали, что насосное колесо с радиальным входом, наружным диаметром 0, 26 м, с числом лопаток 7, шириной на выходе из колеса 0, 028 м, частотой вращения 1450 мин^-1 обеспечит часовой расход нефтепродукта 150 м³/час при напоре 18 м.

По данным расчета выбираем марку насоса, изменяя частоту вращения, при необходимости.

Насосный парк нефтебаз или АЗС состоит из нескольких насосов, включенных по определенной схеме. Насосы включают последовательно и параллельно. Для повышения напора в два раза два насоса с одинаковыми характеристиками включают последовательно. Если нужно увеличить подачу нефтепродукта в два раза, то насосы включают параллельно.

В том случае, когда насос с двигателем должен работать круглосуточно, параллельно ему монтируется запасная насосная установка. При поломках или профилактических работах основного насоса включается запасная насосная установка. Несколько насосных установок, включенных в сеть параллельно, последовательно или смешанно, образуют насосную станцию.

В таблице 7.5 приведены характеристики центробежных консольных насосов, применяемые при перекачке нефтепродуктов (частота вращения 2950 мин^-1). В обозначении центробежного насоса, например НК 65/35 – 70, следует понимать, что Н – нефтяной насос; К – консольный; число в числителе – подача при роторе 1 (наружный диаметр колеса), м³/час; число в знаменателе – подача при роторе 2, м³/час; следующее число – напор, м [53].

Таблица 7.5