Дипломная (вкр): Проектирование судовой энергетической установки

9. Конструктивный узел

Система охлаждения предназначена для отвода тепла от деталей двигателя, подверженных нагреву горячими газами и для поддержания допустимых температур, определяемых жаропрочностью материалов, термостабильностью масла и оптимальными условиями протекания рабочего процесса. В зависимости от конструкции ДВС количество тепла, отводимого в охлаждающую жидкость, составляет 15-35 % тепла, выделяемого при сгорании топлива в цилиндрах.

В данном дипломном проекте представлен охлаждающий насос, установленный в замкнутой системе охлаждения, в качестве охлаждающей жидкости используется пресная вода. Вода, охлаждается в специальных охладителях. Охладители прокачиваются забортной водой.

Одним из основных преимуществ этой системы является возможность поддержания охлаждаемых полостей в более чистом состоянии, так как система заполнена пресной или специально очищенной водой. Это в свою очередь позволяет легко поддерживать наивыгоднейшую температуру охлаждающей воды в зависимости от режима работы двигателя. Замкнутая система охлаждения является более сложной, чем проточная и требует повышенного расхода энергии на работу насосов.

Целью курсового проекта является: определение параметров ступени, определение основных размеров входа рабочего колеса,

расчет основных размеров входа рабочего колеса, расчет и построение меридианного сечения рабочего колеса, проверочный расчет на кавитацию, построение плана рабочего колес

расчет спирального отвода, расчет протечек через переднее уплотнение, расчет сил действующих на рабочее колесо.

Таблица 21

Определение параметров ступени

Определю кавитационный запас энергии

, где

- критический кавитационный запас энергии, Дж/кг.

А - коэффициент запаса_.

А =1,15…1,3.

Р_а - давление на входе, Па.

Р_п - давление парообразование при данной температуре, Па.

- плотность, кг/м³.

g - ускорение свободного падения, м/с².

hвс- высота всасывания, м.

 - гидравлические потери в приёмном трубопроводе, Дж/кг.

A= 1.3

 Дж/кг.

Р_п = 41910 Па, т.к. Т=350 К.

Принимаю значение кавитационного коэффициента быстроходности в зависимости от назначения насоса. Для насоса системы охлаждения С=800. Найду максимальную допустимую частоту вращения:

, где

 - максимальная частота вращения, об/мин.

- критический кавитационный запас энергии, Дж/кг.

Q₁ - подача насоса, м³/с.

 об/мин.

Высчитываем значение коэффициента быстроходности n_s:

, где

n - рабочая частота вращения, об/мин;

74

Коэффициент быстроходности входит в заданный диапазон значений, он не меньше 50. Определю расчётную подачу колеса Q_р:

, где

₁ - подача, м³/с.

 - объёмный КПД.

,

.

;

;

 м³/с.

Найду теоретический напор Н_т:

, где

Н₁ - напор, Дж/кг;

 - гидравлический КПД. Можно найти по формуле А. А. Ломакина.

, где

_1пр - приведённый диаметр входа в колесо, мм.

Приведённый диаметр входа в колесо определяется из уравнения подобия:

, где

= 3.6…6.5 - определяется в зависимости от кавитационных качеств колеса;

мм.

;

Дж/кг.

Находим общий КПД насоса

, где

- механический КПД. Он определяется по уравнению:

, где

- учитывает потери энергии на трение наружной поверхности колеса о жидкость;

- учитывает потери энергии на трение в подшипниках и сальниках насоса, лежит в пределах =0.95…0.98

;

.

.

Определю потребляемую насосом мощность N:

;

 Вт.

кВт.

Выбираю двигатель:

n = 965 об/мин. N=42 кВт

Марка двигателя: АМ92-6

Определение основных размеров входа рабочего колеса.

Размеры входа рабочего колеса рассчитываются из условия обеспечения требуемых кавитационных качеств колеса и минимальных гидравлических потерь. Значение скорости С₀ входа патока в колесо оценивают по формуле С.С. Руднева

, где

величина коэффициента принимается в зависимости от требуемых кавитационных качеств колеса и лежит в пределах:

 м/с.

Диаметр вала d_в в первом приближении рассчитывается из расчёта на кручение по формуле

, где

М_кр - момент кручения, приложенный к валу, Нм;

- допускаемое напряжение на кручение, для валов углеродистой стали, принимается, Н/м².

 = (300…500)10⁵ Н/м².

;

Н/м.

м.

Для придания жёсткости d_в увеличивают на 10…15 мм.

Диаметр втулки определяют конструктивно по  в зависимости от способа крепления колеса на валу:

;

м.

Диаметр D₀ входа в колесо находится из уравнения неразрывности:

;

 м.

Найду ширину лопасти b₁, которая зависит от кавитационных качеств колеса и величины коэффициента быстроходности n_s.

, где

 - меридианная составляющая абсолютной скорости, м/с;

, где

;

 м.

Диаметр D₁ окружности проходит через средние точки входных кромок лопастей.

 м.

;

 м/с.

 м.

Меридианная составляющая абсолютной скорости после поступления патока в межлопастной канал (т.е с учётом стеснения) определяется по уравнению

, где

₁- коэффициент стеснения на входе, k₁=1.05…1,15;

м/с.

Определю окружную скорость на входе в межлопастной канал.

, где

-угловая скорость, рад/с;

;

м/с.

Найду угол безударного поступления потока на лопасти находится из уравнения

,

,

Угол установки лопасти на входе

, где

- угол атаки; =3…10⁰

При безотрывном обтекании лопасти поток движется по касательной к поверхности лопасти. Относительная скорость W₁ потока после поступления на лопасть направлена по касательной к средней линии профиля лопасти при входе. Величина относительной скорости W₁ определяется по уравнению:

,

 м/с.

Рис.13 Треугольник скоростей при входе в рабочее колесо насоса

Расчёт основных размеров выхода рабочего колеса

Размеры выхода рабочего колеса, основными из которых являются наружный диаметр D₂ рабочего колеса, ширина b₂ лопасти на входе и угол  установки лопасти на выходе определяют из условия создания требуемого напора или достаточно высокого КПД.

Наружный диаметр D₂ рабочего колеса находят методом последовательных приближений. Диаметр D₂ в первом приближении определяется по окружной скорости u₂, найденной из основного уравнения лопастных машин

,

Воспользуемся опытным соотношением скоростей

, ;

;

м/с.

Определю наружный диаметр D₂ рабочего колеса в первом приближении

;

м, R₂₁= 0,206 м. R₂₁=D₂₁/2

Найду угол установки лопаток на выходе из межлопастного канала

, где

для безотрывного обтекания потоком поверхности;

м/с - меридианная составляющая абсолютной скорости;

К₂ = (1.0…1.05), К₂ = 1 - коэффициент стеснения на выходе из рабочего колеса.

Найду минимальное число лопастей

, где

 м;

, z = 7.

Найду коэффициент учитывающий влияние конечного числа лопастей:

Зная z ( 6…8), R₁ и R₂ ( в первом приближении), определяем коэффициент p, учитывающий влияние конечного числа лопастей. При радиальном направлении средней линии меридианного сечения рабочего колеса коэффициент p находится по формуле

, где

 - коэффициент учитывающий чистоту обработки поверхности и форму лопасти;