Дипломная (вкр): Проектирование судовой энергетической установки, страницы 31-35

.

Определю теоретический напор колеса по струйной теории

_,

Дж/кг.

Найду окружную скорость во втором приближении

;

м/с;

м/с.

По окружной скорости u₂ находим диаметр выхода во втором приближении по уравнению

;

Определю диаметр выхода во втором приближении

м.

Вычисляю ширину лопасти на выходе:

;

м.

Относительная скорость на выходе

;

м/с.

Треугольник скоростей построен по результатам работы программы pump

Рис.14 Треугольник скоростей при выходе из рабочего колеса насоса.

Расчёт и построение меридианного сечения рабочего колеса

Ширина межлопастного канала рабочего колеса должна изменяться плавно от входа к выходу. Для этого следует задаться графиком изменения меридианной составляющей абсолютной скорости в функции от радиуса . Исходным уравнением для определения ширины межлопастного канала является уравнение неразрывности

,

где - расчетная подача, м³/с; - некоторый произвольный диаметр, м; - ширина межлопастного канала на диаметре , м; - меридианная составляющая абсолютной скорости, м/с.

Разбив среднюю линию канала()от радиуса R₁ до радиуса R₂ на 10 участков, по формуле определим ширину межлопастного канала на соответствующем радиусе и на принятой средней линии канала () в меридианном сечении отметим точки, соответствующие радиусам . Примем эти точки за центры. Проведем ряд окружностей, диаметр которых равен соответствующей ширине канала в меридианном сечении. Боковые стенки получаются как огибающие этих окружностей. По конструктивно-технологическим соображениям контуры канала корректируются. Указанные расчеты удобно проводить в табличной форме.

Закон изменения меридианной составляющей абсолютной скорости в функции от радиуса r_i известен. Таким образом, по известному значению радиуса r_i по графику найдём соответствующее значение меридианной скорости .

Ширина b_iмежлопастного канала в меридианном сечении на соответствующем радиусе r_i определяется по уравнению по уравнению сплошности. Чтобы создать наиболее благоприятные условия для безотрывного обтекания контура лопасти потоком, что соответствует минимуму гидравлических потерь, примем плавный (без минимумов и максимумов) закон изменения относительной скорости от до в функции от радиуса r_i Значения относительных скоростей и были найдены при определении размеров входа и выхода рабочего колеса насоса. Для обеспечения устойчивости потока в канале рабочего колеса отношение скоростей должно быть близким к единице. Таким образом, по известному значению радиуса r_i из графика найдём соответствующее значение относительной скорости W_i.

Толщину лопасти на соответствующем радиусе находят по графику Толщина (при ) может быть принята равной 2..4 мм, толщина - равной 0…2 мм. Максимальная толщина лопасти находится приблизительно посередине длины лопасти и обычно принимается равной 5-8 мм (принято6 мм).

Таким образом, мы имеем все необходимые данные для расчета таблицы 1. Угол обхвата лопасти в плане должен лежать в пределах .

Расчет таблицы 1 и 2 выполняется в программе Pump011new.exe.

Таблица 22 - К расчету меридианного сечения и лопасти рабочего колеса

Исходные данные:
Q=340 м³/час Н=250 Дж/кг Р_а=250 кПа Т=77°С Н_ВС=-2 м		H_тп=3 Дж/кг С=800 А=1.2 Δη₀=0.04 η_мп= 0.96			Δψ=0.60 [τ]=40.00 МПа S=0 R_O= 973,59 КГ/М³ P_S=41,89 кПа			Число параллельных потоков = 1 Число ступеней = 1
Результаты расчета:
D₂ = 0.4658 M D₁ = 0.1900 M D_O = 0.1950 M D_BT = 0.060 M D_B = 0.0450 M Z = 7		D_D₁ = 4.0 MM U₁ = 9,6 M/C W₁ = 9,15 M/C C_M₁' = 3.40 м/с C_M1 = 3,83M/C			W₁' = 10,18 M/C W₁₀ = 10,34 M/C C₂ = 12,37 M/C U₂ = 23,53 M/C W₂ = 12.34 M/C C_M2 = 3,77 M/C C_2U = 11,78 M/C			C_2∞ = 15,66 M/C W_2∞ = 9,15 M/C C_M2'= 3,69 M/C C_2U∞ = 15,20 M/C C_O = 3.76 M/C n_s = 95,52
β	R		B	TT		DD	CM		W
24,7494	0,0950		0,0501	0,0000		0,0040	3,4000		9,1480
24,9826	0,1023		0,0464	9,1145		0,0045	3,4151		9,1480
25,1562	0,1095		0,0431	17,5239		0,0049	3,4302		9,1480
25,2813	0,1168		0,0402	25,3391		0,0053	3,4453		9,1480
25,3662	0,1240		0,0377	32,6474		0,0056	3,4603		9,1480
25,4175	0,1313		0,0355	39,5181		0,0058	3,4754		9,1480
25,4405	0,1385		0,0335	46,0078		0,0060	3,4905		9,1480
25,4394	0,1458		0,0317	52,1626		0,0061	3,5056		9,1480
25,4176	0,1531		0,0300	58,0210		0,0061	3,5207		9,1480
25,3780	0,1603		0,0286	63,6155		0,0060	3,5358		9,1480
25,3228	0,1676		0,0272	68,9735		0,0059	3,5509		9,1480
25,2541	0,1748		0,0260	74,1186		0,0058	3,5659		9,1480
25,1735	0,1821		0,0248	79,0709		0,0055	3,5810		9,1480
25,0823	0,1893		0,0238	83,8480		0,0052	3,5961		9,1480
24,9818	0,1966		0,0228	88,4655		0,0049	3,6112		9,1480
24,8730	0,2039		0,0219	92,9368		0,0044	3,6263		9,1480
24,7568	0,2111		0,0211	97,2738		0,0039	3,6414		9,1480
24,6339	0,2184		0,0203	101,4873		0,0033	3,6565		9,1480
24,5050	0,2256		0,0195	105,5866		0,0027	3,6715		9,1480
24,3708	0,2329		0,0189	109,5803		0,0020	3,6866		9,1480

Таблица 23. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИКИ Р.К.

Q	H
0.0000(0.00)	284,85
0.0094(34.00)	291,00
0.0189(68.00)	295,02
0.0283(102.00)	296,89
0.0378(136.00)	296,62
0.0472(170.00)	294,21
0.0567(204.00)	289,65
0.0661(238.00)	282,96
0.0756(272.00)	274,11
0.0850(306.00)	263,13
0.0944(340.00)	250,00
0.1039(374.00)	234,73
0.1133(408.00)	217,31

КПД НАСОСА = 0.7374 ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ПРИВОДА = 965.0 мин-1

МОЩНОСТЬ ПРИВОДА = 37,410 КВТ

ДОП. ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ=17,214 M C [ПОЛУЧЕННОЕ]=642,7

Таблица 24. Определение характеристики сети

№	Qi	Hi	Qi/Qр	Hс
1	0,000	284,850	0,000
2	0,009	291,000	0,095	2,612
3	0,019	295,020	0,200	11,801
4	0,028	296,890	0,295	25,791
5	0,038	296,620	0,400	47,459
6	0,047	294,210	0,495	72,012
7	0,057	289,650	0,600	104,274
8	0,066	282,960	0,695	136,573
9	0,076	274,110	0,800	175,430
10	0,085	263,130	0,895	210,650
11	0,094	250,000	0,989	244,765
12	0,104	234,730	1,095	286,312

Рисунок 15 Графики характеристик насоса и сети.

Рис.16 меридианное сечение рабочего колеса

Проверочный расчёт на кавитацию

По найденным значениям С_1,0 , W₁₀ ,U₁ при входе в межлопастные каналы рабочего колеса первой ступени определяется критический кавитационный запас энергии.

, где

См₁ =С_1,0,

- коэффициент кавитации.

, где

Δ₁ - толщина лопасти на входе;

Δ₄₅ - толщина лопасти на расстоянии 45 мм от входной кромки.

Условие справедливости формулы:

1) n_s ≤ 120

2)

3)

Дж/кг.

;

Допускаемую геометрическую высоту всасывания определяю из уравнения

;

м.

Полученная в результате проверки допускаемая геометрическая высота всасывания, больше заданной высоты всасывания. Это свидетельствует о том, что в рабочем колесе не будет возникать кавитация.

Построение Плана рабочего колеса

Лопасти рабочего колеса профилируются таким образом, чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия для безотрывного обтекания контура лопасти потоком рабочей среды.

Дифференциальное уравнение средней линии сечения лопасти в плане будет иметь вид

,

Откуда

.

При угол и тогда .

Так как толщиной лопасти Δ, скоростями с’_m и W в функции радиуса мы задались не аналитически, а в виде графиков (см. рис. 2), интегрирование уравнения выполняется приближенно по правилу трапеции.

Обозначим подынтегральную функцию , тогда

,

где - приращение центрального угла; B_i и В_i₊₁ - значения подынтегральной функции в начале и в конце рассматриваемого участка; - приращение радиуса.

Задаваясь приращением радиуса , разбиваем диапазон интегрирования r от R₁ до R₂ на 10 участков. Тогда для промежуточного радиуса r_kполучаем соответствующий угол в полярной системе координат, в которой полюс совпадает с осью рабочего колеса, а полярная ось проходит через входную кромку лопасти

.

Величина радиуса r_k вычисляется по уравнению

,

где .

Угол охвата всей лопасти можно найти из выражения

.

По вычисленным координатам строим среднюю линию сечения лопасти в плане (см. рис. 4). Из точек на средней линии как из центров проводим окружности диаметром, равным толщине лопасти на соответствующем радиусе r_i. Огибающая окружностей и будет контуром сечения лопасти в плане. Входная кромка лопасти закругляется радиусом, равным .

Рис.17 рабочее колесо в плане

Ход расчета спирального отвода.

Выполнение расчета спирального отвода состоит из двух частей: расчет спирального канала и расчет диффузора. При выполнении курсового проекта принят метод расчета спирального канала на основе закона . В основе расчета спирального канала лежат следующие положения: поток не вязкий, осесимметричный и момент скорости жидкости в спиральном канале есть величина постоянная, т.е. .