Характеристика центробежного насоса НЦВ 40/40

1. ОПИСАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА НЦВ 40/40 /1,3/

насос гидравлический вал

1.1 Назначение насоса Насос центробежный предназначен для перекачки морской и пресной воды. Электронасосный аппарат обеспечивает безотказную работу при:

а) качке с кремом до 450 и деференте 100

б) длительном креме до 250 и деференте 50

Электронасос должен эксплуатироваться в интервале рабочей характеристики насоса.

1.2 Технические характеристики насоса Подача насоса — 40 м3/ч Напор насоса — 40 м. вод.ст.

Высота всасывания насоса — 6 м. вод. ст.

Перекачиваемая жидкость — морская вода.

Электродвигатель:

Частота вращения электродвигателя — 3000 мин -1

Масса насоса — 255 кг Тип насоса — одноступенчатый несамовсасывающий радиально-разъемный вертикальный центробежный насос.

Кавитационный запас — 3 м. вод. ст.;

Основные размеры — 684×480, мм Патрубки всасывающие напорные, мм 50/40

Максимально допустимая вакуумметрическая высота всасывания — 7 м вод.ст.; КПД — 0,78

1.3 Конструкция и принцип работы Насос состоит из следующих деталей: корпус 1, в котором находится

рабочее колесо 5, зафиксированного на общем валу электронасоса шпонкой 51 и закреплено гайкой рабочего колеса 3. Гайка рабочего колеса зафиксирована против отворачивания стопорной шайбой 12.

Для предотвращения утечек, в корпусе находится уплотнительное кольцо 6, закрепленное винтом. К корпусу насоса присоединена крышка насоса, закрепленная при помощи шпильки 13, пружинной шайбы 14 и гайки 15.

В крышке насоса находится уплотнительное кольцо 2. На валу электронасоса находится защитная втулка 18, для предотвращения утечек жидкости, защитной втулке 18 установлена уплотнительная прокладка 45. Для предотвращения утечек жидкости предназначена набивка 9, находящаяся в крышке насоса 10. К крышке насоса при помощи откидного болта 10 и гайки 11, зафиксированной против отворачивания пружинной шайбой 12 присоединены две половины крышки сальника, соединённые накладкой 19. На крышке насоса для удобства разборки и установлен отжимной болт 16. На валу насоса находится отбивное кольцо 8. Насос соединен с электродвигателем при помощи муфты 34 и промежуточного вала, соединённых вместе при помощи конического болта 37, пружинной шайбы 38, и гайки, шпилькой 41, пружинной шайбы 42 и гайки 40. В корпусе насоса находится штуцер. К корпусу насоса присоединены всасывающий патрубок I и при помощи шпильки 48, пружинной шайбы 49 и гайки 50. Для предотвращения проникновения воздуха во всасывающий патрубок, установлена прокладка. К всасывающему патрубку присоединено кольцо и установлено, при помощи болта 16, пружинной шайбы 17 и гайки. Всасывающий I и напорный патрубки выполнены за одно целое с нижней частью корпуса 1 и расположена горизонтально под углом 1800 один к другому в плоскости перпендикулярной к оси вала насоса 30. Это позволяет разбирать и осматривать насос без демонтажа. Корпус 1 насоса и крышка изготовлены из латуни, а рабочее колесо 5 — из бронзы, вал 30 — из стали. Ротор насоса вращается в сферических роликовых подшипниках 31, смазываемых консистентной смазкой. Для предотвращения утечек из рабочей полости имеются торцевые уплотнительные кольца 6. Вал насоса 30 соединен с промежуточным валом электродвигателя 36 с помощью муфты 34 посредствам промежуточного сцепления 35. Для разборки насоса необходимо отдать болты 10 крепления верхней крышки корпуса насоса и затем поднять ротор вместе с крышкой отвести его в сторону. Для уплотнения вала в крышке имеется торцевое уплотнение 8. Его охлаждение и смазка осуществляется перекачиваемой жидкостью отбираемой из напорной полости III насоса. Осевые усилия в насосе воспринимаются роликовыми коническим подшипником 28, установленных во втулке промежуточного фланца 27. Для предотвращения уплотнения консистентных смазок с торца подшипников установлены мазеудерживающие кольца 29. С другой стороны подшипник крепится крышкой 32 с помощью шпильки 40, пружинной шайбой 43 и гайки 41. Для предотвращения протеканий смазки через крышку подшипника 32 устанавливаются лабиринтные уплотнения 33. Промежуточный фланец крепится к корпусу 1 верхней части насоса с помощью болта 43 и пружинной шайбы 44. Муфта 34 крепится к валу насоса 30 с помощью шпонки 39, а к промежуточному сцеплению 35 с помощью болтов 37 и пружинной шайбы 38. Нагнетательный трубопровод крепится к нагнетательному фланцу. Для предотвращения утечек жидкости через крышку сальника 19 устанавливается уплотнение, выполнения резины 45. К верхней части насоса крепится электродвигатель при помощи болтов 46, гайки 48 и пружинной шайбы 47.

Принцип действия насоса:

Подвод перекачиваемой жидкости осевой. Жидкость через всасывающий патрубок в рабочее колесо, которое, создавая давление, перемещает жидкость спиральный отвод и далее в напорную магистраль.

2. РАСЧЕТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА НЦВ 40/40

2.1Предварительный расчет центробежного насоса Коэффициент быстроходности рабочего колеса

(2.1)

где:n — частота вращения рабочего колеса, n=3000 мин-1;

Q1 — секундная производительность насоса, Q1=0.011 м3/с Н — напор, Н = 40 м вод. ст.

Приведенный диаметр входа в колесо

мм (2.2)

Гидравлический КПД на расчетном режиме

(2.3)

Объемный КПД

(2.4)

Механический КПД насоса принимаем предварительно? м= 0.96

Полный КПД насоса

= (2.5)

Мощность, потребляемая насосом

(2.6)

где р — плотность пресной воды, р = 1000 кг/ м3

g — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

Максимальная мощность насоса при 10% -й перегрузке

(2.7)

Согласно технической документации, на данном насосе установлен электродвигатель П — 51 М мощностью 12,4 кВт.

2.2 Определение геометрических параметров рабочего колеса Угловая скорость рабочего колеса

щ=р· n/30=314,2 (2.8)

Крутящий момент на валу колеса

M = Nм / щ = 39,47Н· м (2.9)

Диаметр вала насоса

(2.10)

где: ф — допустимое напряжение, ф= 15· 106 Па По значению d0 выбираем ближайший больший диаметр dв из стандартный рядов нормальных линейных размеров (см. табл. 6.1); dв=0,024

Концевой диаметр втулки рабочего колеса

(2.11)

Расчетная производительность колеса насоса

0,012 м3/с (2.12)

Первое приближение.

Скорость входа потока в колесо

(2.13)

Диаметр входа в колесо

(2.14)

Полученное значение округляем до ближайшего значения, кратного 5;

Уточненная скорость входа

(2.15)

Радиус средней точки входной кромки лопатки

(2.16)

Расчетную величину R1 приводим к СТ СЭВ 514−77 (табл.6.1) /1/; R1=0.034 Меридиональную составляющую абсолютной скорости потока до стеснения сечения лопатками принимаем равной скорости выхода =

Ширина входного канала в меридиональном сечении

(2.17)

Коэффициент стеснения сечения лопатки на входе в колесо принимаем в первом приближении равным К1 =1,15

Меридиональная составляющая абсолютной скорости при поступлении на лопатку с учетом стеснения сечения

(2.18)

Окружная скорость при входе в колесо

(2.19)

Угол безударного выхода потока на лопасти при

(2.20)

Примечания, имеем

Теоретический напор колеса

(2.21)

Окружная скорость при выходе из колеса в первом приближении, пологая Ku2=0.5

м/с (2.22)

Наружный радиус колеса

(2.23)

Меридиональная составляющая скорости потока при выходе из колеса без учета стеснения сечения (принимая K0= 0.8)

(2.24)

Коэффициент стеснения сечения лопатками на выходе колес (в первом приближении) К2=1,10

Коэффициент отношения относительных скоростей на входе и выходе из рабочего колеса Кw=1,1

Угол выхода лопатки

=20,84 град (2.25)

Оптимальное число лопаток

(2.26)

где:

Поправочный коэффициент на влияние конечного числа лопаток

=0,371 (2.27)

где: -коэффициент, зависящий от шероховатости проточной части рабочего колеса, =(0,55…0,65)+0,6

Расчетный напор, создаваемый при бесконечно большом числе лопаток

(2.28)

Меридиональная составляющая скорости потока с учетом стеснения сечения телом лопаток

(2.29)

Второе приближение Окружная скорость на выходе из колеса

(2.30)

Наружный радиус и диаметр колеса

(2.31)

Ширена канала колеса на выходе

(2.32)

Проверяем коэффициенты стеснения сечения телом лопаток на входе и выходе из рабочего колеса

(2.33)

Так как U2, K1, K2, вычисленные во втором приближении, совпадают с их значениями в первом приближении, с погрешностью менее 5% (соответственно 4,4%, 2,2%, 4,7%), то эти величины принимаются за окончательные.

Относительные скорости на входе и выходе из колеса

(2.34)

На основании полученных данных строятся входной и выходной треугольники скоростей.

2.3 Профилирование меридионального сечения рабочего колеса Профилирование канала рабочего колеса в меридиональном сечении ведется так, чтобы получить плавный переход меридиональной составляющей скорости при входе в колесо к ее величине при выходе. Для этого задаются плавным законом изменения в функции от радиуса R (, где i = 1… n — число разбиений, не менее 8−10). Примем линейный закон изменения .

Закон изменения от R имеет вид

Имея для каждого значения величину, по уравнению неразрывности определяем значение ширины канала

(2.35)

Толщина лопатки д выбирается постоянной или тоньше по концам.

Профилирование проведем в табличной форме, смотрите таблицу 2.1

Таблица 2.1

Расчет ширины канала по радиусу колеса

По данным таблицы 2.1 осуществляем профилирование канала рабочего колеса

2.4 Профилирование лопаток рабочего колеса по точкам Профилирование лопатки должно быть осуществлено так, чтобы создать более благоприятные условия для безотрывного обтекания контура лопатки потоком, что соответствует минимуму гидравлических потерь. С этой целью задаемся плавным законом изменения относительной скорости в межлопаточном канале. Примем линейный закон изменения W.

Закон изменения W от R имеет вид :

Шаг лопатки

м (2.36)

Промежуточное значение угла наклона лопатки

град (2.37)

Приращение центрального угла

рад (2.38)

где: — приращение радиуса, м;

изначение подынтегральной функции в начале и конце участка

(2.39)

Суммарное значение центрального угла

(2.40)

Таблица 2.2

Расчет координат профиля лопатки

Расчет профилирования лопатки рабочего колеса ведем в табличном форме, смотрите таблицу 2.2

По данным таблицы 2.2 осуществляется профилирование лопаток рабочего колеса.

2.5 Расчет спиральной камеры круглого сечения Радиус контрольной цилиндрической поверхности

(2.41)

Ширина входа в спираль с учетом осевого перемещения рабочего колеса

(2.42)

Радиусы круговых сечений спиральной камеры

м (2.43)

где: К — вспомогательный коэффициент,

(2.44)

Расстояние от оси колеса до оси спиральной камеры

(2.45)

Расстояние от оси колеса до наружной стенки спиральной камеры

(2.46)

Расчет значений, ,, ведется в табличной форме для 8 значений центрального угла, смотрите таблицу 2.3.

Таблица 2.3

Расчет характеристик круговых сечений спиральной камеры

По данным таблицы 2.3 строится образующая спирали.

2.6 Расчет диффузора спиральной камеры Расчет диффузора основан на уравнении сплошности с предварительным выбором угла расширения И в зависимости от значения средней скорости в выходном сечении спиральной камеры. Для обеспечения безотрывного течения потока в диффузоре угол раскрытия его принимают в пределах 8-. Примем угол раскрытия И=.

Длинна диффузора выбирается исходя из того, что скорость течения жидкости на выходе из диффузора должна быть равна Vвых=3ч5 м/с,

м (2.47)

где; - радиус сечения спиральной камеры при, м

D mp — диаметр нагнетательного трубопровода; м

(2.48)

Подбираем диаметр трубопровода, по стандарту ближайшее значение /1/

3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЛОПАТКИ Напряжение в лопатке от расчетного перепада давлений напора:

где: — расчетный перепад давлений, = 3,926 МПа; b — ширина лопатки, b = 21 мм; - толщина лопатки колеса, = 2,5 мм.

Напряжение лопасти рассчитывается по трем точкам: на входе, середина радиуса и выходе.

= 34.63 МПа Напряжение в лопасти от расчетного перепада давлений напора будет во всех трех точках одинаково Нагрузка действующая на лопасть от центробежных сил на произвольном радиусе:

Где — плотность материала, = 250; - относительная скорость, = 341; R — радиус зацепления лопатки на входе, середине и выходе колеса:

на выходе: G = 250*2*2,5* = 19,7 МПа, середине: G = 250*5*2,1* = 14,8 МПа, на выходе: G = 250*2*2,6* = 20,4 МПа, Напряжение изгиба в лопасти:

на выходе: ,

середине: ,

на выходе: ,

Суммарное напряжение в лопасти:

на входе: = 19,7 + 80,4 = 100,1 МПа,

середине: = 14,8 + 60,4 = 75,2 МПа,

на выходе: = 20,4 + 83,4 = 103,8 МПа,

Коэффициент запаса прочности:

= 2,8

где — предел текучести материала для СТ45, = 290 МПа Рисунок 2.2 Профилирование канала рабочего колеса Рисунок 2.1 Треугольник скоростей Рисунок 2.3 Образующая спирали

4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА НЦВ 40/40 /7/

4.1 Общие указания Для правильной эксплуатации необходимо:

— содержать электронасос в чистоте;

— следить за герметичностью стыков;

— своевременно заменять быстроизнашивающиеся детали.

При длительном бездействии электронасос и бачок подлежит консервации.

4.2 Указания мер безопасности К монтажу и эксплуатации насоса допускаются только квалифицироанные механики и слесаря, знающие конструкцию насоса, обладающие определенным опытом его обслуживания, ремонту и проверке эксплуатируемых насосов.

Электронасос должен быть заменен.

4.3 Порядок установки

Установить насос так, чтобы был доступ к электронасосу при обслуживании сальника, наблюдением за уравнем воды в бочке, разраборке и сборке электронасоса.

Установить на напорной магистрали обратный клапан для обеспечения нормального срабатывания.

Установить на напорной магистрали манометр, а на всасывающей — моновакууметр.

4.4 Подготовка к работе Осмотреть и подготовить к работе электродвигатели ускорегулирующую аппаратуру.

Проверить герметичность всех стыков и фланцевых соединений. Заменить полость крышки и подать воду от постороннего источника.

Проверить исправность и правильность подключений контрольно-измерительных приборов.

Проверит направление вращение электродвигателя. Для этого произвести пуск электронасоса. При этом следить за вращением ротора.

4.5 Порядок работы Пуск насоса.

— открыть задвижку на всасывающей и нагнетательной магистрали;

— включить электродвигатель в соответствии с инструкцией по эксплуатации;

— вести контроль за приборами контроля всасывания и нагнетания. Время работы насоса в режиме сухого всасывания не более 10 минут;

— при установившемся давлении, закрываем задвижку на напорной магистрали, установить необходимый режим работы агрегата;

— следить за работой сальника во время работы насоса. При нормальной работе через набивку происходит незначительные утечки воды. Допускаемая утечка воды около 3 кг.;

— следить за уровнем воды в бочке, по мере необходимости доливать чистую пресную воду.

Остановка насоса:

— выключить электродвигатель;

— закрыть задвижку на всасывающей и нагнетательной магистралях.

5. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ОДНОТРУБНОГО ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СУДНА На морских судах применяются только системы водяного отопления с принудительной циркуляцией воды. Систему заполняют холодной водой по наливному трубопроводу 15 через палубную втулку 16, оставляя незаполненной верхнюю часть расширительного бочка 18, учитывая увеличение объема воды после нагревания в котле 6. Из котла горячая вода естественным путем поднимается по трубе 8 в бачок 18 с водоуказательной колонкой 20. Бачок ставят высоко, чтобы в него выходили пузырьки воздуха и пара из трубопроводов и грелок 12 системы, а не скапливались в грелках, что приводит к нарушению циркуляции воды в системе. Из расширительного бака воздух и пар отводится по трубе 19 в атмосферу, а вода по трубопроводам 10, 14, и 13 горярячей воды самотеком направляется к грелкам 12, которые подключаются трехходовыми кранами 11. Отдельные участки магистрали горячей воды подключаются клапанами 9. При переполнении бочка 18 вода переливается по трубе 7 в трюм. Охлажденная вода из грелок 12 стекает в магистраль 1 с запорными клапанами 2, из которых насосом 3 возвращается в котел 6 для нагревания. При отключении краном 4 центробежного насоса 3 отработавшая вода поступает в котел через байпасный трубопровод 5. Давление воды контролируют манометрами 17.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исходя из расчета центробежного НЦВ 40/40, можно сказать, что основными деталями подвергающимся дефектам и поломкам являются рабочее колесо и лопатки. А вал насоса подвергается значительному воздействию со стороны осевой гидравлической силы, что ведет к необходимости ее уравновешивания.

Центробежный насос НЦВ 40/40 требует неукоснительного выполнения инструкции завода изготовителя по его технической эксплуатации.

1. Артемов Г. К., Симашов Р. Р Судовые центробежные насосы:

Конструкции и расчет: Уч. пос. Владивосток: Дальрыбтуз, 2000. 81с.

2. Блинов И. С. Справочник технолога механосборочного цеха судоремонтного завода. — М.: Транспорт, 1969. -704 с.

3. Будов В. Ф. Судовые насосы. — Л.: Судостроение, 1988. — 432 с.

4. Воронов В. Ф. Судовые гидравлические машины.- Л.: Судостроение, 1977. — 301 с.

5. Кравчук В. Ф. Судовые вспомогательные механизмы, теплообменные аппараты и системы: Методические указания к курсовой работе для студентов заочников высших учебныз заведений. — Одесса, ОИИМФ.: 1978. — 36 с.

6. Михайлов А. М. Сопротивление материалов. — М.: 1989.

7. Петрина Н. П. Судовые насосы. — Л.: Судопромгиз, 1962. — 376 с.

8. Техническая документация: Инструкция по эксплотации центробежного насоса НЦВ 63/30.

9. Черкасский В. М. Нососы, вентиляторы, компрессоры.-М.: Энергоиздат, 1984. — 416 с.