Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Насосы и компрессорные машины

..pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
15.25 Mб
Скачать

§ 7. ПОДАЧА (ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ) ВИНТОВОГО НАСОСА

Теоретически подача винтового насоса может быть определена на основании уравнения сплошности

Qt = Fv мъ\сек,

(56)

где F — площадь живого сечения, через которую проходит жидкость,

в ж2;

перпендику­

V — скорость движения жидкости, направленная

лярно к этому сечению, в м/сек.

Площадь живого сечения представляет собой разность между жи­ вым сечением, образованным охватывающим винты кожухом, и се­ чением тел винтов

 

F = Fi — F*

 

 

где

Рг — живое сечение кожуха в ж2;

винтов в ж2.

 

 

F2 — суммарная площадь сечений тел

 

 

Зная соотношения между диаметрами винтов, площадь F можно

выразить через основной диаметр dH:

 

 

где

ki — коэффициент, учитывающий соотношение между

диаметра­

ми

винтов.

 

 

 

За скорость движения жидкости принимается скорость осевого

перемещения объема жидкости, замкнутого

витками нарезки.

 

Осевую скорость v можно определить, зная число оборотов и шаг

винтовой нарезки t:

 

 

 

X) = -gg- м/сек,

 

 

где

п — число оборотов винтов в минуту.

dH может бьггь

выражен

 

Шаг нарезки t через основной диаметр

соотношением:

 

 

 

t = k2dH.

 

 

 

Тогда

 

 

 

Qt ~ Fu = kxk2 j ndHd\ =

Amf®,

(57)

где

Аг — постоянный коэффициент

 

 

 

Ai = k\k2 .

 

 

 

Из уравнения (57) следует, что

 

 

 

 

 

<58)

Для принятых ранее соотношений трехвинтового насоса с циклои­ дальным профилем (фиг. 52) коэффициент А = 244,05.

Зная действительную подачу (производительность), объемныйк. п.д. и число оборотов насоса, можно определить основной размер насоса

dH= 244,05

мм.

(59)

По основному размеру dH, пользуясь соотношениями (55), опреде­ ляют и все остальные размеры. Для получения всех остальных диа­ метров и шага нарезки в целых миллиметрах полученную величину йн округляют до ближайшей величины, кратной трем (так как все эти величины приняты кратными трем).

§ 8. ЧИСЛО ОБОРОТОВ ВИНТОВОГО НАСОСА

Для обеспечения компактности насоса следует стремиться к повы­ шению числа оборотов. Однако с повышением числа оборотов увели­ чивается скорость движения жидкости во всасывающей трубе и в

нарезке винтов,

что, в конечном итоге, может привести к кавитации,

а следовательно, к уменьшению Q и даже

к полному

срыву работы

насоса.

выбранное число оборотов

насоса при

определенных

Оптимально

размерах винтов должно быть таким, чтобы скорость движения в

витках не превышала

предела, выше которого при данных условиях

всасывания

начинается кавитация.

Q со скоростью

движения

Связать

теоретическую подачу насоса

жидкости в витках v

и числом оборотов винтов п можно следующим

образом. Известно,

что

 

 

 

 

Qt = AitidsH, и =

-g- ■

(60)

Однако

 

 

 

 

откуда

и

Il

5*

v = k2dHgg = kndH

II

§1«

(61)

(62)

Подставив значение dH из уравнения (62) в уравнение (60), получим

Q, =

Лхл (^ r)3

или, обозначив

 

 

A3

II

 

получим

II Со 3»|а«

jO

(63)

Для рассматриваемого типа насоса коэффициент

поэтому

 

 

 

 

Qt =

40222 ~

л/сек,

а число оборотов

 

п2

 

 

 

 

 

п = 633,41 / ~ - об/мин.

Теоретическая

произ­

Г

Qf

V о Ô м/сек

 

водительность связана с

 

действительной следую­

 

 

щим соотношением:

 

 

1V

 

 

 

Объемный

к. п. д.

 

 

обычно принимается рав­

ным

7]0

=

0,7

-г 0,98.

Причем большие зна­

чения

rj0

принимают

для

насосов,

у которых

 

Qt >

15

л/сек

 

и

р <

15 атм.

В — 401222,

(64)

 

Действительную

ско­

 

 

 

 

 

 

рость в нарезке v мож­

 

 

 

 

 

 

но

вычислить

по

 

соот­

 

 

 

 

 

 

ношению Vd

=

7}v V.

 

 

 

 

 

 

 

 

Допустимую действи­

 

 

 

 

 

 

тельную скорость

ид оп­

 

 

 

 

 

 

ределяют в

зависимости

 

 

 

 

 

 

от

вязкости

жидкости и

 

Кинематическая вязкость б см2!сек

вакуумметрической

вы­

 

 

 

 

 

 

 

соты

всасывания

опыт­

Фиг.

56. График для определения действительной

ным

путем. Чем меньше

 

 

скорости

в

винтах.

вакуумметрическая

вы­

 

жидкости, тем большую можно выби­

сота

всасывания

и

вязкость

рать

действительную скорость

Величины определяются по графи­

ку

(фиг. 56),

 

полученному

на

основании опытных данных. Так, на­

пример, для

жидкости с вязкостью

Е = 40°

и

вакуумметрической

высоте всасывания

Нв =

6 м

допустимая

щ =

0,5 м/cetc, но для

той же жидкости с Е = 40° при

Нв =

2 м

Os =

4

м/сек. Максималь­

ная

скорость для

винтовых насосов составляет:

 

vo= 6 м/сек.

§ 9. ОСЕВЫЕ СИЛЫ В ВИНТОВОМ НАСОСЕ И РАЗГРУЗКА ОТ НИХ

При работе винтового насоса возникают осевые силы, вызываемые: 1) перепадом давлений между всасывающей и нагнетательной по­ лостями. Эта разность давлений будет действовать на площадь нагрузки

винтов, вследствие чего возникает гидростатическая сила, направ­ ленная в сторону всасывающей камеры;

2) моментом силы трения ведомых винтов в схватывающем их ко­ жухе.

На ведущем винте эта сила направлена в сторону всасывающей полости, на ведомом винте — в сторону нагнетательной полости.

При небольших перепадах давлений и хорошей смазывающей спо­ собности жидкости осевые усилия могут быть восприняты упорными подшипниками. При больших перепадах давлений применяют гидрав­ лическую разгрузку винтов. Для гидравлической разгрузки у торцов винтов предусматривают поршни, под которые подводят жидкость с рабочим давлением, что создает на винтах усилия, обратные по зна­ ку основным.

Расчет гидравлической разгрузки сводится к определению диамет­ ров разгрузочных поршней ведомого винта dp и ведущего Dp.

В трехроторном винтовом насосе для разгрузки его от осевых уси­ лий диаметры поршней должны быть равны: Dp = 1,82 dH\ dp = = 0,67 dH.

§ 10. ВЫБОР ДЛИНЫ ВИНТОВЫХ РОТОРОВ

При выборе длины винтов, а следовательно длины, охватывающей их втулки, следует исходить из величины давления перекачиваемой жидкости. С повышением давления жидкости будет увеличиваться и радиальная сила, прижимающая винты к втулке. Для того чтобы не было заедания винтов в охватывающей их втулке, величина удельного давления kya, приходящегося на единицу поверхности, не должна превышать допустимых пределов. Величину удельного давления мож­ но уменьшить, увеличив опорную поверхность винтов, т. е. за счет увеличения длины уплотняющей втулки L, на стенки которой опирают­ ся винты.

Длину L рекомендуется

определять по формуле

 

 

 

1,538pdH

см.

(65)

L = — г—

 

 

куд

 

 

Величину kVd можно принять при работе насоса на масле,

равной

£°

3

12° и больше

 

куд

7

10

кг1см2

 

 

 

 

 

При небольших давлениях, когда L по формуле (65) получается меньше шага t, для обеспечения постоянного перекрытия между вса­ сывающей и нагнетательной камерами длину принимают несколько большей шага нарезки L « 1,25/.

Фиг. 57. Трехроторный винтовой насос Ленинградского металличес­ кого завода:

/ — разгрузочный поршень ведущего ротора; 2 — крышка обоймы роторов; 3 — раз­ грузочный поршень ведомого ротора; 4 — обойма роторов; 5 — ведомый ротор; 5 — корпус; 7 — опорная втулка; 8 — сальниковое уплотнение; 9 — ведущий ротор;

 

 

10 — ведомый

ротор.

Пример. Определить основные размеры трех винтового насоса, если дано:

Ç =

3 л!сек — действительная подача насоса;

р =

100 атм — давление жидкости за

насосом;

# в =

3 мвод. cm. — вакуумметрическая

высота всасывания;

Е =

15° — вязкость

жидкости (масла);

 

 

т.V= 0 , 8 — объемный

к. п. д.

 

vd = 3,8 м/сек — действительную ско­

Пользуясь графиком (фиг. 56), находим

рость

в нарезке;

 

 

 

 

3 8

 

 

 

и = ^ - = 4 , 7 5 м/сек — теоретическую скорость в нарезке;

3

Qt = — == 3,75 л/сек — теоретическую подачу насоса.

По уравнению (64) определяем число оборотов насоса

: 633,4

4,753

= 3400 об/мин.

 

3,75

По уравнению (59) находим диаметр основной окружности

^ = 2 4 4 , 0 5 - ^ = 2 5 , 3 мм.

Тогда все остальные размеры:

5

D= — 25,3 = 42,3 мм;

н3

[)3 — — 25,3 = 8,45 мм;

о

5 560

 

t =

25,3 = 84,5

мм;

 

dp =

0,67 • 25,3 =

17

мм

 

Dp »

1,82 - 25,3 =

46 мм;

L

1,538 - 100 • 2,53

=

39 см.

 

10

 

 

 

 

В качестве примера конструкции винтового насоса на фиг. 57 изображён трехроторный винтовой насос с циклоидальными профи­ лями, изготовленный Ленинградским металлическим заводом, пред­ назначенный для подачи масла.

Рв т/смг

ОА 0.6 0.8 1.0

2

4

6 8 Ю

20

АО 60 80 100 0 ЬмУчас

Фиг. 58. Сводный график подач и напоров шестеренчатых и винтовых насосов

Для подбора шестеренчатых и винтовых насосов можно пользо­ ваться сводным графиком (фиг. 58).

Гласа IV

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ И ВЕНТИЛЯТОРЫ

§ 1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ

 

 

 

 

 

 

 

ЛОПАСТНОЙ МАШИНЫ

 

 

 

 

 

Наиболее

распространенным типом

гидравлической

машины

для

подъема или перекачивания жидкости является центробежный

насос.

Это

объясняется

простотой

конструкции и удобством

его

эксплу­

атации.

 

 

частями

центробежного

насоса

являются

рабочее

Основными

колесо 2 с изогнутыми лопатками, насаженное на вал /,

и полый спи­

ральный

корпус

3,

изоли­

 

 

 

 

 

 

 

 

рующий колесо от внешней

 

 

 

 

 

 

 

 

среды.

 

насоса

имеет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Корпус

 

 

 

 

 

 

 

 

патрубок 5

для

присоеди­

 

 

 

 

 

 

 

 

нения ко

всасывающему

 

 

 

 

 

 

 

 

трубопроводу

и патрубок 6

 

 

 

 

 

 

 

 

для

присоединения

к

на­

 

 

 

 

 

 

 

 

гнетательному

трубопрово­

 

 

 

 

 

 

 

 

ду.

Для

предотвращения

 

 

 

 

 

 

 

 

циркуляции

жидкости вну­

Фиг.

59. Схема

устройства центробежного

три насоса между

всасыва­

 

 

 

насоса.

 

 

 

ющим патрубком и колесом

 

корпусе

для пропуска вала

коле­

ставится

уплотнение. Отверстия в

са

уплотняются

сальниками

4.

 

 

 

 

 

 

Пе­

 

В конструкции центробежного насоса отсутствуют клапаны.

ред пуском насос необходимо заполнять водой, так как

разрежение,

создаваемое

при

вращении

колеса

в воздушной

среде,

недостаточно

для подъема воды к насосу. ЖВДК0СТЬ, залитая в насос перед пуском при вращении рабочего колеса, увлекается лопатками и под действием центробежной силы и сил Кориолиса движется от центра колеса к периферии по каналам, образованным лопатками, и через спиральную камеру подается в нагнетательный патрубок.

Вследствие этого на входе в насос создается разрежение, под дей­ ствием которого вода из всасывающего патрубка подсасывается в насос. Таким образом, при непрерывном вращении рабочего колеса создается постоянное движение воды через насос.

В проточных каналах колеса происходят сложные явления. В ра­ бочем колесе насоса увеличивается скорость движения жидкости и ее давление. Абсолютная скорость выхода жидкости из каналов рабочего колеса всегда больше допустимой скорости движения в трубопроводах.

Как известно, для уменьшения гидравлических сопротивлений скорость воды в трубопроводах ограничивается 3—5 м/сек. Скорость

 

II

движения жидкости,

выходящей

Ч

из каналов рабочего колеса, со­

г-1---------

ставляет 20—80 м/сек. Для пре­

)

)

 

образования кинетической

энер­

 

гии потока в потенциальную при­

 

 

 

меняются

направляющие

(отво­

7777777777/ Т7777777Т.

 

дящие)

устройства.

В

этих

Фиг. 60. Конический патрубок (диффузор).

устройствах динамический

(ско­

 

 

 

ростной)

напор преобразуется

в статический. Направляющие устройства устанавливаются непосред­ ственно за рабочим колесом. Поток жидкости в них расширяется за счет увеличения площади его живого сечения в направлении движения жидкости.

Простейшим средством, служащим для преобразования динами­ ческого напора в статический, является конический расходящийся патрубок (диффузор). Этот патрубок (фиг. 60) фланцем меньшего диа­ метра присоединяется к нагнетательному патрубку насоса, а фланцем

Фиг. 61. Спиральная камера:

Фиг. 62. Лопаточным

направляющий

1 — камера; 2 — диффузор.

аппарат:

 

 

/ — направляющий аппарат;

2 — рабочее ко-

большего диаметра — к нагнетательному трубопроводу. Наиболее рас­ пространенным направляющим устройством (аппаратом) является спи­ ральная камера (отвод), или улитка (фиг. 61). Спиральная камера представляет собой криволинейный канал, площадь поперечного се­ чения которого по направлению движения жидкости увеличивается.

Для уменьшения скорости потока на выходе из рабочего колеса применяются также лопаточные направляющие устройства, состоя­ щие из серии неподвижных лопаток, расположенных между двумя кольцами, охватывающими рабочее колесо (фиг. 62). Направляющее устройство используется также для сбора жидкости с рабочего колеса и подвода ее к нагнетательному патрубку насоса или к следующей ступени.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЛОПАСТНЫХ МАШИН

Центробежные лопастные машины различают по числу ступеней, по способу подвода жидкости к колесу, по величине создаваемого на­ пора, по величине производительности, по назначению, по способу отвода жидкости из рабочего колеса в камеру, по расположению ва­ ла, по способу разъема корпуса, по способу соединения с двигателем

ит. д.

Взависимости от числа ступеней центробежные лопастные машины могут быть:

а) одноступенчатые (с одним рабочим колесом), б) многоступенча­ тые (с несколькими рабочими колесами, расположенными на одном валу).

Вмногоступенчатых машинах (фиг. 63), в которых жидкость про­ ходит последовательно через все ступени, напор, создаваемый машиной

в целом, будет равен сумме напоров, создаваемых каждым из рабочих колес в отдельности.

Взависимости от способа подвода жидкости к колесу центробеж­ ные машины могут быть с односторонним (фиг. 64) и с двухсторонним всасыванием (фиг. 65). Напор, создаваемый во втором случае рабочим колесом, равен напору, создаваемому рабочим колесом с односто­ ронним подводом жидкости, а производительность его в два раза выше.

Существуют машины, ротор которых состоит из колес с односто­ ронним и с двухсторонним всасыванием.

Вцентробежных насосах применяются главным образом закрытые колеса, в которых рабочие лопатки помещены между дисками; в ком­ прессорных машинах (вентиляторах, воздуходувках) чаще встреча­ ются полностью открытые или полузакрытые колеса. На фиг. 66,а изображен*} открытое рабочее колесо, состоящее из втулки с закреп­ ленными на ней лопатками. Межлопаточные каналы здесь образуются лопатками и неподвижными стенками кожуха. Ввиду больших про­ течек газа через зазоры между кожухом и колесом машины с такими колесами неэкономичны и поэтому находят применение лишь в ка­ честве небольших вентиляторов и дымососов.

Полузакрытые колеса (фиг. 66, 6) состоят из втулки и заднего диска с закрепленными на нем лопатками. Обычно в таких рабочих колесах лопатки выполняются заодно с диском.

 

 

 

 

 

 

25

24

 

 

 

 

Фиг. 63. Многоступенчатый насос:

 

 

 

/ — стяжные шпильки;

2 зубчатая муфта;

3 — вал; 4 — подшипник;

5 корпус сальника;

6 — защитно-уплотняющне кольца;

7 крышка; 8 — рабочие колеса; 9 — корпуса

секций; /0 — направляющий

аппарат; // — распорная втулка; 12 шпонки; 13 кры­

шка; 14— корпус гидравлической пяты;

15— грундбукса;

16— набивка;

17 — корпус сальника;

18— защитная втулка;

19— гайка;

20 — крышка сальника;

21 — подшипник;

22 кольцевые

камеры; 23 — гидравлическая пята; 24 — разгрузочный диск;

25— втулка.

ВЕНТИЛЯТОРЫ И НАСОСЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ