книги / Насосы и компрессорные машины
..pdf§ 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