Определение геометрических характеристик рабочего колеса осевого насоса.

Задача 7

Определение геометрических характеристик рабочего колеса осевого насоса.

По заданным: подаче Q, напору Н и числу оборотов n (табл. 1) определить размеры рабочего колеса осевого насоса и его лопастей. Построить треугольники скоростей рабочей решетки и спрямляющего аппарата. Принять, что насос одноступенчатый и имеет спрямляющий аппарат, плотность воды 1000 кг/м³. Схема и конструкция рабочего колеса осевого насоса показаны на рис. 1, 2.

Рис.1. Схематический чертеж рабочего колеса с не винтовыми лопастями

Рис.2. Рабочее колесо с винтовыми лопастями

Табл. 1 Исходные данные к задаче

№ варианта
Q, м^3/ч
H, м. в. ст
n, об/мин

№ варианта
Q, м^3/ч
H, м. в. ст
n, об/мин

Решение

Удельная работа сжатия L = g H, Дж/кг.

Число ступеней определяется по формуле

, (1)

полученной в предположении, что относи­тельный шаг (t_вт/b_вт) у втулки равен номи­нальному и составляет 0,6. В формуле (1) ν == d_вт/d_в = 0,4–0,8 – относительный диаметр втулки; j = с _а/u_в = 0,3–0,6; с _а – осе­вая скорость; гидравлический КПД h_г = 0,8–0,92.

Принимаем h_г, ν и j. По формуле (1) определяем u _в. По условиям прочности она не должна пре­вышать 70 м/с.

Окружная скорость концов лопастей

, (2)

где n в об/мин; Q в м³/с.

По формуле (2) определяем произведение j(1–ν²) и из него уточняем j. Ошибка между рассчитанным и заданным j не должна превышать 5%. Добиваемся этого изменяя ν с корректировкой u _в.

Наружный диаметр рабочего ко­леса, м,

d_в = 60 u _в/(π n).

Диаметр втулки d_вт = νd_в, м; осевая ско­рость с_а = j u _в, м/с.

Проверить с_а = 4 Q /(πd_в²(1–ν²)), где Q в м³/с. Ошибка не должна превышать 5%.

Число рабочих лопастей Z _л выбирают от 3 до 6. Число спрямляющих лопастей не дол­жно быть кратным числу рабочих.

Высота лопастей l = (d_в – d_вт)/2, м. Шаг между лопастями на диаметре втулки t _вт = πd_вт/ Z _л. Хорда профиля b _вт = t _вт/0,6.

Расчет треугольников скоростей.

При ν > 0,7 профили лопастей не винтовые и рассчитаются для одного сечения:

При ν < 0,7 профили лопастей ви­нтовые и рассчитываются обычно для 7–8 сечений. В нашей задаче рассчитаем их для трех сечений: у втулки, вершины и на среднем диаметре d _cp = (d_в + d_вт)/2.

Длинные ви­нтовые лопасти рассчитывают, исходя из закона постоян­ства циркуляции по высоте лопастей:

r_iс _{1 ui} = const; r_iс _{2 ui} = const,

где r_i – радиус i -го сечения лопасти, м; с_i – скорость в этом сечении, м/с.

Величина с _{2 ui} определяется из уравнения Эйлера

с _{2 ui} = с _{1 ui} + L /(h_г u_iZ _с).

При отсутствии направляющих аппа­ратов с _{1 ui} = 0.

Углы входа и выхода потока в меж­лопастных каналах в i -ом сечении:

b_{1 i} = arctg(с_а /(u_i – с _{1 ui} )); b_{2 i} = arctg(с_а /(u_i – с _{2 ui} ));

a_{2 i} = arctg(с_а / с _{2 ui} ); a_{3 i} = arctg(с_а / с _{3 ui} ).

Треугольники скоростей показаны на рис. 3.

Рис. 3. Профили и треугольники ско­ростей осевого насоса

Обычно окружную проекцию скорости за спрямляющим аппаратом принимают равной нулю (осевой выход). Однако бо­лее целесообразно сохранить некоторую закрутку за спрямляющим аппаратом для улучшения работы диффузора. Угол a₃ при этом следует принять равным около 80 °.

Во избежание резкого возрастания по­терь углы поворота потока в рабочем ко­лесе (Db = b₂ – b₁) и в спрямляющем ап­парате (Da = a₃ – a₂) не должны превы­шать 35–45 °.

Установочные углы решеток bу = 25 – 45 °. Угол b_1л = b₁ + i, где угол атаки i = 2–7 °.

Угол b_2л = b_1л + Db_л, где Db_л определяется на основе продувки профилей лопаток и обычно не должны превы­шать 35–45 °.

Рис. 4. Основные геометрические пара­метры решетки рабочего колеса осевого насоса

Дата добавления: 2015-09-30