Судовые холодильные машины. Машины судовые Атомные энергетические установки
Возможно, первый судовой двигатель появился так. Наш далекий предок, усевшись на упавшее в водный поток бревно, решил переправиться на другой берег реки. Загребая воду ладонями, как веслами, он сочетал в себе и первый двигатель - в одну «человеческую» силу - и первый движитель, которым являлись его руки. Но постепенно люди, изучив законы природы, поставили их себе на службу. Ветер, вода и, наконец, пар отчасти заменили силу мышц. На смену веслам пришел парус, а паруса начала вытеснять машина.
Идея создать паровой двигатель возникла более 2000 лет назад. Греческий ученый Герон, живший в Александрии, сконструировал оригинальную паровую машину. Значительно позже английский механик Джеймс Уатт создал паровую машину, которой суждено было стать первой судовой силовой установкой .
Пароходы
11 августа 1807 года принято считать днем рождения парового судна. В этот день произошло испытание парохода, построенного талантливым американским инженером Робертом Фултоном. Пароход «Клермонт » открыл регулярные рейсы по реке Гудзон между Нью-Йорком и Олбени. В 1838 году британский пароход «Great Eastern » пересек Атлантику, не поднимая парусов, хотя и имел парусное вооружение. Рост промышленности требовал корабли и суда , которые могли бы независимо от воли стихии совершать регулярные рейсы по Атлантическому и Тихому океанам. В XIX веке резко возросли размеры паровых судов, а вместе с ними и мощности паровых машин. К 90-м годам мощность их была доведена до 9000 лошадиных сил.
Постепенно паровые машины становились все более мощными и надежными. Первые судовые силовые установки состояли из поршневой паровой машины и больших маломощных котлов, отапливаемых углем.
Сто лет спустя коэффициент полезного действия (КПД) паровой силовой установки уже равнялся 30 процентам, и развивала мощность до 14720 кВт, а число обслуживающего персонала сократилось до 15 человек. Но малая производительность паровых котлов требовала увеличения их количества.
На грани двух веков паровыми машинами оборудовались в основном пассажирские суда и грузопассажирские корабли , чисто грузовыми судами были только парусники . Это объяснялось несовершенством и малой эффективностью паровой силовой установки того времени.
Применение появившихся в 80-х годах XIX века водотрубных котлов, которые сейчас работают на жидком топливе, улучшило эффективность паровых силовых установок. Но коэффициент полезного действия их достиг всего лишь 15 процентов, чем и объясняется прекращение постройки пароходов. Но в наше время еще можно встретить суда, приводимые в движение поршневыми паровыми машинами это речной пароход «American Queen ».
Судовые поршневые паровые машины
поршневой паровой двигатель
В судовых силовых установках с паровыми машинами в качестве рабочего тела используется водяной пар. Поскольку пресную воду на судах можно перевозить только в ограниченном количестве, в данном случае применяют замкнутую систему циркуляции воды и пара. Разумеется, при работе силовой установки возникают определенные потери пара или воды, однако они незначительны и возмещаются водой из цистерны или испарителей.
Принцип действия поршневой паровой машины
Рабочий пар подается в паровой цилиндр через паровые поршни. Он расширяется, давит на поршень и заставляет его скользить вниз. Когда поршень достигает своей нижней точки, парораспределительный золотник изменяет свое положение. Свежий пар подается под поршень, в то время как пар, заполнявший прежде цилиндр, вытесняется.
Теперь поршень движется в противоположном направлении. Таким образом, поршень совершает во время работы движения вверх и вниз, которые с помощью кривошипно-шатунного механизма, состоящего из штока, ползуна и соединенного с коленчатым валом шатуна, преобразуются во вращательные движения коленчатого вала. Впуск и выпуск свежего и отработавшего пара регулируют клапаном. Клапан приводится в действие от коленчатого вала посредством двух эксцентриков, которые через штанги и шатун соединены с золотниковой штангой.
Перемещение шатуна с помощью переводного рычага вызывает изменение количества пара, заполнившего цилиндр за один подъем поршня, а следовательно, меняются мощность и частота вращения машины. Когда шатун находится в среднем положении, пар уже не входит в цилиндр, и паровая машина прекращает движение. При дальнейшем перемещении шатуна с помощью переводного рычага машина снова приводится в движение, на этот раз в противоположном направлении. Это обусловливает обратное движение судового движителя .
В первых судовых силовых установках применяли поршневые паровые машины, в которых расширение от входного до выходного давления и до давления в конденсаторе происходило в одном цилиндре. Принцип действия поршневой паровой машины показан на рисунке 2 . Со временем стали применять машины многоступенчатого расширения. Принцип действия машины трехступенчатого расширения схематично показан на рисунке 3.
поршневая паровая машина
поршневая паровая машина трехкратного росширения
На судах устанавливали паровые машины с горизонтальным, наклонным и вертикальным располежением цилиндров. Для уменьшения габаритов ЭУ и упрощения конструкции привода гребных колес некоторое распространение получили паровые машины с качающимися цилиндрами.
Стремление повысить экономичность работы ЭУ привело в конце XIX в к созданию паровых машин с трех- и четырехкратным расширением.
Первый цилиндр по ходу пара называется цилиндром высокого давления (ц.в.д.), последний0 цилиндром низкого давления (ц.н.д.), а промежуточные ц.с.д. I, ц.с.д. II и т.д. Трубу или камеру соединяющую цилиндры, называют ресивером .
Ц.в.д. всегда имеет наименьший объем, а каждый последующий цилиндр- больший, чем предыдущий. Это необходимо именно вследствие многократного расширения пара- следующий цилиндр должен вместить объем пара, занимавшего предыдущий цилиндр, и еще дать ему возможность расширяться.
Теоретически безразлично, за счет чего увеличивать объем следующего цилиндра -за счет его диаметра или длины, но практически удобнее все цилиндры делать одинаковой длины (одинаковые ходы поршней, одинаковая длина мотылей). Поэтому делают различными диаметры цилиндров. Объемы всех цилиндров увеличиваются прямо пропорционально увеличению объема расширяющегося пара, т.е. за счет увеличения диаметров цилиндров. (Диаметр цилиндра увеличивается обратно пропорционально падению давления расширяющегося пара).
Более чем четырехтактного расширения паровые машины не выпускали.
На первых пароходах машины работали при давлении пара не более 5-6 атмосфер. Отработавший пар выпускали в атмосферу. Позже стали пар выпускать в холодильник (конденсатор) в котором он превращался в конденсат- питательную воду для котлов. Применение холодильников существенно улучшило работу паровой машины т.к. паровые котлы нельзя питать соленой морской водой из-за образующейся накипи, выводящих их из строя. Поэтому на судах для питания котлов принимают в запас пресную воду, терять которую вместе с уходящим паром нецелесообразно.
Наиболее крупная паровая машина была построена в 1903 г. в Германии для парохода «Кайзер Вильгельм II». Мощность ее составляла 22300 л.с., длина 22,5 м, высота 12,75 м.
Паровые машины в составе СЭУ характеризуются завидной долговечностью. Более 150 лет честно служила паровая машина на судах. Это объясняется:
Простотой конструкции, большим ресурсом и высокой надежностью при эксплуатации;
Хорошей приемистостью и возможностью работать со значительными перегрузами;
Легкостью реверса и плавным изменением частоты вращения коленчатого вала в широком диапазоне.
К сожалению, паровая машина обладала и значительными недостатками:
Большие габариты, масса и значительная неравномерность вращения коленчатого вала;
Низкий КПД, у самых лучших он не превышал 20%.
Нужно было найти двигатели с более высоким КПД, с меньшими массой габаритами и большими агрегатными мощностями.
Порядок выполнения работы:
1 . Изучить схему устройства и принцип действия, предлагаемых тепловых двигателей.
2. Изобразить обобщенную схему паровой машины, указав ее главные части и назначение каждой из них.
3. Изобразить путь пара в машине трехкратного расширения.
4 . Изобразить различные типы паровых машин: горизонтальных, наклонных, с вертикальным расположением цилиндров, с качающимися цилиндрами, «компаунд-машину»
5. Ответить на контрольные вопросы:
С каким открытием связан следующий шаг в развитии двигателестроения;
В чем суть эволюции паровой машины Джеймса Уатта;
Перечислить суть совершенствования конструкции паровых машин различными изобретателями;
Кто предложил, и кто построил «компаунд - машину», ее схема устройства и принцип действия;
Какой вклад во внедрение «компаунд - машин» внес Калашников;
Типы судовых паровых машин, их достоинства и недостатки;
К чему привело стремление повысить экономичность работы энергетической установки;
когда стало возможным использовать скрытую энергию пара для выполнения полезной работы;
Какую задачу пытался первым решить Фултон, решение которой впоследствии получило полное признание;
Первое паровое судно, его создатель;
Постройка первого российского парохода;
Кем был разработан проект первого в истории военного корабля с ЭУ, первый бой паровых судов;
Первый пароход, пересекший Атлантику;
Причины возникновения у морской администрации мнения об исключительно вспомогательном назначении парового флота;
Когда стало возможным использовать скрытую энергию пара для выполнения полезной работы;
В чем заключалось преимущество двигателя Уатта перед двигателем Ньюкомена;
Почему начало эпохи транспортного машиностроения относится в 1781 г;
Основные достоинства и недостатки паровых машин
Литература:
1. Татаренков «История судовых средств движения» стр.50-57
2. Акимов «История развития СЭУ»
«Первые тепловые двигатели», стр. 17-31
З. Конспект лекций
P.S. Выполнить пункты 2,3,4 данной лабораторной работы и ответить на контрольные вопросы, предоставить в виде реферата на тему: «Изучение создания, принципа действия и схем устройства паровых машин различного типа».
В соответствии с программой одноименного курса рассмотрены устройство, принцип действия, конструкции, материалы, условия работы всего комплекса судовых машин, механизмов и оборудования, входящих в состав главных и вспомогательных энергетических и других установок, устройств и систем судна. Для уяснения роли и взаимосвязи отдельных машин, механизмов и аппаратов приведены основные сведения о схемах, принципах работы, эффективности и особенностях
различных энергетических и других установок, о физической сущности процессов, происходящих в их элементах.
Учебник предназначен для студентов, специализирующихся по технологии изготовления, сборки и монтажа судовых машин и механизмов.
Предисловие
Принятые сокращения
Введение
Глава 1. Роль и использование машин и механизмов на судах
§ 1.1. Энергетическая установка судна, ее назначение и состав
§ 1.2. Типы главных судовых машин и энергетических установок
§ 1.3. Судовые вспомогательные машины и механизмы и их использования
§ 1.4. Размещение на судне машин, механизмов и другого оборудования
§ 1.5. Технико-экономические показатели судовых машин, механизмов и энергетических установок
Глава 2. Судовые двигатели внутреннего сгорания и дизельные установки
§ 2.1. Устройство, принцип работы и классификация судовых ДВС
§ 2.2. Циклы, индикаторные и эффективные показатели работы дизеля
§ 2.3. Повышение мощности и наддув двигателей
§ 2.4. Тепловой и энергетический балансы и утилизация тепловых потерь судовых дизелей
§ 2.5. Конструкции главных и вспомогательных судовых дизелей
§ 2.6. Конструкции составных частей остова дизелей
§ 2.7. Конструкции узлов и деталей движения дизелей
§ 2.8. Некоторые элементы устройств топливоподачи, газораспределения, пуска и реверса
§ 2.9. Дизельные установки, их типы и расположение
§ 2.10. Область и перспективы применения дизельных установок
Глава 3. Судовые паровые и газовые турбины
§ 3.1. Общие сведения о газовых потоках и решетках турбомашин
§ 3.2. Устройство и принцип работы турбинной ступени
§ 3.3. Преобразование энергии в многоступенчатых турбинах
§ 3.4. Потери энергии, работа и коэффициенты полезного действия ступени и турбины
$ 3.5. Конструкции судовых паровых и газовых турбин
§ 3.6. Конструкции и материалы основных элементов
§ 3.7. Трубопроводы судовых вспомогательных механизмов
Глава 4. Судовые насосы, вентиляторы и компрессоры
§ 4.1. Назначение и классификация насосов, вентиляторов и компрессоров
§ 4.2. Центробежные насосы и вентиляторы
§ 4.3. Осевые насосы и вентиляторы
§ 4.4. Поршневые и ротационные насосы
§ 4.5. Центробежные компрессоры
§ 4.6. Осевые компрессоры
§ 4.7. Поршневые компрессоры
§ 4.8. Винтовые и ротационные компрессоры
§ 4.9. Вихревые насосы и компрессоры
§ 4.10. Струйные насосы и компрессоры
Глава 5. Судовые турбинные установки
§ 5.1. Схема, принцип действия, цикл и состав простейшей паротурбинной установки
§ 5.2. Характеристики и особенности современных судовых ПТУ
§ 5.3. Главные турбозубчатые агрегаты и их узлы
§ 5.4. Схема, принцип действия и цикл простейшей газотурбинной установки
§ 5.5. Схемы и циклы современных ГТУ
§ 5.6. Камеры сгорания газотурбинных двигателей
§ 5.7. Устройство и компоновка газотурбинных двигателей
§ 5.8. Комбинированные турбинные энергетические установки
§ 5.9. Расположение турбинных установок на судах
§ 5.10. Область и перспективы применения турбинных установок
Глава 6. Судовые паровые котлы, тепло- и массообменные аппараты, фильтры и сепараторы СЭУ
§ 6.1. Принцип действия, устройство, классификация и тепловой баланс паровых котлов
§ 6.2. Типы и конструкции главных паровых котлов
§ 6.3. Котлы вспомогательные, утилизационные и с комбинированным отоплением
§ 6.4. Конденсаторы
§ 6.5. Подогреватели, охладители, деаэраторы
§ 6.6. Испарительно-опреснительные установки
§ 6.7. Фильтры и сепараторы
Глава 7. Судовые передачи и валопровод
§ 7.1. Назначение и типы передач
§ 7.2. Соединительные и соединительно-разобщительные муфты
§ 7.3. Механические передачи
§ 7.4. Гидравлические передачи
§ 7.5. Электрические передачи
§ 7.6. Комбинированные передачи
§ 7.7. Назначение, устройство и расположение валопроводов на судне
§ 7.8. Устройство и конструкции основных элементов валопровода
Глава 8. Судовые холодильные машины и установки
§ 8.1. Назначение, принципы работы и типы холодильных машин
§ 8.2. Судовые парокомпрессорные холодильные машины
§ 8.3. Особенности конструкций судовых холодильных компрессоров
§ 8.4. Конструкции испарителей, конденсаторов, агрегатирование холодильных машин
§ 8.5. Устройство морозильных агрегатов и льдогенераторов
§ 8.6. Трубопроводы, вспомогательные аппараты и арматура
§ 8.7. Системы охлаждения и охлаждающие приборы трюмов и провизионных камер
§ 8.8. Схемы судовых холодильных установок и размещение холодильного оборудования
Глава 9. Системы, машины и аппараты кондиционирования воздуха и инертных газов на судах
§ 9.1. Комфортное и технологическое кондиционирование воздуха, газодыхательных смесей и инертных газов
§ 9.2. Типовые схемы судовых систем комфортного кондиционирования воздуха и газодыхательных смесей
§ 9.3. Конструкция судовых кондиционеров
§ 9.4. Судовое оборудование кондиционирования воздуха и его элементы
§ 9.5. Воздухораспределители, глушители шума и воздухопроводы
§ 9.6. Системы и оборудование технического кондиционирования воздуха и инертных газов на судах
Глава 10. Механизмы судовых устройств
§ 10.1. Назначение и классификация судовых устройств
§ 10.2. Механизмы рулевых и подруливающих устройств
§ 10.3. Брашпили и шпили якорных и швартовных устройств
Список литературы
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВЛ - ватерлиния
ВРШ - винт регулируемого шага
ВФШ - винт фиксируемого шага
ГВЛ - грузовая ватерлиния
ГНУ - газонагревающая установка
ГРЩ - главный распределительный щит
ГТЗА - главный турбозубчатый агрегат
ГТУ - газотурбинная установка
ДАУ - дистанционное автоматизированное управление
ДВС - двигатель внутреннего сгорания
ДГ - дизель-генератор
ДП - диаметральная плоскость
ДУ - дизельная установка; дистанционное управление
ЗХ - задний ход
КО - котельное отделение
КПУ - командный пост управления
МИШ - механизм изменения шага
МО - машинное отделение
МКО - машинно-котельное отделение
ОЛ - основная линия
ОП - основная плоскость
ППУ - паропроизводящая установка
ПУ - пост управления; подруливающее устройство
ПХ - передний ход
СПГГ - свободно-поршневой генератор газа
ТВД - турбина высокого давления
ТВДЗХ - турбина высокого давления заднего хода
ТВДПХ - турбина высокого давления переднего хода
ТГ - турбогенератор
ТЗД - турбина заднего хода
ТНД - турбина низкого давления
ТНДЗХ - турбина низкого давления заднего хода
ТСД - турбина среднего давления
ТСДПХ - турбина среднего давления переднего хода
ЦПУ - центральный пост управления
ЯЭУ - ядерная энергетическая установка
в. м. т. - верхняя мертвая точка
н. м. т. - нижняя мертвая точка
В - ширина судна теоретическая
Dy - диаметр условный
F - высота надводного борта
Н - высота борта практическая
L -длина судна практическая
Lиб - длина судна наибольшая
Ру - давление условное
Т - осадка судна полная
Тк - осадка судна кормой
Тпр - осадка судна практическая
00 - плоскость мидель-шпангоута
ВВЕДЕНИЕ
Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану на 1971-1975 гг. предусмотрено дальнейшее увеличение грузооборота морского транспорта (в 1,4 раза) и пополнение транспортного флота высокоэкономичными универсальными и специализированными судами с комплексной автоматизацией управления судовыми механизмами и системами. Одновременно перед судостроителями ставится ряд задач по повышению качества продукции, снижению ее себестоимости, росту производительности труда на основе комплексной механизации и автоматизации производства, модернизации устаревшего оборудования и внедрению передовых технологических процессов. Выполнить поставленные задачи могут только грамотные, высококвалифицированные кадры рабочих-судостроителей, способных использовать новейшие достижения науки и техники при постройке судов.
Все работы по постройке судна можно подразделить на корпусно-заготовительные, корпусно-сборочно-сварочные, слесарно-монтажные, достроечно-отделочные работы и швартовные, ходовые и сдаточные испытания судна. При современных методах постройки судов эти виды работ тесно переплетаются. Так, например, слесарно-монтажные работы начинают и ведут параллельно с корпусно-сборочными до спуска на воду, а затем продолжают уже на плаву одновременно с достроечными и отделочными работами. Примерный порядок выполнения монтажных работ в процессе постройки серийного танкера водоизмещением 16 000 т представлен на графике. Такой порядок ведения работ позволяет значительно повысить готовность судов к спуску. Приведенный график показывает также, насколько разнообразны и длительны по времени слесарно-монтажные работы.
Слесарно-монтажные работы включают в себя не только подготовку фундаментов под монтаж, установку на них различных машин и механизмов с последующим испытанием их в работе, но и различные слесарно-механические работы по изготовлению отдельных деталей судовой машинной установки, валопровода, трубопроводов и устройств.
| Наименование работ | Месяцы | ||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
| Обработка фундаментов под главный агрегат | + | + | |||||||||||||
| Расточка ахтерштевня, монтаж гребного вала и предварительный монтаж главного агрегата | + | + | + | ||||||||||||
| Окончательный монтаж главного агрегата и валопровода | + | + | |||||||||||||
| Монтаж вспомогательных механизмов машинно-котельных отделений | + | + | |||||||||||||
| Установка и монтаж механизмов по всему судну | + | + | + | + | + | ||||||||||
| Монтаж рулевого и якорного устройств | + | + | |||||||||||||
| Монтаж грузовых механизмов и устройств | + | + | |||||||||||||
| Изготовление труб в цехе по чертежам и технологическим эскизам | + | + | + | + | + | + | |||||||||
| Монтаж трубопроводов в кормовой части судна | + | + | + | + | |||||||||||
| Монтаж трубопроводов в носовой части судна | + | + | + | + | |||||||||||
| Гидравлическое испытание трубопроводов и систем | + | + | |||||||||||||
| Подготовка к швартовным испытаниям | + | + | |||||||||||||
| Швартовные испытания | + | ||||||||||||||
| Ходовые испытания и контрольный выход | + | + | |||||||||||||
Судовой слесарь-монтажник должен хорошо знать судно, расположение на нем помещений, трюмов, отсеков, главных и вспомогательных механизмов, уметь читать монтажные чертежи и схемы; знать устройство и назначение монтируемых им машин и механизмов, иметь представление о их взаимосвязи с другими механизмами, устройствами и трубопроводами. При выполнении монтажных работ он обязан строго соблюдать необходимые допуски и зазоры в сопрягаемых деталях узлов и механизмов. Должен уметь обслуживать вспомогательные механизмы и производить их регулировку на разных режимах работ, выполняемых в период швартовных, ходовых и сдаточных испытаний судов. В связи с насыщенностью современных судов различными электронными и автоматическими приборами, он должен знать назначение этих приборов, их принцип действия. Наконец, судовой слесарь-монтажник должен хорошо знать передовую технологию слесарно-монтажных работ и умело применять ее, чтобы качественно выполнить работу в сроки, предусмотренные графиками постройки судна и монтажных работ.
Санкт - Петербургский Государственный Морской Технический Университет
Кафедра Силовых Энергетических Установок, Систем и Оборудования
Курсовой проект
Судовые гидравлические машины
Выполнил:
студент группы 2331
Мазилевский И.И.
Проверил:
Гришин Б. В.
Санкт – Петербург
Введение 3стр.
1 Расчет рабочего центробежного насоса с цилиндрическими лопастями по струйной
теории 3стр.
1.1 Исходные данные 3 стр.
1.2 Определение параметров рабочего колеса 3 стр.
1.3 Расчет основных размеров входа рабочего колеса 4 стр.
1.4 Расчет основных размеров выхода рабочего колеса 6 стр.
1.5 Расчёт и построение меридианного сечения колеса 8 стр.
1.6 Расчёт и построение цилиндрической лопасти рабочего колеса в плане 9 стр.
1.7 Проверочный расчёт на кавитацию 12 стр.
Введение
Центробежные насосы составляют весьма обширный класс насосов. Перекачивание жидкости или создание давления производится в центробежных насосах вращением одного или нескольких рабочих колес. Большое число разнообразных типов центробежных насосов, изготовляемых для различных целей, может быть сведено к небольшому числу основных их типов, разница в конструктивной разработке которых продиктована в основном особенностями использования насосов. В результате воздействия рабочего колеса жидкость выходит из него с более высоким давлением и большей скоростью, чем при входе. Выходная скорость преобразуется в корпусе центробежного насоса в давление перед выходом жидкости из насоса. Преобразование скоростного напора в пьезометрический частично осуществляется в спиральном отводе или направляющем аппарате. Несмотря на то, что жидкость поступает из колеса в канал спирального отвода с постепенно возрастающими сечениями, преобразование скоростного напора в пьезометрический осуществляется главным образом в коническом напорном патрубке. Если жидкость из колеса попадает в каналы направляющего аппарата, то большая часть указанного преобразования происходит в этих каналах. Направляющий аппарат был введен в конструкцию насосов на основании опыта работы гидравлических турбин, где наличие направляющего аппарата является обязательным. Насосы ранних конструкций с направляющим аппаратом назывались турбонасосами.
Наиболее распространенным типом центробежных насосов являются одноступенчатые центробежные насосы с горизонтальным расположением вала и рабочим колесом одностороннего входа.
1 Расчет рабочего центробежного насоса с цилиндрическими лопастями по струйной теории
1.1 Исходные данные
Подача……………………………………………………….….Q=0,03/0,06 м/сек
Напор……………………………………………………….…...H=650/1300 Дж/кг
Давление в воздухоудалителе…………………………….…...Р=1*10 Па
Высота всасывания………………………..……………….…...h вс =-3 м
Температура жидкости…………………………………………t=15 o C
Сопротивление приёмного трубопровода………………...….= 5 Дж/кг
1.2 Определение параметров рабочего колеса
В многоступенчатом насосе параметры колеса определяются так:
Подача колеса: Q=Q, где Q=0,03м/сек
Напор колеса: H*i=H , где H=650 Дж/кг, i=1
Все колеса насоса закрепляются на одном валу и вращаются с одинаковой частотой. Максимальная величина частоты вращения ограничивается возможностью появления в насосе кавитации. Величина максимальной частоты вращения определяется следующим образом:
g=9.81м/с- ускорение силы тяжести.
P=1*100000 Па- давление на входе.
Р=1703 Па-давление парообразования при данной температуре.
р=998,957 кг/м-плотность воды.
А=1,05….1,3-коэффициент запаса. Примем 1,134
h=5 Дж/кг- гидравлические потери в приемном водопроводе.
Подставим значения в уравнение для а затем в H:
1/1,2*((100000-1703)/ 998,957-9,81*(-3)-5)= 108,354Дж/кг
H =1/9.81*((10 5 -1703)/ 998,957-1,134*108,354-5)) = -3,000м
Принимая величину кавитационного коэффициента быстроходности С=800,находим максимальную частоту вращения:
800*(108,354)/31,15*0,03=4979,707об/мин.
Принимаем n=2930 об/мин
Чтобы найти воспользуемся формулой:
Коэффициент быстроходности для напорнопажарного насоса (50….100)
2930*0,03*20,25/650=79,830
Расчетная подача колеса определяется по уравнению:
0,03/0,915=0,032 м/сек
Примечание: Значение объемного к.п.д. ,учитывающего протечку жидкости через переднее уплотнение колеса:
Тогда объемный к.п.д.:
=-(0,03…0,05)= 0,965 -0,05=0,915.
Теоретический напор колеса определяется по уравнению:
Величину гидравлического к.п.д. можно оценить по формуле А.А.Ломакина:
Примечание: Приведенный диаметр входа в колесо определяется уравнением подобия:
3,6…6,5-выюбирается в зависимости от кавитационных качеств колеса; выберем:
Таким образом:
650/0,864=752,299Дж/кг
Механический к.п.д. определяется по уравнению:
К.П.Д., учитывающий потери энергии на трение наружной поверхности колеса о жидкость(дисковое трение), определяется по уравнению:
1/(1+820/)=0,8860;
К.П.Д., коэффициент, учитывающий потери энергии на трении в подшибниках и сальниках насоса, лежит в пределах =0,95…..0,98. Выберем =0,96
0,96*0,8860=0,8506;
К.П.Д. насоса определяется через его составляющие:
Мощность потребляемая насосом:
Электромотор: N= 30 кВт n=2930 модель: А02-72-2M, тогда
2930*0,03=79,830
1.3 Расчет основных размеров входа рабочего колеса:
Размеры входа рабочего колеса рассчитываются из условия обеспечения требуемых кавитационных качеств колеса и минимальных гидравлических потерь.
Значение скорости со входа потока в колесо оценивается по формуле С.С.Руднева:
Примечание: - принимается в зависимости от требуемых кавитационных качеств колеса и лежит в пределах 0,03..0,09 , выберем 0,040
Вал рассчитывается на прочность от кручения и изгиба и проверяется жесткость и критическую частоту вращения. В первом приближении диаметр вала рабочего колеса находится из расчета на кручение по формуле:
Крутящий момент, приложенный к валу;
Величина крутящего момента определяется по формуле:
9,57*N/n=97,9863Н*м;
Допускаемое напряжение
=(300-500)*100000 Н*м; таким образом, выберем =400*10 5
=(16*97,9863/3.14/400/100000)= 0,02319м
0,031+0,013=0,03619м;
Диаметр втулки колеса определяется конструктивно по диаметру вала в зависимости от способа крепления колеса на валу:
Диаметр D o входа на колесо находится из уравнения неразрывности:
(4*0,0328/(3,14*2,6218)+ 0,05067 2) 1/2 =0,1360м;
Ширина b 1 выходной кромки лопасти рабочего колеса и ее положение зависят от кавитационных качеств колеса и величины коэффициента быстроходности; b 1 находятся из уравнения неразрывности:
Меридианная составляющая абсолютной скорости принимает для колес со средними кавитационными качествами:
=(0,8…1,0)*=1*=2,622м/с
Колеса имеющие средние кавитационные качества (С=800) и низкую быстроходность
(=40-100), выполняются с цилиндрическими лопастями. Диаметр окружности, проходящей через средние точки выходных кромок лопастей, применяются равным:
=(0.9-1.0)*=0,95*0,131=0,1292м;
/2=0,0646м,тогда:
0,0328/2/0,0646/3,14/2,622=0,0308м.
Выходная кромка лопасти располагается параллельно оси колеса или под углом к 15-30 градусов к оси. Меридианная составляющая абсолютная скорости после поступления потока в межлопастной канал(т.е с учетом стеснения) определяется по уравнению:
1,015*5,234=5,312 м/с, где:
1,05-1,015-коэффициент стеснения на входе, выберем =1,1;
Окружная скорость на входе в межлопастной канал определяется по уравнению:
0,0646*306,67333 =19,811м/с
Угловая скорость
3,14*2930/30=306,673рад/с;
Угол безударного поступления потока на лопасти находится из уравнения:
Угол установки лопасти на входе определяется из формулы:
8,282+10=18,282 о;
Примечание:Для колес со средними кавитационными качествами принимается:
1 - угол атаки; выберем 10
Обычно =18-2;
При безотрывном обтекании лопасти поток движется по касательной к поверхности лопасти. Относительная скорость потока после поступления на лопасть направлена по касательной к средней линии профиля лопасти при входе. Величина относительной скорости определяется по уравнению:
По скоростям строят треугольники скоростей на входе в межлопастные каналы рабочего колеса и определяют скорости.(Рис 1)
Рисунок 1 Треугольник скоростей при входе в рабочее колесо насоса
1.4 Расчет основных размеров выхода рабочего колеса:
Размеры выхода рабочего колеса, основными из которых является наружный диаметр рабочего колеса, ширина лопасти на выходе определяют из условия требуемого напора при достаточно высоком КПД.
Наружный диаметр рабочего колеса находят методом последовательных приближений. В первом приближении он определяется по окружной скорости, найденной из основного уравнения лопастных машин:
Воспользуемся опытным соотношением скоростей:
0,5..0,65; Примем =0,6;
Отсюда или и того:
=(752,299/0,6) 0,5 =35,409м/с;
Определяем наружный диаметр рабочего колеса в первом приближении:
Из треугольников скоростей на входе и на выходе из межлопастных каналов следует:
Коэффициент стеснения на входе из колеса, принимается равным 1,0..1,05. Для снижения гидравлических потерь в насосе выходную кромку лопасти стремятся плавно заострить, т.е. =1,0. Для увеличения прочности лопасти можно выполнять конечной толщины, т.е. с - меридианная составляющая абсолютной скорости, выбирается в пределах (0,7…1,15)* для колес со средним кавитационными качествами =1,0;
Загрузка...
