Сльоз Л.Г., Нездойминов В.И. Гидравлические и аэродинамические машины

Подождите немного. Документ загружается.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

КАФЕДРА «ВОДОПОСТАЧАННЯ, ВОДОВІДВЕДЕННЯ

ТА ОХОРОНА ВОДНИХ РЕСУРСІВ”

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ З КУРСУ

« Гідравлічні та аеродинамічні машини »

(для спеціальностей 7.902601 “Водопостачання та

водовідведення”, 7.092103 “Міське будівництво та господарство” заочної та

прискореної форм навчання)

Затверджено

на засіданні кафедри

“Водопостачання,

водовідведення та

охорона водних ресурсів”

Протокол № 7

від 03 березня 2005 р.

Макіївка 2005

УДК 628

Методичні вказівки до виконання контрольної роботи з курсу “Гідравлічні

та аеродинамічні машини” (для спеціальностей 7.092601“Водопостачання та

водовідведення”,7.092103 “Міське будівництво та господарство” заочної та

прискореної форм навчання ) Уклад.: Т.М. Полетаєва. - Макіївка: ДНАБА,

2005. - 79 с.

Містять теоретичний матеріал, необхідний для успішного виконанні

контрольної роботи, завдання до контрольної роботи, приклади розв’язання

основного типу задач, запитання для самоперевірки, перелік літератури та

додатки.

Укладач:

асистент кафедри “Водопостачання,

водовідведення та охорона водних ресурсів” Т.М. Полетаєва

Рецензенти:

проф. кафедри “Водопостачання,

водовідведення та охорона водних ресурсів”,

к.т.н. Л.Г. Сльоз

завідувач кафедри “Водопостачання,

водовідведення та охорона водних ресурсів”,

доцент, к.т.н. В.І. Нездоймінов

Відповідальний за випуск:

доцент кафедри “Водопостачання,

водовідведення та охорона водних ресурсів”

к.т.н. В.М. Чернишев

Теперішні “Методичні вказівки...” призначені поліпшити роботу

студентів заочної форми навчання при вивченні курсу. До їх складу входять:

скорочений конспект лекцій, різні за тематикою та складністю задачі з усіх

розділів курсу, що нерозривно пов’язані з курсом “Теоретична механіка рідини

та газу”, приклади розв’язання основного типу задач, питання для

самоперевірки, до іспиту та додатки.

1.ТЕОРЕТИЧНИЙ КУРС

1.1 ОСНОВНІ ПАРАМЕТРИ І КЛАСИФІКАЦІЯ. ПРИЗНАЧЕННЯ, ПРИНЦИП

ДІЇ Й ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ НАСОСІВ.

Насоси являють собою гідравлічні машини, призначені для переміщення

рідини під напором. Перетворюючи механічну енергію приводного двигуна в

механічну енергію рідини, що рухається, насоси піднімають рідина на

визначену висоту, переміщають на необхідну відстань у горизонтальній

площині чи змушують циркулювати в замкнутій системі.

Основними параметрами насосів, що визначають діапазон зміни режимів

роботи насосної станції, склад її устаткування і конструктивні особливості, є

напір, подача (витрата), потужність і КПД.

Напір [Н] – збільшення питомої енергії рідини на ділянці від входу в

насос до виходу з нього. Виражений у метрах напір насоса визначає висоту

підйому рідини чи дальність переміщення.

Подача, витрата [Q] – характеризується обсягом рідини, що подається

насосом у напірний трубопровід в одиницю часу (м

/с, м

/год, л/с).

Потужність [N], затрачувана насосом, що необхідна для створення

потрібного напору і подолання усіх видів утрат, неминучих при перетворенні

механічної енергії, що надана насосу двигуном, в енергію рідини, що

рухається, (Вт).

Корисна потужність насоса дорівнює:

= ρgQH = РQ (1.1.1.)

Унаслідок неминучих втрат енергії в самому насосі, споживана їм

потужність більше корисної потужності. Утрати враховуються коефіцієнтом

корисної дії чи ККД [η], що являє собою відношення корисної потужності до

потужності на валу:

η =

, (1.1.2.)

ККД – враховує усі види втрат, зв'язані з перетворенням енергії. ККД

визначає економічну доцільність експлуатації насоса при зміні його параметрів.

Ці утрати виражаються у виді трьох основних утрат: механічних, гідравлічних і

об'ємних.

Насоси є одним з найбільш розповсюджених видів машин, їхня

конструктивна різноманітність надзвичайна велика, тому в основу класифікації,

що застосовується, покладені розходженнях у принципі дії.

Всі існуючі на даний час насоси розділені на два види: динамічні й

об'ємні.

У динамічних насосах рідина рухається під силовим впливом у камері

постійного обсягу, яка постійно поєднана з пристроями, що підводять і

відводять рідину. У залежності від виду силового впливу на рідину вони у свою

чергу, поділяються на лопатеві і тертя.

Об'ємні працюють за принципом витиснення рідини з камери за рахунок

зменшення її об’єму. Його періодична зміна відбувається за рахунок зворотно-

поступального чи обертального руху робочого органа насоса. Навперемінне

заповнення камери рідиною, що перекачується, і її спорожнювання

забезпечують клапани.

У системах водопостачання і водовідведення найбільше застосування

знаходять лопатеві насоси, тому існує скорочена класифікація насосів

відповідно до ДСТ 17398-72 (табл.1.1.1.):

Таблиця 1.1.1. Скорочена класифікація відцентрових насосів.

Назва насоса Відмінні риси конструкції насоса

Горизонтальний Вісь обертання робочого колеса розташована

горизонтально по за залежністю від розташування осі

приводу

Вертикальний Вісь обертання робочого колеса розташована вертикально

Консольний Робоче колесо розташоване на консольній частині вала

Моноблочний Робоче колесо розташоване на подовженому валу двигуна

З виносними

опорами

Підшипникові опори ізольовані від середовища, що

перекачується

З внутрішніми

опорами

Підшипникові опори стикаються із середовищем, що

перекачується

З осьовим входом Рідина підводиться в напрямку осі робочого колеса

З бічним входом Рідина підводиться в напрямку, перпендикулярному осі

робочого колеса

Двостороннього

входу

Рідина підводиться до робочого колеса з двох

протилежних сторін

Одноступінчатий Рідина подається одним робочим колесом

Багатоступінчастий Рідина перекачується декількома, послідовно з'єднаними

робочими колесами

Секційний Багатоступінчастий насос з торцевим розніманням кожної

ступіні

Футерований Проточна частина футерована (облицьована) матеріалом

стійким до впливу подаваної рідини

Заглибний Установлюється під рівень рідини, що перекачується

Занурений Насосний агрегат із зануреним насосом, двигун якого

розташований над поверхнею рідини, що перекачується

Самоусмокту-

вальний

Забезпечує заповнення корпуса й усмоктувального

трубопроводу рідиною, що перекачується, без

використання додаткових пристроїв

1.2. СХЕМИ ПРИСТРОЮ І ПРИНЦИП ДІЇ.

До числа лопатевих насосів відносяться насоси відцентрові, осьові і

діагональні. Робота цих насосів заснована на загальному принципі – силова

взаємодія лопатей робочого колеса з потоком рідини, що перекачується. Однак

механізм цієї взаємодії різний, що приводить до істотних розходжень у їхніх

конструкціях і експлуатації.

ВІДЦЕНТРОВІ НАСОСИ. Основним робочим органом відцентрових

насосів є робоче колесо 3, насаджене на вал 2 і вільно обертове усередині

корпуса 1. Робоче колесо складається з двох дисків: переднього і заднього

(мал.1.2.1.). Між дисками знаходяться лопаті 4, загнуті убік, протилежний

напрямку обертання.

При обертанні робочого колеса 4 на кожну часточку рідини, що

знаходиться в міжлопатевому просторі діє відцентрова сила. Під дією цієї сили

рідина викидається з робочого колеса в напірний патрубок 6, у результаті чого

в центрі робочого колеса створюється розрідження, а на периферії –

підвищений тиск.

Рух рідини по усмоктувальному трубопроводу 5 відбувається внаслідок

різниці тисків на вільній поверхні в резервуарі і вакууму в центральній частині

робочого колеса.

Мал.1.2.1. Схема відцентрового насосу:

1-корпус насоса; 2-вал; 3-робоче колесо; 4- лопаті; 5- усмоктувальний

трубопровід; 6- напірний патрубок.

Відцентрова сила, а, отже, і напір, що розвивається насосом, буде

більше, чим більше частота обертання і діаметр робочого колеса.

Класифікація відцентрових насосів:

 по числу робочих коліс - одне - і багатоколісні;

 по способі підведення рідини до робочого колеса – з однобічним і

двостороннім;

 по способі відводу рідини – зі спіральним і турбінним відводом. У

насосах зі спіральним відводом рідина з робочого колеса надходить

безпосередньо в спіральну камеру, а потім у напірний патрубок. У насосах з

турбінним відводом рідина, перш ніж потрапити в спіральну камеру проходить

через систему нерухомих лопаток (направляючий апарат).

 по розташуванню вала - з горизонтальним і вертикальним;

 по способі з'єднання з двигуном – приводні (зі шківом і

редуктором), що з'єднуються за допомогою муфти і моноблочні (робоче колесо

встановлюється на подовженому кінці вала двигуна);

 по роду рідини, що перекачується – водопровідні, каналізаційні,

теплофікаційні, кислотні, ґрунтові, піскові, шламові і т.д.;

 по створюваному напорі – низького (до 10 м), середнього (від 10 до

60 м) і високого напору (більш 60 м).

ОСЬОВІ НАСОСИ. Робоче колесо 1 складається з втулки, на якій

укріплене кілька лопатей, що представляють собою вигнуте крило з

закругленою передньою частиною, що набігає на потік крайкою (мал.1.2.2.)

Рухаючись поступально, рідина, що перекачується, закручується робочим

колесом.

Мал.1.2.2. Схема осьового насосу:

1-робоче колесо; 2- камера; 3- апарат, що виправляє потік; 4- відвід.

Для усунення цього явища служить апарат 3, що виправляє потік. Він

розташований перед виходом у колінчатий відвід 4. Підводиться рідина до

насоса за допомогою конічних патрубків, а у великих насосів для цієї мети

служать камери або усмоктувальні труби складної форми. Осьові насоси

випускаються двох модифікацій: з жорстко закріпленими лопатами і з

поворотними лопатами. Зміна кута повороту лопат дозволяє підтримувати

високе значення ККД у широкому діапазоні зміни його робочих параметрів. Як

привід застосовуються синхронні й асинхронні двигуни, що з'єднуються

безпосередньо з насосом за допомогою муфти. Випускаються насоси з

вертикальним, горизонтальним і похилим валом.

ДІАГОНАЛЬНІ НАСОСИ. Потік рідини, що проходить через робоче

колесо діагонального насоса (мал.1.2.3.), спрямований не радіально, як у

відцентрових і не паралельно як в осьових, а похило (по діагоналі

прямокутника).

Похилий напрямок потоку створює основну, конструктивну особливість

діагональних насосів – перпендикулярне до меридіонального потоку і похиле

до осі насоса розташування лопат робочого колеса.

Похилий напрямок потоку створює основну, конструктивну особливість

діагональних насосів – перпендикулярне до меридіонального потоку і похиле

до осі насоса розташування лопат робочого колеса. Робочі колеса можуть бути

закритого і відкритого типів. У першому випадку загальна конструкція

наближається до відцентрового, а в другому –до осьового колеса. Лопаті

робочих коліс відкритого типу виконуються поворотними, що являється

безперечною перевагою. По робочих параметрах вони займають проміжне

положення між відцентровими й осьовими.

Мал.1.2.3. Схема діагонального насосу: а-діагональний насос з робочим

колесом відкритого типу; в- діагональний насос з робочим колесом закритого

типу: 1-усмоктувальний патрубок; 2- робоче колесо; 3- корпус насоса; 4-

апарат, що виправляє потік; 5- радіальний підшипник; 6- відвід.

1.3. ОСНОВНІ ВУЗЛИ Й ДЕТАЛІ ЛОПАТЕВИХ НАСОСІВ.

До основних вузлів і деталей лопатевих насосів відносяться: робоче

колесо, направляючий апарат, корпус насоса, вал, підшипники і сальники.

Робоче колесо є найважливішою деталлю насоса і призначено для передачі

енергії. від обертового вала насоса, рідині, що перекачується.

Розрізняють робочі колеса з однобічним і двостороннім входом

рідини, закритого, напіввідчиненого, осьового і діагонального типу

(мал.1.3.1.).

Закрите робоче колесо (мал.1.3.1,а) складається з двох дисків переднього

(зовнішнього) і заднього (внутрішнього), між якими розташовані лопатки. Диск

3 за допомогою втулки закріплений на валу насоса.

Мал.1.3.1. Типи робочих коліс: а- закритого типу; б- напіввідкритого типу; в-

двостороннього входу; г- з імпелером; д- робоче колесо діагонального насоса;

е- робоче колесо осьового насоса; 1-передній диск; 2- лопаті; 3- задній диск; 4-

імпелер; 5- втулка.

У робочому колесі напіввідкритого типу (мал.1.3.1, б) відсутній

передній диск, а лопати примикають (з деяким зазором) до нерухомого

заднього диска. Такі робочі колеса застосовуються для перекачування суспензій

і сильно забруднених рідин (мули й осади), а також у деяких конструкціях

свердловинних насосів.

Робоче колесо з двостороннім підведенням рідини (мал.1.3.1, в) має два

зовнішніх диски й один внутрішній із втулкою для кріплення на валу. Така

конструкція дозволяє компенсувати осьовий тиск і забезпечує більш сталу

роботу насоса.

Робочі колеса з імпелером (мал.1.3.1, г), також дозволяють розвантажити

вал насоса від осьових зусиль і захистити ущільнення від влучення абразивних

часток.

Робочі колеса відцентрових насосів звичайно мають шість-вісім лопаток,

а в насосів, що перекачують забруднені рідини, їхнє число мінімальне – два-

чотири.

Робоче колесо насосів діагонального типу (мал.1.3.1, д), (може бути

відкритим і закритим) і являє собою втулку, на якій лопати під кутом близько

закріплені на осі насоса.

Робоче колесо насосів осьового типу (мал.1.3.1, е), являє собою втулку,

на якій закріплені лопати профілю, що має форму крила.

Корпус насоса поєднує вузли і деталі, що служать для підведення рідини

до робочого колеса і відводу її в напірний трубопровід.

Конструктивно насоси виготовляються з осьовим (мал.1.3.2, а)

колінним, (мал.1.3.2, б) бічним кільцевим (мал.1.5, в) та напівспіральним

входами (мал.1.3.2, г).

Мал.1.3.2. Схеми підводу рідини до робочих коліс відцентрових

насосів:

1- робоче колесо; 2 - вал насосу.

Осьовий вхід характеризується найменшими гідравлічними втратами,

але насоси з таким підведенням рідини мають збільшені горизонтальні

розміри. Бічний кільцевий вхід створює значні втрати, але насос має менші

розміри і зручне взаємне розташування усмоктувального і напірного

патрубків. У насосах із двостороннім входом застосовується бічний

напівспіральний вхід, що забезпечує рівномірне надходження рідини в робоче

колесо.

Пристрій, що відводить, (відвід) – призначений для відводу рідини від

робочого колеса в напірний патрубок насоса. Для зменшення швидкості руху

рідини, що виходить з робочого колеса, з метою перетворення кінетичної

енергії в потенційну (збільшення тиску), а також зменшення гідравлічних

опорів застосовують направляючі апарати та пристрої.

Розрізняють спіральний, напівспіральний, двозавитковый і кільцевий

відводи, а також відводи з направляючими апаратами.

Спіральний відвід –це канал в корпусі насосу, який охоплює робоче

колесо по колу (мал.1.3.3, а). Поперечний перетин каналу збільшується у

відповідності до витрати рідини, а швидкість руху зменшується, або

залишається приблизно постійною. Канал закінчується вихідним дифузором, в

якому й відбувається подальше зменшення швидкості та перетворення

кінетичної енергії в потенційну.

Мал.1.3.3. Схеми відводів відцентрових насосів:

а-спіральний; б-кільцевий; в - з направляючим апаратом; г - складений.

Кільцевий відвід - це канал постійного перетину, що охоплює робоче

колесо по колу (мал.1.3.3, б). Його найчастіше застосовують в насосах, які

перекачують забруднені речовини. Гідравлічні втрати в кільцевих відводах

значно більші ніж в спіральних.

Напівспіральний відвід – це кільцевий канал, який переходить у

спіральний відвід, що розширюється.

Направляючий апарат (лопатевий відвід) удає з себе два кільцевих

диска, між якими розташовані лопаті, зігнуті в сторону, протилежну напрямку

згину лопатей робочого колеса (мал. 1.3.3, в).

Для великих насосів інколи застосовуються складені відводи, що

видають з себе поєднання направляючого апарату та спірального відводу (мал.

1.3.3, г).

Сальники служать для ущільнення отворів у корпусі насоса, через які

проходить вал. Сальник з боку нагнітання, повинний запобігати витоку води, а

сальник з боку усмоктування – підсмоктування повітря в насос.

1.4. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ РУХУ РІДИНИ В РОБОЧОМУ КОЛЕСІ

ВІДЦЕНТРОВОГО НАСОСА. ТЕОРЕТИЧНІ НАПІР І ПОДАЧА.

Рідина підводиться до робочого колеса аксіально, тобто в напрямку осі

вала, зі швидкістю V

. У робочому колесі напрямок струменів рідини