Суднові допоміжні механізми

 

За даними табл. 9 будуються контури перетинів завитки в масштабі для вибраних кутів обхвату φ (див. рис.14).

Рис. 14. Поперечні перетини спірального відводу

При проектуванні перетинів відвідного каналу гострі кути профілю претину, особливо в верхній його частині, округлюються відповідно до рекомендацій 2. На рис. 14 таке округлення виконується тільки для найбільшого перетину (на куті обхвату 360°).

Далі контури поперечних перетинів  відводу розміщуються (накладаються) на кінцях радіусів R₃, проведених під вибраними кутами обхвату φ_i (на рис. 15 ці радіуси проведені через 90°), після чого через точки перетину осьових ліній цих перетинів з лініями максимальної ширини перетинів проводиться плавна крива, яка утворює внутрішню поверхню перетину спірального відводу, перпендикулярного вісі обертання робочого колеса насосу.

Рис. 15. Спіральний відвід

 

Для завершення побудови внутрішнього контуру спірального відводу в плані необхідно мати конструктивні параметри профілю відвідного дифузора. Дифузор слугує для сполучення спірального каналу з відвідним трубопроводом. Для його побудови необхідно знати діаметр або радіус початкового перетину дифузора ρ₃₆₀, радіус кінцевого перетину R_тр і його довжину L_д.

Початковий перетин дифузора формується за допомогою пластичної деформації перетину каналу за останнім перетином відводу (на куті обхвату 360°) від форми трапеції до форми рівновеликого за площею круга. Радіус цього круга визначається за формулою:

,

Данні максимальних і мінімальних  значень R і b беремо з табл. 8.

(м).

Кінцевий перетин розраховується з умови забезпечення необхідної швидкості на виході з насосу с_тр. Згідно з [2] швидкості на виході з насосу повинна бути в межах 2…5 м/с.

Приймаємо с_тр = 4 м/с.

Радіус кінцевого перетину дифузору визначається за формулою:

,

(м).

Кут розкриття дифузора σ приймається згідно рекомендації [2] 8…12 градусів, щоб забезпечити безвідривну течію рідини.

Приймаємо σ = 10°.

Довжина визначається по куту розкриття  і розмірам початкового і кінцевого перетинів за формулою:

,

(м).

Рекомендується, щоб довжина дифузора не перевищувала 1,5 максимального діаметру відводу. В даному випадку він рівний 310 мм, а довжина дифузора 247 мм. Умова виконана.

На підставі розрахунків перетинів  відводу і дифузора виконується остаточна побудова внутрішнього контуру спірального відводу в плані. Схематична побудова цього контуру представлена на рис. 15.

 

6. Оцінка дійсної (допустимої) висоти всмоктування насосу

На основі початкових даних визначався коефіцієнт С, який використовується для обчислення вхідні розмірів проточної частини та визначення конфігурації робочих органів насосу. Коефіцієнт С входить до емпіричних залежностей для визначення ряду розрахункових величин. Методика розрахунку з емпіричними залежностями містить ряд неминучих округлень і поправок які не виключають розходження кінцевих результатів з запланованими спочатку. Так, допустима висота всмоктування рідини, яка дійсно забезпечується конструкцією спроектованого насосу, тепер повинна визначатися на основі отриманих конкретних параметрів за формулою:

,

Критичний кавітаційний запас енергії насосу ∆l_кр обчислюємо за новою формулою:

,

Коефіцієнт λ_ш знаходимо за формулою:

,

де  = 0,15…0,9 – відношення товщини лопаті робочого колеса на вході до її найбільшої товщини.

Приймаємо = 0,15

,

λ₁ = 1,0…1,2 [2]. Приймаємо λ₁ = 1,1.

(м²/с²).

За отриманим значенням ∆l_кр визначаємо дійсну висоту всмоктування, на якої може працювати спроектований насос:

(м).

Оскільки дійсна висота всмоктування не менше заданої, розрахунок можна вважати завершеним.

 

 

              7. Опис конструкції спроектованого насоса та оцінка його придатності для виконання за функцією призначення

Даний насос можна класифікувати  за наступними ознаками:

- за принципом підведення  енергії потоку рідини - динамічний  або лопатевий;  
- по вигляду робочих органів і по особливості робочого процесу - відцентро- 
вий;

- по числу ступіней (послідовно включених коліс) - одноступінчатий;

- за призначенням - циркуляційний  насос для системи побутового  водопостачання - прісної побутової води;

- по роду приводу  - автономний електронасос;

- по розташуванню колеса  щодо опор - консольний.

Насос складається з  системи рухомих (ротор в зборі) і нерухомих елементів (корпусні деталі).

Ротор складається з  робочого колеса, яке закріплене на валу за допомогою шпонки та гайки-обтічника.

Колесо закритого типу, виготовлене з бронзи литвом. 11 робочих лопатей колеса загнутих назад відповідно до розрахунку. З боку заднього диска на колесі виконано напіввідкритих лопатей імпелеру, також загнутих назад.

На валу є бронзова втулка, яка запобігає витирання ротора об сальник. Вал виготовлений у вигляді ряду співвісних циліндрів різного діаметру, на яких кріпляться колесо, захисна втулка і підшипники. На стороні валу, протилежній колесу, виконано шпонковий паз, призначений для фіксації муфти, яка сполучає насос з приводом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 14. Уніфікований відцентровий консольний насос:

Нерухомі елементи насоса складаються  з корпусу, який об’єднує такі  
елементи насоса, як: вхідний патрубок, спіральний відвід і камеру, в якій обер- 
тається робоче колесо. На вхідному патрубку виконаний приєднувальний фла- 
нець для прикріплення всмоктуючого трубопроводу, а на кінці спірального  
відводу - фланець для з’єднання з нагнітальним трубопроводом. З боку перед- 
нього диска колеса в корпусі сформовано щілинне ущільнення, що складається  
з ущільнюючого кільця, яке охоплює з мінімальним зазором циліндровий ви- 
ступ переднього покривного диска колеса. У корпусі виконані отвори в стінці  
вхідного патрубка і в стінці відвідного каналу. Отвори заглушені пробками і  
можуть використовуватися для зливу води з насоса, для випуску повітря при  
його заливці перед роботою і для приєднання манометрів. Корпус з боку зад-

 

 

 

 

 

нього диска колеса закритий кришкою корпусу, яка утворює  разом з ним камеру, в якій обертається робоче колесо. Через центр круглої кришки проходить канал для валу ротора, в якому також розміщується сальникове ущільнення. З боку колеса в отвір кришки вставлена упорна кришка сальника.

Сальникове ущільнення складається з сальникового набивки 5, розділе- 
ною на дві частини водорозподільним кільцем. До цього кільця через отвір в  
стінці каналу кришки корпусу, виконаного для розміщення ущільнення і під  
прохід валу, підводиться вода з порожнини відводу по свердленню в ребрі  
кришки. Сальникова набивка підтискається. Кришка сальникового ущільнення  
виконана з двох частин, що забезпечує її розбирання і витягання з ліхтаря без  
розбирання насоса при поточному ремонті сальникового ущільнення.

Кришка  корпусу  притискається  до  корпусу  ліхтарем  насоса.  Ліхтар  є проміжковою частиною, яка забезпечує з’єднання корпусу насоса з корпусом підшипникових опор. У ліхтарі виконано бічне вікно, яке забезпечує доступ до сальникового ущільнення. Через вікно також забезпечується видалення води, яка протікає назовні через сальник при роботі насоса.

У корпусі підшипників  розміщуються два підшипники. Підшипник  з бо- 
ку колеса затиснений в корпусі і на валу насоса. Підшипник з протилежного  
боку затиснений на валу, але може переміщатися уздовж вісі розточки корпусу  
для компенсації теплового подовження валу. Підшипники змащуються рідким  
маслом, яке заливається через отвір у верхній частині корпусу підшипників.  
Для запобігання витіканню масла в кришках встановлені фетрові кільця. Для  
запобігання попаданню води в підшипники з боку колеса встановлений відбій- 
ник.

При роботі насосу рідина поступає в колесо через всмоктуючий  патру- 
бок, а виходить з нього через щілину між двома дисками на зовнішньому діа- 
метрі колеса. Рідина, яка вилітає з диска, збирається спіралевидним відводом,  
який охоплює колесо по периметру. З відводу рідина поступає в нагнітальний  
патрубок, звідки прямує до споживача. Для того, щоб насос почав працювати,

 

 

 

 

 

його колесо і всмоктуючий  канал повинні бути повністю заповнені  водою. При  
обертанні колеса вода, яка знаходиться в міжлопатевих каналах, буде залучена  
лопатками в окружний рух. Відцентрова сила, яка виникає при цьому, перемі- 
щатиме частинки по радіусу при одночасному обертальному русі. У зв’язку з  
видаленням з міжлопатєвих каналів колеса порцій рідини під дією описаного  
процесу, у вхідній частині колеса виникає область зниженого тиску. В цю об- 
ласть зі всмоктуючого патрубка переміщатимуться нові порції рідини під дією  
більш високого тиску у всмоктуючому патрубку, ніж у вхідній області колеса.  
Цей процес відбувається безперервно. Порції рідини в колесі під впливом ро- 
бочих лопаток отримують кінетичну енергію і відповідно збільшують свою аб- 
солютну швидкість. У відносному русі по каналах колеса ці порції переміща- 
ються від менших поперечних перетинів каналів до більших, що викликає зме- 
ншення відносної швидкості руху порцій при одночасному збільшенні їх абсо- 
лютної швидкості. Порції рідини, які вилітають з колеса, продовжують упові- 
льнювати свою швидкість, вже в абсолютному русі, із-за переміщення по кана- 
лу, перетин якого розширюється у напрямку руху потоку рідини. Уповільнення  
швидкості течії, відповідно до законів гідромеханіки, супроводжується зрос- 
танням тиску рідини або перетворенням кінетичної енергії в потенційну. В ре- 
зультаті на виході з насоса споживач отримує потік із заданим надмірним тис- 
ком і порівняно низькою швидкістю, прийнятною для використання в систе- 
мах, де застосовуються такі насоси.

Імпелер, розміщений на задньому диску колеса, забезпечує зниження ти- 
ску в області за колесом, прилеглій до валу насоса. Це зниження виникає абсо- 
лютно аналогічно тому, як це відбувається в самому робочому колесі, але з ті- 
єю різницею, що імпелер практично не переміщає рідину, оскільки не сполу- 
чений зі всмоктуючим патрубком. Якщо тиск в цій області не знижувати, то на  
колесі виникає осьове зусилля, направлене у бік всмоктування насоса. Це зу- 
силля навантажує підшипники і сприяє прискоренню їх зносу. У напіввідкри- 
того імпелера зовнішній діаметр колеса виконаний меншим, ніж діаметр коле-

 

 

 

 

 

са насоса. Зовнішній  діаметр імпелера вибирають таким, щоб тиск перед вузлом ущільнення завжди залишався більше атмосферного при тому, щоб осьове зусилля було понижене до необхідних меж.

У даному насосі внутрішні  витоки пов’язані тільки з паразитними токами  
в передньому щілинному ущільненні. Наявність імпелера дозволяє відмовити- 
ся від розвантажувальних осьових каналів і установки щілинного ущільнення з  
боку заднього диска. Це підвищує об’ємний ККД насоса при деякому збіль- 
шенні механічних втрат, пов’язаних із забезпеченням роботи імпелера. Зазви- 
чай такий перерозподіл втрат приводить до підвищення загального ККД насо- 
са, про що свідчить розповсюдження аналогічних конструктивних рішень.

Оскільки тиск за заднім диском колеса поблизу валу ротора знижений, сальникове ущільнення не може прокачуватися водою з цієї області. Нормальна робота сальникового ущільнення у такому разі забезпечується подачею до сальника води через спеціальний канал в корпусі, що підводить воду з відводу, в якому тиск близький до максимального у водяному тракті насоса. Вода підводиться приблизно в середню частину ущільнення, де встановлене водорозподільне кільце, яке запобігає запиранню сальниковою набивкою водопрокачуючого каналу. При цьому частина води що подається, йтиме в насос, а частина буде виходити назовні через отвір у втулці. При нормальній роботі сальникового ущільнення вода буде капати зовні тільки при працюючому насосі, в кількості 5…10 крапель за хвилину.

 

 

 

8. Загальний висновок по проекту 

Результати розрахунку підтвердили можливість застосування відцентро- 
вого насосу для пожарної системи - морської води. На підставі розрахунку визначені основні конструктивні розміри насосу з можливими відхиленнями, які несуттєві для проведення компоновочного конструювання. Спроектований відцентровий насос має розхід рідини Q = 63 м³/год,яку спроможний всмоктувати з висоти 5 м. ККД насосу η = 0,71 (щодопустиме для таких насосів). Насос має привод від електродвигуна і споживає 20кВт енергії при 2920 об/хв. На виході з насосу рідина має швидкість   м/с.

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Ю.Л. Мошенцев, А.Г. Сацкий. Расчет системы охлаждения судовых ДВС, 1986г.
2. Мошенцев Ю.Л. Конспект лекций по дисциплине «Агрегаты ДВС».
3. Воронов В.Ф., Арцыков А.И. Судовые гидравлические машины. – Л.: Судостроение, 1976. – 301 с.
4. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. – Л.: Машиностроение, 1967. – 288 с.
5. Будов В.М. Судовые насосы: Справочник. – Л.: Судостроение, 1988 г. –432 с.