1.РАСЧЕТ И ПОДБОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
Последняя цифра
P1
МПа
Q
л/с
Z1
м
Z2
м
to
°C
a
м
b
м
c
м
d
м
L3
м
L4
м
L5
м
L6
м
5
0.11
27
10
62
75
1.6
1.2
6
350
85
75
125
80
Р/>
ассчитываем систему трубопроводов.
И подбираем центробежный насос для откачки воды с температурой toиз резервуара, находящегося под давлением Р1, в резервуар связанный с атмосферой, при производительности Q. Определяем уровень воды в резервуаре, обеспечивающий самотечную непрерывную подачу воды в резервуар при действительной подаче насоса. По результатам насоса строим график распределения давления вдоль самотечного трубопровода. Вычерчиваем чертеж рабочего колеса.
Скорость воды υ1 = 0.56 во всасывающем трубопроводе
Диаметр всасывающего трубопровода />
Скорость воды υ1 = 0.86 в нагнетательном трубопроводе
Диаметр нагнетательного трубопровода />
Для построения характеристики трубопровода, подбора насоса и последующего определения рабочей точки при работе центробежного насоса на данную систему трубопроводов определяем манометрический напор Hм.
/>
где
Сумма гидравлических сопротивлений
/>
Дополнительные данные.
P2
МПа
g
м/c²
ρ
кг/м³
ν 10-6
м²/с
ζ вх
ζ пов
ζ вт
ζ кол
0.1
9.8
972
0.390
0.5
0.15
5
0.5
Для нахождения гидравлического сопротивления находим:
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на всасывающей линии трубопровода.
/>
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на нагнетательной линии трубопровода.
/>
Определяем коэффициент Дарси, для чего находим число Рейнольдса на всасывающей и нагнетательной линии трубопровода.
/>
/>
/>
/>
Длинны всасывающего и напорного трубопроводов.
/>
/>
/>
/>
Задаваясь значениями Q определяем значение манометрического напора
Q
0
5
10
15
20
25
30
Hм
72
72.12
72.48
73.04
73.93
75.02
76.35
Марка насоса
Подача л/с
Напор м ст. жидкости
Частота об/мин вращения
Мощность двигателя кВт
4К-6
24.5
87
2920
55
Выбираем марку насоса 4К-6
График зависимости H от Q
/>
Находим площади сечений трубопроводов.
/>
/>
/>
Находим скорость потока.
/>
/>
Определяем напор H
/>
Предварительно находим сумму местных сопротивлений.
/>
/>
/>
/>
Для построения графика распределения потерь напора по длине трубопровода подсчитываем потери напора на каждом из его участков отдельно.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
2 Расчет ступени центробежного компрессора.
Исходные данные:
Pн, МПа
Рк, МПа
tн, °C
Vн, м3/с
0.2
0.4
10
7
Дополнительные данные:
Ср
С1
R
k
Cv
1.005·103
110
287
1.4
718
Понижение температуры при адиабатическом расширении вследствие увеличения скорости воздуха от С=0 ди С1
/>
Температура на входе в рабочее колесо.
/>
Давление при входе на лопатки рабочего колеса.
/>
Задаваясь величиной политропического КПД находим
ηпол=0.84
/>
Из уравнения />находим показатель политропы.
n=1.57
Температура воздуха в конце процесса сжатия.
/>
Работа политропического сжатия
/>
Принимаем газодинамический КПД />
Принимаем угол лопаток на входе в рабочее колесо />
Угол лопаток при выходе из рабочего колеса />/>
Принимаем число лопаток />
Принимаем коэффициент расхода для лопаточного диффузора />
Число лопаток.
/>
где: />
/>
/>
Коэффициент закручивания при бесконечном числе лопаток.
/>
Коэффициент циркуляции по формуле Стодолы.
/>
Коэффициент напора.
/>
Эффективная работа ступени.
/>
где: />
Окружная скорость рабочего колеса на выходе.
/>
Окружная скорость рабочего колеса на входе.
/>
Относительная скорость входа.
/>
Уточняем скорость потока при выходе на лопатки рабочего колеса.
/>
/>
Расчет выполнен верно.
Отношение удельных объёмов.
/>/>
/>
Принимаем величину />, а утечки />
/>
Диаметр входа в колесо.
/>
Принимаем />
/>
Наружный диаметр колеса.
/>
Частота вращения нагнетателя.
/>
Диаметр втулки.
/>
Диаметр вала в самой тонкой его части.
/>
Соотношение рабочей и критической частоты вращения.
/>
где />/>число ступеней.
Принимая толщины концов лопаток />определим коэффициенты стеснения сечений.
/>
/>
Элементы треугольника скоростей выхода.
/>
/>
/>
Скорость выхода из колеса.
/>
Угол выхода.
/>
Внутренний КПД.
/>
где />
/>
Отношение удельных объемов.
/>
где />
/>
Ширина лопаток на входе, радиальный вход />
/>
Ширина лопаток на выходе.
/>
Проверка:
/>
Радиус лопатки рабочего колеса.
/>
Радиус начальной окружности.
/>
Углы раскрытия канала:
На радиусе R1
/>
На радиусе R2
/>
Определение основных размеров лопаточного диффузора.
Без лопаточные диффузоры применимы при />и />/>а
лопаточные диффузоры при />и />
принимаем без лопаточные.
Начальный и конечный диаметры диффузора:
/>/>/>
Осевая ширина диффузора.
/>
Входной угол лопаток
/>
где />
Приняв угол лопаток на выходе из диффузора />вычисляем число лопаток диффузора.
/>
где />/>
Радиус кривизны лопаток диффузора.
/>
Углы раскрытия канала:
На радиусе R3
/>
На радиусе R4
/>
Отношение удельных объёмов (определяется из уравнения />)
/>
Коэффициент стеснения сечения.
/>
Скорость воздуха на выходе из диффузора.
/>
Определение основных размеров без лопаточного диффузора.
Соотношение диаметров />
Ширина диффузора принимается постоянной и близкой к ширине рабочего колеса.
/>
Угол раскрытия />эквивалентного конического диффузора (в град) определяется из соотношения.
/>
Коэффициент потерь в без лопаточном диффузоре.
/>
Расчетная величина потерь.
/>
Задаемся отношением плотностей с последующей проверкой.
/>
Скорость на выходе из диффузора.
/>
Радиальная и окружная составляющие абсолютной скорости на выходе из диффузора определяются из параллелограмма скоростей.
Степень повышения давления в диффузоре.
/>
Определяем показатель политропы сжатия из уравнения.
/>
откуда получаем n = 1.03
Проверяем принятое соотношение />
Приведенное давление.
/>/>
Температура реального газа после диффузора.
/>
где z — коэффициент сжимаемости.
Политропический КПД диффузора.
/>
Зависимость между радиусом улитки />и углом поворота сечения />при />
/>
где начальный радиус улитки />/>
Задаваясь рядом значений />строим график />по которому затем определяем />. Начало разворота улитки />
/>
9.51
10.9
12.6
17.9
21.7
22.09
38.6
58.6
76.36
107.9
145.2
185
/>
1
1.009
1.01
1.025
1.035
1.04
1.08
1.12
1.15
1.2
1.25
1.3
/>
0.039
0.044
0.049
0.064
0.072
0.079
0.119
0.159
0.189
0.239
0.289
0.339
Мощность на валу нагнетателя.
/>
где />/>
/>
/>ч
3.Расчет ступени паровой турбины
.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
/>/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
бар
кДж/кг
бар
бар
кг/с
м
мм
м
1.55
0.97
5
0.66
0.1
70
1.7
370
2.7
Методика расчета.
Для получения наилучшего КПД зададимся углом выхода потока из сопел нижнего яруса />
Тогда площадь выходного сечения нижнего яруса:
/>
/>
Площадь выходного сечения верхнего яруса:
/>
Из условия заданной максимальной окружной скорости
/>/>
/>
С учетом разницы выходных высот сопел и лопаток принимаем диаметр по верхнему сечению сопел: />величина перекрытия />[по условию].
Определим высоту и средний диаметр верхнего яруса и средний диаметр яруса.
/>
/>
/>
Угол выхода потока из сопел верхнего яруса определяется из выражения.
/>
отсюда />
Действительный расход пара:
/>
где:
/>и />параметры торможения, перед соплами, определяются по />диаграмме.
------------------------
Предполагая, что при значительных теплоперепадах в верхнем и нижнем ярусах в горле возникает критическая скорость, площади проходных сечений сопел верхнего и нижнего ярусов подсчитывают по формуле;
/>
где:
/>и />параметры торможения, перед соплами, определяются по />диаграмме.
Площадь выходного сечения верхнего яруса:
/>
Площадь выходного сечения нижнего яруса:
/>
Угол выхода потока из сопел нижнего яруса определяется из выражения:
/>
/>
Из условия заданной максимальной окружной скорости
/>/>
/>
С учетом разницы выходных высот сопел и лопаток принимаем диаметр по верхнему сечению сопел: />величина перекрытия />[му 1695]
Определим высоту сопел верхнего яруса и средний диаметр верхнего яруса.
/>
/>
/>
Угол выхода потока из сопел верхнего яруса определяется из выражения.
/>
отсюда />
Расчет нижнего яруса.
Начальная скорость пара при входе в 2-х ярусную ступень.
/>[му 1695]
где:
/>кинетическая энергия пара при входе в ступень.[по условию]
Примем, что давление пара за соплами равно критическому.
/>
где:
/>
Аналогично принимаем.
/>
Далее по />диаграмме находим теплоперепад в рабочей решетке />
Степень реактивности.
/>
Значение />также находим по />диаграмме.
Теоретическая скорость на выходе из сопловой решетки.
/>
Действительная скорость.
/>
где:
/>коэффициент скорости сопловой решетки, вычисляемый по соотношению:
/>/>коэффициент потерь в сопловой решетке.
/>NBBBBBBBBBBBB
Определим потерю в соплах.
/>
/>
/>/>
/>/>
/>
Строим входной треугольник скоростей [см приложения].
Относительная теоретическая скорость выхода.
/>
Действительная скорость выхода.
/>
где:
/>коэффициент скорости рабочих лопаток, />
/>коэффициент потерь рабочей решетки .
Площадь выходного сечения рабочей решетки.
/>
где:
/>-расход пара через нижний ярус.
/> — удельный объём пара на выходе из рабочей решетки (по диаграмме).
/>
Из соображений технологии нижний ярус рабочей лопатки желательно выполнить постоянной высоты. Исходя из этого следует принять величину перекрыши />высоту лопатки.
/>откуда б
Угол />находится из выражения.
/>
/>
Потери в рабочей решетке:
/>
Строим выходной треугольник скоростей см приложения
Осевая составляющая выходной скорости:
/>
/>
/>
/>
Потери с выходной скоростью:
/>
Предполагаем, что в следующей ступени используется часть кинетической энергии пара, покидающего рабочую решетку нижнего яруса:
/>
Располагаемая энергия потока для нижнего яруса ступени.
/>/>
/>Коэффициент полезного действия на лопатках.
/>
КПД яруса с учетом потери от влажности пара находится по формуле:
/>
где:
/> — степень сухости пара после сопел определяем по диаграмме.
Потери от влажности:
/>
Расчет верхнего яруса.
Давление за соплами верхнего яруса />принимаем равным 0.16 бар, оно должно быть ниже чем />
По />диаграмме находим располагаемые теплоперепады в соплах />и в рабочей решетке />
Степень реактивности.
/>
Угол отклонения струи в соплах:
/>
где:
/>удельный объём пара при давлении />по диаграмме
/>удельный объём пара при давлении />по диаграмме
/>
Теоретическая скорость на входе в верхний ярус:
/>
Действительная скорость:
/>
Определяем потерю в соплах:
/>
Строим входной треугольник скоростей.
/>
/>
По относительной скорости входа пара в рабочую решетку и давлению перед ней находим параметры изоэнтропного торможения потока в относительном движении.
/>/>/>
Тогда для рабочей решетки критическое давление равно:
/>
Критическая скорость в каналах рабочей решетки:
/>
где:
/> — критический теплоперепад в рабочей решетке по диаграмме.
Площадь выходного сечения рабочей решетки верхнего яруса.
/>
где:
/>удельный объём пара при давлении />
/>
Принимаем величину перекрытия
/>
/>
Угол выхода потока из рабочей решетки верхнего яруса.
/>
/>
где(см выше):
/>
Относительная теоретическая скорость выхода:
/>
Действительная скорость:
/>
Угол отклонения струи в рабочей решетки.
/>
где:
/>удельный объём пара при давлении />
Потери в рабочей решетке:
/>
Далее строим выходной треугольник скоростей.
Потери с выходной скоростью:
/>
Располагаемая энергия потока для верхнего яруса ступени:
/>
где:
/>[по условию]
Коэффициент полезного действия на лопатках:
/>
Коэффициент полезного действия яруса с учетом потери от влажности пара.
/>
где:
/>/>степень сухости пара после сопел второго яруса при давлении />/>/>
Потери от влажности:
/>
Внутренняя мощность двухъярусной ступени
/>
Расчёт последней ступени.
Принимаем, что давление за соплами равно критическому.
/>
где:
/>давление изоэнтропического торможения перед соплами с учётом использования в последней ступени кинетической энергии потока, покидающего предыдущую ступень.
Тогда по h-S диаграмме находим теплоперепады.
/>/>/>
Степень реактивности.
/>
/> — удельный объём пара при изоэнтропическом торможении при давлении />.
/>
Задаемся средним диаметром />и высотой сопла />( из соображения плавности проточной части ) и находим угол выхода потока из сопел нижнего яруса.
/>
/>
мм
м
370
2.7
/>
/>
Определяем потерю в соплах.
/>
Находим теоретическую и действительную абсолютные скорости на входе.
/>
/>
/>
/>
Строим входной треугольник скоростей.
Относительная теоретическая скорость выхода пара из рабочей решетки:
/>
Действительная скорость.
/>
Критическая скорость находится по критическому теплоперепаду.
/>
Площадь выходного сечения рабочей решетки.
/>
Угол выхода потока из каналов рабочей решетки ( предварительно задаемся длинной лопатки />и диаметром />определяем.
/>
/>
Угол отклонения струи в рабочей решетке.
/>
Строим выходной треугольник скоростей.
Потери и КПД на лопатках последней ступени.
/>
/>
Располагаемая энергия потока для верхнего яруса ступени.
/>
Коэффициент полезного действия на лопатках.
/>
Внутренний КПД ступени.
/>
Потеря от влажности пара.
/>
Внутренняя мощность двухъярусной ступени.
/>