Вопросы прочности центробежных насосов

Рассмотрим напряженное состояние вала насоса типа Д (с двусторонним входом в РК), ротор которого 1 под действием крутящего момента М _КР вращается с угловой скоростью ω в выносных подшипниковых опорах 2. Передача мощности N от

двигателя 3 осуществляется через муфту 4. Основные размеры ротора приведены на рис. 18.1 а, энергетическая характеристика насоса на рис. 18.1 б. В диапазоне подач 0< Q < Q _НОМ≈ Q _опт приближенно можно считать величину напора Н(Q) ≈ Н _НОМ≈ const, а мощность увеличивающейся по линейному закону с ростом подачи:

N(Q) ≈ N _ХХ + (N _НОМ- N _ХХ) Q / Q _НОМ. (18.1)

Это соответствует зависимости крутящего момента от подачи:

М _КР(Q)= N _ХХ / ω + (N _НОМ- N _ХХ) Q / ω Q _НОМ. (18.2)

Кроме этого,при работе насоса вал испытывает момент изгиба М _КР(Q) от радиальной силы, которая также зависит от Q (для спирального отвода с однозаходной улиткой, см. 10.1):

F_r = к [1- (Q / Q _опт)²] D ₂ b ₂ Н g ρ. (18.3)

М (Q)= 0,5 L F_r = 0,5 L к [1- (Q / Q _опт)²] D ₂ b ₂ Н _НОМ g ρ. (18.4)

Для круглого вала с моментами сопротивления изгибу - W =0,1 d ³ и кручению - W _КР=0,2 d ³ расчетные величины касательных τ и изгибных σ напряжений равны:

Н N

б

а

Рис. 18.1.

F_r

N _ХХ  

Q _НОМ

Q

L

τ(Q) = М _КР(Q)/ W _КР = N _ХХ /0,2 d ³ω + (N _НОМ- N _ХХ) Q /0,2 d ³ ω Q _НОМ, (18.5)

σ(Q) = М (Q)/ W =0,5 L к [1- (Q / Q _опт)²] D ₂ b ₂ Н _НОМ g ρ /0,1 d ³. (18.6)

Эквивалентное напряжение по теории наибольших касательных напряжений σ_ЭКВ(Q) также зависит от подачи:

σ_ЭКВ(Q) = [σ²(Q) + 4 τ²(Q) ]^0,5. (18.7)

Различное поведение функций 18.5 и 18.6 при изменении относительной подачи дает основания определения экстремумов функции 18.7 для конкретных насосных агрегатов. Обычно в качестве опасного с точки зрения прочности вала служит режим Q → 0, что подтверждается опытом эксплуатации сетевых насосов при глубоком регулировании подачи.

Разработка насосов включает в себя прочностные расчеты вала с учетом динамических нагрузок от дисбаланса ротора, расчеты напряжений в РК и определение необходимых толщин корпусов. Отдельно выполняются расчеты разъемов, фланцевых соединений и крепежных деталей.

Приложение

Дата добавления: 2014-12-07