Вопросы прочности центробежных насосов.

Рассмотрим напряженное состояние вала насоса типа Д (с двусторонним входом в РК), ротор которого 1 под действием крутящего момента МКР 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 < QНОМ≈ Qопт приближенно можно считать величину напора Н(Q)≈ ННОМ≈const, а мощность увеличивающейся по линейному закону с ростом подачи:

 

N(Q)≈ NХХ + (NНОМ- NХХ) Q /QНОМ. (18.1)

 

Это соответствует зависимости крутящего момента от подачи:

 

МКР(Q)= NХХ / ω + (NНОМ- NХХ) Q / ω QНОМ. (18.2)

 

 

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

Fr= к [1- (Q /Qопт)2] D2 b2 Н g ρ. (18.3)

 

М(Q)= 0,5 L Fr= 0,5 L к [1- (Q /Qопт)2] D2 b2 ННОМ g ρ. (18.4)

 

Для круглого вала с моментами сопротивления изгибу -W=0,1 d3 и кручению -WКР=0,2 d3 расчетные величины касательных τ и изгибных σ напряжений равны:

 
 

 
Н N

       
 
   
 

 

 
б
а
Рис. 18.1.
Fr
NХХ  
QНОМ
Q
L

 

 

τ(Q) = МКР(Q)/ WКР = NХХ /0,2 d3ω + (NНОМ- NХХ) Q /0,2 d3 ω QНОМ, (18.5)

 

σ(Q) = М(Q)/ W=0,5 L к [1- (Q /Qопт)2] D2 b2 ННОМ g ρ /0,1 d3. (18.6)

 

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

 

σЭКВ(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