Разработка электронасосного агрегата Д 1250-65 с подшипниками скольжения вместо подшипников качения
|
Аннотация 1
Содержание 2
Техническое задание 4
Введение 5
Часть 1 Конструкторская. Расчет электронасосного агрегата двустороннего входа Д 1250-65 11
1.1. Предварительные расчеты 11
1.1.1. Расчет коэффициента быстроходности 11
1.1.2. Расчет габаритных размеров рабочего колеса 11
1.1.3. Расчет теоретического напора колеса и проверка выбранного
наружного диаметра
13
1.1.4. Подбор электродвигателя и муфты 14
1.1.5. Выбор минимального допустимого диаметра вала 16
1.2. Профилирование рабочего колеса
17
1.2.1. Построение меридионального сечения рабочего колеса 17
1.2.2. Разбиение рабочего колеса на «струйки» 19
1.2.3. Профилирование лопатки
20
1.2.3.1. Разбиение «струйки» на параллели
20
1.2.3.2. Выбор числа лопаток и их толщины 22
1.2.3.3. Выбор угла лопатки на выходе 22
1.2.3.4. Расчет углов входа лопатки в 1Л
22
1.2.3.5. Проверка качества профилирования лопатки 26
1.2.3.6. Уточнение фактического коэффициента стеснения
потока 27
1.2.3.7. Построение меридиональных срезов лицевой и
тыльной поверхности лопатки
30
1.2.3.8. Построение модельных срезов тыльной
поверхности лопатки
30
1.2.3.9. Построение графиков изменения характерных
величин вдоль струйки
2.1. Расчетный режим
2.1.1. Режим недогрузки
2.1.1.1. Режим перегрузки
2.1.2. Механический КПД
2.1.2.1. Расчет механического КПД насоса с подшипниками скольжения
2.1.2.2. Расчет механического КПД насоса с подшипниками качения
2.1.3. Полный КПД
2.2. Ресурс
2.3.. Шум и вибрация
2.4. Габариты
Выводы
Список литературы 48
Содержание 2
Техническое задание 4
Введение 5
Часть 1 Конструкторская. Расчет электронасосного агрегата двустороннего входа Д 1250-65 11
1.1. Предварительные расчеты 11
1.1.1. Расчет коэффициента быстроходности 11
1.1.2. Расчет габаритных размеров рабочего колеса 11
1.1.3. Расчет теоретического напора колеса и проверка выбранного
наружного диаметра
13
1.1.4. Подбор электродвигателя и муфты 14
1.1.5. Выбор минимального допустимого диаметра вала 16
1.2. Профилирование рабочего колеса
17
1.2.1. Построение меридионального сечения рабочего колеса 17
1.2.2. Разбиение рабочего колеса на «струйки» 19
1.2.3. Профилирование лопатки
20
1.2.3.1. Разбиение «струйки» на параллели
20
1.2.3.2. Выбор числа лопаток и их толщины 22
1.2.3.3. Выбор угла лопатки на выходе 22
1.2.3.4. Расчет углов входа лопатки в 1Л
22
1.2.3.5. Проверка качества профилирования лопатки 26
1.2.3.6. Уточнение фактического коэффициента стеснения
потока 27
1.2.3.7. Построение меридиональных срезов лицевой и
тыльной поверхности лопатки
30
1.2.3.8. Построение модельных срезов тыльной
поверхности лопатки
30
1.2.3.9. Построение графиков изменения характерных
величин вдоль струйки
2.1. Расчетный режим
2.1.1. Режим недогрузки
2.1.1.1. Режим перегрузки
2.1.2. Механический КПД
2.1.2.1. Расчет механического КПД насоса с подшипниками скольжения
2.1.2.2. Расчет механического КПД насоса с подшипниками качения
2.1.3. Полный КПД
2.2. Ресурс
2.3.. Шум и вибрация
2.4. Габариты
Выводы
Список литературы 48
Важнейшей задачей разработки новых насосных агрегатов является повышение их надёжности, производительности и других ресурсных характеристик.
В настоящее время на тепловых и атомных станциях широко используются насосы двустороннего входа, которые работают в сети теплоснабжения, обеспечивают циркуляцию воды для охлаждения конденсатора, работу систем аварийного расхолаживания теплового контура, а также спринклеры систем, предназначенных для уменьшения давления парогазовой смеси, попадающей в помещения ТЭЦ и АЭС при разрыве трубопровода.
Насосы двустороннего входа - горизонтальные одноступенчатые с полуспиральным подводом жидкости к двустороннему рабочему колесу. Они предназначены для перекачивания воды и жидкостей, имеющих сходные с водой свойства по вязкости и химической активности, с содержанием твердых включений, не превышающих по массе 0,05%, а по размеру- 0,2 мм.
Корпус насоса имеет разъем в горизонтальной плоскости. Всасывающий и напорный патрубки выполнены в нижней части корпуса, что позволяет проводить разборку насоса для замены деталей ротора без отсоединения трубопровода и демонтажа электродвигателя. Ротор насоса приводится во вращение электродвигателем через упругую втулочнопальцевую муфту.
Существующие конструкции насосов используют в качестве подшипников на валу насоса подшипники качения. Эти подшипники не обеспечивают требуемую надёжность, имеют большой вес, требуют частой проверки и выполнения трудоёмких ремонтных операций.
В отличие от подшипников качения подшипники скольжения с водяным охлаждением и смазкой трущихся частей свободны от этих недостатков.
Их применение в конструкциях насосов типа «Д» обеспечивает повышение КПД, уменьшение размеров насоса, уменьшение суммарной трудоемкости ремонтных работ и увеличение межремонтного периода.
Поэтому в настоящем дипломном проекте была поставлена задача применить конструкцию насоса с такими подшипниками, а именно, электронасосный агрегат двустороннего входа с подшипниками скольжения, использующими для охлаждения и смазки рабочую жидкость- воду.
Обзор подшипников скольжения:
1 Опорные устройства скольжения для вращающихся деталей (валов, осей и др.) называются подшипниками, для поступательного движения -направляющими скольжения.
Подшипник скольжения является основной частью опоры вала, обеспечивает режим вращения вала в условиях относительного скольжения поверхности цапфы вала по соответствующей поверхности подшипника.
Подшипники скольжения воспринимают: радиальные, осевые нагрузки, приложенные к валу.
Подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. Опорный участок вала называется цапфой. Форма рабочей поверхности подшипника скольжения, может быть цилиндрической, конической, плоской. Цапфу называют шипом, если она расположена на конце вала, и шейкой при расположении в середине вала
Достоинства подшипников скольжения:
-имеют повышенную долговечность в высокоскоростных механизмах; хорошо воспринимают вибрационные и ударные нагрузки; работают бесшумно; имеют сравнительно малые радиальные размеры;
допускают установку на шейки коленчатых валов.
Недостатки подшипников скольжения:по направлению воспринимаемой нагрузки:
радиальные упорные;
радиально-упорные;
по конструкции корпуса:
с разъемным корпусом; неразъемным корпусом;
по конструкции вкладыше'й :
с регулируемым зазором; нерегулируемым зазором.
2. Материалы, применяемые для изготовления подшипников скольжения Основными требованиями, предъявляемыми к материалу вкладыша, являются:
1 .Малый коэффициент трения f в паре с валом.
2 .Износоустойчивость.
3 .Прирабатываемость.
4. Смачиваемость маслом.
5. Теплопроводность.
Вкладыши подтттипников скольжения бывают металлические,
металлокерамические и неметаллические.
Металлические вкладыши имеют наибольшее распространение благодаря своей высокой прочности и хорошей теплопроводности.
Металлические вкладыши выполняют из бронзы, алюминиевых сплавов иантифрикционных чугунов. Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянистые бронзы Бр010Ф1, Бр04Ц4С17 и др. Алюминиевые (БрА9Ж3Л и др.) и свинцовые (БрС30) бронзы применяют с закаленными цапфами. Наиболее часто используют баббиты -( сплавы на основе олова, свинца,
сурьмы и др., марки Б83, Б90, Б92, БС; они имеют небольшую твердость (HB 20- 35)и мало изнашивают вал).
Вкладыши с баббитовой заливкой применяют для отве'тстве'нных подтттипников при тяжелых и средних режимах работы .
Баббит-сплав на основе олова и свинца является одним из лучших антифрикционных материалов.В малоответственных тихоходных механизмах используются чугунные вкладыши (АЧС-1и др.)
Металлокерамические вкладыши изготавливают прессованием и последующим спеканием порошков меди или железа с добавлением графита, олова или свинца. Пористость этих вкладыше'й позволяет пропитывать их маслом и использовать их долго, без подвода смазочного материала. Такие вкладыши применяют в тихоходных механизмах и в узлах, труднодоступных для подвода масла.
Неметаллические материалы применяют в подтттипниках гребных винтов, насосов, пищевых машин и др. Материал неметаллических вкладыше'й: текстолит, фторопласт, древеснослоистые пластики, резина. Эти материалы хорошо прирабатываются, могут работать при смачивании водой.
3 Виды разрушений и критерии работоспособности подшипников скольжения
Обязательным условием работы подшипника скольжения является наличие масляного слоя между трущимися поверхностями, для образования которого в посадке должен обеспечиваться гарантированный зазор. В подшипниках имеет место жидкостное, полужидкостное и граничное трение.
Наименьшие потери (f0,001-0,003) и наименьший износ наблюдается при жидкостном трении. При нем потери определяются коэффициентом трения f в потоке жидкости, надежно разделяющем трущиеся поверхности.
Граничное трение характеризуется очень тонким слоем смазки (менее 0,1 мк.), разделяющим трущиеся поверхности. Пограничный тонкий слой смазки обладает особыми свойствами, зависящими от природы и состояния трущихся поверхностей, и образует устойчивые пленки на поверхностях деталей.
Полужидкостное трение - смешанное.
Жидкостное трение возникает лишь в сне'циальных подтттипниках при соблюдении определенных условий. Большинство подшипников скольжения работают в условиях полужидкостного трения, а в периоды пуска и остановки - в условиях граничного трения.
Подшипники скольжения могут выйти из строя по следующим причинам: 1.Абразивный износ является результатом работы подшипников скольжения в условиях граничного трения, а также следствием попадания со смазкой абразивных частиц.
2.Задир или заедание возникают при перегреве из-за понижения вязкости масла: масляная пленка местами разрывается, образуется металлический контакт с температурными пиками. Причиной заедания могут служить перекосы валов, а также перегрузки, которые тоже приводят к выдавливанию смазки.
3. Усталостное выкрашивание поверхности происходит довольно редко
и в основном характерно при действии нагрузок по отнулевому (пульсирующему) циклу.
4. Коррозия рабочих поверхностей.
Критериями работоспособности подттипников в условиях несовершенной смазки (граничная и полужидкостная) является износостойкость и сопротивление заеданию.
Для жидкостного трения таким критерием является сохранение минимальной толщины масляного слоя при заданных режимах работы (угловая скорость, удельное давление, температура и вязкость масла).
в процессе работы требуют постоянного контроля за состоянием смазочного
материала и возможностью перегрева;
имеют сравнительно большие осевые размеры; имеют значительные' потери на
трение в период пуска и при несовершенной смазке; требуют большой расход смазочного материала, его
очистку и охлаждение.
Конструкции подшипников скольжения. Основные элементы под-
шипника скольжения
- корпус и вкладыш. Корпус может быть цельным и разъемным. У подтттипника. с
разье'мным корпусом соединение крышки с основанием корпуса осуществляется с помощью болтов, шпилек, винтов или клиньев.
Корпус подшипника может представлять собой отдельную литую или сварную деталь, присоединяемую к машине. В целях разгрузки последних от поперечных усилий, возникающих при работе, крышка и основание должны быть снабжены
координационными поверхностями.
Вкладыши бывают с регулируемым и нерегулируемым зазором. Одновременно конструкции втулок и вкладышей обеспечивают во время работы один или
несколько масляных клиньев.
Вкладыши в не'радье'мных подшипниках изготовляют в виде втулок.
Подшипники скольжения современных машин характеризуются сравнительно небольшой длиной (l/d =0,4-1,0,где1 и d - соответственно длина, диаметр подшипника, мм), что понижает требования к жесткости валов
И к выбору зазора в посадке, который в коротком подшипнике может быть минимальным без опасности заедания вала в подшипнике при перекосах. С увеличением d растет надежность работы, однако свобода выбора d ограничена, так как он связан с прочностью и жесткостью вала и с его габаритами.
Классификация подшипников скольжения группирует последние по
пакам
В настоящее время на тепловых и атомных станциях широко используются насосы двустороннего входа, которые работают в сети теплоснабжения, обеспечивают циркуляцию воды для охлаждения конденсатора, работу систем аварийного расхолаживания теплового контура, а также спринклеры систем, предназначенных для уменьшения давления парогазовой смеси, попадающей в помещения ТЭЦ и АЭС при разрыве трубопровода.
Насосы двустороннего входа - горизонтальные одноступенчатые с полуспиральным подводом жидкости к двустороннему рабочему колесу. Они предназначены для перекачивания воды и жидкостей, имеющих сходные с водой свойства по вязкости и химической активности, с содержанием твердых включений, не превышающих по массе 0,05%, а по размеру- 0,2 мм.
Корпус насоса имеет разъем в горизонтальной плоскости. Всасывающий и напорный патрубки выполнены в нижней части корпуса, что позволяет проводить разборку насоса для замены деталей ротора без отсоединения трубопровода и демонтажа электродвигателя. Ротор насоса приводится во вращение электродвигателем через упругую втулочнопальцевую муфту.
Существующие конструкции насосов используют в качестве подшипников на валу насоса подшипники качения. Эти подшипники не обеспечивают требуемую надёжность, имеют большой вес, требуют частой проверки и выполнения трудоёмких ремонтных операций.
В отличие от подшипников качения подшипники скольжения с водяным охлаждением и смазкой трущихся частей свободны от этих недостатков.
Их применение в конструкциях насосов типа «Д» обеспечивает повышение КПД, уменьшение размеров насоса, уменьшение суммарной трудоемкости ремонтных работ и увеличение межремонтного периода.
Поэтому в настоящем дипломном проекте была поставлена задача применить конструкцию насоса с такими подшипниками, а именно, электронасосный агрегат двустороннего входа с подшипниками скольжения, использующими для охлаждения и смазки рабочую жидкость- воду.
Обзор подшипников скольжения:
1 Опорные устройства скольжения для вращающихся деталей (валов, осей и др.) называются подшипниками, для поступательного движения -направляющими скольжения.
Подшипник скольжения является основной частью опоры вала, обеспечивает режим вращения вала в условиях относительного скольжения поверхности цапфы вала по соответствующей поверхности подшипника.
Подшипники скольжения воспринимают: радиальные, осевые нагрузки, приложенные к валу.
Подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. Опорный участок вала называется цапфой. Форма рабочей поверхности подшипника скольжения, может быть цилиндрической, конической, плоской. Цапфу называют шипом, если она расположена на конце вала, и шейкой при расположении в середине вала
Достоинства подшипников скольжения:
-имеют повышенную долговечность в высокоскоростных механизмах; хорошо воспринимают вибрационные и ударные нагрузки; работают бесшумно; имеют сравнительно малые радиальные размеры;
допускают установку на шейки коленчатых валов.
Недостатки подшипников скольжения:по направлению воспринимаемой нагрузки:
радиальные упорные;
радиально-упорные;
по конструкции корпуса:
с разъемным корпусом; неразъемным корпусом;
по конструкции вкладыше'й :
с регулируемым зазором; нерегулируемым зазором.
2. Материалы, применяемые для изготовления подшипников скольжения Основными требованиями, предъявляемыми к материалу вкладыша, являются:
1 .Малый коэффициент трения f в паре с валом.
2 .Износоустойчивость.
3 .Прирабатываемость.
4. Смачиваемость маслом.
5. Теплопроводность.
Вкладыши подтттипников скольжения бывают металлические,
металлокерамические и неметаллические.
Металлические вкладыши имеют наибольшее распространение благодаря своей высокой прочности и хорошей теплопроводности.
Металлические вкладыши выполняют из бронзы, алюминиевых сплавов иантифрикционных чугунов. Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянистые бронзы Бр010Ф1, Бр04Ц4С17 и др. Алюминиевые (БрА9Ж3Л и др.) и свинцовые (БрС30) бронзы применяют с закаленными цапфами. Наиболее часто используют баббиты -( сплавы на основе олова, свинца,
сурьмы и др., марки Б83, Б90, Б92, БС; они имеют небольшую твердость (HB 20- 35)и мало изнашивают вал).
Вкладыши с баббитовой заливкой применяют для отве'тстве'нных подтттипников при тяжелых и средних режимах работы .
Баббит-сплав на основе олова и свинца является одним из лучших антифрикционных материалов.В малоответственных тихоходных механизмах используются чугунные вкладыши (АЧС-1и др.)
Металлокерамические вкладыши изготавливают прессованием и последующим спеканием порошков меди или железа с добавлением графита, олова или свинца. Пористость этих вкладыше'й позволяет пропитывать их маслом и использовать их долго, без подвода смазочного материала. Такие вкладыши применяют в тихоходных механизмах и в узлах, труднодоступных для подвода масла.
Неметаллические материалы применяют в подтттипниках гребных винтов, насосов, пищевых машин и др. Материал неметаллических вкладыше'й: текстолит, фторопласт, древеснослоистые пластики, резина. Эти материалы хорошо прирабатываются, могут работать при смачивании водой.
3 Виды разрушений и критерии работоспособности подшипников скольжения
Обязательным условием работы подшипника скольжения является наличие масляного слоя между трущимися поверхностями, для образования которого в посадке должен обеспечиваться гарантированный зазор. В подшипниках имеет место жидкостное, полужидкостное и граничное трение.
Наименьшие потери (f0,001-0,003) и наименьший износ наблюдается при жидкостном трении. При нем потери определяются коэффициентом трения f в потоке жидкости, надежно разделяющем трущиеся поверхности.
Граничное трение характеризуется очень тонким слоем смазки (менее 0,1 мк.), разделяющим трущиеся поверхности. Пограничный тонкий слой смазки обладает особыми свойствами, зависящими от природы и состояния трущихся поверхностей, и образует устойчивые пленки на поверхностях деталей.
Полужидкостное трение - смешанное.
Жидкостное трение возникает лишь в сне'циальных подтттипниках при соблюдении определенных условий. Большинство подшипников скольжения работают в условиях полужидкостного трения, а в периоды пуска и остановки - в условиях граничного трения.
Подшипники скольжения могут выйти из строя по следующим причинам: 1.Абразивный износ является результатом работы подшипников скольжения в условиях граничного трения, а также следствием попадания со смазкой абразивных частиц.
2.Задир или заедание возникают при перегреве из-за понижения вязкости масла: масляная пленка местами разрывается, образуется металлический контакт с температурными пиками. Причиной заедания могут служить перекосы валов, а также перегрузки, которые тоже приводят к выдавливанию смазки.
3. Усталостное выкрашивание поверхности происходит довольно редко
и в основном характерно при действии нагрузок по отнулевому (пульсирующему) циклу.
4. Коррозия рабочих поверхностей.
Критериями работоспособности подттипников в условиях несовершенной смазки (граничная и полужидкостная) является износостойкость и сопротивление заеданию.
Для жидкостного трения таким критерием является сохранение минимальной толщины масляного слоя при заданных режимах работы (угловая скорость, удельное давление, температура и вязкость масла).
в процессе работы требуют постоянного контроля за состоянием смазочного
материала и возможностью перегрева;
имеют сравнительно большие осевые размеры; имеют значительные' потери на
трение в период пуска и при несовершенной смазке; требуют большой расход смазочного материала, его
очистку и охлаждение.
Конструкции подшипников скольжения. Основные элементы под-
шипника скольжения
- корпус и вкладыш. Корпус может быть цельным и разъемным. У подтттипника. с
разье'мным корпусом соединение крышки с основанием корпуса осуществляется с помощью болтов, шпилек, винтов или клиньев.
Корпус подшипника может представлять собой отдельную литую или сварную деталь, присоединяемую к машине. В целях разгрузки последних от поперечных усилий, возникающих при работе, крышка и основание должны быть снабжены
координационными поверхностями.
Вкладыши бывают с регулируемым и нерегулируемым зазором. Одновременно конструкции втулок и вкладышей обеспечивают во время работы один или
несколько масляных клиньев.
Вкладыши в не'радье'мных подшипниках изготовляют в виде втулок.
Подшипники скольжения современных машин характеризуются сравнительно небольшой длиной (l/d =0,4-1,0,где1 и d - соответственно длина, диаметр подшипника, мм), что понижает требования к жесткости валов
И к выбору зазора в посадке, который в коротком подшипнике может быть минимальным без опасности заедания вала в подшипнике при перекосах. С увеличением d растет надежность работы, однако свобода выбора d ограничена, так как он связан с прочностью и жесткостью вала и с его габаритами.
Классификация подшипников скольжения группирует последние по
пакам
Выполненный анализ показал, что использование подшипников скольжения вместо подшипников качения в насосах типа «Д» приводит к следующим результатам:
1. Снижение подачи за счет отбора жидкости на подшипники
2. повышению механического КПД на 5.3%;
3. повышению полного КПД на 4.29%;
4. снижению общего уровня шума на 28.6%;
5. уменьшению осевого габарита на 24.6%;
Таким образом, использование подшипников скольжения в конструкциях насосов типа «Д» является предпочтительным по сравнению с использованием подшипников качения.
1. Снижение подачи за счет отбора жидкости на подшипники
2. повышению механического КПД на 5.3%;
3. повышению полного КПД на 4.29%;
4. снижению общего уровня шума на 28.6%;
5. уменьшению осевого габарита на 24.6%;
Таким образом, использование подшипников скольжения в конструкциях насосов типа «Д» является предпочтительным по сравнению с использованием подшипников качения.
