| |||||
МЕНЮ
| Установки погружных центробежных насосов (УЭЦН)(3.12) 90 б) Определяем высоту междулопаточных каналов: b3пр.=90*b3 (3.13) D2max где, b3пр.- приведенная высота от приведенной подачи, 3.3; b3пр.= b3прив.* D2max 90 в) Находим диаметр диафрагмы D направляющего аппарата: F”прив.=0,7859(D2вн.ст.-D2)*(90)2 (3.14) D2max где, F”прив-приведенная площадь кольца внутренней стенкой корпуса ступени и диаметром ступени, 800; D3=?D2 вн.ст. – F’’прив. * (D2max)2 0,785 90 Расчет направляющего аппарата: а) l=l прив. * D2max 90 l=22*72,5 90 l=17,7 мм; б) b3=b3прив.*D2max 90 b3=3,3 * 72,5 90 b3=2,66 мм; в) D3=?D2 вн.ст. – F’’ (D2max)2 0,785 90 D3=?76,52 – 800 (72,5)2 0,785 90 D3=72,04 мм; КПД ступени 0,38 3.2.Проверочный расчет шпоночного соединения. Шпоночное соединение проверяется по боковым граням шпонки под действием окружного усилия, передаваемого рабочему колесу: ?=2Mр.к.D(h-t)*l (3.15) где, Мр.к. – момент передаваемый рабочему колесу. D – диаметр вала; t - глубина паза по валу; l - длина посадочной части рабочего колеса; h – высота шпонки. Момент, передаваемый рабочему колесу определяется из мощности передаваемой двигателем насосу. Мощность двигателя выбирают по основным параметрам насоса. К основным параметрам относятся подача, напор, КПД. Для определения напора необходимо определить количество ступеней находящихся в насосе. Количество ступеней можно определить следующим образом. Существует 5 видов секций отличающихся длиной, в зависимости от длины в каждой секции располагаются различное число ступеней. Для расчета возьмем следующий насоса: ЭЦН М-5-50-1300 состоящий из 2-х секций № 2 и № 5, в некоторых расположено 264 ступени, в секции № 2 расположено 73 ступени, а в секции № 5 расположено 192 ступени. Длина одной ступени ЭЦН 50 - 24 мм. Ступени насоса в секциях располагаются в пределах: L=n*l (3.16) где, n – число ступеней; l - длина одной ступени; L = (72*24) + (192*24) L = 1728 + 4608 L = 6336 мм Длина одной ступени ЭЦН – 30 равна 17,5 мм, в секциях расположится: nр=L (3.17) lp где, np – число ступеней, рассчитываемого насоса в двух секциях; lp – длина одной ступени ЭЦН – 30. np=6336 17,5 np=362 ступени Значит в секции № 2 расположится 99 ступеней, а в секции № 5 расположится 263 ступени. Напор одной ступени равен 3,73 м. Общий напор равен произведению количества ступеней на напор одной ступени: H=N*h (3.18) где, h-напор одной ступени H=362*3,73 H=1350,26 м H=1350 м. Гидравлическая мощность насоса равна: Nг=Q*H*j (3.19) 102 *? где, Q – подача насосной установки; H – напор насоса j-относительный удельный вес жидкости ?-КПД насоса; Q = 30 м3 /сут =3,5*10-4 м3 /с Н = 1350 м j=1900 кг/м3 ?=0,43 Nг=3,5*10-4 *1350*1300 102*0,43 Nг =15 КВт Мощность двигателя должна быть: Nд ? 1,05 Nг, (3.20) где Nд – мощность двигателя; Nг – гидравлическая мощность насоса; Nд = 1,05*15 Nд=15,8 КВт По (1) подбираем двигатель, соответствующий условию отраженному в формуле (3.20): Двигатель ЭД 20-103 Мощность двигателя Nд=20 КВт. Момент, передаваемый на рабочее колесо: Мр.к.=Nдв. (3.21) Nz*n где, Nдв. – мощность подобранного двигателя; Nz – число рабочих колес, установленных в насосе; n – число оборотов вала насоса; Nz =362 ступени n=2840 об/мин=47,33 об/сек Мр.к. = 20*103 362*47,33 Мр.к.=1,17 Вт. Расчет шпонки на смятие производится по формуле (3.15): ?см.= 2Мр.к. D (h-t)*l Мр.к.=1,17 Вт. D=17мм=0,017 м l=10мм=0,01 м h=1,6мм=0,0016 м t=0,8мм=0,0008 м ?см= 2*1,17 0,017(0,0016-0,0008)*0,01 ?см.=17205881 Н/м2 ?см.=17,2 Мпа Шпонка представляет собой кружок твердый, вытянутый, изготовленный из латуни марки П63. Сопротивление латуни этой марки разрыву: ?в=75-95 кгс/мм2 ?в=750-950 МПа Сопротивление смятию находится в пределах Ѕ ?в, запас прочности на смятие нас удовлетворяет. 3.3.Проверочный расчет шлицевого соединения. Шлицевое соединение проверяется на смятие по формуле: ?см.=Т (3.22) 0,75z Асм*Rср. где, Т – передаваемый вращаемый момент; z - число шлицев; Ам – расчетная поверхность смятия; Rср. – средний радиус шлицевого соединения. Средний радиус шлицевого соединения определяется как: Rср.=0,25 (D+d) (3.23) где, d-диаметр впадин шлицев, ; D-максимальный диаметр шлицев; D=0,017 м d=0,0137 м Rср.=0,25 (0,017+0,137) Rср.=0,007675 м Расчетная поверхность смятия равна: Асм.=(D-d-2f)*l (3.24) 2 где, f-фаска на шлицах; l-длина контактирующей поверхности шлицевого соединения; f=0,003 м l=0,04 м Асм.= (0,017-0,0137 – 2*0,0003)*0,04 2 Асм.=0,000042 м2 Т=Nдв (3.25) n где, Nдв.- мощность двигателя; n - число оборотов вала; Nдв.=20 КВт=20000Вт n=2840 об/мин=47,33 об/сек Т=20000 47,33 Т=422,6 Н*м ?см.= 422,6 0,75*6*0,000042**0,007675 ?см=291308000 Н/м ?см=291,308 Мпа. Вал насоса изготовлен из высоколегированной стали. [?см]вала=500-1100 МПа. Следовательно, шлицевое соединение, рассчитанное нами и проверенное на смятие удовлетворяет нашему насосу. 3.4.Расчет вала ЭЦН Различают валы прямые, коленчатые и гибкие. Наибольшее распространение имеют прямые валы. Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Гибкие валы допускают передачу вращения при больших перегибах. По конструкции различают валы и оси гладкие, фанонные или ступенчатые, а так же сплошные и полые. Образование ступеней на валу связано с закреплением деталей или самого вала в осевом направлении, а также с возможностью монтажа детали при подсадках с натягом. Полые валы изготавливают для уменьшения массы или в тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло и пр. Прямые валы изготавливают преимущественно из углеродных и легированных сталей. Валы рассчитывают на прочность. Расчет вала на прочность. Во время работы вал насоса подвергается воздействию крутящего момента, осевой сжимающей нагрузки на верхний торец вала и радиальной нагрузки. Радиальная нагрузка на вал вызывается насосным расположением валов секций насоса и протектора и возможность неточного изготовления шлицевого соединения. Предварительно оценивают средний диаметр вала по внутреннему диаметру шлицев d концентрационных напряжений и изгиба вала: ?кр=Mкр.max=Mкр.max (3.26) Wр=0,2*d3 вн. где, dвн.=Мкр.max (3.27) 0,2*?кр Максимальный крутящий момент: Мкрmax=Nmax (3.28) w где, N max– приводная мощность двигателя, 13 т; w= ?*n - угловая скорость, сек; 30 п-частота вращения электродвигателя, об/мин. Напряжение на кручение определяем по пределу текучести материала ?т. Допустимое касательное напряжение при кручении принимаем с коэффициентом запаса прочности ?=1,5; ?=[?]= ?т = ?т (3.18) ? 2? Для вала насоса ЭЦН берем сталь 40ХН с пределом текучести ?=750 Мпа. Насосное соединение валов и некомпенсированные зазоры создают радиальную нагрузку в 60-130 кг.с, действующую на шлицевой конец вала насоса. Радиальная нагрузка Р, находится по формуле: Р1=K[3E*J*?у] (3.29) C3 где, К – коэффициент, учитывающий компенсирующее влияние зазоров и равный 0,45-0,85; Е – модуль упругости материала вала, Па. J – момент инерции вала, принимаемый с учетом тела втулки. М; ?у – стрела прогиба шлицевого конца вала, вызванная неспособнос- тью в сочленении насоса и протектора, принимается равным 25*10 м; С – расстояние от центра подшипника до середины муфты, м; Момент инерции вала: J=?*d4вн.*а*(D-dвн.)*(D+dвн.)*z (3.30) 64 где, а – ширина шлицы, м; D – наружный диаметр шлицев, м; z – число шлицев. Радиальная нагрузка на вал Р2, зависящая от неравномерной передачи крутящего момента шлицами малы и ею можно пренебречь. Пять работающих шлицев дают нагрузку, равную 0,2*Р, где Рокр.=2*Мкр.max (3.31) dср. где, D – средний диаметр шлицев. Р2=0,2*Рокр. (3.32) Изгибающий момент на шлицевом конце вала: Мизгб.max=(Р1+Р2)*b (3.33) где, b-расстояние от середины муфты или от точки приложения силы Р до проточки под стопорное кольцо, м. Мизг.max.=(Р1-Р2)*b. Зная момент изгиба и момент кручения, можно определить напряжение изгиба и кручения в опасном сечении вала (под проточку на стопорное кольцо). ?изг.max=Мизг.max (3.34) Wx Wх=?*d4кр. (3.35) 32*D где, Wх- момент сопротивления в месте проточки под стопорное кольцо, м; dкр.-диаметр вала в месте проточки под стопорное кольцо, м; ?изгб.min=Мизг.min (3.36) Wx Напряжение кручения ?кр.=Мкр.max (3.37) Wp Wр=2*Wx – полярный момент сопротивления вала в месте проточки под стопорное кольцо; Эквивалентное напряжение находим по четвертной прочности: ?экв.=??2изг.max+3?2 (3.38) По этой величине и пределу текучести материала вала устанавливается запас прочности с учетом статистических нагрузок: п=?т?1,3 (3.39) ?экв Исходные данные: Приводная мощность двигателя N = 2000Вт. Частота оборотов двигателя п=2840 об/мин. Предел текучести материала вала ?=750 МПа. Модуль упругости материала вала У=20*10 МПа. По данной методике произведем расчет с цифровыми значениями: Момент инерции вала: J= ?*d4вн.+ а (D-dвн) * (D +dвн)2*z 64 J= 3,14*0,0124 + 0,0035 (0,017 – 0,012)*(0,017+0,012) 2*6 64 J=2,3*10-10 м; Нагрузка создаваемая работающими шлицами: Р2=0,2*Рокр. Р2=0,2* Mкр.max dср Р2=0,2 * 2*67,28 0,0155 Р2= 1736,2584. Максимальный изгибающий момент в месте проточки под стопорное кольцо: Мизг.max= (Р1+Р2)*b Мизг.max=(258,957+1736,258)*0,035 Мизг.max=69,83 Н*м. Минимальный изгибающий момент в этом сечении: Мизг.min=(Р1-Р2)*b Мизг.min=(258,957-1736,258)*0,035 Мизг.min=51,74 Н*м; Напряжение изгиба в опасном сечении: ?изг.max=Мизг.max Wx где, W= ?*d4кр 32*D W=3,14*0,01574 32*0,017 W=3,51*10-7 м3; Это мы нашли осевой момент сопротивления вала: ?изг.max.= 69,83 3,51*10-7 ?изг.max =198,945Мпа Минимальное напряжение изгиба ?изг.min.= 51,71 3,51*10-7 ?изг.min.= 147,321 МПа Напряжение кручения: ?кр=Мкр.max Wp где, Wр=2*Wх Wр=2*3,51*10-7 Wр=7,02*10-7 м Это мы нашли полярный момент сопротивления вала ?кр.= 67,28 7,02*10-7 ?кр.=96,114 Мпа; Эквивалентное напряжение: ?экв=??2 изг.max + ?кр2 ?экв=?198,9452+3*96,1142 ?экв.=259,409 Мпа; Запас прочности по пределу текучести: п= ?т ? 1,3 ?экв п= 750 259,409 п=2,8; Из результатов расчетов видно, что вал из стали 40 ХН диаметром 17 мм со шлицем и с проточкой под стопорное кольцо выдерживает заданные нагрузки с коэффициентом запаса прочности п=2,8, который удовлетворяет условию 2,8>[1,4]. 3.5.Прочностной расчет 3.5.1.Прочностной расчет корпуса насоса Корпусы погружных центробежных насосов изготавливают из трубных заготовок точением или из холодных комбинированных труб повышенной точности длиной 2100, 3600 и 5000 мм. Корпус насоса будет рассчитываться в следующей последовательности. 1.Выбираем наружный диаметр и внутренний корпуса насоса. Dвн.=0,092 м, Dвн=0,08 м 2.Определяем предварительную затяжку пакета ступеней с учетом коэффициента запаса плотности верхнего стыка по формуле: T=?К?gНrвн.[1-Eк-Fк/2 (ЕкFк+Ена Fна)] (3.40) где К – коэффициент запаса плотности стыка; К=1,4 ? - плотность воды; ?=1000м/кг g – ускорение свободного падения; g = 9,8 м/с H- максимальный напор насоса; Н =1300 м r - внутренний радиус расточки корпуса насоса; r=0,04 м Ек- модуль упругости материала корпуса насоса; Ек=0,1х10 6Мпа Fк – площадь поперечного сечения корпуса насоса; Fк=1,62х10 -3 м 2 Ена- модуль упругости материала направляющего аппарата; Ена=1,45х10 5МПа Fна – площадь поперечного сечения направляяющего аппарата; Fна=6,08х10-4 м2 Т=3,14х1,4х1000х9,81х1160х0,042 [1-2,1х106 х1,62[10-3 /2(2,1х106 х1,62х10- 3 +1,45х105 х6,08х10-4 ) ]=48256Н 3.Находим общее усилие, действующее вдоль оси корпуса по выражению: Q=Т+?gНrвн 2 EкFк/2(ЕкFк+ЕнаFна)+G + ?К?gНrвн (3.41) где Т – предварительная затяжка пакета ступеней, определенная по формуле (3.40) Т=48256Н G – масса погружного агрегата; G =20505 Н; Hmax - максимальный напор насоса; Нmax =3500 м Q = 268519Н 4.Вычисляем осевое напряжение в опасных сечениях корпуса по формуле ?=Q/Fк (3.42) где Q – общее усилие, действующее вдоль корпуса насоса, определенное по выражению (3.41) Q=268591 Н Fк – площадь ослабленного сечения корпуса по наружному диаметру трубы; Fк =1,24х10-3 м2 ?z=268519/1,24х10-3=220МПа 5.Определяем тангенциальное напряжение в опасных сечения, по выражению: ?=pgHmaxrвн/S-MT/F’ (3.43) где S – толщина корпуса в опасном сечении; S=0,009 м M – коэффициент Пуассона; M=0,28 ?т=142 МПа 3.5.2.Прочностной расчет винтов страховочной муфты. Расчет винтов на срез произведем по формуле: ??[?] (3.44) где ? – напряжение среза действующее на винты страховочной муфты; [?] – допускаемое напряжение среза. Допускаемое напряжение среза определяется по формуле: [?]=0,4?т где ?т – предел текучести материала винта, для стали 35 из которой изготовлены винты ?т=360МПА. [?]=0,4х360=144МПа Напряжение среза действующее на винты определяем по формуле ?=4S/пdхz |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|