Расчет направляющего аппарата.

 

Осевой направляющий аппарат ступени погружного центробежного насоса рассчитывают следующим образом:

а) Определяем приведенную подачу и по ней определим приведенную, а затем действительную высоту рассчитываемой ступени:

lприв=22;

                                          l=l прив.* D 2max                                              (3.12)

90

б) Определяем высоту междулопаточных каналов:

                                              b3пр.=90*b3                                              (3.13)   

                                                        D2max

где, b3пр.- приведенная высота от приведенной подачи, 3.3;

   b3пр.= b 3 прив.* D 2max   

                   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. * ( D 2max )²

                                                        0,785     90

Расчет направляющего аппарата:

а) l=l прив. * D 2max

       90

l=22*72,5

     90

l=17,7 мм;

б) b3=b 3прив.* D 2max

         90

b3=3,3 * 72,5

         90

b3=2,66 мм;

в) D3=√D² вн.ст. – F’’( D 2max)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:

                                        σ=2 M р.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 *η

где, Q – подача насосной установки;

   H – напор насоса

    j-относительный удельный вес жидкости

   η-КПД насоса;

Q = 30 м³ /сут =3,5*10^-4 м³ /с

Н = 1350 м

j=1900 кг/м³

η=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):

σсм.= 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

σсм=     2*1,17

0,017(0,0016-0,0008)*0,01

σсм.=17205881 Н/м²

σсм.=17,2 Мпа

Шпонка представляет собой кружок твердый, вытянутый, изготовленный из латуни марки П63. Сопротивление латуни этой марки разрыву:

σв=75-95 кгс/мм²

σв=750-950 МПа

Сопротивление смятию находится в пределах ½ σв, запас прочности на смятие нас удовлетворяет.

 

3.3.Проверочный расчет шлицевого соединения.

 

Шлицевое соединение проверяется на смятие по формуле:

                                        σсм.=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-2ƒ)*l                                           (3.24)

                                                   2

 

где, ƒ-фаска на шлицах;

  l-длина контактирующей поверхности шлицевого соединения;

ƒ=0,003 м

l=0,04 м

Асм.= (0,017-0,0137 – 2*0,0003)*0,04

                     2

Асм.=0,000042 м²

                                             Т=N дв                                                          (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

 

σсм.= 422,6

   0,75*6*0,000042**0,007675

 

σсм=291308000 Н/м

σсм=291,308 Мпа.

Вал насоса изготовлен из высоколегированной стали.

[σсм]вала=500-1100 МПа.

Следовательно, шлицевое соединение, рассчитанное нами и проверенное на смятие удовлетворяет нашему насосу.

 

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.