Рис. 3.1. Схема скоростей лопастного насоса.

Определяем окружную (переносную) скорость на внутренней и внешней окружностях рабочего колеса по формуле:

, м/с; (3.3)

где n – частота вращения колеса, мин-1;

Ri – радиус колеса, м.

м/с.

м/с.

Определяем значение абсолютной скорости движения жидкости Сi и относительные скорости движения жидкости вдоль рабочего колеса :

м/с,

м/с,

м/с;

м/с.

Значение составляющей абсолютной скорости движения жидкости на выходе из рабочего колеса определяем по формуле:

, м/с (3.4)

м/с.

Тогда

м3/с.

Теоретический напор определим по формуле:

, кПа; (3.5)

где g =9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

кПа.

Определяем действительную производительность насоса по формуле:

, м3/с; (3.6)

где – объёмный КПД насоса;

k – коэффициент, учитывающий уменьшение производительности насоса; k =0,0036.

Объёмный КПД рассчитываем по формуле:

животноводство навоз уборка

, (3.7)

где q – объёмные потери, м3/с q 0,8 м3/с;

Тогда

м3/с,

что составляет приблизительно 85 м3/ч.

Определяем критический диаметр навозопровода по формуле:

, м; (3.8)

где Reкр – критическое число Рейнольда; Reкр =3000 [7];

– везкость навоза (динамическая), Па; =0,04 Па (табл 3.20 [7]).

м.

Принимаем диаметр трубопровода D=260 мм.

3.6 Энергетический расчёт

Мощность привода насоса рассчитываем по формуле:

, кВт; (3.9)

где – полный КПД насоса, который рассчитываем по формуле:

, (3.10)

где – гидравлический КПД, учитывающий гидравлические потери энергии, возникающие при движении жидкости через насос; =0,83.

– механический КПД, учитывающий потери, связанные с преодолением трения в элементах насоса.

– объёмный КПД, учитывающий утечки воды через зазоры и уплотнения в обход рабочего колеса; =0,89.

Механический КПД рассчитываем по формуле:

, (3.11)

где – КПД подшипника качения; =0,99;

– КПД муфты; =0,98.

Тогда

кВт.

С учётом запаса мощности принимаем электродвигатель 4А132S4 с номинальной мощностью N=7,5 кВт и частотой вращения n =1500 мин-1

3.7 Прочностные расчёты

3.7.1 Расчёт вала на кручение

Определим крутящий момент на валу насоса по формуле:

, Н; (3.12)

где – угловая скорость вращения вала, с-1.

с-1 (3.13)

Н

Определим диаметр вала из условия прочности на кручение:

, МПа;

где Wp – полярный момент инерции, м3;

[] – допускаемое напряжение на кручение;

Полярный момент инерции для сплошного вала определяем по формуле:

, м3; (3.15)

где d – диаметр вала, м.

Тога диаметр вала находим по формуле:

, м; (3.16)

м.

Принимаем диаметр вала d =30 мм.

3.7.2 Расчёт сварных соединений

Лопасти насоса крепятся к валу с помощью сварки (рис. 3.3).

Рис. 3.2. Схема крепления лопасти к основанию вала.

Проверим сварной шов на срез:

, (3.17)

где [τ]=90 МПа –допустимое напряжение на срез для сварного шва;

А – площадь швов, м2;

Р – усилие, действующее на лопасть, Н; Р=183,7 Н

Площадь швов определяем по формуле:

A=2l·δ·cos 45°, м2; (3.18)

где l – длина шва, м; l=0,24 м;

δ – толщина лопасти, м; δ=6·10-3 м

А=2·0,24·6·10-3·cos 45°=2,04·10-3 м2

Тогда

=9,02·104 Па

Прочность шва обеспечена, поскольку τmax<[τ], то есть 0,09 МПа<90 МПа