Đồ án chuyên ngành ii đề tài thiết kế máy bơm ly tâm h = 20 m q = 67,5 m3 h

Trong công nghiệp sự xuất hiệncủa bơm được coi như một cuộc cách mạng, nhưng hệ thống làm mát, hệ thống cungcấp nước cho nồi hơi… nhưng khu vực con người không thể can thiệp thì bơm xuất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

I Thiết kế bơm ly tâm cánh trụ cho tòa nhà cao tầng R1 của khu đô thị

Royal City (Từ bể chính lên bể phụ của tòa nhà R1)

Theo khảo sát thực tế, trung tâm thương mại Royal City, chiều cao thực

tế của tòa nhà R1 có chiều cao 18 m, gồm 26 căn hộ dân cư, 1 trung tâmthương mại dưới mặt đất rộng 230000 m2

Theo

Tiêu chuẩn TCXD 3989-1985: Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng cấp nước và thoát nước – Mạng lưới bên ngoài – Bản vẽ thi công

- Cho một người mỗi căn hộ: 200 l/người- ngày đêm

- Nước dùng cho sân đường, cây xanh: 10% lưu lượng.

Ta có thể tính toán:

+ Lưu lượng nước dân cư: Q = 26.6.300 = 46,8 m3+ Lưu lượng nước trung tâm thương mại: Q = 230000.25/3 = 1916,66 m3+ Các dịch vụ khác 10%: Q = 10%.(91916,66+46,8) = 196,346 m3

Tính toán toán thiết kế máy bơm ly tâm cánh trụ

Thông số kỹ thuật: Cột áp H = 20 m

Lưu lượng Q = 67,5 m3/h

Số vòng quay của động cơ điện: nđc = 1460 v/pNội dung đồ án:

• Thuyết minh tính toán thiết kế

+ Chương 1: Tổng quan về bơm ly tâm

+ Chương 2: Tính toán thiết kể bánh công tác bơm ly tâm

+ Chương 3: Tính toán thiết kế phần dẫn dòng bơm ly tâm

+ Chương 4: Tính toán trục, ổ lăn

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

MỤC LỤC 3

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁNH DẪN 7

1.1 Tổng quát và phân loại máy cánh dẫn 7

1.1.1 Lịch sử phát triển của bơm cánh dẫn 7

1.1.2 Định nghĩa 8

1.1.3 Nguyên lí làm việc của bơm cánh dẫn 8

1.1.4 Phân loại 8

1.1.5 Các thông số làm việc của bơm cánh dẫn 9

1.1.6 Số vòng quay đặc trưng máy cánh dẫn 9

1.1.7 Phạm vi sử dụng các loại bơm 10

1.2 Bơm ly tâm 12

1.2.1 Cấu tạo 12

1.2.2 Nguyên lí làm việc của bơm ly tâm 13

1.2.3 Phân loại bơm ly tâm 14

1.2.4 Ưu nhược điểm bơm ly tâm 14

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÁNH CÔNG TÁC 16

2.1 Tính toán các thông số bánh công tác bơm ly tâm 16

2.1.1 Số vòng quay đặc trưng của bơm: 16

2.1.2 Xác định hiệu suất và công suất của bơm 16

2.1.3 Tính các kích thước vào chính bánh công tác 18

2.1.4 Xác định các kích thước ra chính của bánh công tác 21

2.1.5 Xác định số cánh dẫn của bánh công tác 23

2.1.6 Tính chiều dày của bánh công tác tại mép vào và mép ra 24

2.1.7 Tính kiểm nghiệm 26

2.2 Thiết kế cánh bánh công tác 28

2.2.1 Xây dựng tiết diện kinh tuyến bánh công tác sơ bộ 28

2.2.2 Thiết kế biên dạng cánh bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh trụ 30

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN DẪN DÒNG RA KIỂU BUỒNG XOẮN 34

3.1 Vai trò của bộ phận dẫn dòng 34

3.2 Tính toán thiết kế buồng xoắn theo quy luật cvr = const 34

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN TRỤC, Ổ LĂN 40

4.1 Chọn vật liệu, đường kính trục 40

4.2 Chọn chiều dài các đoạn trục 40

4.3 Các lực tác dụng lên trục: 40

a Trọng lượng bánh công tác G 40

b Lực hướng trục Fz 40

c Lực tại khớp nối Fkn 44

4.4 Tính toán lực tác dụng lên các gối đỡ 45

4.5 Xác định momen uốn tổng và momen tương đương 47

4.6 Xác định đường kính trục 47

4.7 Chọn và kiểm nghiệm then 48

a Chọn then 48

b Kiểm nghiệm then 49

4.8 Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh 50

4.9 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi 51

a Vị trí lắp bánh công tác 0 52

b Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp ổ lăn 1 53

c Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp ổ lăn 2 54

d Kiểm nghiệm tại tiết diện lắp khớp nối 55

4.10 Tính chọn ổ lăn 56

a Chọn ổ lăn 56

b Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ lăn 57

c Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả năng tải tĩnh 58

CHƯƠNG 5:

Tài liệu tham khảo 62

LỜI NÓI ĐẦU

Bơm ngày nay không còn là thuật ngữ xa lạ với đời sống con người, từ khi bơmsuất hiện đã làm cho cuộc sống con người cũng như năng suất lao động đi lên một tầmcao mới Nếu như trước đây, khi bơm chưa xuất hiện con người phải định cư ở nhữngnơi gần nguồn nước và gặp nhiều khó khăn khi hạn hạn thì sau khi bơm xuất hiện mọivấn đề được giải quyết hoàn toàn, con người có thể định cư ở những nơi cách nguồnnước cả chục thậm chí cả trăm cây số, con người hoàn toàn làm chủ được vấn đề phânphối nguồn nước, những hệ thống thủy lợi,trạm bơm… đã giải quyết vấn đề vô cùngnan giải là phân bố nguồn nước phục vụ cho nhu cầu cần thiết của con người nhờ đócon người phân nào kiểm soát được vấn đề về hạn hán và ngập úng

Về vấn đề nâng cao năng suất trong lao động, từ khi xuất hiện bơm việc đầutiên vấn đề được giải quyết trước nhất là trong nông nghiệp, hệ thống tưới tiêu nhờ cóbơm mà con người không phải vất vả gánh tưng thùng gỗ nước để tưới tiêu, nhờ sựxuất hiện của bơm con người có thể khống chế lưu lượng nước tưới theo ngày, theogiờ thậm chí là theo từng chế độ riêng biệt khác nhau Trong công nghiệp sự xuất hiệncủa bơm được coi như một cuộc cách mạng, nhưng hệ thống làm mát, hệ thống cungcấp nước cho nồi hơi… nhưng khu vực con người không thể can thiệp thì bơm xuấthiện giải quyết vấn đề

Về vấn đề vận chuyển, sự xuất hiện của bơm cũng đóng góp vô cùng lớn; conngười trước nay đã quen với các mô hình vận chuyển: “Đường thủy, đường bộ, đườngkhông” nhưng khi bơm suất hiện thì mô hình vận chuyển bằng đường ống được thêmvào khái niệm của con người Rõ rang trong một điều khiển đặc thù nào đó vận chuyểnbằng đường ống đem lại hiệu quả vượt trội so với ba hình thức vận chuyển phổ thôngtrên Ưu điểm của vận chuyển bằng đường ống là nó có thể vận chuyển một cách liêntục không bị ngắt quãng như 3 mô hình vận chuyển truyền thống, thay vì phải chởtừng thùng dầu hay từng thùng xăng các bạn nghĩ sao nếu chỉ cần một hệ thống đườngống và nhà sản xuất chỉ cần ấn nút còn đối tác nhập hàng chỉ cần mở van; vận chuyểntôm cá từ thuyển về đất liền bằng một nút bấm và tôm cá theo đường ống về hẳn đấtliền mà

không phải quay thuyền cập bến vào bờ,rõ ràng năng suất cũng như hiệu quả trong laođộng được tang lên gấp nhiều lần.

Qua những dẫn chứng cụ thể trên, chúng ta thấy rằng ngày nay trong cuộc sốngcon người bơm chiếm một vị trí vô cùng quan trọng; vì vậy việc nghiên cứu để hiểu vàphát triển bơm là điều thiết yếu, vượt lên công việc của một kỹ sư thủy lực đó là một

sứ mệnh cho toàn nhân loại Việc kế thừa và phát triển về bơm là một sứ mệnh cao cảmang tính cải cách Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo viện “Máy

và tự động thủy khí” nói chung và thầy giáo TS Ngô Ích Long nói riêng đã tận tìnhgiúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài; tuy rằng đây chỉ là đồ ánmôn học nhưng nó là bước đệm vô cùng quan trọng cho con đường nghiên cứu và pháttriển về bơm cánh dẫn cụ thể là bơm ly tâm của chính bản thân em sau này

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁNH DẪN 1.1 Tổng quát và phân loại máy cánh dẫn

1.1.1 Lịch sử phát triển của bơm cánh dẫn

Có thể nói nước là nhân tố quan trọng thứ 2 với con người sau sự tồn tại củaoxy trong khí quyển, chúng ta có thể nhịn ăn 1 tuần nhưng chúng ta không thể thiếunước 1 ngày Từ thời xa xưa, do điều kiện sản xuất và đời sống đòi hỏi, con người đãbiết dùng những công cụ thô sơ như coọng quay, xe đạp nước vV… Để đưa nước lêncác thửa ruộng có độ cao chênh lệch Những công cụ này vận chuyển chất lỏng dưới

áp suất khí quyển Sau đó người ta đã biết dùng những pitông đơn giản như ống thụtlàm bằng tre gỗ để chuyển nước dưới áp suất dư … Các máy bơm nước thô sơ nàyhoạt động dưới tác động của sức người và sức kéo của động vật do vậy năng lực bơmkhông cao, hiệu suất thấp Vào thế kỷ thứ nhất, thứ hai trước công nguyên, người Hylạp đã sáng chế ra pitông bằng gỗ

Đến thế kỷ 15, nhà bác học người Ý là D Franxi đưa ra những khái niệm vềbơm li tâm Sang thế kỷ 16 đã xuất hiện loại máy bơm rô to mới Cho đến thế kỷ 17,một nhà vật lý người Pháp áp dụng những nghiên cứu của D Franxi chế tạo ra đượcmột máy bơm nước li tâm đầu tiên Tuy nhiên do chưa có những động cơ có vòngquay lớn để kéo máy bơm, nên năng lực bơm nhỏ, do vậy loại bơm li tâm vẫn chưađược phát triễn, lúc bấy giờ bơm rôto chiếm ưu thế trong các loại bơm

Đến thế kỷ 18, hai viện sỹ Nga là Euler đã đề xuất những vấn đề lý luận có liênquan đến máy thủy lực và Zucôpsky đề xuất lý luận về cơ học chất lỏng, kể từ đó việcnghiên cứu và chế tạo máy bơm mới có cơ sở vững chắc Thời kỳ này máy hơi nước rađời tăng thêm khả năng kéo máy bơm Đầu thế kỷ 20, các động cơ có số và có vòngquay nhanh ra đời thì máy bơm li tâm càng được phổ biến rộng rãi và có hiệu suất cao,năng lực bơm lớn hơn Trải qua nhiều giai đoạn cải tiến kỹ thuật và phát triển côngnghệ của các nhà sản xuất

Ngày nay các loại máy bơm nước đã trở nên rất hiện đại, có khả năng bơmhàng vạn m3 chất lỏng trong một giờ và công suất động cơ tiêu thụ tới hàng nghìn kW

Ở Nga đã chế tạo được những máy bơm có lưu lượng Q = 40 m3/s, công suất động cơ

N = 14.300 kW và có dự án chế tạo động cơ điện kéo máy bơm với công suất N

1.1.3 Nguyên lí làm việc của bơm cánh dẫn

Khi bánh công tác quay sẽ truyền cơ năng cho lòng chất lỏng

Trong bánh công tác của bơm cánh dẫn, động năng của dòng chất lỏng thay đổirất lớn Ở bộ phận dẫn dòng ra, một phần động năng biến thành áp năng để hạn chế tổnthất của dòng chất lỏng khi vận chuyển trong đường ống Nguyên lí làm việc của bơmcánh dẫn dựa trên sự tương hỗ của bánh công tác với dòng chất lỏng; cụ

Khi làm việc ổn định bánh công tác của chúng có vận tốc quay không đổi,dòng chất lỏng trong máng dẫn của bánh công tác cũng như trong buồng lưu thong cóchuyển động ổn định Vì vậy vận tốc quay của bánh công tác có thể tang lên rất lớn

1.1.4 Phân loại

 Phân loại theo hình dạng BXCT: bơm li tâm, bơm hướng trục, bơm hướng chéo

 Phân loại theo việc đặt trục: bơm trục ngang, bơm trục đứng, bơm trục xiên

 Phân loại theo số lượng BXCT trên 1 trục: bơm một cấp, bơm đa cấp

 Phân loại theo cột nước: Bơm cột nước thấp (H < 20 m), bơm cột nước trungbình (H = 20 60 m), bơm cột nước cao (H > 60 m )

 Phân theo loại chất lỏng cần bơm và công dụng: bơm nước có hàm lương hạtrắn nhỏ và hỗn hợp chất xâm thực hóa học ít, nhiệt độ nhỏ hơn 1000C; bơmchất lỏng chứa nhiều bùn cát và đất hạt cứng; bơm nước bẩn; bơm chất lỏnghóa học; bơm giếng khoan

1.1.5 Các thông số làm việc của bơm cánh dẫn

 Lưu lượng

Lưu lượng của máy bơm là thể tích chất lỏng mà bơm cung cấp vào ống trong một đơn

vị thời gian Lưu lượng được ký hiệu là Q và thường đo bằng m3/s; l/s, m3/h

Q = G/y = v.G Trong đó: Q là lưu lượng (m3/h, m3/s…)

G là lưu lượng trọng lượng (kG/s, kG/ph)

y là trọng lượng riêng của chất lỏng

v = 1/y là thể tích riêng của chất lỏngLưu lượng của bơm phụ thuộc vào kích thước hình học, vào vận tốc chuyểnđộng của bộ phận làm việc và vào tính chất thủy lực của hệ thống

 Cột áp

Cột áp là lượng tăng năng lượng riêng của chất lỏng khi đi từ miệng hút đếnmiệng đẩy của bơm và thường được tính bằng mét cột chất lỏng (đôi khi cũng đượctinh bằng mét cột nước) và được ký hiệu là H

 Công suất và hiệu suất của bơm

Công suất máy nhân được của động cơ gọi là công suất tiêu thụ hay công suấttrên trục Còn công suất mà dòng chất lỏng được khi vận chuyển qua máy gọi làcông suất hữu ích N

N = G.H = γ.Q.H

1.1.6 Số vòng quay đặc trưng máy cánh dẫn

Số vòng quay đặc trưng là số vòng quay của bánh công tác của một bơm mẫuđồng dạng hình học với bơm thực, trong chế độ làm việc tương tự hiệu suất thủy lực

và hiệu suất thể tích như bơm thực, đồng thời tạo ra được cột áp HM = 1m có công suấthữu ích NhiM =1 mã lực và vận chuyển chất lỏng có trọng lượng riêng 𝛾𝑀 =1000𝑘𝐺/𝑚3 Kí hiệu số vòng quay quy dẫn ns

Công thức của số vòng quay quy dẫn:

𝑛𝑠 = 3,65𝑛

𝐻3⁄4

 Phân loại máy cánh dẫn thei số vòng quay đặc trưng:

- Bành công tác bơm ly tâm ns (v/ph)

Có số vòng quay ns trung bình 80 – 150

- Bánh công tác bơm hướng chéo 300 – 600

- Bánh công tác bơm hướng trục 600 – 1800

 Phân loại máy cánh dẫn theo chuyển dộng của dòng chất lỏng trong BCT:

- Bánh công tác ly tâm và hướng tâm: chất lỏng chuyển động qua bánh côngtác từ tâm ra ngoài hoặc từ ngoài vào tâm theo phương bán kính

- Bánh công tác hướng trục: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác theophương song song với trục

- Bánh công tác tâm trục hoặc trục tâm: chất lỏng chuyển động qua bánh côngtác theo hướng tâm rồi chuyển sang hướng trục hoặc ngược lại

- Bánh công tác hướng chéo: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác khôngtheo hướng tâm cũng không theo hướng trục mà theo hướng xiên (chéo)

1.1.7 Phạm vi sử dụng các loại bơm

Hình 1.1 Phạm vi sử dụng các loại bơm [ tài liệu 1]

Nhìn biểu đồ ta t1hấy, các loại bơm cánh dẫn thì bơm ly tâm có phạm vi sử dụngrộng nhất: Q = 1÷100000 m3/h, H = 1÷3500 m cột nước.

Bơm hướng trục có phạm vi sử dụng hẹp hơn, nó thường được dùng khi cần lưulượng lớn và áp suất nhỏ: Q= 100÷100000 m3/h, H= 1÷20 m cột nước

1.2 Bơm ly tâm

Máy bơm ly tâm là loại máy bơm thuỷ lực cánh dẫn các hoạt động trên nguyên

lý của lực ly tâm, năng lượng thuỷ động của dòng chảy ra nhờ cánh quạt cơ năng củamáy Theo đó, nước được dẫn vào tâm quay của cánh bờm và nhờ lực ly tâm, và đượcđẩy văng ra mép cánh bơm Sự kết hợp giữa lưu lượng, áp suất, gia tốc trọng lực vàtrọng lượng riêng của chất lỏng tạo thành động năng khiến nước chuyển động

Bánh công tác: kết cấu có 3 dạng chính là cánh mở hoàn toàn, mở một phần vàcánh kín Bánh công tác được lắp trên trục của bơm cùng với các chi tiết khác cố địnhvới trục tạo nên phần quay của bơm gọi là rôto Bánh công tác được đúc bằng ganghoặc thép theo phương pháp đúc chính xác Các bề mặt cánh dẫn và đĩa bánh công tácyêu cầu có độ nhẵn tương đối cao (tam giác 3 đến 6) để giảm tổn thất Bánh công tác

và rôto của bơm đều phải được cân bằng tĩnh và cân bằng động để khi làm việc bánhcông tác không cọ xát vào thân bơm

Hình 1.3 Một số dạng của bánh công tác bơm ly tâm [1]

1.2.2 Nguyên lí làm việc của bơm ly tâm

Trước khi bơm làm việc, cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánh công tác)

và ống hút được điền đầy chất lỏng, thường gọi là mồi bơm

Khi bơm làm việc, bánh công tác quay, các phần tử chất lỏng ở trong bánh côngtác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị văng từ trong ra ngoài, chuyển động theo cácmáng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của bơm Đồngthời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng có chân không và dưới tác dụng của ápsuất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của bơm, chất lỏng ở bể hút liên tục bị đẩyvào bơm theo ống hút, đó là quá trình hút của bơm Quá trình hút và đẩy của bơm làquá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm

Bộ phận dẫn hướng ra (thường có dạng xoắn ốc nên còn gọi là buồng xoắn ốc)

để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy được điều hòa, ổn định và còn có tácdụng biến một phần động năng của dòng chảy thành áp năng cần thiết

1.2.3 Phân loại bơm ly tâm

Bơm ly tâm được phân thành nhiều loại khác nhau theo nhiều đặc điểm khác nhau như:

 Phân loại theo số bánh công tác lắp trên trục:

- Bơm ly tâm một cấp (có một bct lắp trên trục)

- Bơm ly tâm nhiều cấp (có nhiều bct lắp trên trục)

 Theo số dòng chất lỏng qua bánh công tác:

- Bơm ly tâm một miệng hút (một dòng chất lỏng qua bánh công tác)

- Bơm ly tâm hai miệng hút (hai dòng chất lỏng qua bánh công tác)

 Theo cột áp có:

- Bơm ly tâm cột áp thấp, H = 5 – 40 m cột nước,

- Bơm ly tâm cột áp trung bình, H = 50 – 200 m cột nước,

- Bơm ly tâm cột áp cao, H ≥ 200 m cột nước

 Theo lưu lượng có:

- Bơm lưu lượng nhỏ,

- Bơm lưu lượng trung bình,

- Bơm lưu lượng lớn

 Theo vị trí của trục bơm:

- Bơm trục ngang,

- Bơm trục đứng

 Theo kết cấu vỏ:

- Bơm ly tâm hai nắp,

- Bơm ly tâm nhiều tầng

 Theo phương pháp nối trục bơm với trục động cơ

- Bơm ly tâm nối trục trực tiếp,

- Bơm ly tâm nối trục gián tiếp

1.2.4 Ưu nhược điểm bơm ly tâm

Ưu điểm:

 Có lưu lượng đều và ổn định với cột áp không đổi

 Kích thước nhỏ gọn và trọng lượng bé hơn so với bơm piston.

 Cho phép nối trực tiếp với động cơ cao tốc không qua hộp giảm tốc (Trị số vòng quay có thể đạt đến 40000 vòng/phút)

 Thiết bị đơn giản

 An toàn lúc làm việc

 Ít nhạy cảm với chất lỏng có chứa các loại hạt rắn

 Khối lượng sửa chữa thường kỳ nhỏ vì ít các chi tiết động

 Điều chỉnh lưu lượng đơn giản

 Nhờ các ưu điểm trên, bơm ly tâm được ứng dụng rộng rãi trên tàu thuỷ để chuyểnchất lỏng Các bơm ly tâm thủy lực lưu lượng lớn không có thiết bị tự hútthường đặt dưới mực chất lỏng được bơm (có cột nước dâng)

 Bơm ly tâm thủy lực tự hút dùng trong các thiết bị không có cột áp dâng đểphục vụ đối tượng không yêu cầu cung cấp chất lỏng ngay sau khi làm việc

Nhược điểm:

 Không có khả năng tự hút (Trước khi khởi động bơm cần điền đầy chất lỏngvào bánh cánh và đường ống hút) nên làm tăng giá thành và thiết bị của bơmthêm phức tạp

 Hiệu suất thấp khi vòng quay nhỏ

 Hiệu suất của bơm giảm nhiều khi độ nhớt của chất lỏng cần bơm tăng lên

 So với bơm piston, kích thước đường ống hút của bơm ly tâm đòi hỏi lớn hơn

 Có sự phụ thuộc giữa hiệu suất của bơm đến chế độ làm việc của nó

 Trong những ưu nhược điểm của bơm ly tâm, bơm ly tâm hai miệng hút tuy cókết cấu phức tạp và gia công khó khăn hơn, tuy nhiên với những ưu điểm vượttrội nhưng với cùng kích thước thì lưu lượng của nó đạt lớn hơn, hiệu suất đượcbảo đảm cũng như lực dọc trục được khử tang độ bền cho bơm

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÁNH CÔNG TÁC

2.1 Tính toán các thông số bánh công tác bơm ly tâm

Cánh công tác của bơm ly tâm có hai dạng cánh chính: cánh trụ tương ứng sốvòng quay đặc trưng thấp (ns = 60-100 vg/ph ) và dạng cánh cong không gian ( conghai chiều ) tương ứng số vòng quay ns lớn (ns > 100 vg/ph)

Do đặc trưng kết cấu khác nhau nên việc tính toán, thiết kế cũng có những điểmkhác nhau Song khi tính toán thiết kế bánh công tác với cả hai loại cánh trên đều cóphần tính chung, đó là phần tính toán các thông số làm việc cơ bản, các thông số kếtcấu chính của bánh công tác và xây dựng mặt cắt kinh tuyến của nó

Dưới đây em sẽ trình bày các phần tính toán các thông số làm việc chính củabánh công tác bơm theo đề tài

Từ đó ta có:

𝑛𝑠

= 3,65.1460.√0,01875 203/4 = 77,15 (vg/ph)Với 60 < 𝑛𝑠 < 100 chọn bơm ly tâm cánh công tác cánh trụ

2.1.2 Xác định hiệu suất và công suất của bơm

Hiệu suất của bơm:

(3.2)Trong đó:

Q : Hiệu suất lưu lượng của bơm





ck

: Hiệu suất thủy lực của bơm

: Hiệu suất cơ khí của bơm

Suy ra công suất ra của bơm:

𝑁 = 𝑡𝑙 10𝛾𝑄𝐻 = 1000.0,01875.20 = 3,675(𝑘𝑊) (3.8)

Công suất vào của bơm (trên trục):

2.1.3 Tính các kích thước vào chính bánh công tác

 Xác định vận tốc dòng vào của bơm V 0

Vận tốc dòng chảy lối vào bơm có thế tính theo công thức kinh nghiệm sau:

𝑉0= (0,06 ÷

Trong đó 𝑄𝑙𝑡: lưu lượng lý thuyết của bơm (𝑚3/𝑠)

n: số vòng quay của bơm

- Lưu lượng lý thuyết của bơm:

Trong lần tính gần đúng lần thứ nhất:

- Chọn vận tốc dòng vào:

3𝑉0 = (0,06 ÷ 0,08) √0,08 14402 = 2,08 ÷ 2,74 (m/s)

Chọn 𝑉0 = 2,5 (𝑚/𝑠)

�

Trong đó: 𝑀𝑥 - momen xoắn trến trục;

[𝑟] - ứng suất xoắn cho phép, [𝑟] = 120 ÷ 200

kG/𝑐𝑚2

𝑀𝑥 = 974000

Chọn 𝑑𝑏 = 30 (mm)

 Xác định đường kính vào D o

1

Hình 2.2 Tam giác vận tốc lối vào [1]

- Đường kính lối vào 𝐷0 của bơm:

𝐷0 =

4𝑄𝑙𝑡

+𝑑

𝜋.𝑉0

2 = √4.0,01953 + 0,032 = 0,107 (𝑚) (3.12)

𝜋.2.5

Lấy 𝐷0 = 100 (𝑚𝑚)Cuối cùng tính lại vân tốc dòng vào của bánh công tác:

𝑉 = 0 4𝑄 4.0,01953 𝑙𝑡 = = 2,72(𝑚⁄𝑠) (3.13)

𝜋.(𝐷2−𝑑2) 𝜋.(0,12−0,022)

0 𝑏

 Đường kính mép vào bánh công tác D 1

Đường kính mép vào bánh công tác có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau:

𝐷1 = (0,9 ÷ 1,0)𝐷𝑜 = (0,9 ÷ 1,0) 100 = 90 ÷ 100(𝑚𝑚)

Chọn D1 = 100 (mm)

 Chiều rộng bánh công tác lối vào

- Vận tốc kinh tuyến mép vào bánh công tác:

𝑉′ = (0,9 ÷ 1,0)𝑉𝑜 = (0,9 ÷ 1,0) 2,72 = 2,45 ÷ 2,72(𝑚⁄𝑠)

- Góc dòng vào không va đập khi dòng vào hướng kính xác định bằng :

𝑉𝘍

𝑡𝑎𝑛𝛽1,0 = 𝐾1.1𝑚

𝑈1

(3.15)

Trong đó : 𝐾1 : hệ số chèn dòng ở lối vào bơm, 𝐾1 = 1,1÷ 1,2 Lấy 𝐾1 = 1,2

𝑉′𝑚1 : vận tốc dòng kinh tuyến mép vào BCT, 𝑉′𝑚1 = 1,46 (m/s)

Với dòng vào hướng kính ta có V1u= 0 nên :

Từ đó ta có :

(

�

2

Kv2u = 0,56 ÷ 0,63Lấy Kv2u = 0,58Khi đó ta có :

Lấy đường kính ra của bánh công tác D2 = 245 mm

Ta thấy : 𝐷2 = 245 = 2,45 ; tỷ số này nằm trong giới hạn cho phép của bơm ly tâm một

𝐷1 100

cấp tỷ tốc nhanh 𝐷2 = 1,6 ÷ 2,5

𝐷1

 Xác định vận tốc kinh tuyến tại lối ra của bánh công tác

Vận tốc kinh tuyến tại cửa ra của bánh công tác được xác định theo công thức thực nghiệm sau (với ns< 100) :

Hệ số chèn dòng lối ra K2 = 1,05÷1,1 ; lấy sơ bộ

K2=1,05 Hệ số chèn dòng vào K1 = 1,1÷1,2 Lấy sơ bộ

0,82.1,58 𝑠𝑖𝑛21𝑜 ≈ 0,407

2.1.5 Xác định số cánh dẫn của bánh công tác

�

Số cánh dẫn của bánh công tác được xác định theo công thức sau :

Ta chọn số cánh của bánh công tac là : Z = 6 cánh

2.1.6 Tính chiều dày của bánh công tác tại mép vào và mép ra

Hệ số chèn dòng ở cửa vào được xác đinh theo công thức :

K1 

1 1Trong đó :

Bước cánh lối vào :

=𝑠𝑖𝑛213,5 𝑜 =

Tính lại hệ số chèn dòng K1 :

| ~ 2,077(%)

Sai số



1

K

Vận tốc tương đối của dòng chảy ở cửa vào và cửa ra của bánh công tác được xác

định như sau :

2 = 24°, ta có :

𝜓 = 0,81 ÷ 0,91 Chọn =0,85Thay giá trị này vào phương trình (2.32) ta xác định được hệ số :

𝜋.144 0

Z 6 Hlt 20,79 m

Bảng 2.2 Các kích thước cơ bản tại cửa vào và cửa ra

2.2 Thiết kế cánh bánh công tác

2.2.1 Xây dựng tiết diện kinh tuyến bánh công tác sơ bộ

Ta xây dựng tiết diện kinh tuyến theo phương pháp biến thiên vận tốc Giả sử vận tốc biến thiên tuyến tính từ lối ra cho đến lối vào như hình

Hình 2.3 Đồ thị biến thiên vận tốc từ mép vào đến mép ra [1]

Với giả thiết sự biến thiên diện tích các thiết diện như hình trên thì ta xác định được

bề rộng lối ra bánh công tác bi và vận tốc kinh tuyến V '

Xét 2 điểm trên đồ thị tại lối ra và lối vào:

Điểm A (0,05; 1,46) lối vào

Điểm B (0,1225; 1,2) lối ra

Phương trình đường thẳng qua AB có dạng:

STT Bán kinh R

(m)

Vận tốc kinhtuyến(m/s)

Chiều rộng(m) Diện tích máng dẫn(m2)

Bảng 2.3 Sự thay đổi vận tốc kinh tuyến theo ri

Đồ thị biến thiên vận tôc kinh tuyến bánh công tác như hình dưới, ta thấy sự biến thiên vận tốc theo quy luật tuyến tính giảm dẫn từ mép vào đến mép ra:

Ta dựng được tiết diện kinh tuyến:

B1 Dựng trục tọa độ gốc x, y

B2 Xác định các kích thước cơ bản Ro , Rmo , Rtr , R1, R2

B3 Dựng các đường tròn có đường kính Ri=bi

B4 Nối các đường tâm của các đường tròn ta được đường trung bình (đườngnhân)

B5 Trên đường nhân ta tiếp tục dựng các đường tròn có bán kính Ri=bi

B6 Nối các đường tròn theo phương tiếp tuyến trái phải ta được mặt cắt kínhtuyến của bơm

B7 Tinh chỉnh cho biên dạng đường cong là đường cong trơn (xây dựng mặt cắtnhư hình 3.3.a và 3.3.b)

Hình 2.4 Thiết diện kinh tuyến bánh công tác

2.2.2 Thiết kế biên dạng cánh bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh trụ

Tiết diện cánh dạng trụ của bánh công tác được xây dựng trong mặt cắt ngang cho 1đường dòng với chiều dày δ của cánh Để xây dựng tiết diện cánh, trước tiên ra xây dựng

 

đường trung bình của tiết diện, sau đó đắp độ dày trên đường trung bình ta sẽ nhận đượchình dạng profin của tiết diện

Đường trung bình được xây dựng theo phương pháp điểm

Đối với bánh công tác cánh trụ, tiết diện cánh ở hình chiếu bằng có thể coi như tiết diện thực của cánh Khi đó phương trình vi phân đường trung bình của tiết diện có dạng