Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút Đồ án môn học máy thuỷ khí đồ án thuộc chuyên ngành khí trờng đại học Mỏ - Địa Chất Ngành khí chế tạo máy chiếm vị trí quan trọng phát triển kinh tế quốc dân Vì phải đẩy mạnh việc cải tiến kỹ thuật ngành chế tạo máy Đồ án môn học máy thuỷ khí đồ án có tầm quan trọng sinh viên khoa khí Đồ án giúp cho sinh viên hiểu kiến thức đà học môn thuỷ lực máy thuỷ khí Đồ án giúp cho sinh viên đợc hiểu dần thiết kế tính toán thiết kế máy bơm thiết bị thiếu công tác thoát nớc cung cấp nớc sinh hoạt nh khai thác mỏ Để làm đợc đồ án môn học không sử dụng nguyên kiến thức máy thuỷ khí, nhng cần có kết hợp môn học sở khác nh chi tiết máy , công nghệ kim loại , vật liệu khí , công nghệ chế tạo máy Nội dung đồ án gồm phần sau : ã Phần1 : Tính toán chung ã Phần2 : Xây dng biên dạng cánh ã Phần3: Các phận dẫn hớng ã Phần4: Bộ phận lót kín ã Phần5 : Lực tác dụng máy bơm tính toán trục bơm ã Phần 6: Dựng vẽ lắp bơm kiểm tra sơ hiệu suất Tên đề tài Tính toán thiết kế máy bơm ly tâm hai cửa hút theo máy mẫu với thông số sau: ã Lu lợng : ã Cột áp : ã Số vòng quay đặc trng: ã Hiệu suất chung: ã Lu thể : nớc sạch,khối lợng riêng = 1000 kg/m3 (nước sạch) Trần Đại Dưỡng Q = 216 m3/h H = 42 m n = 1450 v/ph η = 71% Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút Phần I tính toán chung I.1.Tính chọn động phơng án kết cấu bánh công tác I.1.1.Công suất yêu cầu trục bơm Công suất động đợc xác định theo công thức sau: N= gQ t H 1000 Trong đó: Qt : lu lợng tính to¸n Qt = (1,021,15)Q1 Qt=(1,021,15) 216 = 1,15.0,06 = 0,069 m3/h 3600 Chän Qt = 0,069 m3/s (g = 9,81 m/s2) g : gia tèc träng trêng H: Cét ¸p (H = 42 m) : khối lợng riêng lu thĨ ρ = 1000 kg/m3 η : hiƯu st máy bơm = 71% Thay số liệu ta đợc công suất trục bơm : N= 1000.9,81.0,069.42 = 40 (kw) 1000.0,71 I.1.2 Công suất động Công suất động đợc tính nh sau : Nđc = (1,11,3)N = 1,3.40=52 kw I.1.3.Số vòng quay đặc trng Trn i Dng Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút n Q t i 3/4 n s = 3,65 H 3/4 y , v/ph Trong : i : số bánh công t¸c (i = 1) y: sè cưa hót (y = 2) Thay số liệu vào công thức ta đợc số vòng quay đặc trng : n s = 3,65 1450 0,069 3/4 = 59,58 3/4 42 (v/ph) Dựa vào bảng1; [1] 8040 Nên định thiết kế bánh công tác loại bơm cao áp có D2/Ds=2,5 I.2.Tính toán thông số cửa vào bánh công tác I.2.1.Vẽ sơ kết cấu bánh công tác quy ớc kích thớc 11 R185 R66 R35 R60 R20 I.2.2.Xác đình đờng kính đầu trục bơm dr = Mx , 0,2. τ'    cm Trong : Mx: mô men xoắn trªn trơc Mx = 97403.B , N.cm [τ]’: øng st cắt cho phép vật liệu làm trục Trn i Dng Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí [] = B(200250), Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút N/cm Với B = 9,81 hệ số quy đổi N : công suất trục động n: số vòng quay trục Thay số liệu đà biết vào công thức tÝnh trªn ta cã 40 Mx = 97403 1450 9,81 = 26359 Ncm [τ]’ = 9,81.(200250) =9,81 225=2207 N/cm dr = 26359 = 3,9 0,2.2207 ( cm) Tõ kÕt ta chọn đờng kính đầu trục bơm : dr = 40mm hay dr =4 cm I.2.3.Xác định đờng kính trục nơi lắp bánh công tác Căn vào bơm mẫu kết cấu bánh công tác ta chọn đờng kính nơi lắp bánh công tác : Chn d = (5cm) I.2.4.Xác định đờng kính moay bánh công tác Đờng kính moay bánh công tác đợc lấy nh sau : = d + (1025) mm Chọn đờng kính moay bánh công tác : = 50+20=70(mm) I.2.5.Tính đờng kính cửa hút Ds Với máy bơm hai cấp ta xác định đờng kÝnh cưa hót theo c«ng thøc sau: Ds = 4Qt +d , πC s m Trong ®ã : Cs : tốc độ cửa vào tính theo công thøc sau C s = k cs 2gH , m/s i Víi g = 9,81 m/s2 H : cét ¸p bánh công tác H=42m Kcs : hệ số tốc độ chän theo b¶ng sau Ns Kcs 60 0,12 Trần Đại Dưỡng 100 0,14 150 0,18 200 0,18 220 0,2 Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút Do ta tính nội suy đợc hệ số :kcs = 0,12 Cs = 0,12 2.9,81.42 = 3,445 (m/s) Và tính đợc đờng kính cửa hút : Ds = 4.0,069 + 0,07 = 0,1329 2.π 3,445 (m) I.2.6.Xác định đờng kính cửa vào bánh công tác D1 Đờng kính cửa vào bánh công tác đợc lấy nh sau: D1 = (0,80,9)Ds = 0,9.0,1329 =0,12(m) I.2.7.Xác định chiều rộng mép vào bánh công tác b b1 = , m Trong : Co tốc độ dòng chảy trớc vào cánh đợc tính nh sau: Co = (1 1,1) C s = (1 ÷ 1,1)3,445 = 3,445 ÷ 3,7895 m/s Chän Co = C0r =3,7 b1= m/s 0,069 = 0,02475 2π.0,12.3,7 ( m) Do cã chiều dày cánh dẫn cửa vào S mà tốc độ dong chảy tăng từ C o trớc vào cánh đến Co1 sau vào cánh,từ phơng trình liên tục ta có : C1r = k1.Cor=k1.Co Víi K1 : hƯ sè thu hĐp ë cưa vµo chän s¬ bé K1 = 1,2 C1r = 1,2.3,7 = 4,445 m/s I.2.8.Xác định giá trị góc vào cánh 1 đợc tính dựa vào tam giác vận tốc ë cưa vµo tgβ1 = C 1r C 1r = U − C 1r U − C cos1 Song thông thờng ta tính góc vào không va ®Ëp β1o nghÜa lµ gãc vµo øng víi α1 = 900 , ta cã : tgβ1o= Trong ®ã : U1 = , m/s tốc độ vòng cửa vào = , l/s = tốc độ góc bánh công tác 3,14.1450 = 151,77 ,1/s 30 Trn i Dng Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí U1 = tg1 = Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút 151,77.0,12 = 9,1062 m/s 4,445 = 0,488 ⇒ β1 = 260 9,1062 δ = 350 chän δ = 40 ⇒ β1 = 300 I.2.9.Chiều dầy cánh dẫn Bánh công tác ta chọn đúc gang nên có chiều dầy từ 411 mm Mặt khác đờng kính bánh công tác lớn nên ta chọnchiều dầy cánh dẫn thay đổi từ cửa vào đến cửa bánh công tác nh sau: S1= mm S2= mm I.3.Tính toán thông số cửa bánh công tác I.3.1.Góc cánh dẫn đợc chọn theo bảng sau: ns v/ph Độ 40 3036 100 2530 200 2022 300 1520 Dựa vào số vòng quay ®Ỉc trng ns = 59,58 ta chän gãc β2 = 320 I.3.2.Tính tốc độ vòng mép cánh dẫn U2 U2 = Ku2 2gH i m/s Trong ®ã : Ku2 = với đợc lấy theo bảng sau: ns ®Õn 40 4080 80100 100200 150350 Ψ 11,2 11,1 0,91 0,80,9 0,60,7 Dựa vào bảng phép tính nội suy ta tìm đợc = 1,05 Ku2 = = 0,976 1,05 U2 = 0.976 2.9,81.42 = 28 ( m/s) I.3.3.Xác định đờng kính cửa bánh công tác D2 = ,m Trn i Dng Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút D2= 60.28 = 0,37(m) 3,14.1450 I.3.4.Xác chiều rộng bánh công tác ë cưa b2: b2 = , m Víi K2 : hƯ sè thu hĐp ë cưa chän s¬ bé K2= 1,1 C2r = (0,71,0)C0 = 2,59 3,7 m/s Chọn C2r = m/s thay vào công thức tính chiều rộng bánh công tác ta đợc: b2 = 0,069.1,1 = 0,010888 2.0,37.3.π ( m) Chọn b2 =0,0115 (m) ChiÒu dầy bánh công tác tính đờng tròn đờng kính D2 lµ δ2 = = = 11,32 (mm) sin32 Chiều dày bánh công tác đờng tròn D1 δ1 = S = = 6,93 mm sinβ tg30 I.3.5.Xác định tốc độ tơng đối W1 = = W2 = = 4,445 = 8,89 m/s =5,661 sin 32 m/s sin30 I.3.6.Xây dựng tam giác tốc độ Trn i Dng Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly t©m hai cưa hót C2u = U2- 2W2cosβ2 = 28 – 5.661.cos32 = 23,2 tg α2 = = C2 = = Trần Đại Dưỡng = 0,12931 23,2 + 23,2 = 23,4 m/s => α2 = 7,370 ( m/s) Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút I.3.7.Tính số cánh dẫn z:Số cánh dẫn z bánh công tác cho máy cã thĨ tÝnh theo c«ng thøc sau: Z = K Sin Víi K lµ hƯ sè kinh nghiƯm : K = 6,5 Z = 6,5 0,37 + 0,12 30 + 32 sin = 6,56 0,37 − 0,12 Chän sè cánh dẫn : Z = I.3.8.Chiều dầy đĩa bánh công tác moay m = 10 15 (mm) chọn chiều dầy dĩa bánh công tác : m = 12 mm I.4.KiĨm nghiƯm kÕt qu¶ tÝnh to¸n I.4.1.KiĨm nghiƯm c¸c hƯ sè thu hĐp HƯ sè thu hệp đợc kiểm nghiệm theo công thức sau: D1 0,12.π Z K1 = = = 1,174 πD1 S1 0,12.π 4.10 −3 − − Z sinβ sin30 π D 0,37.π K2 = π D Z Z − S2 sinβ Theo hÖ sè chän s¬ bé : K1 = 1,2 = 0,37.π 6.10 −3 − sin32 = 1,0732 vµ K2= 1,1 Sai lệch hệ số chọn sơ tính toán < 5% nên tính toán hợp lý I.4.2.Kiểm nghiệm tỷ số b2/D2 Tỷ số đợc kiểm nghiệm theo b¶ng sau: ns b2/D2 60 0,03 80 0,05 100 0,06 120 0,1 150 0,12 200 0,17 Dựa vào bảng ta tính nội suy đợc tỷ số = 0,03 Mặt khác theo tính toán ta có tỷ số = 0,0115 = 0,031 0,37 Do sai số < 5%hợp lý I.4.3.KiÓm tra tû sè D2/D1 Trần Đại Dưỡng Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút Tỷ số đợc kiểm nghiệm theo bảng sau: ns 60 80 100 D2/D1 2,55 2,2 Còng theo bảng tính nội suy ta có tỷ số = Và theo tính toán ta có = 120 1,8 150 1,54 200 1,5 0,37 = 3,083 0,12 Sai số < 5% tính toán hợp lý I.4.4.Kiểm nghiệm tỷ số w1/w2 Tơng tự tỷ số đợc kiĨm nghiƯm theo b¶ng sau: ns w1/w2 40 2,1 50 1,75 60 1,6 Theo bảng có tỷ số Và theo tÝnh to¸n ta cã 70 1,5 80 1,45 90 1,4 100 120 1,36 1,3 140 160 180 1,26 1,24 1,2 200 1,15 w1/w2 = 1,6 w = 8,89 = 1,57 w 5,661 Sai số hai kết k8KN =(KP- KH).D2/2 =(1,6 – 1,09).370/2= 94,35 Sai sè kiÓm nghiÖm : εKN = 94,35 − 91,12 100 % = 3,4%5% 94,35 Sai số nhỏ => giá trị h8 đạt yêu cầu Phần iv Trn i Dng 21 Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút phận lót kín IV.1.Lót kín bánh xe công tác Giữa thân bơm cố định bánh công tác quay tồn khe hở Để đảm bảo lợng tỉn thÊt lu thĨ qua ®ã Ýt , hiƯu st lu lợng ll máy cao khe hở chúng phải nhỏ Không , để làm tăng sức cản khe hẹp , ngời ta làm chúng có kết cấu phức tạp, có dạng zig-zắc Khi bơm làm việc khe hẹp bị mòn , chiều rộng khe hẹp tăng lên , ngời ta làm vành chịu mòn ghép vào 1/.Lu lợng chất lỏng rò qua khe hở ló kín phía trớc bánh công tacs 1sẽ : q1= μ fy 2.g.h y Víi µ lµ hệ số lu lợng khe hẹp,giá trị tuỳ thuộc vào loại lót kín đợc tính theo công thc sau: µ= ry1= Vµ δ1 lµ chiỊu réng khe hĐp : (1,3 ÷ 1,5) + λl 2δ D s 132,9 = = 66,5 mm 2 δ = 0,2 ÷ 0,3 mm ⇒Chän δ =0,25mm hy cột áp khe hẹp , với ns = 60150 đợc chọn theo kinh nghiệm nh sau: hy=0,6.H=0,6.42 = 25,2 m DiƯn tÝch tiÕt diƯn khe hĐp: fy = 2л ry1δ1 -3 - = 104,4.10 − fy =2 πry1 δ1 = 2.3,14.66,5.10 0,25.10 (m ) Do Dy1=2.ry1=133>100 mm theo kinh nghiệm l1/Dy1 =0,12ữ0,15khi = 0,5 ữ 0,6 chọn = 0,55 Thay vào công thøc tÝnh q1ta cã : Trần Đại Dưỡng 22 M¸y Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút q1= μ fy 2.g.h y =0,55.104,4.10-6 2.9,81.25,2 = 0,00128 (m3/s) Với bơm lót kín đơn giản l 1không nên lấy lớn ta chọn chiều dài khe hÑp nh sau: l1 = 0,12.Dy1 = 0,12.133= 16 ( mm) 2/Lợng chất lỏng chảy qua khe hẹp phía sau bánh công tác : q2= .ry2 δ 2.g.h y2 u   r  LT + 1 −  y2  vµ Víi h y2 = 8.g   r    2.u    g.H HLT = H η TL ηTL lµ hiƯu st thủ lùc s¬ bé lÊy nh sau: ηTL = η - (0,010,02) = HLT= 0,71 - 0,02 = 0,82 42 = 51,22 m 0,82 d 70 ry2= + s = + = 40 mm 2 r2=D2/2 =370/2 =185 mm Thay thông số đà tìm đợc vào công thức tính cột áp qua khe hở bánh công tác ta có : 9,81.51,22 ( 28 )   40.10 -3    = 9,84 m + 1− hy2= 8.9,81   185.10 -     2.( 28 )     δ2 = (0,30,4)mm chän δ2 = 0,4 mm l2đợc chọn theo kết cấu bơm vµ dùa vµo chiỊu dµi l1 π q2= μ .ry2 δ 2.g.h y2 =0.0025 HiÖu suÊt lu lợng : Trn i Dng 23 Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút ll = η ll = Q Q = Q + q1 + q Qlt 0,069 = 0,948 Đảm bảo 0,069 + 0,00128 + 0,0025 IV.2.Lót kín trục bơm Các vòng phớt lót kính làm nhiệm vụ chống rò nớc từ bơm chúng đợc bố trí phía cao áp chống khí lọt vào buồng hút bơm chúng đợc bố trí phía cửa hút kiểu lót kính số vòng lót kín có ảnh hởng lớn đến hiệu suất khí bơm phải đợc chọn hợp lý Các vòng lót kính đợc làm từ sợi A-mi-ăng với chiều dày tiêu chuẩn 4,6,8,10,12,15,17,20,25,30 Ta chọn chiều dày b theo đờng kính trục d cần đợc lót kín nh sau: b=0,25.d =0,25.50 =12,5 mm Các kích thớc đợc chọn theo kinh nghiệm nh sau: Chiều dài phần lót kín đợc chọn : L = (i + 0,5)b s = 2b , víi i số vòng lót L=2.d =2.50 =100 mm Lực ép vßng lãt F=1,4 P π (dk2 – d2).B , tính theo N Phần v lực tác dụng máy bơm tính toán trục bơm V.1.Lực hớng trục Trn i Dng 24 Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút V.1.1.Lực chênh áp phía trớc sau bánh công tác Khi vành mòn phía trớc bánh công tác cha bị mòn hỏng, coi phía trớc phía sau bánh công tác khoảng từ Ry đến r2 nh khoảng từ ro đến ry phía trớc bánh công tác cã ¸p suÊt nhá , ë phia sau bánh công tác khoảng lại có áp suất lớn, kết xuất lực hớng trục hớng từ phía sau phía trớc bánh công tác có độ lớn là: u2 R − r    R − r  H −  − y  p FZng = − π γ  y   0  8.g  2.r       c  2u  Hp =H 1 − 2.u   2  23,2   = 24,6 m/s Hp =42 1 − 2.28    Ry = Ds 132,9 −s = − = 61,5 mm 2 r0 =d0/2 +s =70/2+ =41 mm  28  0,0615 − 0,041  2   −  FZng = − 3,14.1000. 0,0615 − 0,041  24,6 −    8.9,81  2.0,185    = -96,71 (N) DÊu (- ) công thức biểu thị lực có chiều ngợc trục z bánh công tác V.1.2.Lực tác dụng bên bánh công tác Do kêt cấu bên bánh công tác , dong chảy phía cửa vào bánh công tác phảit hay đổi hớng độ lớn tốc độ, nghĩa thay đổi lợng Do gây lực hớng trục tác động lên bánh công tác hớng từ phía trớc phía sau bánh công tác, độ lớn lực là: FZtr =A Trn i Dng Q 1000.0,069 c = .3,7 = 26 N g 9,81 25 Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút Chọn A=1 bánh hớng kính V.1.3.Lùc phơ híng trơc Khi vµnh lãt kÝn phÝa trớc bánh công tác bị mòn , áp suất phía trớc bánh công tác, khoảng từ Ry đến r2 nhỏ áp suất phần đĩa sau đợc biểu thị đờng nét đứt Kết xuất lực phụ hớng trục tác dụng bánh công tác hớng từ phía sau phía trớc bánh công tác, lực có độ lớn đợc tính theo công thức sau: r2 u2 r2 r2 + R2  y ∗ = −π γ  r − R . 2 + F ln −  =  y Zng   r2 − R2 8.g   2.r y Ry   π 1000   28 0,185 0,185 0,185 + 0,0615 (0,185 − 0,0615 ). ln + − 2  0,185 − 0,0615  8.9,81 0,0615 2.0,185   = - 195,81 N Nh tổng lực tác dụng lên bánh công tác bơm F =FZng + F*Zng - FZtr =-96,71-195,81 – 26=318,52 N V.2.Lùc híng kÝnh Lùc híng kính xuất thay đổi lu lợng máy bơm cấu tạo máng xoắn ốc dẫn hớng Lực đợc tính công thức sau:  Q  FR = K R 1 − .γ HD b Qn   Trong ®ã KR lµ hƯ sè lùc híng kÝnh , nã phơ thuộc vào ns đợc tra theo giản đồ H37[1] , ta cã KR = 0,36  0,06  - = 8391,6( N ) VËy : FR = 0,36.1 − .1000.42.370.11,5.10 0,069     Trần Đại Dưỡng 26 Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Trn i Dng Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút 27 Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút Phần VI lắp chung máy bơm kiểm tra sơ hiệu suất VI.1.HiƯu st lu lỵng −2 ⇒ = + 0,68.n s3 η -2/3 ll =1+ 0,68.58,59 =1,045 ηll = 0,957 Vậy hiệu suất lu luợng 0,957 phù hợp VI.2.HiƯu st c¬ khÝ η ck =1+ 820 820 =1+ =1,24 ⇒ ηck = 0,81 ns 58,59 Vậy hiệu suất khí 0,81 phù hợp VI.3.HiƯu st thủ lùc ηtl = − 0,42 (lgD td1 0,172) Trong đó: Dtd1là đờng kính tơng đơng cửa vào Dtd1 = D s − d = 132,9 − 70 = 113,1 (mm) Thay vào công thức ta đợc hiƯu st thủ lùc lµ : ηTL = − Trần Đại Dưỡng 0,42 (lg113,1 − 0,172) 28 = 0,88 phù hợp Máy Thiết Bị Mỏ k47 ... học máy thuỷ khí Trn i Dng Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút 27 Máy Thiết Bị Mỏ k47 Đồ án môn học máy thuỷ khí Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút Phần VI lắp chung máy bơm kiểm tra sơ hiệu suất VI.1.Hiệu... gi÷a hai kết