ĐỒ ÁN THIẾT KẾ BƠM 2 CẤP (DF120x50)

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngày nay có nhiều trang thiết bị mới hiện đại được đưa vào làm nhiệm vụ khai thác mỏ và hỗ trợ cho việc khai thác. Hầu hết các mỏ hầm lò và mỏ lộ thiên ở nước ta đều khai thác ở độ sâu dưới mặt nước biển. Vì vậy cấp thoát nước cho mỏ là nhu cầu cần thiết và không thể thiếu trong quá trình khai thác.Được sự giới thiệu của trường Đại học Mỏ Địa Chất, em đã có cơ hội tìm hiểu về Công ty Cổ phần than Mông Dương – TKV, đi sâu và tìm hiểu về hệ thống thoát nước của mỏ. Cùng với sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn là PGS.TS Nguyễn Đức Sướng, các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn đồng nghiệp đã giúp em hoàn thành đồ án này.Nội dung đồ án trình bày chủ yếu về hệ thống thoát nước mức 150 của mỏ than Mông Dương, mà trọng tâm là tính toán và thiết kế máy bơm DF120 50. Trong quá trình làm đồ án, do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót nên kính mong ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để em có cái nhìn sâu sắc hơn về những nội dung trình bày trong đồ án.

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngày nay có nhiều trang thiết bị mớihiện đại được đưa vào làm nhiệm vụ khai thác mỏ và hỗ trợ cho việc khai thác Hầuhết các mỏ hầm lò và mỏ lộ thiên ở nước ta đều khai thác ở độ sâu dưới mặt nướcbiển Vì vậy cấp thoát nước cho mỏ là nhu cầu cần thiết và không thể thiếu trongquá trình khai thác

Được sự giới thiệu của trường Đại học Mỏ - Địa Chất, em đã có cơ hội tìm hiểu

về Công ty Cổ phần than Mông Dương – TKV, đi sâu và tìm hiểu về hệ thống thoátnước của mỏ Cùng với sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn là PGS.TSNguyễn Đức Sướng, các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn đồng nghiệp đã giúp

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

1– ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐỊA LÝ, KINH TẾ, KHÍ HẬU, ĐỊA CHẤT THỦY VĂN:

- Vị trí địa lý, địa hình, khí hậu thời tiết, địa chất thủy văn

Vị trí địa lý:

Trụ sở Văn phòng Công ty đóng trên địa bàn Khu IV Phường Mông Dương – Thị

xã Cẩm Phả - Tỉnh Quảng Ninh

Phía bắc giáp với sông Mông Dương

Phía nam giáp với xí nghiệp 790

Phía Tây giáp với công ty than Khe Chàm, Cao Sơn

Phía Đông giáp với sông Mông Dương và quốc lộ 18A

Địa hình – sông núi – khí hậu:

Là vùng núi thấp đến trung bình, cao nhất là +165m thuộc khu trung tâm, thấpnhất là -0,1m (lòng sông Mông Dương)

Có 2 suối lớn bắt nguồn từ Cọc Sáu, chảy qua khu mỏ và tập trung nước vào sôngMông Dương 2 suối này thường có nước quanh năm, lưu lượng thay đổi từ 1-10 l/s(mùa khô), 100 l/s (mùa mưa)

Sông Mông Dương bắt nguồn từ Khe Chàm chảy ra biển, lòng sông rộng từ 40-50 m Mực nước cao nhất +6,7 m (năm 1997, 1986 gây ngập lụt mỏ), mực nướcthấp nhất +0,4m (mùa khô)

+ Mùa khô: từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, nhiệt độ trung bình : 10 – 170C+ Mùa mưa: từ tháng 5 đến tháng 9, nhiệt độ trung bình: 27-300C

Lượng mưa trung bình: 144 mm/ngày

Lượng mưa lớn nhất: 260,7 mm/ngày

- Nhiệm vụ khai thác, tình hình khai thác, sản lượng của mỏ

Mỏ than Mông Dương (Công ty cổ phần than Mông Dương- TKV) là Mỏ thanhầm lò có công nghệ khai thác điển hình mở vỉa bằng giếng đứng và khai thác ở độsâu nhất nước ta hiện nay (-250m so với mực nước chuẩn)

Khoáng sàng của mỏ than Mông Dương được người Pháp khai thác từ năm 1917 Năm 1960 được sự giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô, mỏ đi vào khôi phục để sảnxuất Ngày 01/4/1982 việc xây dựng cơ bản hoàn thành và đã thành lập Mỏ thanMông Dương- Khe Chàm trực thuộc Liên hiệp than Hòn Gai- Bộ Mỏ và Than Ngày 28/12/1982 tấn than đầu tiên được ra lò với sự giúp đỡ nhiệt tình của cácchuyên gia Liên xô và quyết tâm của cán bộ, công nhân mỏ than Mông Dương, toàn

bộ dây chuyền sản xuất được xây dựng hoàn chỉnh và chính thức đưa vào vận hànhnăm 1986

Ngày 18 tháng 12 năm 2006 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp có quyết định số:3673/QĐ-BCN, về việc chuyển Công ty than Mông Dương- TKV thành Công ty cổphần than Mông Dương- TKV và Điều lệ hoạt động tổ chức của Công ty.

Ngày 02 tháng 01 năm 2008 Công ty chính thức hoạt động theo mô hình Công ty

Mở vỉa theo phương pháp giếng đứng, hệ thống các đường lò xuyên vỉa và dọcvỉa để tiếp vỉa cần khai thác

Công tác đào lò: Gồm 6 công trường thi công các đường lò ở các vỉa G9, K8,H10, II11, I12, I13 Phương pháp đào lò bằng khoan nổ mìn kết hợp thủ công Có 1gương lò được cơ giới hóa hoàn toàn bằng máy đào lò Combai, bốc xúc lên phươngtiện vận tải bằng máy xúc lật và máy vơ … kết hợp với thủ công

Vận chuyển than, đất đá bằng tàu điện và goong 3 tấn kết hợp với các hệ thốngbăng tải, máng cào treo hoặc đặt trên nền lò

Công tác khai thác: Gồm 6 công trường khai thác ở 3 khu vực cánh Tây, Vũ Môn,

và Cánh Đông

(+) Phương pháp khai thác bằng khoan nổ mìn kết hợp thủ công, chống giữ bằnggiá thủy lực di động

(+) Vận chuyển than trong lò chợ ra ngoài theo sơ đồ sau:

Than khai thác => Máng trượt kết hợp với máng cào => Gòong 3 tấn tàu điện kéo

=> Quang lật => Ngăn định lượng giếng chính => Thùng skip giếng chính => Hệthống băng tải, sàng (Bunke) => Kho than

Hiện nay công ty đang tập trung đào hệ thống đường lò từ mức - 97,5 xuống mức-250 và khai thông các đường lò ở mức - 250 thuộc dự án giai đoạn II nâng caocông suất mỏ lên 2 triệu tấn/năm

Sản lượng hiện tại: 1,3 triệu tấn

+ Khu vực khai thác lộ thiên

Mở vỉa bằng phương pháp khoan nổ mìn lớn, bốc xúc đát đá bằng máy xúc códung tích gầu từ 1,5 đến 4,6 m3, vận chuyển đất đá ra bãi thải bằng ôtô trọng tải 25tấn

Công tác khoan nổ mìn: dùng máy khoan đập cáp kZ -20, đường kính lỗ khoan

200 mm, thuốc nổ Anfo, kích nổ bằng máy nổ mìn và dây nổ nhanh

Công tác bốc xúc, vận chuyển: dùng máy xúc thủy lực gầu ngược và máy xúcđiện có dung tích gầu từ 1,4 đến 4,6 m3 để bốc xúc đất đá lên ôtô belaz trọng tải 25tấn vận chuyển đất đá đổ bãi thải, bốc xúc than lên ôtô trung xa trọng tải 11 tấnchuyển về kho mỏ

- Các trang thiết bị chính về cơ và điện của mỏ

Do đặc thù của công ty là mở vỉa theo phương pháp giếng đứng, hệ thống cácđường lò hầu hết nằm ở mức -97,5 và là mỏ có khí cháy nổ hạng I nên các trangthiết bị máy móc để phục vụ quá trình sản xuất có một số đặc thù sau:

Các trang thiết bị điện trong hầm lò được chế tạo theo kiểu phòng nổ, hầu hết cácthiết bị là của Liên Xô (cũ) sản xuất cho đến nay đều đã qua sửa chữa lớn, ngoài racòn một số thiết bị của Trung Quốc, Ba Lan

Công ty có 45 thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn như: hệ thống trục tảigiếng chính và giếng phụ, hệ thống các bình chứa khí nén, và sinh khí…

Thiết bị thông gió, thoát nước: Hệ thống bơm trung tâm đặt tại mức -97,5 gồm 4bơm 200 LHP 660 có công suất từ 320 đến 600 m3/giờ/bơm để sẵn sàng đảm bảocông tác thoát nước mỏ Thông gió theo phương pháp đẩy bằng hệ thống quạt BOKgồm 2 quạt, 1 dự phòng và hoạt động liên tục để thông gió cho toàn mỏ

Bảng 1: Các thiết bị chính về cơ và điện của mỏ

Các máy bơm có Q=60÷

40m3/h gồm máy bơm Hải Dương 50-54,45-45

23 Hệ thống máy nâng kéo thùng SKIP 1 1

24 Hệ thống máy nâng kéo thùng cũi 1 1

Tổng quan tình hình thoát nước chung của mỏ:

Hiện nay,công tác thoát nước được thực hiện bằng việc bơm cưỡng bức hoặc chảytheo các rãnh từ các công trường khai thác và đào lò về bể lắng nằm ở mức -97,5 và

tự chảy về hầm bơm trung tâm, sau đó được bơm lên mặt mỏ bằng hệ thống 4 bơm

2 miệng hút 200LHP660 do Công ty chế tạo bơm Hải Dương cung cấp

Trước đây, nước mỏ được bơm lên kênh và chảy thẳng ra sông MôngDương Nhưng hiện nay, công ty đang xây dựng hệ thống xử lý nước mỏ trước khicho chảy ra sông Mông Dương để đảm bảo môi trường nước trên sông, một phầnnước sau khi xử lý được đưa trở lại phục vụ trong công tác khai thác mỏ

Trong khuôn khổ đề tài, tác giả chỉ đề cập đến tình hình thoát nước ở mức -150

Mức -150 thuộc khu vực khai thác vỉa I-12 và II-11 Vũ Môn Trước đây thuộc đơn

vị Công trường khai thác 7, nhưng mới đây chuyển giao lại cho Công trường đào lò

3 quản lý

Máy bơm được đặt ở mức -150, bơm nước từ bể lắng ở mức -154 theo lò hạ thônggió II-11 Vũ Môn lên lò dọc vỉa II-11 Vũ Môn ở mức -97 Tại đây, theo hệ thốngrãnh thoát nước, nước tự chảy về bể lắng của hầm bơm trung tâm ở mức -97,5

Theo ghi chép trong “Sổ theo dõi nước vũ lượng mỏ than Mông Dương năm2010”, trong tháng 2 và tháng 3 trời không mưa, thời gian mưa trong ngày khôngkéo dài lâu, ít hơn 12 tiếng

Bên cạnh đó, theo số liệu trong “Sổ theo dõi nước hầm lò mỏ than Mông Dươngnăm 2010” ta có lượng lưu tụ tại mức -150 trong các mùa như sau:

Mùa khô: Qtb1 = 1050 m3/ngày đêm

Mùa mưa: Qtb2 = 2104 m3/ngày đêm

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ THOÁT NƯỚC CHÍNH CHO TRẠM BƠM MỨC -150 – VỈA I-12 VÀ II-11 VŨ MÔN

2.1 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ THOÁT NƯỚC, PHÂN BỐ CÁC MÁY BƠM, BUỒNG BƠM,

BỂ CHỨA

- 107.3 W3

G25 -128.3

G43 -120.8 G54 -117.1 G65 -112.8 G77 -108.2 G86 -104.6 G94 -101.8 G102

h d

g

î

§

Lß DV II(11) VM -1

XI-10

P17 -138.41

2 VM

PHAI

51

BM -6/1

033 -91.03 033 -91.03 033

Hình 2.1 - Sơ đồ vị trí lắp đặt trạm bơm mức -150

Hình 2.2 - Sơ đồ thủy lực

2.2 XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG CẦN THIẾT CỦA TRẠM BƠM:

Lưu lượng cần thiết của trạm bơm được xác định từ lượng lưu tụ của khu mỏmức -150), trạm bơm phải bơm hết lượng lưu tụ này trong thời gian không quá 16h:

+ Mùa mưa: Qyc1 = = 131,5 m3/h

+ Mùa khô: Qyc2 = = 65,625 m3/h

2.3 XÁC ĐỊNH CỘT ÁP SƠ BỘ MÁY BƠM:

Cột áp sơ bộ của máy bơm :

Với Hhh là chiều cao từ mặt thoáng hầm bơm ở mức -153 đến đầu ra ống đẩy ở mức -97

Hhh = 153 – 97 = 56 m

là hiệu suất ống dẫn

= 0,80,9, tùy thuộc vào mức độ phức tạp/đơn giản của tuyến ống

Dựa theo sơ đồ mạng ống dẫn ta chọn = 0,8

 = 70m

2.4 CHỌN BƠM:

- Ứng với Qyc = 131,5 m3/h, và = 70 m

- Từ điều kiện sử dụng thực tế trong mỏ than Mông Dương

- Từ Catalog về bơm D, DF, DY, MD

Ta chọn bơm 2 cấp có mã hiệu DF120-50x2 với các thông số như sau:

Lưu lượng: Q = 120 m3/h

Chiều cao đẩy: H = 100 m

Số vòng quay: 2950 vòng/phút

NPSH: 3,2 mKhối lượng bơm: 312kg

- Với bơm như đã chọn ở trên ta tính sơ bộ số lượng bơm làm việc trong các mùa.+ Mùa khô: n = = 0,55 Chọn 1 máy làm việc trong mùa khô

Thời gian máy làm việc trong một ngày đêm: t = = 8,75 h/ngày.đêm

+ Mùa mưa: n = = 1,09 Chọn 1 máy làm việc trong mùa mưa

Thời gian máy làm việc trong 1 ngày đêm: t = = 17,5 h/ngày.đêm

2.5 TÍNH CHỌN ĐƯỜNG KÍNH ỐNG HÚT, ỐNG ĐẨY:

Đường kính trong của ống hút và ống đẩy phải chọn hợp lý để vận tốc chất lỏng chảy trong ống không quá lớn

Theo điều kiện kinh tế kỹ thuật, tốc độ nước trong ống đẩy thường lấy:

Ta chọn ống đẩy có đường kính trong là: 140 mm

Với ống đã chọn, ta có tốc độ trong ống đẩy:

- Hệ số sức cản theo chiều dài:

Hệ số sức cản theo chiều dài phụ thuộc vào độ nhám tương đối của ống dẫn

Theo [1], thường có thể xác định bằng công thức:

= d (m): là đường kính trong của ống

+ Hệ số sức cản dọc đường của đoạn ống hút:

= = = 0,036

+ Hệ số sức cản dọc đường của đoạn ống đẩy:

= = = 0,038

Do không có sự thay đổi về đường kính ống trong suốt chiều dài nên các hệ số đượcgiữ nguyên trong suốt chiều dài ống hút và ống đẩy.

Hệ số sức cản do van 1 chiều (có 1 van 1 chiều): ξ = 14

Hệ số sức cản khi khóa mở toàn bộ: ξ = 0,07

p1, p2 là áp suất tại mặt thoáng bể hút và mặt thoáng cửa xả

Vì bể hút thông với khí trời và xả nước trực tiếp xuống rãnh nước nên: p1 = p2 = Pa

- Kmd = + (4)

Với: + Fh, Fđ là diện tích tiết diện của ống hút và ống đẩy:

Fh = = = 0,021 m2

Fđ = = = 0,015 m2

+ lh, lđ là chiều dài ống hút và ống đẩy: lh = 6 m

Với độ dốc của đường lò hạ thông gió = 11 độ, cùng với chiều dài ống dẫn từ cửa đẩy tới lò hạ, ta có chiều dài ống đẩy là:

lđ = + 6 = + 6 = 283,8 m

Kmd = +

= 22197,01

Vậy ta có phương trình đặc tính mạng dẫn như sau:

+ Kiểm tra bơm đã chọn về các thông số làm việc và điều kiện xâm thực:

Trên đồ thị (Hình 2.4), từ điểm làm việc ta dóng xuống các đường , N, NPSH ta có:Chiều Hlv = 91m, lv= 68%; NPSH = 4m

-) Điều kiện máy bơm làm việc trong vùng ổn định: 0,9.H0 > Hhh

Ta có: 0,9.91 = 81,9m > Hhh = 58m Thỏa mãn

-) Điều kiện kinh tế: lv 0,9.max.

0,9.0,73 = 0,65 < 0,68 Thỏa mãn

Hình 2.4 – Đường đặc tính xác định điểm làm việc

-) Kiểm tra điều kiện xâm thực, theo công thức 2-27 [1] ta có:

Hh - Htt,h – NPSH

Với:+ = 10 mH2O

+Với điều kiện thông gió tốt, nhiệt độ làm việc của máy sẽ ổn định ở mức 300C.Tra bảng “Áp suất hơi nước bão hòa khi phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc” ta có: : =0,432 mH2O

Htt,h = = = 1,3 m

Vậy ta có: - Htt,h – NPSH = 10 – 0,432 – 1,3 – 4,1 = 4,2 m

Hh = 3 m < 4,2 m Thỏa mãn điều kiện chống xâm thực

+ Với điểm làm việc này, ta xác định được số bơm sử dụng trong các mùa như sau:

- Mùa khô: n = = 0,497, chọn 1 máy làm việc

Thời gian làm việc của bơm trong một ngày đêm:

t = = 7,9 h/ngày.đêm (< 16h)

Mùa mưa: n = = 0,996 Chọn 1 máy làm việc

Thời gian bơm làm việc trong một ngày đêm:

t = 15,94 h/ngày.đêm (< 16h)

Thực tế ở mỏ, trong hầm bơm mức -150 khu vực vỉa I-12 và II-11 Vũ Môn hiện

có 3 bơm, chúng thay phiên nhau làm việc trong 1 ngày đêm (3 ca) Do đó, mỗingày, mỗi máy bơm làm việc 2h30’/ngày.đêm trong mùa khô và 4h20’/ngày.đêmtrong mùa mưa

2.8 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN CHO BƠM:

Công suất yêu cầu của động cơ dẫn động khi dẫn động trực tiếp:

Nyc =

Với: (kg/m3): khối lượng riêng của nước

= 0,73: hiệu suất chung của bơm

trên bề mặt đó Toàn bộ quá trình tạo thành và vỡ của bọt khí gây phá hoại bánhcông tác và các bộ phận khác của máy bơm gọi là hiện tượng xâm thực.

Qua đó ta có một số cách khắc phục hiện tượng xâm thực như sau:

-) Tăng áp suất chất lỏng ở cửa vào máy bơm làm tăng khả năng hút của hệ thốngmáy bơm và ống hút (NPSHa)

-) Giảm nhiệt độ làm việc của chất lỏng Khi nhiệt độ làm việc giảm, áp suất bốchơi chất lỏng giảm dẫn tới độ chênh lệch giữa áp suất bốc hơi và áp suất cửa vàotăng tức là khả năng hút của hệ thống bơm tăng

-) Giảm tổn thất trên đường ống hút cũng làm cho NPSHa tăng lên Có nhiềucách giảm tổn thất đường ống: tăng đườg kính ống hút, giảm số lượng cút, giảmchiều dài ống hút

-) Hơn nữa phải tính toán lựa chọn máy bơm cho phù hợp với lượng nước yêu cầucần thoát của mỏ Khi chiều cao hình học thoát nước nhỏ thì không nên chọn máybơm có cột áp quá lớn Khi vận hành máy bơm thoát nước mỏ phải hết sức chú ýđến sự thay đổi mực nước trong bể hút Nếu cần thiết có thể đặt các rơle mực nước

để điều khiển sự làm việc của máy bơm

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM DF120-50x2

3.1 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY BƠM

Mã bơm: DF120-50x2

Lưu lượng: Q = 120 m3/h

Cột áp: H = 100 m

Số vòng quay: 2950 vg/phHiệu suất: η = 68%

3.1.1 Số vòng quay đặc trưng n s :

Số vòng quay đặc trưng của máy bơm là thông số thể hiện phạm vi giá trị lưulượng và cột áp của máy bơm, nó quyết định các phương án kết cấu của bánh côngtác máy bơm:

3.1.2 Tính toán các thông số ở cửa vào của bánh công tác

d: đường kính trục máy bơm, nơi lắp BCT

d0 đường kính moay ơ BCT

Ds: đường kính miệng hút

D1: đường kính tại điểm vào của mép cánh dẫn

D2: đường kính tại điểm ra của mép cánh dẫn

b1: chiều rộng của cánh dẫn tại điểm vào

b2: chiều rộng của cánh dẫn tại điểm ra

Hình 3.1 - Sơ đồ kết cấu bánh công tác và quy ước các kích thước

+ Đường kính đầu ra của trục bơm dr:

dr = , cm

Với Mx là momen xoắn trên trục:

+ Đường kính trục, nơi lắp bánh công tác

Dựa vào kết cấu của bơm mẫu, từ đường kính đầu ra của trục bơm đến đường kínhnơi lắp bánh công tác, trục có 3 lần nâng bậc Theo quy định trong thiết kế chi tiếtmáy ta chọn: d = 60 cm

+ Đường kính moay ơ:

Hình 3.2 - Tam giác vận tốc ở cửa vào

Từ tam giác vận tốc ở cửa vào ta có:

tg =

Thông thường ta tính góc vào không va đập , nghĩa là góc vào ứng với = 900, ta có:

tg = Với: u1: tốc độ vòng ở cửa vào, u1 = ; m/s

Vì ns > 80 vòng/phút, để đảm bảo các phần tử chất lỏng từ mọi điểm của mép vào

đi đến cửa ra của cánh dẫn bánh công tác đều được truyền năng lượng như nhau thìchiều dài thực của các đường dòng trên cánh phải bằng nhau Muốn vậy cánh sẽ có

độ nghiêng cong không giống nhau ở các đường dòng mà phải cong xoắn khônggian Hình chiếu của cánh trên mặt vĩ tuyến không trùng làm một đường cong vìcánh không vuông góc với đĩa bánh công tác mà hình chiếu sẽ bao gồm các hìnhchiếu của các đường dòng

3.2.1 Xây dựng biên dạng cánh dẫn trên mặt kinh tuyến (mặt đứng).

Việc xây dựng biên dạng mặt đứng cánh dẫn bánh công tác được tiến hành như sau:

- Dựng các kích thước d, d0, D1, Ds, D2

- Lấy 1 điểm nào đó làm chuẩn trên D2, kẻ đường nghiêng một góc so với phương thẳng đứng, góc này 30 – 50

- Dùng đường nghiêng vừa kẻ làm chuẩn, dựng kích thước b2 trên D2 và b1 trên D1

- Nối sơ bộ b2 và b1 thành một hình có dang hình thang

Để vẽ chính xác, ta tìm các giá trị bi thay đổi từ cửa vào đến cửa ra Nối các điểm giữa của b1 và b2 ta có đường 1-2 (Hình3.5) Ứng với một điểm có bán kính ri = nào

đó, ta có giá trị chiều rộng máng cánh bi tính bằng công thức:

bi Các bi thực hiện cũng được lấy phù hợp với việc lấy tăng b1 và b2 ở trên

i

i i

s

β

σsin

=

Dựng các đường tròn đường kính bi tương ứng với các giá trị của Di Vẽ haiđường thẳng bao với các đường tròn bi đó, ta được biên dạng cánh dẫn trên mặtkinh tuyến Chú ý rằng tâm các đường tròn bi không nhất thiết nằm trên đường 1-2

mà có thể xê dịch chúng để đảm bảo sự điều hòa của dòng chảy(biên dạng trơn liêntục) mà vẫn giữ qui luật thay đổi của bi (hình vẽ) Các kết quả được ghi vào bảngthống kê sau:

Hình 3.5 – Xây dựng biên cạnh trên mặt kinh tuyến

+ Chia mặt đứng thành 3 phân tố dòng, các điểm chia ở mép ra cách đều nhau Khi đó các điểm ở cửa vào sẽ có các đường kính D1s, D2s, D3s Điều kiện chia

ở cửa vào:

Thay Ds = 128 mm; d0 = 80 mm vào lần lượt các phương trình trên ta có:

D1s = 117,8 mm; D2s = 94,32 mm;

+ Kẻ sơ bộ các đường dòng a-a, b-b, c-c, theo dạng đường dòng đã thiết kế

+ Vẽ các mặt đằng tốc 1-1, 2-2, …5-5 Trên mỗi mặt đẳng tốc, tốc độ hướng kính Crbằng nhau

Gọi chiều rộng của mỗi bó dòng tại các bán kính ri là Do trên các đó có cùng lưulượng và tốc độ Cr nên ta có:

A = ri = const, lấyB = , tính C = Điều kiện chia chính xác sẽ là: C – A 0

Ta có bảng tính toán phân chia mặt đứng sau:

B = (mm2)

C

= (mm2) = C – A(mm2)

Cir

= (m/s)

102,201 3,368 344,315 1033,208 344,403 0,088d-d

93,375 4,375 338,118 1014,24 338,08 -0,038d-d

63,993 5,198 332,636 997,975 332,658 0,014d-d

59,341 5,496 326,14 978,318 326,106 -0,034d-d

55,051 5,821 320,452 961,295 320,432 0,024d-d

a b c d 1 2 3 4 5

1 2 3 4 5 i

Chia c-c thành những phần nhỏ dl tương ứng với dr và coi các dl tiếp xúc với bềmặt nón Gọi R là bán kính (đường sinh) mặt nón tiếp xúc với đoạn dl của cánh dẫn,

đoạn dl này có độ dài thực là PP1 ứng với góc bao nó Trên mặt vĩ tuyến,tương ứng với R và dl ta có r và dr (Hình 3.7)

Do góc nghiêng của đường dòng so với mặt đứng nhỏ nên ta có thể viết:

, mà trong tam giác PTP1 có , đồng thời ta lại có nên:

Với l là chiều dài đường dòng đang dựng Cuối cùng ta nhận được:

cri(m/s)

wi(m/s)

a b c d 1 2 3 4 5

1 2

3 4 5

? b i

Hình 3.8 - Đường dòng a-a

a b c d 1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

a b c d 1 2 3 4 5

1 2

3

4 5

a b c d 1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

Theo [1] ta có góc giá trị các góc ôm như sau : = 1100 ; = 1000

Vậy ta có biên dang cánh dẫn trên mặt vĩ tuyến :

11 0°

Nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng vào:

- Tạo nên một dòng chảy đối xứng trục trước khi lưu thể đi vào cửa hút của bánh công tác

- Thay đổi về trị số và phương, chiều của vận tốc dòng chảy sao cho phù hợp với yêu cầu thiết kế từ cửa hút đến cửa vào bánh công tác

Đối với máy bơm hai miệng hút và bơm nhiều cấp, ống dẫn hướng vào thường vuông góc với trục, vì vậy để dòng chảy đi vào bánh công tác, ta phải nắn dòng chảy sao cho bảo đảm dòng chảy đối xứng trục

Với bơm nhiều cấp có bánh công tác đặt quay cùng về một phía, dòng chảy vào thẳng tâm theo hướng vuông góc với trục bơm, sao đó được phân bố theo hướng vào đối xứng trục

Khi lưu thể đã được dẫn vào miệng hút thì các tiết diện máng xoắn vào sẽ đượcthu hẹp dẫn theo quy luật máng xoắn để lưu thể vào cửa hút bánh công tác một cáchđều đặn, không gây va đập Điều đó được thực hiện nhờ việc thiết kế máng xoắn từtiết diện V đến tiết diện I giảm dần để giảm tốc độ của chất lỏng dọc theo máng

xoắn đó là không đổi Tại tiết diện cuối cùng 0 sẽ có lưỡi chắn để khử dòng chảyquay

của lưu lượng Ta có thể tính được diện tích các tiết diện của máng xoắn từ các giátrị lưu lượng ứng đi qua và tốc độ dòng chảy không đổi.

Diện tích tiết diện II được tính theo công thức:

3.3.3 Bộ phận dẫn hướng trung gian

Các bộ phận dẫn hướng trung gian làm nhiệm vụ dẫn lưu thể từ cửa ra của bánhcông tác trước đến cửa vào của bánh công tác tiếp theo

Ở bơm nhiều cấp có các bánh công tác đặt quay cùng về một phía ( không đốixứng) thì bộ phận dẫn hướng trung gian của nó được làm từ những đĩa dẫn có cáccánh ở mặt phía trước và các cánh ở mặt phía sau Các cánh phía trước nhận lưu thể

từ bánh công tác trước và dẫn sang cánh phía sau để đi vào cửa hút của bánh côngtác tiếp theo

ε e d

2 π/ zn

θ

Hình 3.14 – Đĩa dẫn hướng trung gian kiểu cánh dẫn trong bơm nhiều cấp

- Căn cứ vào hình vẽ kết cấu của bơm mẫu ta chọn bộ phẫn dẫn hướng trung gian kiểu cánh dẫn

- Để đảm bảo luật của chuyển động của dòng chảy cánh thường có dạng xoắn ốc logarit với phương trình:

r = r3.với r3 là đường kính của điểm bắt đầu vào cánh dẫn hướng, ta lấy:

+ Theo Pfleiderer thì phần xoắn ốc a-c có thể coi như một cung tròn có bán kính là:

Bán kính RC trong công thức trên được tính theo:

Ở đây là góc ở tâm của máng xoắn ốc và có giá trị được tính như sau:

Với Zd là số cánh phía trước của đĩa dẫn hướng trung gian, thường được lấy lệch đi

1 2 cánh so với số cánh Z của bánh công tác:

+ Khoảng rộng cửa vào a0:

Theo kinh nghiệm có thể lấy a0 = b3

⇒ a0 = 12 mm

Góc mở của ống cộng ε nếu mở rộng 1 phía thì lấy ε = 10 ÷ 120 còn nếu mở rộng

2 phía lấy ε = 9 ÷ 110 theo hướng kính và 4 ÷ 80 theo hướng trục ở đây ta chọn cánh

mở rộng từ 1 phía ⇒ε = 100÷ 120⇒ chọn ε = 110

- Đường kính ngoài của đĩa dẫn D4 bị khống chế bởi chiều dầy ống khuếch tán hoặc

có thể tham khảo số liệu sau:

Hình 3.15 – Mặt sau đĩa dẫn hướng trung gian nhiều cấp 3.3.4 Bộ phận dẫn hướng ra

- Nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng ra là nhận lưu thể đi ra từ bánh công tác, sau đódẫn ra ống đẩy

Đặt: r2: bán kính ngoài cùng của bánh công tác

R3: bán kính trong của bộ phận dẫn hướng ra

R4: bán kính ngoài của bộ phận dẫn hướng ra

- Các kích thước được tính như sau:

Hình 3.16 – Bộ phận dẫn hướng ra

Chọn độ côn của ống đẩy là = 120

Tốc độ trong dòng chảy của ống đẩy là vd = 2,2 m/s

Ta có, đường kính cửa đẩy nối với mặt bích ống đẩy:

- Giữa thân bơm cố định và bánh công tác quay bao giờ cũng phải có khe hở và sẽ

có một lượng chất lỏng chảy qua đó về cửa hút hoặc rò rỉ ra ngoài Để bảo đảm chohiệu suất lưu lượng của máy cao thì khe hở giữa bánh công tác và thân bơm phíatrước , phía sau phải rất nhỏ để hạn chế lượng lượng chất lỏng qua đó Khôngnhững thế, để làm tăng sức cản khe hẹp, người ta còn phải thiết kế chế tạo chúngvới những kết cấu phức tạp có dạng zíc zắc Khi làm việc, khe hẹp sẽ dần bị mònrộng ra do các chi tiết bị mòn, do đó người ta làm các vành bằng kim loại chịu mònghép vào đó để có thể thay thế chúng một cách dễ dàng khi bị mòn mà không cầnthay thế cả bánh công tác hay thân máy bơm

Hình 3.16 – Lót kín bánh công tác

Lượng chất lỏng rò qua khe hở lót kín phía trước bánh công tác sẽ là:

q1 = µ.fy

+ µ ; hệ số lưu lượng khe hẹp (tuỳ thuộc vào lót kín )

+ fy = 2 ry1.δ1 ; là diện tích tiết diện khe hẹp lót kín

+ Hy là cột áp của dòng chảy qua khe hẹp

= = 0,9785 = 97,85%

Dựa vào kết cấu bơm và dựa theo l1 ta chọn chều dày l2 = 25 mm

3.4.2 Bộ phận lót kín trục bơm:

Các vòng phớt lót kín làm nhiệm vụ chống rò nước từ bơm ra khi chúng được bố trí

ở phía cao áp và chống lọt khí vào khi chúng được bố trí ở phía cửa hút Kiểu lót kín và số vòng lót kín có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất cơ khí của bơm, vì vậy phải được chọn lựa một cách hợp lý

- Chọn vòng lót kín làm từ số Amiang có chiều dày

b = 0,25.d = 0,25.60 = 15 mmTheo tiêu chuẩn ta lấy : b = 15 mm

Sự phân bố áp suất trên hai bề mặt đĩa phía trước và phía sau bánh công tác đượcchỉ rõ trên hình 3.18 Khi vành mòn lót kín chưa bị hỏng thì có thể coi phía trước vàphía sau bánh công tác trong khoảng từ Ry đến r2 có áp suất như nhau, do đó trongkhoảng này được cân bằng lực áp suất trên 2 bề mặt bánh công tác.

Hình 3.18 – Sơ đồ tính toán lực hướng trục

Trong khoảng từ bánh kính moayơ r0 đến bán kính khe hở lót kín Ry thì ở phíatrước bánh công tác là áp suất cửa hút p1 rất nhỏ, trong khi ở phía sau bánh công táclại có áp suất lớn Kết quả là phát sinh một lực hướng trục từ phía sau ra phía trướcbánh công tác và có độ lớn là:

FZng = -

Trong đó Hp = H1 = 50 = 33,82 m

FZng = -

= - 2,164 kN

Dấu (-) biểu thị lực có chiều từ sau ra trước đối với bánh công tác

Do kết cấu của bánh công tác, dòng chảy phía cửa vào bánh công tác sẽ phải thayđổi cả về hướng và độ lớn của tốc độ ( từ hướng trục sang hướng kính và từ C0 đến

C1) nghĩa là thay đổi về động lượng Do đó gây ra một lực hướng trục tác động lênbánh công tác, hướng từ phía trước ra phía sau Độ lớn của lực này được tính theobiểu thức sau:

FZtr = A

Hệ số A = 1 với bánh công tác ly tâm hướng kính

r2 của bánh công tác Vì nguyên nhân đó mà sẽ xuất hiện thêm một phụ lực hướngtrục tác dụng lên đĩa bánh công tác và có hướng từ phía sau ra phía trước Lực này

có phương cùng chiều với FZng, và có độ lớn được tính theo công thức sau

3.5.2 Tính toán thiết kế bộ phận cân bằng lực hướng trục.

Lực hướng trục có ảnh hưởng rất lớn đến chế độ làm việc ổn định của bơm và làmmòn chi tiết, thậm chí gây quá tải cho bơm và cháy động cơ dẫn động Do đó phảithực hiện các biện pháp giảm hoặc cân bằng các lực hướng trục

Đĩa giảm tải là một thiết bị thủy lực đặc biệt bảo đảm cân bằng cho toàn bộ rô tomáy bơm khi chế độ làm việc toàn tải, nó thay thế cho ổ bi chặn và gồm nhữngngăn đặc biệt Áp lực trong đó thay đổi phụ thuộc vào vị trí của trục rô to Ổ chặnthủy lực là một thiết bị tự cân bằng lực hướng trục Nó được sử dụng trong bơmnhiều cấp khi mà các bánh công tác quay cùng một phía, nó sẽ bảo đảm kích thước

rô to nhỏ nhất theo hướng trục Đĩa giảm tải được lắp bằng then trên cùng trục vớibánh công tác của bơm tạo thành một hệ cứng cùng quay và cùng di chuyển đượcdưới tác dụng của lực hướng trục Nó được bô trí ở phía ngoài gần nắp thân bơmtrong một buồng riêng