Nghiên cứu thiết kế bơm trục đứng cột nước thấp có số vòng quay đặc trưng ns 1400 vg ph với kết cấu dạng hở để chống ngập cho các thành phố ven biển

Trình bày các vấn đề chung của đề tài. Tổng quan về bơm hướng trục cột nước thấp và các phương pháp thiết kế bộ phận dẫn dòng của bơm hướng trục. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu. Trình bày, đánh giá và kết luận các kết quả. Kết luận, kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-PHẠM MINH ĐỨC

Nghiên cứu,thiết kế bơm trục đứng, cột nước thấp có

số vòng quay đặc trưng ns=1400 vg/ph với kết cấu dạng hở để chống ngập cho các thành phố ven biển

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHẠM MINH ĐỨC

-Nghiên cứu,thiết kế bơm trục đứng, cột nước thấp có số vòng quay đặc trưng ns=1400 vg/ph với kết cấu dạng hở để

chống ngập cho các thành phố ven biển

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và Thiết bị Thủy khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

…

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS Phạm Văn Thu

Hà Nội – Năm201

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8

CHƯƠNG 1 10

MỞ ĐẦU 10

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 12

1.2 Đánh giá thực trạng và hướng phát triển của đề tài 13

1.3 Lựa chọn thông số bơm nghiên cứu 14

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 15

CHƯƠNG 2 17

TỔNG QUAN 17

2.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC BƠM HƯỚNG TRỤC CỘT NƯỚC THẤP 17

2.1.1 Bơm hướng trục .17

2.1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu bơm cột nước thấp ở nước ngoài 17

2.1.3 Tình hình sử dụng và nghiên cứu bơm cột nước thấp ở trong nước 27

2.2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ PHẬN DẪN DÒNG CỦA BƠM HƯỚNG TRỤC 32

2.2.1 Phương pháp tương tự hình học 32

2.2.2 Phương pháp một tọa độ 33

2.2.3 Phương pháp lực nâng 33

2.2.4 Phương pháp XTПZ 33

2.2.5 Phương pháp phương trình tích phân của Voznhexenski-Pekin 34

2.2.6 Phương pháp phân bố xoáy của Lêxôkhin-Simônôv 34

2.2.7 Phương pháp điểm kỳ dị của Lêxôkhin 34

CHƯƠNG 3 36

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CÁNH CỦA VOZNHEXENSKI-PEKIN 36

3.2 TÍNH TOÁN CÁNH BÁNH CÔNG TÁC THEO PHƯƠNG PHÁP VOZNHEXENSKI- PEKIN 45

3.2.1 Tính toán và chọn các thông số cơ bản 45

3.2.3 Tính lưới cung mỏng ở 5 tiết diện 50

3.2.4 Đắp chiều dày cánh 52

3.3 TÍNH CÁNH HƯỚNG THEO PHƯƠNG PHÁP VOZNHEXENSKI- PEKIN 52

3.3.1 Xác định các thành phần của tam giác vận tốc 52

3.3.2 Xác định số lá cánh Z 2 của cánh dẫn hướng và mật độ của lưới cánh hướng 53

3.4 TỔNG HỢP CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN CÁNH THEO PHƯƠNG PHÁP VOZNHEXEMSKI- PEKIN 54

CHƯƠNG 4 58

TRÌNH BÀY, ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN CÁC KẾT QUẢ 58

4.1 Bơm mô hình MH12 58

4.1.1 Cánh công tác bơm mô hình MH12 58

4.1.2 Cánh hướng bơm mô hình MH12 68

4.2 Bơm nguyên hình HT12000-3 76

4.2.1 Cánh công tác 76

4.2.2 Cánh hướng: 89

4.3 Thiết kế, chế tạo bơm mô hình MH12 và bơm nguyên hình HT12000-3 98

4.3.1 Chế tạo bơm mô hình MH12 98

4.3.2 Chế tạo bơm nguyên hình HT12000-3 103

CHƯƠNG 5 106

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 106

5.1 Các kết luận rút ra sau khi thực hiện luận văn: 106

5.2 Kiến nghị về các nghiên cứu tiếp theo: 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ztu Số lá cánh tối ưu

n Số vòng quay làm việc của bơm

ni Vòng quay làm việc ở điểm i của bơm

ns Số vòng quay đặc trưng của bơm

ntd Số tiết diện tính toán

H Cột áp

H1t Cột áp lý thuyết

Htt Cột áp tính toán

Htb Giá trị trung bình của áp suất tại điểm đo

Hi Cột áp xác định ứng với số vòng quay làm việc ni

Qtb Giá trị trung bình của lưu lượng tại điểm đo

∆QM Giá trị mạch động lưu lượng

 Chiều dày max của các tiết diện i

(δmax/L)b Độ dày tương đối max ở tiết diện sát bầu

(δmax/L )DĐộ dày tương đối max ở tiết diện ngoài biên

δa,δb, ,δx: Sai số giới hạn tương đối của các thông số đo

u Vận tốc theo

 Vận tốc góc

 Khe hở giữa cánh công tác và vành mòn

χ Khoảng cách giữa hai lưới cánh công tác và cánh hướng

w z Thành phần theo phương dọc trục của vận tốc tương đối

w∞ Vận tốc tương đối ở vô cực

Γ Lưu số của cánh công tác

p1 Áp suất trước khi vào cánh

p2 Áp suất sau khi ra khỏi cánh

γ Trọng lượng riêng của nước

 Khối lượng riêng của nước

g Gia tốc trọng trường

∆β=β2-β1 Góc ngoặt của vận tốc

∆βbt Góc ngoặt bình thường của vận tốc

∆βmax Góc ngoặt max của vận tốc

∆βo Gia số độ cong prôfin

α∞ Góc của dòng song phẳng với trục u

L Chiều dài dây cung đường nhân lá cánh

L1 Chiều dài dây cung của cánh công tác lưới thứ nhất

L/T Mật độ dãy cánh

(L/T)DMật độ dãy cánh ở ngoài biên

(L/T)bMật độ dãy cánh ở bầu

(L/T)tbMật độ dãy cánh ở tiết diện trung bình

(L/T)tuD Mật độ dãy cánh ở ngoài biên tối ưu

(L/T)tu Mật độ dãy cánh ở tối ưu

lmơ Chiều dài bầu cánh

ltđ Chiều dài của cung tương đương

V Vận tốc tuyệt đối

Vu Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối

Vz Thành phần dọc trục của vận tốc tuyệt đối

V1u Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối trước khi

vào cánh

V2u Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối sau khi ra

khỏi cánh

Va1u Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối trước cánh hướng

Va2u Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối sau cánh hướng

t2 Thời gian chuyển động của sóng dọc theo prôfin

γ(s) Mật độ phân bố xoáy trên đường nhân

ψo(t) Hàm dòng của dòng song phẳng không nhiễu

ψ1(t) Hàm dòng cảm ứng tạo bởi các xoáy liên hợp

r(s,t) Khoảng cách từ điểm khảo sát của prôfin tới điểm A, tại đó có

phân bố xoáy dΓ

rk Khoảng cách giữa điểm z của dòng chảy mà tại đó xác định hàm

số dòng và điểm s trên cung thứ k của lưới

∆f = ftđ- ftt: Chênh lệch độ cong của cung tương đương và cung tính toán

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các máy bơm cột nước thấp thông dụng của Liên Xô cũ 18

Bảng 2.2 Một số bơm loại Oπ7 của Liên Xô cũ có n s = 1000v/ph 19

Bảng2.3 Các bơm loại GATE PUMP của hãng MIZOTA Nhật 20

Bảng 3.1 Tọa độ tương đối của profin VIGM 420 52

Bảng 3.2 Các bước tính toán theo phương pháp Vonznhexenski – Pekin 54

Bảng 4.1 Tính toán profin cánh công tác bơm mô hình MH12 58

Bảng 4.2 Bảng tính toán các thông số cơ bản cánh hướng dòng 68

Bảng 4.3 Tính toán profin bơm HT12000-3 76

Bảng 4.4 Bảng tính toán các thông số cơ bản cánh hướng bơm nguyên hình HT12000-3 89

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1-1 : Quan hệ giữa hiệu suất thuỷ lực lớn nhất với tỷ tốc bơm 15

Hình 2 -1 : Bơm cột nước thấp loại GATE PUMP của hãng MIZOTA- Nhật 20

Hình 2-2 : Bố trí nhà trạm loại bơm chìm cột nước thấp của Nhật 21

Hình 2-3 : Một số hình ảnh bơm hướng trục của hãng Grundfos 22

Hình 2-4 : Một số hình ảnh bơm hướng trục của Trung Quốc 23

Hình 2-5 : Một số hình ảnh bơm của hãng ABS 24

Hình 2-6 : Bơm P7061, P7081, P7115 và P7121 của hang FLIGT 24

Hình 2-8 Bơm trục đứng của hãng KSB- Đức 27

Hình 2-10 Bơm tại nhà máy nước Thiện Tân- Đồng Nai 29

Hình 3-1 Sơ đồ lưới prôfin mỏng vô cùng 37

Hình 3-2 Biểu đồ quan hệ∆  = f(T0, 0) 40

Hình 3-3 (tiếp) Biểu đồ quan hệ ∆ =  f T( 0, )  ứng với các độ cong 0 khác nhau 41

Hình 3-4 Các đường cong biểu diễn quan hệ phụ thuộc của L* 43

Hình 3-5 Đồ thị quan hệ ∆f/C=f(L/T,∆) .44

Hình 4-1 Bản vẽ xây dựng đường nhân profil và đắp độ dầybơm mô hình MH12 65

Hình 4-2 Bản vẽ xâu cánh và kiểm tra tiết diện bơmmô hình MH12 66

Hình 4-3 Bản vẽ xây dựng dưỡng cánh bánh công tác bơm mô hình MH12 67

Hình 4-4 Mẫu cánh bánh công tác bơm mô hình MH12 67

Hình 4- 5 Bản vẽ xây dựng đường nhân profil và đắp độ dầy cánh hướng bơm mô hình MH12……….74

Hình 4- 6 Bản vẽ xâu cánh và xây dựng dưỡng chế tạo cánh hướng bơm mô hình MH12……….……….75

Hình 4- 7 Mẫu cánh hướng bơm mô hình MH12 được chế tạo từ eboxy và bột đá ……….……… ……….76

Hình 4-8 Bản vẽ xây dựng đường nhân profil bơm nguyên hình ……… 81

Hình 4-9 Bản vẽ đắp độ dầy và kiểm tra tiết diện bánh công tác bơm nguyên hình HT12000-3 . ……….85

Hình 4-10 Bản vẽ xây dựng dưỡng cánh bánh công tác bơm nguyên hình HT12000-3 . ……….87

Hình 4-11 Dưỡng cánh bánh công tác bơm nguyên hình HT12000-3 được chế tạo từ nhựa dẻo, bột đá, eboxy và xi măng ……… ……….87

Hình 4-12 Mẫu cánh bánh công tác bơm nguyên hình HT12000-3 được chế tạo từ eboxy và bột đá, sơn bảo về bên ngoài……….88

Hình 4-13 Cánh bánh công tác bơm nguyên hình HT12000-3 được chế tạo theo mẫu……….88

Hình 4-14 Bản vẽ thiết kế, đắp độ dầy và xâu cánh hướng dòng bơm nguyên hình HT12000-3……….95 Hình 4-15 Bản vẽ xây dựng dưỡng cánh hướng dòng

bơm nguyên hình HT12000-3……….96

Hình 4-16 Dưỡng cánh hướng dòng bơm nguyên hình HT12000-3 được chế tạo từ nhựa dẻo, bột đá, eboxy và xi măng ……… 97

Hình 4-17 Cánh hướng dòng bơm nguyên hình HT12000-3 sau khi chế tạo được hàn vào buồng cánh hướng……….97

Hình 4-18 Bản vẽ lắp bơm mô hình MH12………99

Hình 4-19 Bơm mô hình MH12 được mô phỏng trên môi trường 3D……….… 100

Hình 4-20 Bản vẽ bơm mô hình MH12 lắp trên khung giàn di động……… ……101

Hình 4-21 Hình ảnh bơm mô hình MH12 trên bể thử - Viện Bơm và Thiết bị Thủy lợi……….102

Hình 4-22 Bản vẽ lắp bơm nguyên hình HT12000-3……… 103

Hình 4-23 Một số chi tiết chính bơm nguyên hình HT12000-3……….… 105

Hình 5-1 : Bơm với kết cấu bê tông được sử dụng trên thế giới……….…… 108

Hình 5-2 Hình ảnh chế tạo và lắp đặt bơm với kết cấu bê tong……… 110

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

Máy bơm nói riêng và công trình trạm bơm nói chung được dùng rất phổ

biến trong các ngành kinh tế quốc dân Bơm thuộc về nhóm các máy năng lượng và

dùng để biến cơ năng nhận được từ động cơ thành cơ năng của dòng chất lỏng

Đặc điểm nổi bật của máy bơm là chúng được sử dụng rất rộng rãi trong các

ngành công nghiệp, máy bơm dùng để cung cấp nước cho các lò cao, hầm mỏ, nhà

máy, bơm dầu trong công nghiệp khai khoáng dầu mỏ và trong kỹ nghệ chế tạo máybay, trong nhà máy điện nguyên tử và ngay cả kỹ nghệ chế tạo tên lửa vũ trụ cũng

có dùng các loại máy bơm

Những năm gần đây, người ta sử dụng rất nhiều các máy bơm áp lực caotrong công tác khai thác hầm mỏ và thi công các công trình cầu, đường, thuỷ lợi

Máy bơm còn dùng để cung cấp nước cho các thành phố, nông thôn, các cơ

sở chăn nuôi và chế biến nông sản Tuy nhiên, việc sử dụng máy bơm để tưới, tiêuphục vụ nông nghiệp và chống ngập úng,tiêu nước là rất phổ biến và có tầm quantrọng lớn

Máy bơm là một trong những loại máy đã có từ lâu đời Vào thế kỷ 1, 2trước công nguyên, người Hy Lạp đã sáng chế ra bơm pistông bằng gỗ Tới thế kỷ

15, nhà bác học D.FRANXI người ý đã đưa ra những khái niệm về bơm ly tâm.Sang thế kỷ 16 lại xuất hiện các loại bơm rôto mới Chỉ đến thế kỷ18, 19, sau khicác loại động cơ đốt trong, động cơ điện được sáng chế thì lĩnh vực nghiên cứu, chếtạo máy bơm mới thực sự có điều kiện để phát triển Về lý luận, có thể nhắc đếncông lao vô cùng to lớn của nhà khoa học ơ-Le (1707 - 1783) người đã đề xuất ranhững vấn đề lý luận có quan hệ đến máy móc thuỷ lực – và nhà bác học Jucốpnkitrong lý luận về cơ học chất lỏng Những cống hiến đó đã làm cơ sở cho sự pháttriển các loại máy bơm cánh quạt sau này Ngày nay, với sự phát triển và lớn mạnhkhông ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, ngành chế tạo máy bơm nói riêng vàchế tạo máy thuỷ lực nói chung ở các nước tiên tiến trên thế giới đã có những bướctiến đáng kể Khoảng 10 năm trở lại đây, với sự chợ giúp của tin học, chương trình

hoá các phương pháp thiết kế về mặt thuỷ lực và kết cấu, các hãng chế tạo bơm nổi

tiếng trên thế giới đã cho ra đời nhiều chủng loại bơm chất lượng cao phục vụ chotất cả các lĩnh vực của ngành KTQD Trên cơ sở ứng dụng công nghệ vật liệu mới

và công nghệ chế tạo tiên tiến, các loại bơm này đều đạt được các tiêu chí sau: hiệusuất cao, kết cấu đơn giản, thuận tiện cho việc quản lí vận hành, thích hợp cho quátrình tự động hoá điều khiển và tuổi thọ rất cao Có thể kể tên các hãng bơm lớn

này, đó là: hãng ITT Flygt của Thuỷ Điển, hãng Thyren của Đức, hãng Hanjin của

Hàn Quốc, hãng WEIR của Mỹ… Các loại máy bơm như: bơm chìm, bơm di

chuyển theo sự thay đổi của cột nước địa hình… ngày càng được ứng dụng rộng rãi.Trong lĩnh vực ứng dụng bơm hướng trục, các loại bơm hướng trục có lưu lượnglớn cánh quay kiểu Oπ của Liên Xô vẫn được ứng dụng rộng rãi ở các nước thuộc

hệ thống XHCN cũ (trong đó có Việt Nam) do máy bơm có hiệu suất cao, tuổi thọ

dài và đặc biệt là các mẫu cách kiểu Oπ đều có đặc tính chống xâm thực tốt

ở Việt Nam, sau CMT8, nhất là sau ngày hoà bình lặp lại đến nay, nhiều

trạm bơm đã được xây dựng và khôi phục lại Cho đến năm 1960 và 1965, tất cả cáctrạm bơm khôi phục lại đều được trang bị các máy móc mới của Liên Xô (trừ trạm

bơm Sơn Tây lấy máy bơm của Pháp) Sau đó, một loạt các trạm bơm vừa và lớnđược xây dựng để phục vụ cho yêu cầu phát triển nông nghiệp Các trạm bơm nhỏ

hàng vạn hecta

Về mặt chế tạo máy bơm chúng ta cũng có nhiều tiến bộ lớn Từ chỗ chưachế tạo được máy bơm, đến nay chúng ta đã có nhiều nhà máy, xí nghiệp chế tạohầu hết các loại bơm: bơm li tâm, hướng chéo, hướng trục Chất lượng các loại máy

bơm chế tạo ra ngày càng được nâng cao Đi đôi với việc phát triển chế tạo máy,

trình độ kỹ thuật thiết kế, thi công, quản lí, khai thác, sử dụng máy móc công trìnhcũng có những tiến bộ vượt bậc Những trạm bơm lớn như Cổ Đam, Cốc Thành …(Nam Hà ), Trạm bơm Yên Sở (Hà Nội) … có kết cấu phức tạp, trình độ tự động

hoá cao Chúng ta đã có khả năng sử dụng nhiều loại máy móc của nhiều nước với

hiệu quả kinh tế ngày càng cao, và một tác dụng lớn trong việc bảo đảm sản xuấtnông nghiệp,tưới tiêu và chống ngập,chống úng

Hiện nay,do sự chuyển đổi cơ cấu của các ngành kinh tế và yêu cầu tiêu

thoát nước lưu lượng lớn,việc ứng dụng máy bơm nói chung và bơm hướng trục

nói riêng càng trở nên phổ biến và phạm vi ngày càng được mở rộng Bên cạnh cácloại bơm hướng trục truyền thống có lưu lượng lớn từ một vài ngàn đến vài chụcngàn m3/h, cột áp làm việc chủ yếu dao động trong khoảng 3 đến 6 m, hiện nay việcnghiên cứu thiết kế và chế tạo các loại máy bơm hướng trục có cột nước thấp và cựcthấp với lưu lượng lớn ( H = 0,5÷2,5 m ) cũng là bài toán cấp bách nhằm phục vụnhu cầu của các ngành kinh tế như: nuôi trồng thuỷ sản, và đặc biệt quan trọng dùngchống ngập cho các thành phố ven biển

Chính vì thế trong khuôn khổ của luận văn TSHK, với sự gợi ý hướng dẫncủa các giáo viên trong Bộ Môn Máy và Tự động Thuỷ Khí Trường ĐHBK Hà Nộikết hợp với một hướng đề tài nghiên cứu của viện Bơm và thiết bị thủy lợi thuộcViện Khoa Học Thuỷ Lợi, tôi đã được giao đề tài thiết kế bơm hướng trục cột ápthấp để làm luận văn Ths Khoa học

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt nam là một trong những nước có chiều dài bờ biển trên diện tích đấtchiếm tỷ lệ lớn trên thế giới Với 3260 km bờ biển trải dài từ Bắc vào Nam và nhiềuvùng khí hậu khác nhau là cơ sở cho việc phát triển nghề đánh cá biển cũng như

thương mại và du lịch Việt Nam sớm hình thành các trung tâm kinh tế, văn hoá, du

lịch sát biển và sau này dần dần phát triển thành các khu đô thị lớn ở ven biển.Những thành phố này, ngày nay, khi chuyển sang kinh tế thị trường, trở thànhnhững thành phố đông dân và cũng tồn tại nhiều vấn đề bất cập

Năm 2011 trận “đại hồng thủy” ở Băngkoc Thái Lan đã gây thiệt hại lớn vềngười và của cho nhân dân Nguyên nhân không chỉ là do hiện tượng thời tiết cựcđoan - hậu quả của biến đổi khí hậu mà còn là do con người với những sai lầm

trong quá trình phát triển không cân xứng Những gì xảy ra ở Thái Lan là bài họcthiết thực cho chúng ta nói chung và các thành phố nói riêng, đặc biệt là các tỉnhthành phố ven biển như TP Hồ Chí Minh, Long An, Cần Thơ,Vũng tầu,Cà Mau,

Quy Nhơn, Nha Trang, Đà Nẵng, Hải Phòng

…và ngay cả Hà Nội mặc dù nằm xa cửa biển gần 200 km

Với nguy cơ mực nước biển dâng và biến đổi khí hậu, việc triển khai nghiên cứu

các phương án chống ngập cho các thành phố ven biển đang là nhu cầu cấp báchđược các cấp chính quyền các thành phố ven biển đặc biệt quan tâm

Chống ngập các thành phố ven biển,đô thị, khu dân cư lớn, các khu công nghiệplớn… Đó cũng là nội dung đáng chú ý trong dự thảo chiến lược quốc gia về biến

đổi khí hậu do Bộ Tài Nguyên và Môi trường vừa đưa ra lấy ý kiến Cũng theo dự

thảo, Việt Nam được đánh giá là một trong những quốc gia bị ảnh hưởng nặng nềnhất của biến đổi khí hậu

1.2 Đánh giá thực trạng và hướng phát triển của đề tài

Hiện nay, các máy bơm hướng trục được lắp đặt khá nhiều phục vụ cho hầu hếtcác nghành kinh tế Các thành phố lớn nhất Thành phố Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Cà

Mau khi mưa lớn kèm theo triều cường gây úng ngập trầm trọng Ban chống

ngập thành phố Hồ Chí Minh phối hợp cùng các Viện chuyên ngành thuộc Việnkhoa học Thuỷ lợi Việt nam và Viện Bơm và Thiết bị Thuỷ lợi đã đề xuất giảipháp xây dựng hệ thống các trạm bơm và cống kết hợp để ngăn triều và bơm tiêukhi gặp trường hợp triều cường và mưa lớn.Các loại bơm này có cột nước từ 2m

đến 3m và lưu lượng lớn (cột nước chênh lệch địa hình chỉ từ 0.5m đến 1m)

Ngoài ra, bơm lắp đặt ở đây có loại hình kết cấu và vận hành đặc biệt khác với

các trạm bơm thông thường Khi mực nước triều xuống thấp cửa van được kéo

lên và nước trong thành phố có thể tiêu tự chảy Khi mực nước thuỷ triều lớn kèmtheo mưa gây ngập trong thành phố mà không thể tiêu tự chảy được thì đóng cửavan và bơm vận hành để tiêu nước từ trong thành phố thoát ra biển (cửa sông ).Các máy bơm và trạm bơm sử dụng trong tưới tiêu cho nông nghiệp ở đồng

bằng ven biển các miền(Băc, Trung, Nam) hiện nay đang hoạt động với hiệu suấtchỉ trên dưới 50%, thậm chí có trạm chỉ dưới 40%.Một trong các nguyên nhân đólà: Hầu hết các trạm bơm tiêu ở khu vực đồng bằng ven biển, có cột nước tiêu chỉ

từ 0.5m - 1.5m, trong khi đó các bơm được lắp ở đây thường 5m, thậm chí có trạmlắp đến 7m

Như vậy, bơm nghiên cứu không chỉ có nhu cầu cho tiêu úng các thành phố lớn

mà còn là nhu cầu để tiêu úng cho đồng bằng khu vực ven biển từ Miền Bắc vào

đến Miền Nam

Đồng bằng sông Cửu Long đang có xu hướng chuyển dần sang thâm canh 3

vụ bằng cách quây đê bao và xây dựng các trạm bơm tưới tiêu, điển hình là cáctỉnh An Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang Các máy bơm dùng cho khu vực này có

lưu lượng lớn và cột nước dưới 5m

Những yêu cầu này đặt ra nhu cầu mới về các loại bơm có lưu lượng lớn

10.000m3/h -15.000 m3/h cột nước 1,5÷3 m và kết cấu đặc biệt để lắp đặt và vậnhành thuận tiện đạt được các mục đích tiêu úng của các vùng đặc trưng này

1.3 Lựa chọn thông số bơm nghiên cứu

Về mặt thông số thuỷ lực, mục đích của chúng ta là nghiên cứu thiết kế chếtạo một loại bơm có thông số trong dải:

H = 1.5 ÷ 3m; Q = 10.000 m3/h ÷ 15.000 m3/h

(theo Quyết định 745/QĐ-BKHCN, 5/5/2009)

Đây là một dải thông số, nhưng khi thiết kế bơm phải có một bộ thông số

danh nghĩa để thiết kế Vậy thì, phải lựa chọn thông số bơm nghiên cứu thế nào

để thoả mãn các thông số của đề bài? Để lựa chọn thông số bơm nghiên cứu,

chúng ta xem xét một số vấn đề sau:

Trước hết chúng ta khẳng định rằng đây là loại bơm hướng trục cột nước

thấp, mà bơm hướng trục thì đường đặc tính công suất đi xuống, nghĩa là cột ápcàng cao công suất càng lớn và ngược lại Vì vậy để bơm thiết kế thoả mãn có cột

áp H từ 1.5m đến 3m ta phải chọn cột áp thiết kế của bơm nghiên cứu là H = 3m,

đảm bảo cho bơm khi hoạt động ở cột nước 3m và dải từ 1.5m đến 3m không bị

m /h, thì dãy Q lớn đến 15000 3

m /h của bơm nghiên cứu có thể

đạt được khi H nhỏ hơn 3m Như vậy, các thông số lựa chọn ban đầu (Theo mục

tiêu và nội dung mà đề tài yêu cầu)

H = 3m, Q = 12000 3

m /h = 3,333m3/s

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu tính toán thiết kế và chế tạo mẫu cánh bánh công tác và cánh hướngcủa bơm với các thông số cột áp H = 3m,Q= 12000m3 /h=3,333m3 /s

Việc chế tạo thành công mẫu cánh có tỷ tốc cao n s = 1432Vg ph/ tạo tiền đề đểtriển khai các đề tài cột nước thấp đang là nhu cầu cấp thiết phục vụ cho nuôi trồngthuỷ sản, tiêu nước và bổ sung nước cho các trạm bơm ven sông.

Thiết kế bơm với kết cấu dạng hở phù hợp với thực trạng và yêu cầu chống ngậpcho các thành phố ven biển,đề tài đóng góp thêm tài liệu để tham khảo, phục vụ chocông tác thiết kế, chế tạo các loại bơm cột nước thấp

Các bơm hướng trục được nghiên cứu và thiết kế chế tạo hiện nay thường có

cột nước H từ 2m đến 20m, với lưu lượng Q lớn đến 100.000 m3/h Để phân biệt cácloại bơm người ta dựa vào số vòng quay đặc trưng ns Những bơm hướng trục đượcnghiên cứu thiết kế và chế tạo sử dụng hiện nay thường có ns nằm trong phạm vi

từ 450v/ph đến 1000v/ph

Bơm hướng trục được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế,đặc biệt là vấn đề tiêu thoát nước ở các đô thị, ở các khu công nghiệp, khu vựcđồng bằng ven biển, hoặc để chuyển nước các lưu vực…

Ở hình 2-1 cho thấy các gam bơm hướng trục được Liên Xô cũ trước đây

nghiên cứu đã phủ đầy ở các vùng làm việc của cột nước H từ 2,5m đến 20m và

2.1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu bơm cột nước thấp ở nước ngoài

Các loại bơm hướng trục lưu lượng cao, cột nước thấp đã được lưu ý từ rất lâu,

khi mà giai đoạn xây dựng chế độ xã hội chủ nghĩa ở các nước thuộc Liên Xô cũđang phát triển các bơm được nghiên cứu cho việc vận chuyển nước điều hoà cáclưu vực sông lớn, bơm tưới tiêu thuỷ lợi…và được công bố rộng rãi gồm 4 loại: O,

Oπ, Bπ và OπB[33]

Bảng liệt kê các gam bơm của loại O và Oπ dưới đây cho thấy thành tựu về lĩnhvực bơm cột nước thấp của Liên Xô trước đây Các loại bơm này thường có n s cáchnhau 100v/ph Thông số kỹ thuật của một số loại bơm này được trình bày trongbảng 1-1[32]

Bảng 2.1 Các máy bơm cột nước thấp thông dụng của Liên Xô cũ

1000v/ph, đó là gam Oπ7 Thông số kỹ thuật của một số bơm Oπ7 được thống kê

trong bảng 1-2[35]

Hình 2 -1 : Bơm cột nước thấp loại GATE PUMP của hãng MIZOTA- Nhật

ở Nhật đã xuất hiện nhiều đề tài nghiên cứu bơm cột nước thấp và các sản phẩmđược công bố năm 2004 mang tên GATE PUMP của hãng MIZOTA [30] Thông số

của các loại bơm này có thể xem ở bảng 1-3

Bảng2.3 Các bơm loại GATE PUMP của hãng MIZOTA Nhật

Hình 2-2 : Bố trí nhà trạm loại bơm chìm cột nước thấp của Nhật

Một số hình ảnh bơm chìm hướng trục của hãng Grundfos – Đan Mạch:

Hình 2-3 : Một số hình ảnh bơm hướng trục của hãng Grundfos

Hình 2-4 : Một số hình ảnh bơm hướng trục của Trung Quốc

Hình 2-5 : Một số hình ảnh bơm của hãng ABS

Hãng ITT Flygt Thụy điển cũng là một hãng nổi tiếng với sản phẩm bơm cột nướcthấp Các sản phẩm bơm của hãng cũng đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới.Các sản phẩm bơm chìm cột nước thấp của hãng loại P7061, P7081, P7101 và P7121

có vùng làm việc như sau (hình 1.11):

Hình 2-6 : Bơm P7061, P7081, P7115 và P7121 của hang FLIGT

Cột áp H = 2 – 12m;

Đường kính bánh công tác D = 800 – 1400mm

Cũng loại bơm này còn có các sản phẩm P7050, P7045, P7055, P7076, P7115

và P 7140 Đường kính bánh công tác dao động từ 700 đến 1600mm

Hãng HYOSUNG- Hàn Quốc cũng có nhiều thế mạnh ở dòng bơm hướngtrục(Model VMF, VF ) và được sử dụng tại nhiều nước trên thế giới, tại Việt Namhãng HYOSUNG có 02 công trình lớn đang được triển khai là dự án Nhiệt điện VĩnhTân II và dự án trạm bơm Ngoại Độ II.

L- u l- îng Q-> 100.000 m3/h;

§- êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c D =350 – 1500mm

Hình 2-7 Bơm trục đứng của hãng HYOSUNG- Hàn Quốc

Với dòng bơm trục đứng lưu lượng lớn và cột nước thấp hãng KSB( Đức)model SNW/PNW/PNZ có thể đáp ứng được lưu lượng đến 17m3/s và cột áp tối đa lên

đến 15m, Đường kính bánh công tác 700-2200 mm

Hình 2-7 Bơm trục đứng của hãng KSB- Đức

2.1.3 Tình hình sử dụng và nghiên cứu bơm cột nước thấp ở trong nước

Hiện nay, hầu hết các trạm bơm lớn ở Bắc Bộ và Bắc Khu 4 cũ đều sử dụng máy

các loại 4.000m3/h, 8.000m3/h, 11000m3/h, 25.000m3/h và lớn nhất là Q =

36.000m3/h, cột áp phổ biến từ 3m đến 9m, phục vụ cho nhu cầu tưới, tiêu hay tướitiêu kết hợp[21] Các loại máy bơm này có nstừ 700v/ph đến 1000v/ph

Theo kết quả điều tra hiện trạng máy bơm và trạm bơm ở Việt Nam do Việnkhoa học thuỷ lợi thực hiện, tính đến năm 2004 ở 16 tỉnh thành Bắc Bộ và Bắc KhuBốn cũ có 4.964 trạm bơm với 13.305 máy bơm các loại[15], trong đó loại bơm

hướng trục cột nước thấp gồm :

+ Loại bơm hướng trục trục đứng, lưu lượng từ 11.000m3/h đến 32.000 m3/h,

sử dụng hai loại động cơ đồng bộ và không đồng bộ, công suất từ 300 kW đến 500

kW điện áp sử dụng là 6kv Các bơm này nhập của Liên Xô cũ, Triều Tiên và

Pháp, Hàn Quốc, Nhật lắp ở các trạm bơm: Cổ Đam, Cốc Thành, Vĩnh Trị, Hữu Bị,

Nhâm Tràng, Như Trác, Trịnh Xá, Kim Đôi, Hiền Lương, Phù Sa, Hồng Vân, Yên

Lệnh, Bảo Khê, Cẩm Hà và trạm bơm Linh Cảm, trong đó:

- 4 trạm, tổng số 23 máy, loại 25.000m3/h ÷ 32.000m3/h, ký hiệu OΠ6-145của Liên Xô cũ

- 8 trạm, tổng số 45 máy, loại 11000m3/h, ký hiệu OΠ6-87, O4-87 của Liên

Xô cũ, Kp1- 87 của Triều Tiên

+ Lọai bơm hướng trục trục đứng, trục ngang và trục xiên, có lưu lượng thiết kế

từ 8.000m3/h trở xuống, động cơ không đồng bộ từ 28 kW đến 240 kW, điện áp

động cơ là 0,4 kV Những bơm này có một số nhập của nước ngoài như Liên Xô

cũ, Hunggary, Rumani, ấn Độ, Ôxtraylia…còn lại, hầu hết là sản xuất trong nước,gồm:

- 28 trạm, tổng số 220 máy loại 8.000m3/h, ký hiệu DU-750 Rumani,

CsV-1000 Hunggary, 30HTD-90 Việt Nam

- 143 trạm, tổng số 1065 máy loại 3.000m3/h đến 4.000m3/h, ký hiệu BΠ

-60, 20ΠpB-60 Liên Xô cũ, 24HT-90 Việt Nam

- 225 trạm, tổng số 952 máy loại 2.500m3/h, ký hiệu HT45D

- 243 trạm, tổng số 487 máy loại 1.500m3/h ữ 1.800m3/h, ký hiệu 15HT-70,TLx-1

Toàn khu vực đang sử dụng 10 loại máy bơm hướng trục cột nước thấp nhậpcủa nước ngoài có ký hiệu: OΠ6 - 145, OΠ6 - 87, 05 - 47, 04 - 87, BΠ - 60,

20ΠpB - 60 của Liên Xô cũ, Kp1- 87 Triều Tiên, CsV- 1000 Hunggary, DU - 750

Rumani và Limax của Pháp [21].

Hình 2-9 Trạm bơm Yên Lệnh- Hà Nam Hình 1-10 Bơm tại nhà máy nước Thiện

Năm 1987, Bộ môn nghiên cứu máy bơm Viện khoa học thuỷ lợi đã nghiên cứu

thiết kế chế tạo và ứng dụng thành công một loại bơm có ns= 1400v/ph, nhưng hiệu

suất không cao (= 70 %), đó là bơm 18HT-140 Loại bơm này được hoan nghênh

và được ứng dụng nhiều nơi, đặc biệt ở các vùng đồng chiêm trũng như Bình Lục,

Vụ Bản ở Nam Định; Thái Thuỵ ở Thái Bình; Nam Sách, Thanh Cường ở Hải

Dương…Khi thiết kế cánh bánh công tác cho bơm 18HT-140 đã sử dụng phương

pháp thiết kế của Voznhexenski-Pekin, các thông số kết cấu lấy theo Oπ6, số lá

cánh bánh công tác Z1= 2

Phát huy kết quả đạt được của bơm 18HT-140, năm 1989 một loại bơm hướngtrục với kết cấu đặt ngghiêng TLx-1 ra đời có các thông số H=5m, Q=1800m3/h,N=33kw, Z1=4 lá cánh, bộ phận dẫn dòng cũng được thiết kế dựa trên các thông sốkết cấu của mẫu Oπ5 và phương pháp thiết kế của Voznhexenski-Pekin Trongnhững năm 1989-1995, loại bơm này đã được ứng dụng cải tạo nâng cấp thay thế

hơn 400 bộ cho các loại bơm 12LTx- 40 hoặc xây mới ở hầu hết các địa phương

khu vực đồng bằng Bắc Bộ và Bắc khu bốn cũ[13]

Là một nước nông nghiệp nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, ẩm, lắm nắng nhiều

mưa, chúng ta rất cần những máy bơm có công suất lớn để phục vụ cho tưới, tiêu

trong nông nghiệp Nhưng hiện nay các hệ thống trạm bơm lớn chủ yếu vẫn sử dụng

các bơm lớn nhập ngoại đắt tiền và vì vậy việc sửa chữa gặp nhiều khó khăn do

không chủ động được phụ tùng thay thế

Trước đòi hỏi của thực tiễn, kế hoạch 1996 - 2000, Bộ Khoa học công nghệ vàmôi trường và Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đã giao cho Trung tâm Bơm

và Máy Xây dựng, Viện Khoa học Thuỷ lợi chủ trì thực hiện đề tài KHCN.05.01:

“Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo toàn cụm thiết bị bơm nước có lưu lượng

36000m3/h’’[14] Qua hơn 3 năm thực hiện, với sự hợp tác chặt chẽ của các nhà

khoa học, các nhà quản lý và các doanh nghiệp thuộc Bộ Nông nghiệp và phát triểnnông thôn, Bộ Khoa học công nghệ và môi trường, Bộ Công nghiệp, Tỉnh Nam

Định, Công ty khai thác các công trình thuỷ lợi Nam Định, đề tài đã hoàn thành các

nhiệm vụ từ nghiên cứu mô hình cho đến thiết kế, chế tạo, lắp đặt chạy thử và đo

trường Đề tài đã được chọn là đề tài trọng điểm cấp nhà nước của chương trình

khoa học công nghệ 1996 -2000, có thông số H = 6m, Q = 36000m3/h, N = 750

kW, n = 365 v/ph , = 85%, với nsgần 1000v/ph

Trong quá trình nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình phần dẫn dòng, sáu phương

án khác nhau được triển khai trong đó có phương án lấy mẫu Oπ6, các phương án

khác lấy các thông số kết cấu khác nhau với thông số Z1= 4 lá cánh, 3 lá cánh, cácthông số L/T và d

có đường kính đến 1450mm được tính toán từ mô hình theo phương pháp đồng

dạng hình học, bơm nguyên hình được thiết kế lấy từ mẫu mô hình đạt hiệu suất caonhất, cánh bánh công tác máy bơm HT145 có Z1= 3 lá cánh, cánh hướng có Z2= 7

lá cánh[14]

Sau này, Tổng công ty Cơ điện – Xây dựng nông nghiệp và thuỷ lợi thực hiện

dự án hoàn thiện công nghệ và lắp đặt thêm 1 tổ máy Đến nay, qua hơn 30.000 giờvận hành, các thông số kỹ thuật của các máy bơm đều đảm bảo và máy bơm vẫntrong tình trạng vận hành tốt Đây là một kết quả đánh dấu sự trưởng thành vượt bậccủa đội ngũ cán bộ khoa học làm công tác nghiên cứu, thiết kế cũng như khả năngtrình độ công nghệ chế tạo của Việt Nam trong lĩnh vực máy bơm Thành công nàyphần nào đã đưa ra được lời giải cho vấn đề sản xuất bơm lớn ở nước ta, đặc biệt là

có thể chủ động giải quyết được vấn đề phụ tùng thay thế phục vụ việc sửa chữa cáctrạm bơm lớn đang xuống cấp ở nước ta hiện nay

Do sự chuyển đổi cơ cấu của các ngành kinh tế, việc ứng dụng máy bơm nói

chung và bơm hướng trục nói riêng càng trở nên phổ biến và phạm vi ngày càngđược mở rộng

Bên cạnh các loại bơm hướng trục truyền thống có lưu lượng lớn từ một vài ngàn

việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo các loại máy bơm hướng trục cột nước thấp và cựcthấp H = 1 m ÷ 3 m, với lưu lượng lớn có nslớn hơn 1000v/ph là nhu cầu cấp báchnhằm phục vụ nhiều ngành kinh tế, đặc biệt là nuôi trồng thuỷ sản, tiêu thoát nước lũ

cho các vùng đồng bằng ven biển, cấp nước bổ sung cho các trạm bơm ven sông, hỗ

trợ thoát nước cho các khu công nghiệp hay các thành phố lớn…

Hình 2-13 Bơm HT145, H=6m, Q=36000 m 3 /h Sản phẩm nghiên cứu khoa học đề

tài KHCN05-01[14]

2.2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ PHẬN DẪN DÒNG CỦA BƠM HƯỚNG TRỤC

Để tính toán cánh công tác và cánh hướng dòng bơm hướng trục người ta có thể

sử dụng một trong các phương pháp sau[7]:

- Phương pháp tương tự

- Phương pháp một tọa độ

- Phương pháp lực nâng

- Phương pháp XTПZ

- Phương pháp phương trình tích phân của Voznhexenski-Pekin

- Phương pháp phân bố xoáy của Lêxôkhin-Ximônôv

- Phương pháp các điểm kỳ dị của Lêxôkhin

2.2.1 Phương pháp tương tự hình học

Là phương pháp đơn giản nhất, dựa vào các bơm mẫu có sẵn hoặc các bơm mô

hình có số vòng quay đặc trưng ns tương tự Theo phương pháp này người ta chỉ

việc nhân các kích thước của bơm mẫu với một hệ số xác định dựa theo các thông

số làm việc của bơm thực và bơm mẫu Để tính toán theo phương pháp này phải cóbản thiết kế chuẩn của bơm mẫu hoặc bơm mô hình, đặc tính năng lượng của bơm

để dựa vào đó xác định các hệ số chuyển đổi

2.2.2 Phương pháp một tọa độ

Là phương pháp thiết kế đơn giản nhưng có hiệu quả Prôfin cánh thiết kế bảođảm góc vào và góc ra của cánh phù hợp với đặc tính dòng chảy nên phương phápnày được sử dụng khá rộng rãi

Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này đòi hỏi người thiết kế phải có kinhnghiệm trong việc lựa chọn một số các thông số hình học ban đầu của lưới cánh.Việc thiết kế lưới cánh chỉ có thể thực hiện bằng phép dựng hình thủ công khó lậptrình tính toán trên máy vi tính

2.2.3 Phương pháp lực nâng

Cánh cánh công tác theo phương pháp này được tính toán cho một số tiết diện

từ bầu cánh tới tiết diện ngoài biên Các prôfin ứng với mỗi tiết diện khác nhau sẽ

có các hệ số lực nâng khác nhau, ta chọn các prôfin khí động thoả mãn các hệ số lựcnâng và lực cản cho các tiết diện đó và do đó các tiết diện khác nhau sẽ có cácprôfin dạng khác nhau

Nhược điểm của phương pháp này là khi xâu cánh khó đảm bảo sự suôn đều

của lá cánh Chính vì vậy, trong quá trình thiết kế phải điều chỉnh các thông sốnhiều lần gây khó khăn cho việc lập trình và tính toán trên máy vi tính Tuy nhiên,

phương pháp này có ưu điểm là khối lượng tính toán đơn giản và sử dụng các prôfinkhí động đã được khảo nghiệm có độ tin cậy cao, hiệu suất cao[8]

2.2.4 Phương pháp XTПZ

Là phương pháp dựa trên giả thuyết độ cong của đường nhân prôfin có ảnhhưởng quyết định tới lưu số vận tốc hay cột áp do cánh tạo nên Dựa theo quan hệ

của hệ số lực nâng Cyvới lưu số vận tốc bao quanh prôfin và với góc đặc trưng cho

học của cánh Trong trường hợp này, đường nhân của prôfin là một cung tròn

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy chế tạo máy cánh

Khakcop, Liên Xô cũ[8]

2.2.5 Phương pháp phương trình tích phân của Voznhexenski-Pekin

Là phương pháp được sử dụng phổ biến ở Liên Xô cũ để thiết kế bơm hướng

trục, phương pháp Voznhexenski-Pekin coi đường nhân là một cung tròn (một bán

kính) Theo phương pháp này, tác động của các prôfin lên dòng chất lỏng được thay

thế bởi các xoáy phân bố dọc đường nhân theo một quy luật xác định Dòng chảytổng hợp được xác định bằng tổng của dòng song phẳng không nhiễu và dòng cảm

ứng tạo bởi các xoáy phân bố trên các đường nhân prôfin Bằng cách xác địnhđường dòng tổng hợp này ta sẽ xác định đường nhân của prôfin, đó cũng là prôfin

dãy cánh có chiều dày mỏng vô cùng[8]

Để xác định prôfin dãy cánh có chiều dày hữu hạn ta đắp độ dày trên đường

nhân prôfin theo một quy luật xác định bằng cách chọn các prôfin thực nghiệm có

đặc tính khí động tốt rồi lấy quy luật phân bố độ dày của nó để làm mẫu chuẩn cho

prôfin thiết kế mới

2.2.6 Phương pháp phân bố xoáy của Lêxôkhin-Simônôv

Phương pháp phân bố xoáy Lêxôkhin-Simônôv coi đường nhân của prôfin là

một cung cong bất kỳ (cung nhiều bán kính) Theo phương pháp này, tác động củacác prôfin lên dòng chất lỏng được thay thế bởi các xoáy phân bố dọc theo đườngnhân theo một quy luật xác định Dòng chảy tổng hợp được xác định bằng tổng củadòng song phẳng không nhiễu và dòng cảm ứng tạo bởi các xoáy phân bố trên các

đường nhân của prôfin Bằng cách xác định đường dòng tổng hợp này ta sẽ xácđịnh đường nhân của prôfin, đó cũng là prôfin cánh có chiều dày mỏng vô cùng,trường hợp này không thể giải phương trình tích phân bằng phương pháp giải tích

mà phải giải bằng phương pháp gần đúng liên tiếp Vì vậy, việc giải phương trìnhtích phân sẽ rất phức tạp, nhưng đáp lại phương pháp này cho các kết quả phù hợp

hơn với bản chất dòng chảy[9]

Để xác định prôfin có chiều dày hữu hạn, cũng như phương pháp Pekin ta đắp độ dày trên đường nhân prôfin theo một quy luật xác định bằng cách

Voznhexenski-chọn các prôfin thực nghiệm có đặc tính khí động tốt rồi lấy quy luật phân bố độdày của nó để làm mẫu chuẩn cho prôfin thiết kế mới

2.2.7 Phương pháp điểm kỳ dị của Lêxôkhin

Là phương pháp tính toán cánh có độ dày hữu hạn, tương tự như phương pháp

phân bố xoáy trên cung mỏng của Lêxôkhin-Simônôv, theo phương pháp này, tác

động của prôfin cánh có chiều dày hữu hạn lên dòng chất lỏng được thay thế bởi các

xoáy, nguồn và tụ phân bố trên đường nhân prôfin Đường dòng khép kín của dòngtổng hợp tạo bởi dòng song phẳng không nhiễu và các dòng phụ tạo bởi xoáy,nguồn và tụ sẽ là chu tuyến prôfin[8]

Phương pháp này ít được sử dụng để thiết kế cánh bơm vì nó khá phức tạp đòi

hỏi khối lượng tính toán lớn

Hai phương pháp phân bố xoáy trên cung mỏng của Lêxôkhin - Simônôv vàphương pháp các điểm kỳ dị của Lêxôkhin được sử dụng chủ yếu để tính toántuabin hướng trục

Ngày nay, với sự phát triển của tin học thì việc tính toán cánh bằng hai phươngpháp này không còn là vấn đề khó khăn

- Có rất nhiều phương pháp tính toán thiết kế cánh công tác bơm hướng trục

Các phương pháp này đều dựa trên nền tảng là các trường phái lý thuyết được đề

cập tới với các mức độ phức tạp khác nhau và đã được thực nghiệm kiểm chứng.Tuỳ vào tính năng và yêu cầu cụ thể mà người ta lựu chọn phương pháp thiết kếphù hợp Đối với loại máy bơm hướng trục, phương pháp Vonznhexenski – Pekin

đã được sử dụng đạt hiệu quả cao ở Việt Nam cũng như Liên Xô cũ

CHƯƠNG 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Luận văn được xây dựng trên cơ sở lý thuyết là các phương pháp thiết kế

Vôzơnhexenski – Pêkin, phương pháp đường dòng đẳng tốc và phép biến hình bảo

1930 – 1935, sau đó dưới sự lãnh đạo của ông V.F Pekin, A.F Lexokhin và

I.A.Ximonov đã tiếp tục nghiên cứu Hiện nay, phương pháp Voznhexenxki – Pekinđược N.A Koloconxov chỉnh lí lại là phương pháp được dùng phổ biến nhất trong

nghành chế tạo bơm, vì dạng tính toán cuối cùng của nó đơn giản, các bơm tính

toán theo phương pháp này đều có chất lượng cao

Sự phức tạp trong việc nghiên cứu dòng chảy qua lưới profin là do ảnh hưởng tương

hỗ của tất cả các profin Khi làm việc, xung quanh mỗi một lá cánh của lưới, có một

lượng xoáy vận tốc Sự tác dụng tương hỗ giữa lưới Profin với dòng song phẳng ở

vô cực, trong lần tính gần đúng lần thứ nhất có thể thay bằng sự tác dụng tương hỗcủa các điểm xoáy được phân bố trên đường nhân của profin Nói chung, lượngxoáy vận tốc xung quang một profin cho trước nào đó trong lưới, luôn luôn khácvới lượng xoáy xung quanh một profin đơn độc[9]

Trong phương pháp tính toán này, khi tính ảnh hưởng tương hỗ của profin lưới, ta

bỏ qua ảnh hưởng do chiều dày của các profin gây ra

Để xây dựng cánh cánh công tác và cánh dẫn hướng phải tính toán xây dựng các

prôfin cánh ở các tiết diện khác nhau của lá cánh Các tiết diện này được tạo bởi cácmặt trụ đồng tâm cắt các lá cánh Trải các tiết diện này ra trên mặt phẳng và kéo dài

về hai phía ta sẽ có lưới thẳng vô hạn của các prôfin

Trong phương pháp của Voznhexenski - Pekin đường nhân của các prôfin là các

cung tròn một bán kính, coi như các prôfin có chiều dày mỏng vô cùng Tác dụngcủa các đường nhân này lên dòng chất lỏng chảy bao được thay bằng các xoáy vớimật độγ(s) phân bố trên đường nhân xem hình 2-5

Lưu số vận tốc trên phân tố đường nhân ds xác định bằng:

d = (W x - W y ) ds =(s) ds (2-1)

Lưu số vận tốc theo đường nhân prôfin:

) ( )

Trong chảy bao prôfin có chiều dày mỏng vô cùng, đường nhân prôfin có thể xem

như đường dòng tổng hợp của dòng song phẳng không nhiễu và dòng cảm ứng tạo

bởi các xoáy phân bố trên đường nhân tất cả các profin Vì vậy, hàm dòng ở tại một

điểm bất kỳ nào đó của cung đơn độc (hình 2-7) nằm cách đầu mút của nó một

khoảng cách là t được xác định bằng biểu thức:

const t

t

t = Ψo + Ψ =

Hình 3-1 Sơ đồ lưới prôfin mỏng vô cùng

và phân bố xoáy trên đường nhân

Trong đó hàm dòng của các điểm xoáy của cung:

) (





Với (s)ds = d(s) = d

(s) = d/ds : Mật độ phân bố xoáy.

t : Toạ độ điểm khảo sát

r(s,t) : Khoảng cách từ điểm khảo sát của prôfin tới điểm A, tại đó có

Khi đó

const ds

t s r s t

1 ) ( )

Hàm dòng của dòng chảy không bị nhiễu loạnψ0cần được xác định theo vận tốc

Bên trong dấu tích phân cần thay hàm dòng của dòng cảm ứng tạo bởi các xoáyphân bố trên cung cho trước và được xác định theo công thức

r

Trong đó

rk: Khoảng cách giữa điểm z của dòng chảy mà tại đó xác định hàm số dòng và

điểm s trên cung thứ k của lưới

Tổng vô cùng của các lôgarit có thể thay bằng tích vô cùng trong dấu lôgarit

mà tích đó lại có thể biểu thị bằng hàm lượng giác Cuối cùng, hàm dòng trong

Ngoài ra