Đề tài thiết kế bơm ly tâm cột áp cao trong công nghiệp với các thông số kĩ thuật q = 350 (m3 h), h = 80 (mh2o), d1 = d0 = 200 (mm), n = 1450 (vgph), số cánh z = 2 – 3 (cánh)

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Đề tài: Thiết kế bơm ly tâm cột áp cao công nghiệp với thông số kĩ thuật Q = 350 (m3/h), H = 80 (mH2O), D1 = D0 = 200 (mm), n = 1450 (vg/ph), số cánh Z = – (cánh) Yêu cầu: Bản vẽ: MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY THỦY LỰC CÁNH DẪN VÀ BƠM LY TÂM CỘT ÁP CAO TRONG CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan phân loại máy thủy lực cánh dẫn 1.1.1 Định nghĩa - Máy thủy lực cánh dẫn: dạng máy thủy lực dùng cánh dẫn trao đổi lượng với dòng chất lỏng dạng lượng thủy động - Bánh công tác máy thủy lực cánh dẫn: Trong máy cánh dẫn phận quan trọng điển hình bánh công tác Bánh công tác cấu tạo gồm cánh (cánh dẫn) phận cố định chúng ( đĩa cánh, moayơ ) BCT lắp ghép chặt với trục làm việc quay môi trường chất lỏng 1.1.2 Nguyên lý làm việc - Khi bánh cơng tác quay truyền cho lịng chất lỏng - Trong bánh công tác máy thủy lực cánh dẫn, động dòng chất lỏng thay đổi lớn Ở phận dẫn dòng ra, phần động biến thành áp để hạn chế tổn thất dòng chất lỏng vận chuyển đường ống Nguyên lí làm việc bơm cánh dẫn dựa tương hỗ bánh công tác với dòng chất lỏng - Khi làm việc ổn định bánh cơng tác chúng có vận tốc quay khơng đổi, dịng chất lỏng máng dẫn bánh cơng tác buồng lưu thơng có chuyển động ổn định Vì vận tốc quay bánh cơng tác tăng lên lớn 1.1.3 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 trục: bơm cấp, bơm đa cấp - Phân loại theo cột nước: Bơm cột nước thấp ( H < 20 m ), bơm cột nước trung bình (H = 20-60 m ), bơm cột nước cao ( H > 60 m ) - Phân theo loại chất lỏng cần bơm cơng dụng: bơm nước có hàm lượng hạt rắn nhỏ hỗn hợp chất xâm thực hóa học ít, nhiệt độ nhỏ 1000C; bơm chất lỏng chứa nhiều bùn cát đất hạt cứng; bơm nước bẩn; bơm chất lỏng hóa học; bơm giếng khoan 1.1.4 Các thông số làm việc máy thủy lực cánh dẫn a, Lưu lượng - Lưu lượng máy thủy lực cánh dẫn thể tích chất lỏng mà bơm cung cấp vào ống đơn vị thời gian Lưu lượng ký hiệu Q thường đo m3/s; l/s, m3/h Q = G/y = v.G Trong đó: Q lưu lượng ( m3/h, m3/s…) Trong đó: G lưu lượng trọng lượng (kG/s, kG/ph) y trọng lượng riêng chất lỏng v = 1/y thể tích riêng chất lỏng - Lưu lượng bơm phụ thuộc vào kích thước hình học, vào vận tốc chuyển động phận làm việc vào tính chất thủy lực hệ thống b, Cột áp - Cột áp lượng tăng lượng riêng chất lỏng từ miệng hút đến miệng đẩy máy cánh dẫn thường tính mét cột chất lỏng (hoặc tính mét cột nước) ký hiệu H c, Công suất hiệu suất - Công suất máy nhận động gọi công suất tiêu thụ hay công suất trục Cịn cơng suất mà dịng chất lỏng vận chuyển qua máy gọi cơng suất hữu ích N N = G.H = γ.Q.H 1.1.5 Số vòng quay đặc trưng máy thủy lực cánh dẫn - Số vòng quay đặc trưng số vòng quay bánh cơng tác bơm mẫu đồng dạng hình học với bơm thực, chế độ làm việc tương tự hiệu suất thủy lực hiệu suất thể tích bơm thực, đồng thời tạo cột áp HM = 1m có cơng suất hữu ích NhiM =1 mã lực vận chuyển chất lỏng có trọng lượng riêng 𝛾𝑀 = 1000𝑘𝐺/𝑚3 Kí hiệu số vịng quay quy dẫn ns - Cơng thức số vịng quay quy dẫn: n s=3,65 n √Q H3/4 - Phân loại máy cánh dẫn theo số vịng quay đặc trưng: + Bánh cơng tác ly tâm: 50 - 300 + Bánh công tác bơm hướng chéo 300 – 600 + Bánh công tác bơm hướng trục 600 – 1800 - Phân loại máy cánh dẫn theo chuyển dộng dòng chất lỏng BCT: + Bánh công tác ly tâm hướng tâm: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác từ tâm từ vào tâm theo phương bán kính + Bánh cơng tác hướng trục: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác theo phương song song với trục + Bánh công tác tâm trục trục tâm: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác theo hướng tâm chuyển sang hướng trục ngược lại + Bánh công tác hướng chéo: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác không theo hướng tâm không theo hướng trục mà theo hướng xiên (chéo) 1.1.6 Phạm vi sử dụng - Các loại bơm cánh dẫn bơm ly tâm có phạm vi sử dụng rộng nhất: Q =1÷100.000 (m3/h), H = 1÷3500 (mH2O) - Bơm hướng trục có phạm vi sử dụng hẹp hơn, thường dùng cần lưu lượng lớn áp suất nhỏ: Q = 100÷100.000 (m3/h), H= 1÷20 (mH2O) 1.2 Tổng quan bơm ly tâm 1.2.1 Khái niệm - Máy bơm ly tâm loại máy bơm thuỷ lực cánh dẫn hoạt động nguyên lý lực ly tâm, lượng thuỷ động dòng chảy nhờ cánh quạt máy Theo đó, nước dẫn vào tâm quay cánh bơm nhờ lực ly tâm, đẩy văng mép cánh bơm Sự kết hợp lưu lượng, áp suất, gia tốc trọng lực trọng lượng riêng chất lỏng tạo thành động khiến chất lỏng chuyển động 1.2.2 Cấu tạo - Bơm ly tâm gồm có : + Bánh cơng tác, + Trục bơm, + Bộ phận dẫn dịng vào bánh cơng tác, + Bộ phận dẫn dịng khỏi bánh công tác ( buồng xoắn), + Ống hút ống đẩy, + Trong bánh cơng tác đóng vai trò phận quan trọng nhất, thực việc trao đổi lượng máy dòng chất lỏng chuyển động qua máy - Bánh công tác: kết cấu có dạng cánh mở hồn tồn, mở phần cánh kín - Bánh cơng tác lắp trục bơm với chi tiết khác cố định với trục tạo nên phần quay bơm gọi rôto - Bánh công tác đúc gang thép theo phương pháp đúc xác Các bề mặt cánh dẫn đĩa bánh công tác yêu cầu có độ nhẵn tương đối cao (tam giác đến 6) để giảm tổn thất - Bánh công tác rôto bơm phải cân tĩnh cân động để làm việc bánh công tác không cọ xát vào thân bơm 1.2.3 Nguyên lý hoạt động bơm ly tâm - Trước bơm làm việc, cần phải làm cho thân bơm (trong có bánh cơng tác) ống hút điền đầy chất lỏng, thường gọi mồi bơm - Khi bơm làm việc, bánh công tác quay, phần tử chất lỏng bánh công tác ảnh hưởng lực ly tâm bị văng từ ngoài, chuyển động theo máng dẫn vào ống đẩy với áp suất cao hơn, trình đẩy bơm Đồng thời, lối vào bánh cơng tác tạo nên vùng có chân khơng tác dụng áp suất bể chứa lớn áp suất lối vào bơm, chất lỏng bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, q trình hút bơm - Quá trình hút đẩy bơm trình liên tục, tạo nên dịng chảy liên tục qua bơm - Bộ phận dẫn hướng (thường có dạng xoắn ốc nên gọi buồng xoắn ốc) để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ống đẩy điều hịa, ổn định cịn có tác dụng biến phần động dòng chảy thành áp cần thiết 1.2.4 Phân loại bơm ly tâm: * Bơm ly tâm phân thành nhiều loại khác theo nhiều đặc điểm khác như: - Phân loại theo số bánh công tác lắp trục: + Bơm ly tâm cấp (có bct lắp trục) + Bơm ly tâm nhiều cấp (có nhiều bct lắp trục) - Theo số dòng chất lỏng qua bánh công tác: + Bơm ly tâm miệng hút (một dịng chất lỏng qua bánh cơng tác) + Bơm ly tâm hai miệng hút (hai dòng chất lỏng qua bánh cơng tác) - Theo cột áp có: + Bơm ly tâm cột áp thấp, H = – 40 (mH2O) + Bơm ly tâm cột áp trung bình, H = 50 – 200 (mH2O) + Bơm ly tâm cột áp cao, H ≥ 200 (mH2O) - Theo lưu lượng có: + Bơm lưu lượng nhỏ + Bơm lưu lượng trung bình + Bơm lưu lượng lớn - Theo vị trí 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 1.2.5 Ưu điểm nhược điểm bơm ly tâm: a, Ưu điểm - Có lưu lượng ổn định với cột áp khơng đổi - Kích thước nhỏ gọn trọng lượng bé so với bơm piston - Cho phép nối trực tiếp với động cao tốc không qua hộp giảm tốc (Trị số vịng quay đạt đến 40,000 vịng/phút) - Thiết bị đơn giản - An tồn lúc làm việc - Ít nhạy cảm với chất lỏng có chứa loại hạt rắn - Khối lượng sửa chữa thường kỳ nhỏ chi tiết động - Điều chỉnh lưu lượng đơn giản - Nhờ ưu điểm trên, bơm ly tâm ứng dụng rộng rãi tàu thuỷ để truyền chất lỏng.Các bơm ly tâm thủy lực lưu lượng lớn khơng có thiết bị tự hút thường đặt mực chất lỏng bơm (có cột nước dâng) - Bơm ly tâm thủy lực tự hút dùng thiết bị khơng có cột áp dâng để phục vụ đối tượng không yêu cầu cung cấp chất lỏng sau làm việc b, Nhược điểm - Khơng có khả tự hút (Trước khởi động bơm cần điền đầy chất lỏng vào bánh cánh đường ống hút) nên làm tăng giá thành thiết bị bơm thêm phức tạp - Hiệu suất thấp vòng quay nhỏ - Hiệu suất bơm giảm nhiều độ nhớt chất lỏng cần bơm tăng lên - So với bơm piston, kích thước đường ống hút bơm ly tâm địi hỏi lớn - Có phụ thuộc hiệu suất bơm đến chế độ làm việc - Trong ưu nhược điểm bơm ly tâm, bơm ly tâm hai miệng hút có kết cấu phức tạp gia cơng khó khăn hơn, nhiên với ưu điểm vượt trội với kích thước lưu lượng đạt lớn hơn, hiệu suất bảo đảm lực dọc trục khử tăng độ bền cho bơm 1.2.6 Ứng dụng bơm ly tâm - Trong cơng nghiệp: bơm hóa chất, giặt rửa, nước thải, xử lý nước,… - Trong nông nghiệp: bơm tưới tiêu thủy lợi, ao hồ nuôi trồng thủy hải sản,… - Trong dân dụng: bơm cấp nước cho khu dân cư, nhà cao tầng,… - Trong khai khoáng: bơm giếng khoan, bơm bùn, bơm thoát nước,… CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BÁNH CƠNG TÁC 2.1 Tính tốn thông số cánh công tác bơm ly tâm - Cánh cơng tác bơm ly tâm có hai dạng cánh : cánh trụ tương ứng số vịng quay đặc trưng thấp ( ns = 60-100 vg/ph ) dạng cánh cong không gian (cong hai chiều) tương ứng số vòng quay ns lớn (ns > 100 vg/ph) - Do đặc trưng kết cấu khác nên việc tính tốn, thiết kế có điểm khác Song tính tốn thiết kế bánh cơng tác với hai loại cánh có phần tính chung, phần tính tốn thơng số làm việc bản, thơng số kết cấu bánh cơng tác xây dựng mặt cắt kinh tuyến - Thông số làm việc: Q = 350 (m3/h) = 0,0972 (m3/s) H = 80 (mH2O) n = 1450 (vg/ph) 2.1.1 Số vòng quay đặc trưng bơm n s=3,65 n H 80 Với 60< ns