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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH II ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY BƠM LY TÂM H = 20 m; Q = 67,5 m3/h Sinh viên thực hiện: Đỗ Bá Hiếu Mã số sinh viên: 20185990 Lớp: CKĐL 01-K63 Giảng viên hướng dẫn: TS NGƠ ÍCH LONG Hà Nội, 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC I Thiết kế bơm ly tâm cánh trụ cho tòa nhà cao tầng R1 khu thị Royal City (Từ bể lên bể phụ tòa nhà R1) Theo khảo sát thực tế, trung tâm thương mại Royal City, chiều cao thực tế tịa nhà R1 có chiều cao 18 m, gồm 26 hộ dân cư, trung tâm thương mại mặt đất rộng 230000 m2 Theo Tiêu chuẩn TCXD 3989-1985: Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng cấp nước nước – Mạng lưới bên ngồi – Bản vẽ thi công - Cho người hộ: 200 l/người- ngày đêm - Cho trung tâm thương mại : 230000 m2, người/1 m2 - Nước dùng cho sân đường, xanh: 10% lưu lượng Ta tính tốn: + 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  Qtổng = 2158,8 (m3/ngày) = 89,95 (m3/h) Do thành phần dự trữ 15% => Q1h = 89,95.1,15 = 134,925(m3/h) Em chọn bơm song song chạy lúc để cấp nước cho bể phụ tòa nhà Vậy lưu lượng bơm cần thiết là: Q1h= 134,925/2 = 67,5 (m3/h) = 0,01875 (m3/h) Tính toán toán thiết kế máy bơm ly tâm cánh trụ Thông số kỹ thuật: Cột áp Lưu lượng H = 20 m Q = 67,5 m3/h Số vòng quay động điện: nđc = 1460 v/p Nội dung đồ án: • Thuyết minh tính tốn thiết kế + Chương 1: Tổng quan bơm ly tâm + Chương 2: Tính tốn thiết kể bánh cơng tác bơm ly tâm + Chương 3: Tính tốn thiết kế phần dẫn dịng bơm ly tâm + Chương 4: Tính tốn trục, ổ lăn • Bản vẽ + Bản vẽ lắp máy bơm + Bản vẽ thiết kế bánh công tác + Bản vẽ thiết kế buồng xoắn + Bản vẽ chế tạo trục MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁNH DẪN 1.1 Tổng quát phân loại máy cánh dẫn 1.1.1 Lịch sử phát triển bơm cánh dẫn 1.1.2 Định nghĩa 1.1.3 Nguyên lí làm việc bơm cánh dẫn 1.1.4 Phân loại 1.1.5 Các thông số làm việc bơm cánh dẫn 1.1.6 Số vòng quay đặc trưng máy cánh dẫn 1.1.7 Phạm vi sử dụng loại bơm 10 1.2 Bơm ly tâm 12 1.2.1 Cấu tạo 12 1.2.2 Nguyên lí làm việc 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 TỐN THIẾT KẾ BÁNH CÔNG TÁC 16 2.1 Tính tốn thơng số bánh cơng tác bơm ly tâm 16 2.1.1 Số vòng quay đặc trưng bơm: 16 2.1.2 Xác định hiệu suất công suất bơm 16 2.1.3 Tính kích thước vào bánh cơng tác 18 2.1.4 Xác định kích thước bánh công tác 21 2.1.5 Xác định số cánh dẫn bánh công tác 23 2.1.6 Tính chiều dày bánh công tác mép vào mép 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 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 phận dẫn dòng 34 3.2 Tính toán thiết kế buồng xoắn theo quy luật cvr = const 34 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN TRỤC, Ổ LĂN 40 4.1 Chọn vật liệu, đường kính trục 40 4.2 Chọn chiều dài 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 khớp nối Fkn 44 4.4 Tính tốn lực tác dụng lên gối đỡ 45 4.5 Xác định momen uốn tổng momen tương đương 47 4.6 Xác định đường kính trục 47 4.7 Chọn kiểm nghiệm then 48 a Chọn then 48 b Kiểm nghiệm then 49 4.8 Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh 50 4.9 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi 51 a Vị trí lắp bánh cơng tác 52 b Kiểm nghiệm tiết diện lắp ổ lăn 53 c Kiểm nghiệm tiết diện lắp ổ lăn 54 d Kiểm nghiệm tiết diện lắp khớp nối 55 4.10 Tính chọn ổ lăn 56 a Chọn ổ lăn 56 b Kiểm nghiệm khả tải động ổ lăn 57 c Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả tải tĩnh 58 CHƯƠNG 5:KẾT LUẬN 60 Tài liệu tham khảo 62 LỜI NÓI ĐẦU Bơm ngày khơng cịn thuật ngữ xa lạ với đời sống người, từ bơm suất làm cho sống người suất lao động lên tầm cao Nếu trước đây, bơm chưa xuất người phải định cư nơi gần nguồn nước gặp nhiều khó khăn hạn hạn sau bơm xuất vấn đề giải hoàn tồn, người định cư nơi cách nguồn nước chục chí trăm số, người hoàn toàn làm chủ vấn đề phân phối nguồn nước, hệ thống thủy lợi,trạm bơm… giải vấn đề vô nan giải phân bố nguồn nước phục vụ cho nhu cầu cần thiết người nhờ người phân kiểm soát vấn đề hạn hán ngập úng Về vấn đề nâng cao suất lao động, từ xuất bơm việc vấn đề giải trước nông nghiệp, hệ thống tưới tiêu nhờ có bơm mà người vất vả gánh tưng thùng gỗ nước để tưới tiêu, nhờ xuất bơm người khống chế lưu lượng nước tưới theo ngày, theo chí theo chế độ riêng biệt khác Trong công nghiệp xuất bơm coi cách mạng, hệ thống làm mát, hệ thống cung cấp nước cho nồi hơi… khu vực người can thiệp bơm xuất giải vấn đề Về vấn đề vận chuyển, xuất bơm đóng góp vơ lớn; người trước quen với mơ hình vận chuyển: “Đường thủy, đường bộ, đường khơng” bơm suất mơ hình vận chuyển đường ống thêm vào khái niệm người Rõ rang điều khiển đặc thù vận chuyển đường ống đem lại hiệu vượt trội so với ba hình thức vận chuyển phổ thông Ưu điểm vận chuyển đường ống vận chuyển cách liên tục khơng bị ngắt qng mơ hình vận chuyển truyền thống, thay phải chở thùng dầu hay thùng xăng bạn nghĩ cần hệ thống đường ống nhà sản xuất cần ấn nút đối tác nhập hàng cần mở van; vận chuyển tôm cá từ thuyển đất liền nút bấm tôm cá theo đường ống hẳn đất liền mà quay thuyền cập bến vào bờ,rõ ràng suất hiệu lao động tang lên gấp nhiều lần Qua dẫn chứng cụ thể trên, thấy ngày sống người bơm chiếm vị trí vơ quan trọng; việc nghiên cứu để hiểu phát triển bơm điều thiết yếu, vượt lên công việc kỹ sư thủy lực sứ mệnh cho toàn nhân loại Việc kế thừa phát triển bơm sứ mệnh cao mang tính cải cách Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo viện “Máy tự động thủy khí” nói chung thầy giáo TS Ngơ Ích Long nói riêng tận tình giúp đỡ em q trình nghiên cứu hồn thành đề tài; đồ án mơn học bước đệm vô quan trọng cho đường nghiên cứu phát triển bơm cánh dẫn cụ thể bơm ly tâm thân em sau CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY CÁNH DẪN 1.1 Tổng quát phân loại máy cánh dẫn 1.1.1 Lịch sử phát triển bơm cánh dẫn Có thể nói nước nhân tố quan trọng thứ với người sau tồn oxy khí quyển, nhịn ăn tuần thiếu nước ngày Từ thời xa xưa, điều kiện sản xuất đời sống địi hỏi, người biết dùng cơng cụ thô sơ coọng quay, xe đạp nước vV… Để đưa nước lên ruộng có độ cao chênh lệch Những công cụ vận chuyển chất lỏng áp suất khí Sau người ta biết dùng pitông đơn giản ống thụt làm tre gỗ để chuyển nước áp suất dư … Các máy bơm nước thô sơ hoạt động tác động sức người sức kéo động vật lực bơm không cao, hiệu suất thấp Vào kỷ thứ nhất, thứ hai trước công nguyên, người Hy lạp sáng chế pitông gỗ Đến kỷ 15, nhà bác học người Ý D Franxi đưa khái niệm bơm li tâm Sang kỷ 16 xuất loại máy bơm rô to Cho đến kỷ 17, nhà vật lý người Pháp áp dụng nghiên cứu D Franxi chế tạo máy bơm nước li tâm Tuy nhiên chưa có động có vịng quay lớn để kéo máy bơm, nên lực bơm nhỏ, loại bơm li tâm chưa phát triễn, lúc bơm rôto chiếm ưu loại bơm Đến kỷ 18, hai viện sỹ Nga Euler đề xuất vấn đề lý luận có liên quan đến máy thủy lực Zucôpsky đề xuất lý luận học chất lỏng, kể từ việc nghiên cứu chế tạo máy bơm có sở vững Thời kỳ máy nước đời tăng thêm khả kéo máy bơm Đầu kỷ 20, động có số có vịng quay nhanh đời máy bơm li tâm phổ biến rộng rãi có hiệu suất cao, lực bơm lớn Trải qua nhiều giai đoạn cải tiến kỹ thuật phát triển công nghệ nhà sản xuất Ngày loại máy bơm nước trở nên đại, có khả bơm hàng vạn m3 chất lỏng cơng suất động tiêu thụ tới hàng nghìn kW Ở Nga chế tạo máy bơm có lưu lượng Q = 40 m3/s, công suất động N = 14.300 kW có dự án chế tạo động điện kéo máy bơm với công suất N = 200.000 kW 1.1.2 Định nghĩa Bơm loại máy dủng để vận chuyển cung cấp lượng cho dòng chất lỏng Bơm làm nhiệm vụ biến đổi động thành năng, động nhiệt dòng chất lỏng Bơm vận chuyển chất lỏng thể lỏng 1.1.3 Nguyên lí làm việc bơm cánh dẫn Khi bánh công tác quay truyền cho lịng chất lỏng Trong bánh cơng tác bơm 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; cụ 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 thong có chuyển động ổn định Vì vận tốc quay bánh cơng tác tang lên 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 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 lương 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 1.1.5 Các thông số làm việc bơm cánh dẫn ❖ Lưu lượng Lưu lượng máy bơm 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…) 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 ❖ Cột áp Cột áp lượng tăng lượng riêng chất lỏng từ miệng hút đến miệng đẩy bơm thường tính mét cột chất lỏng (đôi tinh mét cột nước) ký hiệu H ❖ Công suất hiệu suất bơm Công suất máy nhân động gọi công suất tiêu thụ hay công suất trục Cịn cơng suất mà dịng chất lỏng vận chuyển qua máy gọi công 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 số vịng 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 vòng quay quy dẫn: Áp dụng cơng thức 10.7 194 [1], ta có: 𝑀 22974 𝑀 23420 𝑀 24400,5 d0 = √ 𝑡𝑑0 = √ = 15,4 (mm) 0,1[𝜎] 0,1.63 d1 = √ 𝑡𝑑1 = √ = 15,5 (mm) 0,1[𝜎] 0,1.63 d2 = √ 𝑡𝑑2 = √ 0,1[𝜎] 𝑀 0,1.63 = 15,7 (mm) 22974 d3 = √ 𝑡𝑑3 = √ = 15,4 (mm) 0,1[𝜎] 0,1.63 Chọn đường kính đoạn trục: Đường kính vị trí (lắp bánh cơng tác): dtr = 22 mm Đường kính vị trí (lắp ổ lăn) : d1 = d2 = 35 mm Đường kính vị trí lắp khớp nối: d3 = 28 mm 4.7 Chọn kiểm nghiệm then a Chọn then Sử dụng then Theo bảng 9.1a/174[1] ta có bảng thơng số then Đường Kích thước Chiều sâu rãnh Bán kính góc Chiều dài tiết diện then then lượn rãnh then kính 𝑏 ℎ 𝑡1 𝑡2 Nhỏ Lớn nhất 22 6 3,5 2,8 0,16 0,25 28 28 2,8 0,16 0,25 40 48 b Kiểm nghiệm then • Tại vị trí lắp bánh cơng tác dtr = 22 mm Điều kiện bền dập 𝜎𝑑 = 2𝑇𝐼𝐼 𝑑.𝑙𝑡 (ℎ−𝑡1 ) ≤ [𝜎𝑑 ] CT 9.1[173-1] Trong đó: + 𝑙𝑡 : chiều dài then, ⇒ 𝜎𝑑 = 2.26528 22,28.(6−3,5) = 34,45 (𝑀𝑃𝑎) Theo bảng [9.5/178-1]: Vật liệu làm gang, mối ghép cố định, đặc tính làm việc va đập nhẹ [𝜎𝑑 ] = 53𝑀𝑃𝑎 Vậy điều kiện bền dập then thỏa mãn Điều kiện bền cắt 𝜏𝑐 = 2𝑇𝐼𝐼 𝑑.𝑙𝑡 𝑏 ⇒ 𝜏𝑐 = ≤ [𝜏𝑐 ] 2.26528 22,28.6 [9.2/173-1] = 14,35 (𝑀𝑃𝑎) Then thép chịu tải trọng va đập nhẹ có [𝜏𝑐 ] = 40 ÷ 60(𝑀𝑃𝑎) Vậy điều kiện bền cắt thỏa mãn • Tại vị trí lắp khớp nối d3 = 28 mm ➢ Điều kiện bền dập 𝜎𝑑 = 2𝑇𝐼𝐼 𝑑.𝑙𝑡 (ℎ−𝑡1 ) ≤ [𝜎𝑑 ] CT 9.1[173-1] Trong đó: + 𝑙𝑡 : chiều dài then, 49 ⇒ 𝜎𝑑 = 2.26528 28.40.(7−4) = 15,8(𝑀𝑃𝑎) Theo bảng [9.5/178-1]: Vật liệu làm gang, mối ghép cố định, đặc tính làm việc êm [𝜎𝑑 ] = 53𝑀𝑃𝑎  Vậy điều kiện bền dập then thỏa mãn ➢ Điều kiện bền cắt 𝜏𝑐 = 2𝑇𝐼𝐼 𝑑.𝑙𝑡 𝑏 ⇒ 𝜏𝑐 = ≤ [𝜏𝑐 ] 2.26528 28.40.8 [9.2/173-1] = 5,92 (𝑀𝑃𝑎) < [𝜏𝑐 ] = 40 ÷ 60(𝑀𝑃𝑎)  Vậy điều kiện bền cắt thỏa mãn 4.8 Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh Để đề phòng khả bị biến dạng déo lớn phá hỏng tải đột ngột (khi mở máy) cần kiểm tra trục độ bền tĩnh Theo công thức 10.27 sách Thiết kế hệ dẫn động tập trang 200 ta có cơng thức kiểm nghiệm: 𝜎𝑡đ = √𝜎 + 3𝜏 ≤ [𝜎] Trong đó: 𝜎= 𝜏= 𝑀𝑚𝑎𝑥 0,1𝑑3 𝑇𝑚𝑎𝑥 0,2.𝑑3 = = 8221,5 = 7,72 Mpa 0,1.223 26528 0,2.223 = 12,46 Mpa [𝜎] ≈ 0,8 𝜎𝑐ℎ = 0,8.450 = 360 Mpa với 𝜎𝑐ℎ giới hạn chảy vật liệu 𝜎𝑡đ = √𝜎 + 3𝜏 = √7,722 + 12,462 = 22,92 ˂ [𝜎] Vậy trục thỏa mãn độ bền tĩnh 50 4.9 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi Kết cấu thiết kế cần đảm bảo độ bền mỏi Hệ số an toàn tiết diện nguy hiểm phải thỏa mãn điều kiện: 𝑠𝑗 = 𝑠𝜎𝑗 𝑠𝜏𝑗 +𝑠 √𝑠𝜎𝑗 𝜏𝑗 ≥ [𝑠] [10.19/195-1] Trong đó: • [𝑠]: hệ số an toàn cho phép [𝑠] = 1,5 ữ 2,5 ã , : l h số an toàn xét riêng ứng suất pháp hệ số an toàn Chọn [𝑠] = xét riêng ứng suất tiếp tiết diện j 𝑠𝜎𝑗 = 𝑠𝑟𝑗 = 𝜎−1 [10.20/195-1] 𝐾𝜎𝑑𝑗 𝜎aj +𝜓𝜎 𝜎𝑚𝑗 𝜏−1 [10.21/195-1] 𝐾𝜏𝑑𝑗 𝜏aj +𝜓𝜏 𝜏𝑚𝑗 Với: • 𝜎−1 , 𝜏−1 : giới hạn mỏi uốn ứng xoắn với chu kì đối xứng Lấy gần đúng:{ 𝜎−1 = 0,436 𝜎𝑏 = 0,436.600 = 261,6 𝑀𝑃𝑎 𝜏−1 = 0,58 𝜎−1 = 0,58.261,6 = 151,7 𝑀𝑃𝑎 • 𝜎aj , 𝜏aj , 𝜎𝑚𝑗 , 𝜏𝑚𝑗 : biên độ trị số trung bình ứng suất pháp ứng suất tiếp tiết diện j: 𝜎𝑎𝑗 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 𝑗 − 𝜎𝑚𝑖𝑛 𝑗 𝜎𝑚𝑗 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 𝑗 + 𝜎𝑚𝑖𝑛 𝑗 ➢ Đối với trục đều, ứng suất thay đổi theo chu kì đối xứng, đó: 𝜎𝑚𝑗 = 0; 𝜎aj = 𝜎𝑚𝑎𝑥 𝑗 = 𝑀𝑗 𝑊𝑗 [10.22/196-1] ➢ Trục quay chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động: 51 𝜏𝑚𝑗 = 𝜏aj = 𝜏max = 𝑇𝑗 [10.23/196-1] 2𝑊oj 𝑊𝑗 , 𝑊𝑜𝑗 : Momen cản uốn momen cản xoắn tiết diện j trục, xác định theo bảng 10.6 • 𝜓𝜎 , 𝜓𝜏 : hệ số kể đến ảnh hưởng trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi Với thép C45 có 𝜎𝑏 = 600𝑀𝑃𝑎 Theo bảng [10.7/197-1] có: { 𝜓𝜎 = 0,05 𝜓𝜏 = • 𝐾𝜎𝑑𝑗 , 𝐾𝜏𝑑𝑗 : hệ số, xác định theo công thức: 𝐾𝜎𝑑𝑗 = 𝐾𝜏𝑑𝑗 = 𝐾𝜎 +𝐾𝑥 −1 𝜀𝜎 𝐾𝑦 𝐾𝜏 +𝐾𝑥−1 𝜀𝜏 𝐾𝑦 [10.25-1] [10.26-1] ➢ 𝐾𝑥 : hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công độ nhẵn bề mặt, B.10.8[1]: Trục tiện 𝑅𝑎 = 2,5 ÷ 0,63𝜇𝑚, 𝜎𝑏 = 600 ⇒ 𝐾𝑥 = 1,06 ➢ 𝐾𝑦 : hệ số tăng bền bề mặt, không dùng phương pháp tăng bền bề mặt nên 𝐾𝑦 = ➢ 𝜀𝜎 , 𝜀𝜏 : hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi, theo bảng 10.10[1] ➢ 𝐾𝜎 , 𝐾𝜏 : Hệ số tập trung ứng suất thực tế uốn xoắn a Vị trí lắp bánh cơng tác o Chọn lắp ghép: lắp ghép theo kiểu k6 52 𝑀𝑗 = 𝑀0 = Ta có: {𝑇𝑗 = 26528 𝑁𝑚𝑚 𝑑𝑗 = 𝑑𝑡𝑟 = 22 𝑚𝑚 Do M0=0 nên ta kiểm tra hệ số an toàn tính tính tiêng ứng suất tiếp Ta có: 𝑊00 = 𝜋𝑑𝑡𝑟 16 𝑏.𝑡1 (𝑑𝑡𝑟 −𝑡1 )2 − 2.𝑑𝑡𝑟 𝜏a0 = 𝜏m0 = 𝑇0 2𝑊00 = = 26528 2.1927,4 𝜋.223 16 − 6.3,5.(22−3,5)2 2.22 = 1927,4 (𝑁𝑚𝑚) = 6,88 Ta thấy tập trung ứng suất trục lắp bánh công tác rãnh then lắp ghép có độ dơi Với 𝑑𝑡𝑟 = 22 𝑚𝑚 theo bảng [10.10/198-1] ta có:{ 𝐾𝜎 Theo bảng [10.11/198-1] 𝜀 :{𝐾𝜎𝜏 𝜀𝜏 = 2,06 = 1,64 Ảnh hưởng rãnh then Tra bảng:B { 𝜀𝜎 = 0,912 𝜀𝜏 = 0,874 10.12 198 [1] với trục 𝜎𝑏 =600MPa: 𝐾𝜎 = 1,76 𝐾 /𝜀 = 1,76/0,912 = 1,93 ⇒{ 𝜎 𝜎 𝐾𝜏 = 1,54 𝐾𝜏 /𝜀𝜏 = 1,54/0,874 = 1,76 𝐾 /𝜀 = 2,06 Lấy { 𝜎 𝜎 𝐾𝜏 /𝜀𝜏 = 1,76 +) Ta có: { 𝑠𝜏0 = 𝐾𝜎𝑑0 = (2,06 + 1,06 − 1)/1 = 2,12 𝐾𝜏𝑑0 = (1,76 + 1,06 − 1)/1 = 1,82 𝜏−1 151,7 = = 12,12 𝐾𝜏𝑑0 𝜏𝑎0 + 𝜓𝜏 𝜏𝑚0 1,82.6,88 + Vậy 𝑠0 = 𝑠𝜏0 = 12,12 ≥ [𝑠] = b Kiểm nghiệm tiết diện lắp ổ lăn Chọn lắp ghép: lắp ghép theo kiểu k6 53 𝑀𝑗 = 𝑀1 = 4550 Ta có: {𝑇𝑗 = 26528 𝑁𝑚𝑚 𝑑𝑗 = 𝑑1 = 35 𝑚𝑚 𝜋𝑑3 𝜋.353 16 16 𝑊1 = = = 4209,2(𝑁𝑚𝑚) 32 32 { 𝜋𝑑 𝜋.353 𝑊01 = = = 8418,5(𝑁𝑚𝑚) 𝜎𝑎1 = 𝑀1 𝑊1 = 4550 4209,2 = 1,08(𝑀𝑃𝑎) 𝜎𝑚1 = 𝜏𝑚1 = 𝜏𝑎1 = 𝑇 26528 = = 1,58 (𝑀𝑃𝑎) 𝑊01 2.8418,5 +) Với 𝑑𝑡𝑟 = 35 𝑚𝑚 theo bảng [10.10/198-1] ta có:{ 𝐾𝜎 Theo bảng [10.11/198-1] 𝜀 :{𝐾𝜎𝜏 𝜀𝜏 +) Ta có: { 𝑠𝜎1 = Suy ra: { 𝑠𝜏1 = = 2,06 = 1,64 𝐾𝜎𝑑0 = (2,06 + 1,06 − 1)/1 = 2,12 𝐾𝜏𝑑0 = (1,64 + 1,06 − 1)/1 = 1,7 𝜎−1 𝐾𝜎𝑑𝑗 𝜎𝑎𝑗 +𝜓𝜎 𝜎𝑚𝑗 𝜏−1 𝐾𝜏𝑑𝑗 𝜏𝑎𝑗+𝜓𝜏 𝜏𝑚𝑗 ⇒ 𝑠1 = 𝜀𝜎 = 0,865 𝜀𝜏 = 0,795 𝑠𝜎1 𝑠𝜏1 +𝑠 √𝑠𝜎1 𝜏1 = = = 261,6 2,12.1,08+0 151,7 1,7.1,58+0 22,2∗56,5 √22,22 +56,52 Vậy: 𝑠1 = 50,65 > [𝑠] = = 114,3 = 56,5 = 50,65 (Thỏa mãn) c Kiểm nghiệm tiết diện lắp ổ lăn Chọn lắp ghép: lắp ghép theo kiểu k6 𝑀𝑗 = 𝑀2 = 8221,5 Ta có: {𝑇𝑗 = 26528 𝑁𝑚𝑚 𝑑𝑗 = 𝑑2 = 35 𝑚𝑚 54 𝜋𝑑3 𝜋.353 16 16 𝑊2 = = = 4209,2(𝑁𝑚𝑚) 32 32 { 𝜋𝑑 𝜋.353 𝑊02 = = = 8418,5(𝑁𝑚𝑚) 𝜎𝑎2 = 𝑀2 𝑊2 = 8221,5 4209,2 = 1,95(𝑀𝑃𝑎) 𝜎𝑚2 = 𝜏𝑚2 = 𝜏𝑎2 = 𝑇 26528 = = 1,58 (𝑀𝑃𝑎) 𝑊02 2.8418,5 +) Với 𝑑𝑡𝑟 = 35 𝑚𝑚 theo bảng [10.10/198-1] ta có:{ 𝐾𝜎 𝜀 Theo bảng [10.11/198-1] :{𝐾𝜎𝜏 𝜀𝜏 +) Ta có: { 𝑠𝜎1 = Suy ra: { 𝑠𝜏1 = = 2,06 = 1,64 𝐾𝜎𝑑0 = (2,06 + 1,06 − 1)/1 = 2,12 𝐾𝜏𝑑0 = (1,64 + 1,06 − 1)/1 = 1,7 𝜎−1 𝐾𝜎𝑑𝑗 𝜎𝑎𝑗 +𝜓𝜎 𝜎𝑚𝑗 𝜏−1 𝐾𝜏𝑑𝑗 𝜏𝑎𝑗+𝜓𝜏 𝜏𝑚𝑗 ⇒ 𝑠1 = 𝜀𝜎 = 0,865 𝜀𝜏 = 0,795 𝑠𝜎1 𝑠𝜏1 +𝑠 √𝑠𝜎1 𝜏1 = = = 261,6 2,12.1,95+0 151,7 1,7.1,58+0 63,3∗56,5 √63,32 +56,52 Vậy: 𝑠1 = 42,15 > [𝑠] = = 63,3 = 56,5 = 42,15 (Thỏa mãn) d Kiểm nghiệm tiết diện lắp khớp nối 𝑀𝑗 = 𝑀3 = Ta có: {𝑇𝑗 = 26528 𝑁𝑚𝑚 𝑑𝑗 = 𝑑3 = 28 𝑚𝑚 Do M3=0 nên ta kiểm tra hệ số an tồn tính tính tiêng ứng suất tiếp Ta có: 𝑊03 = 𝜋𝑑3 16 − 𝑏.𝑡1 (𝑑3 −𝑡1 )2 2.𝑑3 = 𝜋.283 16 − 8.4.(28−4)2 2.28 = 3981,1 (𝑁𝑚𝑚) 55 𝜏a3 = 𝜏m3 = 𝑇3 2𝑊03 = 26528 2.3981,1 = 3,33 Ta thấy tập trung ứng suất trục lắp khớp nối rãnh then lắp ghép có độ dơi Ảnh hưởng độ dôi Tra bảng [10.11/198-1] { 𝐾𝜎 /𝜀𝜎 = 2,06 𝐾𝜏 /𝜀𝜏 = 1,64 Tra bảng [10.10/198-1] { Tra bảng:B Ta có: { 10.12 198 𝜀𝜎 = 0,888 𝜀𝜏 = 0,826 [1] với trục 𝜎𝑏 =600 MPa: 𝐾𝜎 = 1,76 𝐾 /𝜀 = 1,76/0,888 = 1,98 ⇒{ 𝜎 𝜎 𝐾𝜏 = 1,54 𝐾𝜏 /𝜀𝜏 = 1,54/0,826 = 1,86 𝐾 /𝜀 = 2,06 Lấy { 𝜎 𝜎 𝐾𝜏 /𝜀𝜏 = 1,86 𝐾𝜏𝑑3 = 𝑠𝜏3 = 𝐾𝜏 +𝐾𝑥 −1 𝜀𝜏 𝐾𝑦 = 1,86+1,06−1 = 1,92 𝜏−1 151,7 = = 23,72 𝐾𝜏𝑑3 𝜏𝑎3 + 𝜓𝜏 𝜏𝑚3 1,92.3,33 + Vậ𝑠3 = 𝑠𝜏3 = 23,7 ≥ [𝑠] = 4.10 Tính chọn ổ lăn a Chọn ổ lăn Dựa vào đường kính đoạn trục lắp ổ lăn, tốc độ làm việc ổ lăn lực dọc trục FZ = 2012,65 (N) ta chọn loại ổ bi đỡ dãy theo tài liệu hãng SKF với mã sản phẩm 6207 Các thông số ổ bi 6207 sau: + Đường kính d = 35 mm 56 + Đường kính D = 72 mm + Chiều rộng ổ B = 17 mm + Khả tải động C = 27 kN + Khả tải tĩnh C0 = 13,5 kN b Kiểm nghiệm khả tải động ổ lăn Khả tải động tính theo cơng thức: 𝑚 𝐶 = 𝑄 √𝐿 < [𝐶] (4.10) Với : m: bậc đường cong mỏi L: Tuổi thọ ổ đũa Tuổi thọ ổ lăn: 𝐿= 60⋅𝑛⋅𝐿ℎ 106 = 60.1440.12000 106 = 1036,8 (triệu vòng) Tải trọng quy ước tác dụng vào ổ bi : Q = (X.V.Fr + Y.Fa ).𝑘𝑡 𝑘đ (4.11) Trong : Fr : tải trọng hướng tâm Fa : tải trọng hướng trục V : hệ số kể đến vòng quay 𝑘𝑡: hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ 𝑘đ : hệ số kể đến đặc tính tải trọng X: hệ số tải trọng hướng tâm 57 Y : hệ số tải trọng dọc trục Trong tính tốn ổ bi ta giả sử phản lực ngang lực hướng tâm nhỏ so với lực hướng trục nên bỏ qua phản lực ngang lực hướng tâm Do đó, tải trọng tác dụng lên ổ bi theo công thức sau: Q = Y.Fa.𝑘𝑡 𝑘đ Chọn hệ số tải trọng dọc trục Y = 𝑄 = 𝑌 𝐹𝑎 𝑘𝑡 𝑘𝑑 = 1.2012,65.1.1 = 2012,65 (𝑁) = 2,0127 (𝑘𝑁) 𝑚 𝐶 = 𝑄 √𝐿 = 2,0127 3√1036,8 = 20,37 𝑘𝑁 < [𝐶] = 27 𝑘𝑁 → Thỏa mãn yêu cầu khả tải động c Kiểm nghiệm ổ lăn theo khả tải tĩnh Điều kiện đảm bảo khả tải tĩnh ổ lăn 𝑄𝑡 ≤ 𝐶0 Trong đó: 𝑄𝑡 = max {𝑄 ; 𝐹𝑟} Q = 𝑋0 𝐹𝑟 + 𝑌0 𝐹𝑎 Sau bỏ qua thành phần lực hướng tâm, phản lực ngang ta có 𝑄 = 𝑌0 𝐹𝑎 Tra bảng 11.6 sách Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập ta có 𝑌0 = 0,5 𝑄 = 𝑌0 𝐹𝑎 = 0,5.2012,65 = 1006,325 (𝑁) = 1,006 𝑘𝑁 < 𝐶0 = 13,5 𝑘𝑁 Vậy ổ bi đỡ đảm bảo khả tải tĩnh Kết luận : Như ta sử dụng ổ bi đỡ dãy 6207 đảm bảo khả làm việc bơm hoạt động với thông số sau : Bảng 4.2 Thông số ổ bi đỡ Đường kính Đường Chiều rộng Khả Khả tải kính ngồi ổ lăn tải động tĩnh d = 35 mm D = 72mm B= 17 mm 27 kN 13,5 kN 58 59 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu ,học tập thực đề tài: “ Thiết kế máy bơm ly tâm cánh trụ” có Q = 20m, H = 67,5 m3/h Em hoàn thành tiến độ nội dung đặt Chương I giúp em nắm kiến thức tổng quát lịch sử phát triển , định nghĩa bơm ly tâm Em hiểu đươc nguyên lí làm việc bơm ly tâm, thông số làm việc bơm ly tâm Cấu tạo nguyên lí, phân loại ưu nhược điểm bơm ly tâm định hướng cho việc tiềm hiểu, tính tốn thiết kế bơm Chương II chương quan trọng việc tính tốn thiết kế bơm Ở chương này, em tính tốn thơng số cần thiết của bạn công tác bơm ly tâm, tính tốn kiểm nhiệm để đảm bảo cánh BCT giới hạn cho phép Em xây dựng vẽ thiết kế bánh công tác bơm ly tâm Chương III, em tìm hiểu tính toán xây dựng buồng xoắn bơm ly tâm Các thông số cần thiết đểm đảm bảo lưu lượng qua buồng xoắn, hạn chế tổn thất Ở chương này, em xây dựng vẽ thiết kế buồng xoắn với thiết diện buồng xoắn Chương III giúp em hiểu tính tốn buồng dẫn dịng dòng qua bơm ly tâm, áp dụng kiến thức em học lớp lý thuyết Chương IV phần nội dung em tính tốn độ bền trục,ổn lăn Các thơng số tính tốn cần đảm bảo u cầu độ bền, hạn chế ứng suất nguy hiểm Em tính tốn sơ dược lực đặt lên trục bơm mặt cắt tập chung ứng xuất để đưa thiết kế chế tạo trục Qua q trình tìm tịi, học hỏi hướng dẫn thầy Long, em hiểu nắm quy trình tính tốn, thiết kế bơm ly tâm cánh trụ để cấp nước cho tòa nhà R1 mà em quan tâm Em học cách thiết kế máy với công cụ vẽ đồ họa Autocad, Solidworks…Ngoài ra, em học thêm nhiều kĩ trình bày vẽ, kĩ thuyết trình… 60 LỜI CẢM ƠN Với hướng dẫn nhiệt tình từ giáo viên hướng dẫn thầy giáo Ts Ngơ Ích Long nói riêng tất thầy cô giáo môn máy tự động thủy khí nói chung đồ án mơn học em hồn thành Tuy cịn nhiều thiếu sót bước đầu tìm hiểu nghiên cứu phương pháp thiết kế bơm ly tâm hai cánh trụ nói riêng máy thủy lực cánh dẫn nói chung, bước đệm quan trọng để em phát triển định hướng thêm cho đồ án tốt nghiệp Những trải nghiệm kiến thức ngồi nghiên cứu truyền đạt từ thầy cô tới em học quí giá, lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô môn máy tự động thủy khí Qua đồ án em biết vận dụng kiến thức học lớp, kiến thức đọc qua sách chuyên ngành để tính tốn thiết kế bơm cụ thể Ngồi ra, thơng qua đồ án giúp em hồn thiện kiến thức kỹ để xây dựng vẽ thiết kế bơm hoàn chỉnh Việc học hỏi thêm kiến thức giúp em mở mang tri thức, đồng thời hỗ trợ em nhiều cho cơng việc tương lai Đó trải nghiệm bổ ích cịn ngồi giảng đường đại học Nhờ việc làm đồ án tốt nghiệp giúp em nâng cao khả làm việc độc lập làm việc nhóm trình trao đổi với bạn lớp Trong trình làm đồ án em xin chân thành cảm ơn Ts Ngơ Ích Long tận tâm hết lịng giúp đỡ em để em hồn thành đồ án Sau em xin cảm ơn tồn thể thầy Bộ mơn Máy Tự động thủy khí bạn lớp giúp em trình học tập suốt năm học vừa qua Em xin chân thành cảm ơn 61 Tài liệu tham khảo Lê Danh Liêm, Bơm quạt cánh dẫn, NXB Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 2012 Hồng Thị Bích Ngọc, Máy thúy khí cánh dẫn Bơm ly tâm hướng trục Lý thuyết tính – tính tốn – thiết kế, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2012 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế dẫn động khí tập 1,2, NXB giáo dục, 2000 Ninh Đức Tốn, Dung sai lắp ghép, NXB Giáo Dục, 2006 62