Khảo sát bơm & hệ thống hút bùn

Máy làm việc với hổn hợp bùn nước, có trọng lượng riêng lớn, hệ số ma sát lớn nên bơm hút bùn và hệ thống đường ống là việc trong điều kiện mài mòn lớn.. Bơm làm việc theo nguyên tắc ly

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴ NG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG   

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Lê Duy Cương

2 Nội dung các phần thuyết minh

Mục đích, ý nghĩa của đề tài

Tổng quan về máy hút bùn

Cơ sở lý thuyết bơm ly tâm

Các kích thước chính của bơm khảo sátCác thông số của bơm khảo sát

Xây dựng đường đặc tính làm việc của bơm khảo sát

Tính toán các lực trong bơm

Tính kiểm nghiệm bền một số chi tiết

Qui trình lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng bơm hút bùn

Bản vẽ tổng thể ghe.

Đồ thị đường đặc làm việc của bơm.4

4 Cán bộ hướng dẫn : T.S Huỳnh Văn Hoàng

5 Ngày giao nhiệm vụ : 20/02/2008

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 30/05/2008

Thông qua bộ môn Cán bộ hướng dẫn

Ngày 30 tháng 5 năm 2008 Ngày 30 tháng 5 năm 2008

3.1.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí làm việc 123.1.3 Các thông số đặc trưng của bơm ly tâm 15

3.2 Các kích thước chính của bơm khảo sát 20

3.3.1 Lưu lượng, cột áp, số vòng quay của bơm 22

3.3.3 Hiệu suất, công suất của bơm 24

3.4 Xây dựng các đường đặc tính làm việc của bơm khảo sát 263.4.1 Đường đặc tính làm việc của máy bơm 273.4.2 Đường đặc tính công suất của máy bơm 333.4.3 Đường đặc tính hiệu suất của máy bơm 333.4.4 Đường đặc tính tổn thất của máy bơm 343.4.5 Xác định điểm làm việc của bơm 38

4.1.4 Công tác lắp ráp tuyến ống và thiết bị trên đường ống 60

LỜI NÓI ĐẦU.

Ngành thuỷ lực ngày càng phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng trong tất

cả các lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp, và cả trong sinh hoạt hàng ngày… giúp nâng cao năng suất và giải phóng sức lao động

Đề tài tốt nghiệp của em là khảo sát bơm và hệ thống hút bùn của công ty

THIÊN HƯƠNG đang làm việc ở khu vực hạ lưu sông Nam Ô Đề tài khảo sát

là một đề tài thực tế và là cơ sở quan trọng đối với kỹ sư Trong quá trình làm

đồ án dưới sự hướng dẫn của thầy Huỳnh Văn Hoàng cùng với sự nổ lực của bản thân, em đã hoàn thành đề tài được giao Do kiến thức còn hạn hẹp, đây là lần khảo sát đầu tiên nên chắc sẽ có nhiều sai sót

Cuối cùng, em chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Huỳnh Văn Hoàng, cùng các thầy cô đã giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đồ án

Đà Nẵng ngày 26 / 5 / 2007

Sinh viên thực hiện:

Lê Duy Cương

1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài:

1.1 Mục đích:

Khoa học càng phát triển thì càng nhận ra nhiều ưu điểm của chất lỏng nói riêng, thủy lực nói chung Vấn đề liên quan tới thủy lực rất đa dạng và phong phú Vì thế để có được những công trình ứng dụng có giá trị trong thực tế cần phải trải qua quá trình lâu dài và phức tạp, từ lí thuyết đến thực hành, từ thí nghiệm đến thực nghiệm rồi đến thực tế Việc làm đồ án tốt nghiệp về đề tài này trước khi ra trường lần này không nằm ngoài mục đích đó:

+ Tìm hiểu cơ bản về máy hút bùn và khảo sát bơm hút bùn

+ Nắm vững hơn về lỉnh vực hút bùn cát

+ Tôi luyện khả năng làm việc độc lập, sáng tạo và tổng hợp kiến thức để giải quyết một vấn đề của người lao động nói chung, của người kỹ sư nói riêng

1.2 Yêu cầu:

Làm việc có mục đích là yêu cầu của con người nói chung, của người tri thức nói riêng Để đạt thực hiện được điều này phải có yêu cầu cụ thể cho mỗi vấn đề, mỗi công việc xắp được thực hiện Yêu cầu tổng quát nhất của mọi vấn

đề khoa học và đời sống nói chung, của đề tài lần này nói riêng là đáp ứng tốt hiệu quả về kỹ thuật và kinh tế, cụ thể là:

+ Cơ bản hoàn chỉnh việc khảo sát bơm và hệ thống hút bùn

+ Nêu được những đặc điểm riêng của bơm hút bùn

+ Cơ bản hoàn thành các bản vẽ quan trọng về bơm và hệ thống hút bùn.+ Thực hiện theo đúng tiến độ, kế hoạch đã định ra

+ Có những sáng kiến thiết thực để nâng cao năng suất làm việc của máy

2 Tổng quan máy hút bùn:

2.1 Đặc điểm chung về máy hút bùn:

2.1.1 Giới thiệu chung:

Máy hút bùn dùng để hút bùn cát ở đáy sông, hồ Bùn cát ở đáy sông gồm những hạt khoáng chất, cát, sỏi cuội, đá dăm, đá tảng chuyển động trong dòng nước hay bồi lắng trên lòng sông Bùn cát trên sông ngoài hình thành một phần là do phong hóa, bào mòn xâm thực trên bề mặt lưu vực và bị nước cuốn trôi vào lòng sông một phần do sự xói lở lòng sông như sạt lở bờ, xói lở ở đáy tạo thành

Căn cứ vào kích thước đường kính của bùn cát có thể phân thành: Đá

Bảng 2 – 1 Bảng phân loại bùn cát theo đường kính hạt

(mm)

Chất lơ lửng

SétBùn hạt nhỏBụn hạt lớn Bụi nhỏBụi lớn Cát mịn

0,0010,005 - 0,0010,010 – 0,0050,050 – 0,0100,100 – 0,0500,200 – 0,100

Chất vừa lơ lửng

vừa di đáy

Cát trung bìnhCát thô

Sỏi nhỏ Sỏi trung bình

0,500 – 0,2001,000 – 0,5002,000 – 1,0002,000 – 5,000

Chất di đáy

Sỏi lớn

Đá cuội loại nhỏ

Đá cuội trung bìnhCuội lớn

Đá tảng nhỏ

Đá tảng lớn

5,000 – 10,0010,00 – 20,0020,00 – 50,0050,00 – 100

Hình 2 – 1 Sơ đồ khối máy hút bùn

1 Động cơ 2 Bơm hút bùn 3 Bơm tạo hổn hợp

4, 5 Đường ống hút, đẩy của bơm hút bùn

6, 7 Đường ống hút, đẩy của bơm tạo hổn hợp

2.1.2 Nhiệm vụ, yêu cầu của máy:

Máy hút bùn có nhiệm vụ hút bùn cát từ đáy sông lên bờ, để nạo vét làm sạch lòng sông hồ hoặc để lấp hồ ao

Yêu cầu của máy là làm việc có năng suất cao, hổn hợp bùn nước đạt được độ đậm đặc cao, máy làm việc ổn định ít phải điều chỉnh

2.1.3 Điều kiện làm việc:

Máy làm việc trên sông nước nên điều kiện làm việc chịu ảnh hưởng trực tiếp của thời tiết

Máy làm việc với hổn hợp bùn nước, có trọng lượng riêng lớn, hệ số ma sát lớn nên bơm hút bùn và hệ thống đường ống là việc trong điều kiện mài mòn lớn

Riêng bánh công tác của bơm hút bùn làm việc trọng điều kiện va đập mạnh

Máy làm việc ở khu vực hạ lưu sông, môi trường nước lợ nên máy bị ăn mòn hóa học cao, dễ bị oxi hóa

Lớp bùn cát dưới lòng sông phân bố không đồng đều và độ kết dính cũng khác nhau vì vậy trong quá trình làm việc máy thường xuyên phải điều chỉnh, tải trọng của máy thay đổi liên tục

2.2 Các bộ phận chính của máy hút bùn:

2.2.1 Động cơ:

Động cơ dùng cho máy hút bùn có thể là động cơ điện hoặc động cơ nổ,

và là động cơ có công suất lớn (lớn hơn 100KW) Động cơ phải có khả năng chịu tải thay đổi thường xuyên nên thường dùng động cơ Điêzen

Ở máy hút bùn khảo sát động cơ sử dụng là động cơ Điêzen V8

Đây là động cơ IAMZ 238 do Nga sản xuất:

Hình 2 – 2 Động cơ IAMZ 238

Động cơ IAMZ 238 có các thông số kỷ thuật như bảng 2 – 2

Bảng 2 – 2 Bảng thông số kỷ thuật của động cơ IAMZ

Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất: 1450 (vòng / phút)

Mômen cực đại / số vòng quay: 883 /450 ( N.m / vòng/phút)

Số vòng quay khi không tải: Lớn nhất: 2275(vòng / phút)

Bé nhất:550 – 600(vòng/phút)Suất tiêu hao nhiên liệu: 225 ( g / kw.h)

2.2.2 Bơm hút bùn:

Bơm hút bùn là loại bơm ly tâm có lưu lượng lớn Đường ống hút và đẩy thường có đường kính khá lớn phụ thuộc vào lưu lượng yêu cầu của máy ( thường lớn hơn 150 mm )

Bánh công tác của bơm có ít cánh để tránh bị kẹt bùn, thông thường có từ

3 đến 5 cánh

Ở bơm khảo sát lưu lượng là 450 m3 / h, đường kính ống hút và đẩy đều bằng 220 mm, bánh công tác có 3 cánh

2.2.3 Bơm tạo hổn hơp:

Là một loại bơm hút nước cỡ trung, được dẫn động bằng động cơ qua bộ truyền dây đai Dùng để tao hổn hợp bùn nước và làm mát động cơ cũng như làm mát phớt làm kín trục của bơm hút bùn

2.2.4 Hệ thống đường ống:

Hệ thống đường ống của bơm hút bùn:

+ Đường ống hút: đối với bơm hút bùn đường ống hút cần có trọng lượng lớn để ngập sâu vào trong bùn nên thường dùng là loại ống bằng thép có sơn lớp sơn chống oxi hóa do môi trường nước lợ Thép dùng làm ống hút của bơm hút bùn cần có khả năng chống mài mòn tốt, thường là thép hợp kim

+ Đường ống đẩy: thường là các loại ống bằng cao su, có thể dùng ống bằng nhựa Yêu cầu với hệ thống đường ống đẩy là chống mài mòn tốt, có hệ

số ma sát (độ nhám) nhỏ, có khả năng uốn cong theo sự nhấp nhô của địa hình

Hệ thống đường ống của bơm tạo hổn hợp:

Đối với bơm tạo hổn hợp hệ thống đường ống không có yêu cầu gì đặc biệt, thông thường là bằng cao su

Đối với hệ thống đường ống của máy khảo sát có dặc điểm như trong bảng 2-3

Bảng 2 – 3 Đặc điểm của đường ống

Bơm hút

bùn Đường ống hút

Vật liệu là thép, có đường kính bên trong là

220 mm, chiều dày 15 mm, chiều dài là 3 m

Đường ống đẩy

Vật liệu là cao su, có đường kính bên trong

là 220 mm, chiều dày 15 mm, chiều dài phụ thuộc vào vị trí hồ cần lấp nhưng lớn nhất

Đối với những máy hút bùn hiện đại hệ thống điều khiển bằng điên tử, bằng thủy lực, bằng cơ khí và được điều khiển bằng nút nhấn hoặc cần gạt Quá trình điều khiển diển ra nhẹ nhàng và hiệu quả cao Để điều khiển máy hút bùn thì có 3 phương pháp:

+ Thay đổi theo phương dọc máy

+ Thay đổi theo phương ngang

Đối với hệ máy hút bùn khảo sát hệ thống điều khiển khá đơn giản, hoàn toàn thủ công Sơ đồ được thể hiện qua hình 2

3 2

1

Hình 2 – 3 Hệ thống điều khiển

1 Ống hút của bơm hút bùn; 2 Tang điều khiển lên xuống;

3 Hai tang điều khiển theo phương dọc

Do ống hút của bơm hút bùn làm bằng thép nên nó tự ngập vào trong bùn

để hút bùn Dựa theo độ đậm đặc của bùn mà ta điều chỉnh vị trí của ống hút sao cho hợp lý

Khi độ đậm đặc nhỏ hơn với yêu cầu thì ta thả tang 2 để ống hút tự chìm xuống tăng độ đậm đặc của hổn hộp Ngược lại độ đậm đặc lớn bơm không có khả năng hút thì ta phải quay tang 2 để ống hút đi lên giảm độ đậm đặc xuống.Khi lượng bùn ở dưới không đủ thì ta di chuyển máy tiến lên vị trí khác bằng cách quay 2 tang 3

3 Khảo sát bơm hút bùn:

3.1 Cơ sở lý thuyết bơm ly tâm:

3.1.1 Khái niệm và phân loại:

- Bơm ly tâm thuộc loại bơm cánh dẫn và được dùng phổ biến nhất trong các loại bơm Bơm làm việc theo nguyên tắc ly tâm có sự dẫn hướng của cánh dẫn để đưa chất lỏng chuyển động qua bánh công tác từ tâm ra ngoài

- Các loại bơm ly tâm:

+ Bơm ly tâm một cấp:

Bơm ly tâm một cấp một cửa vào (Hình 3 – 1 a)

Bơm ly tâm một cấp hai cửa vào (Hình 3 – 1 b).

+ Bơm ly tâm nhiều cấp:

Bơm ly tâm nhiều cấp bố trí bánh công tác đối xứng (Hình 3 – 2 a).Bơm ly tâm nhiều cấp bố trí bánh công tác kế tiếp nhau (Hình 3 – 2 b)

a Bơm ly tâm nhiều cấp bố trí bánh công đối xứng

b Bơm ly tâm nhiều cấp bố trí bánh công kế tiếp nhau

3.1.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí làm việc:

* Sơ đồ cấu tạo ( Hình 3 – 3 ) :

Chức năng của từng bộ phận:

+ Ống hút số 1: Nó dùng để dẫn chất lỏng từ bể hút vào bơm và được nối

với bộ phận dẫn dòng vào khi lắp bơm vào hệ thống (nếu đường kính ống hút

và bộ phận dẫn dòng vào có kính thước khác nhau thì phải thông qua ống nối

có dạng côn để giảm tổn thất cục bộ)

+ Bộ phận dẫn dòng vào số 2: Nó có dạng côn thu dần, mục đích để tạo trường vận tốc ổn định khi chất lỏng đi vào rãnh cánh để giảm tổn thất thủy lực

+ Buồng xoắn (hay bộ phận dẫn dòng ra) số 3: Nó có tiết diện thay đổi dần có nhiệm vụ dẫn chất lỏng từ rãnh cánh của guồng động ra bộ phận dẫn dòng ra 7 và tạo trường vận tốc ổn định (thường là không đổi) Đôi khi có cánh hướng dòng để giảm tổn thất

+ Bánh công tác số 4: Nó là bộ phận quan trọng nhất của bơm bao gồm ba phần (đĩa trước, đĩa sau và các cánh dẫn) cố định với nhau tạo thành các rãnh cánh (nó được chế tạo bằng phương pháp đúc hoặc hàn)

+ Phớt làm kín số 5: Nó có nhiệm vụ hạn chế sự rò rỉ chất lỏng và dẫn nhiệt sinh ra do ma sát giữa phớt và trục

+ Trục dẫn động số 6: Nó dùng để truyền dẫn mômen quay từ động cơ đến bánh công tác

+ Ống ra số 7: Nó có dạng loe nhằm biến một phần động năng thành áp năng để giảm tổn thất khi chất lỏng chảy trong ống đẩy

+ Ống đẩy số 8: Nó dùng để dẫn chất lỏng từ bơm vào bể đẩy và được lắp ghép với ống ra khi lắp bơm vào hệ thống và cũng dùng ống nối khi kính thước của chúng khác nhau nhiều

* Nguyên lí làm việc chung:

Bơm muốn làm việc được cần cần mồi bơm cho chất lỏng ngập bánh công tác vì ở điều kiện bình thường khối lượng riêng của nước lớn hơn nhiều so với không khí (830 lần)

Bơm làm việc theo nguyên lý cánh dẫn: Khi bánh công tác quay làm cho chất lỏng trong rãnh cánh quay theo, lực ly tâm làm cho chất lỏng văng ra theo hướng bán kính Do cấu tạo của rãnh cánh của bánh công tác hướng chất lỏng thành dòng đưa chất lỏng từ tâm vào buồng xoắn nhờ đó làm giảm áp suất (hoặc tạo độ chân không) ở đầu vào bánh công tác do thiếu chất lỏng và làm tăng áp suất (hoặc tạo áp suất dư) ở đầu ra bánh công tác Do quá trình đó diễn

ra liên tục nên chất lỏng từ bể hút luôn luôn chuyển động vào bánh công tác theo ống hút và ra khỏi bánh công tác vào bể đẩy theo ống đẩy tạo thành dòng liên tục khi bơm hoạt động

Hình 3 – 3 Sơ đồ cấu tạo bơm ly tâm một cấp một cửa vào.

1 Ống hút; 2 Phần dẫn dòng vào; 3 Buồng xoắn (bộ phận dẫn dòng ra); 4 Bánh công tác; 5 Phớt làm kín; 6 Trục bơm;

3.1.3 Các thông số đặc trưng của bơm ly tâm:

- Trong nghiên cứu lí thuyết và xây dựng các công thức, để đơn giản người ta đưa ra 3 giả thuyết và sau đó thêm vào các hệ số hiệu chỉnh:

+ Giả thuyết về số cánh dẫn nhiều vô cùng : Z → ∞

+ Giả thuyết về cánh dẫn mõng vô cùng : s → 0

+ Giả thuyết về chất lỏng không có độ nhớt: ν → 0

3.1.4 Đặc điểm thủy lực của bơm:

của chất lỏng tại mép vào bánh công tác2(U2,W2,C2, p2) Vận tốc vòng, vận tốc tương đối, vận tốc tuyệt đối, áp suất

của chất lỏng tại mép ra bánh công tác3(C3, p3) Vận tốc, áp suất của chất lỏng sau mép ra bánh công tác

Quan hệ giữa C, W và U tạo thành tam giác vận tốc (Hình 3 – 5)

Chỉ số (u) nói lên hình chiếu của vectơ C lên phương của U

Chỉ số (m) nói lên hình chiếu của vectơ C lên phương vuông góc với U Chỉ số i bằng 1 khi xét tam giác vận tốc ở đầu vào bánh công tác và bằng

2 khi xét ở đầu ra bánh công tác

R− 1 ( )=

ρ

Trong đó:

R: Gia tốc lực khối.

W: Vận tốc tương đối của chất lỏng chuyển động trong ống quay.

ρ : Khối lượng riêng của chất lỏng.

p : Áp suất chất lỏng tại điểm đang xét.

t : Thời gian.

22

2 2

const g

U g

p g

p g

W g

U g

p g

W

22

22

2 2 2

2 2

2 1 1

C H g

p g

C

ρ

2 3 0

2 0

2

Vì điểm 0 rất sát với điểm 1, điểm 2 rất sát với điểm 3 nên có thể xem như

C 0 = C 1 , p 0 = p 1 , C 2 = C 3 , p 2 = p 3, và từ hai phương trình trên suy ra được:

t d

H H

C U C U g H H g

C W g

U U g

C C

H

t d

1 1 2 2

2 2

2 1

2 1

2 2

2 1

2

22

Công suất thủy lực (Ntl): Ntl = ρ.g.Q.H.

Công suất máy (N): Đây là công suất bao gồm cả tổn thất

Với động cơ, tuốc bin:

tl

N

N

=η

Có ba giá trị hiệu suất đặc trưng cho ba loại tổn thất chính trong máy thủy lực đó là:

Hiệu suất cơ khí (ηck): Đặc trưng cho tổn thất năng lượng do ma sát cơ

khí và ma sát giữa chất lỏng với bề mạt không làm việc của máy

Hiệu suất thủy lực (ηQ): Đặc trưng cho tổn thất năng lượng do dò rỉ chất

Số vòng quay đặc trưng là ứng dụng đồng dạng trong việc mô hình hóa

máy thủy lực (với H S = 1m, N S = 0,736 kW) Mỗi loại bơm có số vòng quay đặc trưng khác nhau, bơm ly tâm có số vòng quay đặc trưng nằm trong khoảng

35 ÷300 (v/p)

H

N H n

n s =1,167

Với nước:

H

Q H

n

n s =3,65

3.1.7 Chiều cao đặt bơm an toàn:

Để bơm làm việc không bị hiện tượng xâm thực phá hoại thì phải đặt bơm thấp hơn giới hạn chiều cao cho phép:

HS = h th H

900

10− ∇ − −σ (m)

Trong đó :

∇: Cao trình đặt bơm so với mặt nước biển (m)

hth: Tổn thất thủy lực trên đường ống hút (m)

2 2

22

1

u u â

g H H

H â t

2

2 2

g

U H

Thông thường góc 0

2 =19o ÷35

3.1.9 Đường đặc tính của bơm:

Đường đặc tính của bơm là một loại thông số rất quan trọng thể hiện khảHình 3 – 6 Các trường hợp đặc biệt của góc đặt cánh

β2< 90°

năng làm việc và tính tính kinh tế của bơm Đường đặc tính lí thuyết được xây dựng trên cơ sở các công thức tính toán lí thuyết với các giả thuyết lí tưởng nêu

ở phần 2.3 và chỉ cần thiết khi tính thiết kế bơm mà thôi, còn khi sữ dụng người ta xây dựng và dùng các đường đặc tính thực nghiệm Đường đặc tính thực nghiệm khác với lí thuyết là do có các tổn thất với hai loại tổn thất cơ bản

C U U

=

Với: W2u là hình chiếu của W lên phương của U

ba

H

Q

N-Q H-Q

0, η 0,

Vậy quan hệ giữa cột áp và lưu lượng của trường hợp lí tưởng là tuyến tính (Hình 3 – 7).

3.1.11 Các tổn thất xuất hiện khi không có điều kiện lí tưởng (Hình 3 – 7):

+ Khi số cánh là hữu hạn thì đường đặc tính thấp hơn do sự chèn dòng của các dòng nguyên tố (đường số 4)

+ Khi chiều dày cánh là đáng kể thì sẽ xuất hiện tổn thất do va đập (đường

số 5)

+ Khi chất lỏng có tính nhớt thì sẽ xuất hiện tổn thất do nội ma sát trong chất lỏng và giữa chất lỏng với thành rãnh cánh (đường số 6)

3.1.12 Đường đặc tính thật của bơm (H – Q):

Đường đặc tính thật của bơm hay còn gọi là đường đặc tính cơ bản (đường số 7, Hình 3 – 7) có được khi ta lấy đường đặc tính lí thuyết trừ đi các các đường tổn thất nói trên

3.1.13 Các đường đặc tính của bơm:

Để đánh giá một bơm về các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật có bốn đường đặc tính để người sữ dụng lựa chọn (Hình 3 – 8 a):

 (H – Q): Đường đặc tính cơ bản của máy bơm.

 (N – Q): Đường đặc tính công suất của máy bơm.

 (η – Q): Đường đặc tính hiệu suất của máy bơm.

 (h ck - Q): Đường đặc tính cột áp chân không của máy bơm.

Ngoài các đường đặc tính trên người ta còn dùng đường đặc tính tổng hợp (Hình 3 – 8 b)

3.2 Các kích thước chính của bơm khảo sát:

Bơm hút bùn khảo sát có kích thước chính như hình 3 – 9

1718

19

161514

1312

1110

115

Hình 3 – 9 Các kích thước chính của bơm hút bùn

1 Vỏ bơm; 2 Bulông nắp vỏ bơm; 3.Nắp trước vỏ bơm; 4 Đệm nắp vỏ bơm; 5 Đệm lót miệng ống hút; 6 Miệng ống hút;

7 Lổ lắp bu lông; 8 Bánh công tác; 9 Miệng ống đẩy; 10 Nắp vỏ sau; 11 Phớt làm kín nắp ổ; 12 Nắp đổ dầu;

13 Vỏ đỡ ổ đủa; 14 Nắp ổ; 15 Trục bơm; 16 Ổ bi đủa; 17 Chân đế; 18 Bulông xã dầu; 19 Mắt dầu

3.3 Thông số của bơm khảo sát :

3.3.1 Lưu lượng, cột áp, số vòng quay của bơm:

•Lưu lượng:

Lưu lượng của bơm là lượng chất

lỏng mà bơm vận chuyển được trong một

đơn vị thời gian

Lưu lượng của bơm được xác định

bằng các dụng cụ đo tức thời lắp trên

đường ống đẩy: dùng ống Venturi, tấm

chắn hoặc các dụng cụ đo trung bình

bằng thùng

Lưu lượng kế Venturi: Cụ thể là

dùng một cái lắp đứng (Hình 5.7 a) và

một cái lắp nằm ngang (Hình 5.7 b)

Chức năng của từng chi tiết:

+ 1: Ống thủy tinh, nó dùng để đo

đo và quan sát độ chênh áp do lưu lượng

kế tạo ra

+ 2, 5: Đầu nối ống phía vào và ra, dùng để lắp lưu lượng vào hệ thống đường ống

+ 3: Phần ống thu, là nơi tạo ra sự thu hẹp dòng chảy

+ 4: Phần ống loe, là nơi hồi phục lại vận tốc dòng chảy

♦ Đặc điểm cấu tạo của lưu lượng kế:

+ Lưu lượng kế là sự lắp ghép của các chi tiết (các đường ống) nhằm dễ chế tạo

+ Ngoài việc tạo ra khoảng cách li động năng dòng chảy thì các lỗ thông còn được bố trí đối xứng với các ống thủy tinh để hạn chế gần như hoàn toàn động năng dòng chảy đến việc đo áp suất tĩnh

Bơm khảo sát được thiết kế với lưu lượng Q = 450 ( m3/h )

•Cột áp: H( m)

Cột áp của bơm chính là năng lượng đơn vị mà truyền cho chất lỏng Cột

áp mà máy bơm tạo được phụ thuộc vào sự biến đổi năng lượng của dòng chất lỏng và khả năng sinh công của lực ly tâm

Đối với bơm khảo sát cột áp khi thiết kế được tính bằng 50 m

Hình 3 – 10 Kết cấu lưu lượng

kế

5

4 3

1 2

b a

Đối chiếu với đồ thị phạm vi sử dụng các loại bơm thông dụng ta thấy

bơm khảo sát có lưu lượng 450 (m3/h) và cột áp 50 (m) thuộc khu vực bơm ly tâm

Hình 3 – 11 Phạm vi sử dụng các loại bơm thông dụng.

Dựa vào đồ thị sử dụng các loại bơm ly tâm ta thấy việc chọn bơm ly tâm trục ngang một cấp một miệng hút ở đây chưa hợp lý

Hinh 3 – 12 Sơ đồ lựa chọn tổng thể các loại bơm ly tâm.

A – Bơm ngang một cấp một miệng hút

B – Bơm ngang nhiều cấp một miệng hút

C – Bơm ngang một cấp hai miệng hút hoặc bơm thẳng đứng

D – Bơm ngang nhiều cấp hai miệng hút

E – Bơm ngang nhièu cấp một miệng hút

Q = 75 ( lít /s )

H = 1 ( m )

Số vòng quay đặc trưng có ý nghĩa rất lơn trong việc tính toán, thiết kế

và sử dụng máy thủy lực cánh dẫn Theo [ 2 ] ta có:

=1,167 =1,167 g.Q H.10−3

H

n H

N H

n

Trong đó: n = 1450 (vòng/phút) Số vòng quay của trục bơm

H = 50 (m) Cột áp của bơm

Q = 450 (m3/h) Lưu lượng của bơm

ρ : Khối lượng riêng của hổn hợp bùn nước

Trong tính toán có thể lấy: ρhh = 2,65.ρnước = 2,65.1000 =2650 (KG/m3).

3600

450.81,9.265050

1450.167,

s

Theo bảng phân loại bơm cánh dẩn theo ns ta thấy với kết cấu của bơm và

số vòng quay đặc trưng ns = 162 là hợp lí, bơm khảo sát thuộc loại bơm cánh dẩn có ns cao

3.3.3 Hiệu suất, công suất của bơm:

a Hiệu suất:

• Hiệu suất thủy lực của bơm ( ηtl ):

Tổn thất cột áp của dòng chảy qua máy gọi là tổn thất thủy lực, được đánh bằng hiệu suất thủy lực

Hiệu suất thủy lực của bơm phụ thuộc vào sự hoàn thiện hình dáng phần dẩn dòng của bơm, chất lượng gia công phần dẩn dòng và kích thước của bơm.Theo [ 1 ]

2

1 0,172)(lg

42,01

−

−

=

td tl

•Hiệu suất lưu lượng ( ηQ ):

Tổn thất rò rỉ chất lỏng làm giảm lưu lượng làm việc của máy gọi là tổn thất lưu lượng, được đánh giá bằng hiệu suất lưu lượng

Theo [ 1 ] ta có:

3

2

)(68,011

+

=+

Q

n Q

Q

η

013,1162.68,01

1 = + −32 =

Q

η

=> ηQ =1/1,013 = 0,98

•Hiệu suất cơ khí ( ηc ):

Một phần năng lượng mà bơm nhận được từ động cơ đã bị tổn thất để chống lại ma sát cơ khí trong bơm

Trong bơm có: ma sát ở mặt ngoài bánh xe công tác va chi tiết khác của rôto với chất lỏng ( ma sát ở 2 đĩa ), ma sát ở đệm chống thấm, ma sát ở các ổ trục.

Do máy bơm hút bùn nên hiệu suất cơ khí khá cao do hệ số ma sát của bùn cát với thép lớn ηc = 0,94

•Hiệu suất của bơm ( η ):

η = ηc.ηQ.ηtl

η = 0,9.0,98.0,94 = 0,83.

b Công suất của bơm:

•Công suất thủy lực Ntl :

Công suất thủy lực (công suất có ích ) là cơ năng mà chất lỏng chao đổi với máy trong một đơn vị thời gian

Theo [ 2 ]

Ntl = ρ.g.Q.H (W)Trong đó: g = 9,81 ( m/s2 )

ρ = 2650 (KG/m3)

Q = 450 (m3 / h ) = 0,125 (m3 /s )

H = 50 ( m)

Ntl = 2650.9,81.0,125.50 =162478 (W) =162,478 (KW)

•Công suất trên trục bơm Nb :

Công suất trên trục bơm là công suất đòi hỏi động cơ phải cung cấp cho máy bơm tại trục bơm, nó đòi hỏi phải lớn hơn công suất thủy lực vì bơm bơm phải tiêu hao một phần năng lượng để bù vào các tổn thất: thủy lực, cơ khí, lưu lượng

Theo [ 2 ]

Nb = 195,76( )

83,0

3.4 Xây dựng các đường đặc tính làm việc của bơm khảo sát:

(Tại số vòng quay n =1450 vòng/phút)

Việc xây dựng các đường đặc tính được thực hiện bằng các thí nghiệm, từ các số liệu của thí nghiệm ta xây dựng được các đường đặc tính thực nghiệm Tuy nhiên do điều kiện khách quan trong phạm vi của đồ án không thực hiện được vì vậy ta chỉ xây dựng được các đường đặc tính bằng phương pháp lý thuyết

Các thông số Q, H, N, η, ht thay đổi theo các chế độ làm việc của bơm với

số vòng quay n không đổi (n = 1450 vòng/phút) Các quan hệ H = f1(Q); N =

f1(Q); η = f1(Q); ht = f1(Q) biểu thị đặc tính làm việc của bơm, được biểu diễn dưới dạng giải tích nên gọi là các phương trình đặc tính hoặc được biểu diễn bằng các đồ thị gọi là các đường đặc tính của bơm

Các đường đặc tính được xây dựng từ các số liệu tính toán gọi là đường đặc tính tính toán Các đường đặc tính ứng với số vòng quay làm việc không đổi gọi là đường đặc tính làm việc

Xây dựng các đường đặc tính của bơm rất quan trọng, nó giúp ta biết một cách nhanh chóng các chế độ làm việc có lợi nhất trong khi điều chỉnh bơm, giúp ta đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của bơm Có bốn đường đặc tính quan trọng của bơm đó là:

 (H – Q): Đường đặc tính làm việc của máy bơm

 (N – Q): Đường đặc tính công suất của máy bơm

 (η – Q): Đường đặc tính hiệu suất của máy bơm

 (ht – Q): Đường đặc tính tổn thất của máy bơm

3.4.1 Đường đặc tính làm việc của máy bơm.

Đường đặc tính làm việc của bơm chính là đường biểu diển quan hệ H –

Q với số vòng quay làm việc của bơm (n = 1450 vòng/phút)

Từ phương trình cơ bản ta xây dựng đường đặc tính lí thuyết của bơm khảo sát:

π

2

10

b R

Q

π

−

Trong đó: Q tính bằng lít/s

R2, b2 tính bằng m

C2m tính bằng m/s

C2m = − =

095,0.192,0.2

10 3

Vậy : Hlt∞ = 29.(29 – 8,73.10-3.Cotgβ2.Q)/g

= 29.(29 – 8,73.10-3.Cotg210.Q)/9,81 = 85,73 – 0,067.Q

Đường biểu diễn giữa Hlt∞ - Q gọi là đường đặc tính cơ bản lý thuyết, đó

là một đường thẳng không qua gốc tọa độ Đối với bơm ly tâm thì do β2 < 900 nên đường đặc tính lý thuyết của bơm là đường nghịch biến bậc nhất AD Đường đặc tính lý thuyết AD biểu diễn phương trình cơ bản trong đó chưa kể tới ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn và các loại tổn thất Khi kể đến ảnh hưởng do số cánh dẫn có hạn, cột áp của bơm là Hlt bé hơn Hlt∞ Nguyên nhân

là do sự phân bố vận tốc không đồng đều theo vòng tròn trong rãnh giữa các cánh trong bánh công tác

1 2

r

r z

z

−

= ψε

Hệ số ψ có thể tính theo công thức:

815,021sin6,06,0sin6,0)65,055,0

1.3

815,0.2

Bây giờ ta xét đến ảnh hưởng của các loại tổn thất: Tổn thất ma sát Htmx và tổn thất va đập Hvđ

•Tổn thất ma sát (Htmx):

Khi chất lỏng chảy vào bánh công tác thì một phần cột áp của bơm bị tổn thất do lực ma sát trên các cánh dẩn của bánh công tác, đây gọi là tổn thất ma sát Htmx

Ta xét chuyển động của chất lỏng trong bánh công tác tương tự như chuyển động của chất lỏng trong 3 ống hình loe có chiều rộng của lối vào, lối

ra và chiều dài lần lượt là: A’B’ = chiều dài cung AB = 205 mm

C’D’= chiều dài cung DC = 385 mm

A’D’= chiều dài cung AD = 300 mm

A D

Ta xác định trạng thái của dòng chảy trong ống A’B’C’D’:

Vận tốc tại cửa vào, cửa ra của ống là:

)/(63,1125,0.205,0.3.3600

450'

'.3

b B A

=

)/(87,0125,0.385,0.3.3600

450'

'.3

b D C

2

125,0.205,0)''.(

b B

+

=+

=

=χω

)(047,0)125,0385,0.(

2

125,0.385,0)

''.(

b D

+

=+

=

=χω

0,01.101,63.0,039

Re1 = -4 =

0,3164R

0,3164

0,25 0,25

0,3164R

0,3164

0,25 0,25

l dd

g d Q d

l

.8

.2

)

.4(

2 5

2 2

πλ

πλ

g

Q d

l

h ms

πλ

188 , 0 156 , 0 2

2

2

l

h ms

2

2 4 2

2

021,0 8.156,0

3,0.2

021,0 8.188,0

3,0.2'

π

Q g

Q

h’ms = 120.Q2 (Q tính bằng m3/s) h’ms = 0, 12.10-3.Q2 (Q tính bằng lít/s)Tổn thất ma sát trong bánh công tác là:

150 59.01 10.80 48.21

Đồ thị Hlt – Q khi tính đến tổn thất ma sát trong bánh công tác

Hình 3 – 16 Đồ thị Hlt – Q khi tính đến tổn thất ma sát trong bánh công tác

•Tổn thất va đập (Hvđ):

Tổn thất va đập là một hàm bậc 2 của Q có dạng: hvđ = A.Q2 + B.Q + CTrong đó: C ≈ 1/3.66,85 = 23

Parabon qua điểm có cực tiểu là điểm làm việc H = 0 m, Q = Qlv = 125 lít/s và đi qua điểm H = 23 m, Q = 0 lít/s

=++

23

368,0

10.473,1

0125

2

023125.125

2

C B A B

A

B A

C

 hvđ = 1,47.10-3.Q2 – 0,368.Q + 23

Ta có bảng số liệu:

Bảng 3 – 3Q(lít/s) Htms(m) hvd(m) H (m)

3.4.2 Đường đặc tính công suất của máy bơm.

Đường đặc tính công suất dẫn động của máy bơm được xác định từ bảng

số liệu thực tế sau:

Bảng 3 - 4Q(lít/s) 0 20 40 60 80 100 120 125 140 160 180 200N(Kw) 91 108 126 143 160 176 191 194 203 213 219 219

Đồ thị công suất dẫn động N – Q:

Hình 3 – 18 Đồ thị công suât dẫn động N – Q

3.4.3 Đường đặc tính hiệu suất của máy bơm.

Hiệu suất của máy bơm tính theo công thức:

N

N tl

=η

Công suất thủy lực của máy bơm đựơc tính theo công thức sau:

Ntl = ρ.g.Q.H.10-3 ( W )Q: lưu lượng tính bằng lít/s

H = Hlt - hms - hvd

Ta có bảng số liệu:

Bảng 3 – 5

3.4.4 Đường đặc tính tổn thất của máy bơm.

Cột áp của bơm để thắng tổn thất dọc đường, tổn thất cục bộ và độ chênh lệch áp suất giửa bể hút và đẩy

ht = ∑ hd + ∑ hc + HđhTheo [ 2 ] ta có: ∑ hd = hdh + hdd

Trong đó hdh : là tổn thất dọc đường trên đường ống hút

hdd : là tổn thất dọc đường trên đường ống hút