MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦUvChương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM CÁNH DẪN THỦY LỰC11.1 Sự ra đời và phát triển của máy cánh dẫn11.2 Phân loại và phạm vi sử dụng31.2.1 Phân loại theo số vòng quay đặc trưng31.2.2 Theo dạng chất lỏng vận chuyển31.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng của máy bơm ly tâm hai miệng hút ở trong và ngoài nước.41.3.1 Công dụng và lĩnh vực sử dụng của bơm cánh dẫn41.3.2 Ứng dụng bơm ly tâm trong công nghiệp khai thác.61.3.2.1 Bóc đất đá trong khai thác lộ thiên71.3.2.2 Vận chuyển than bùn, than cám, nạo vét đáy moong81.3.2.3 Vận chuyển than kíp lê thương phẩm91.3.2.4 Thoát nước trong khai thác10Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM LY TÂM HAI MIỆNG HÚT132.1 Thông số thiết kế bơm của đồ án132.2 Tính toán thủy lực bánh công tác132.2.1 Tính toán các thông số làm việc của bánh công tác132.2.1.1 Xác định số vòng quay đặc trưng của bơm132.2.1.2 Xác định hiệu suất và công suất của bơm142.2.2 Tính các kích thước vào chính của bánh công tác162.2.3 Xác định các thông số ra chính của bánh công tác192.2.4 Thiết kế biên dạng kinh tuyến bánh công tác232.2.5 Tính toán xây dựng biên dạng cánh bánh công tác262.3 Tính toán thiết kế buồng xoắn332.3.1 Kết cấu công dụng của cơ cấu dẫn dòng ra332.3.2 Các đặc điểm của buồng xoắn342.3.3 Đặc tính của cơ cấu dẫn dòng xoắn342.3.4 Chuyển động của chất lỏng trong buồng xoắn362.3.5 Tính toán thiết kế buồng xoắn hình thang quy luật vur = const372.4 Tính toán thiết kế buồng dẫn dòng vào412.4.1 Kết cấu và nhiệm vụ412.4.2. Những ưu điểm khi sử dụng buồng hút nửa vỏ xoắn trong bơm ly tâm vỏ xoắn hai miệng hút422.4.3. Phân tích khả năng làm việc và chọn các kích thước tính toán thuỷ lực cơ bản của buồng hút nửa vỏ xoắn.43Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC BƠM513.1 Tính sơ bộ kích thước hình học của trục bơm513.1.1 Chọn vật liệu513.1.2 Tính sơ bộ đường kính trục bơm513.1.3 Tính chọn chiều dài trục513.1.4 Các loại tải trọng tác dụng lên trục523.1.4.2 Trọng lượng của trục533.2 Mômen xoắn dẫn động bơm533.3 Tính sơ bộ độ võng tại tiết diện bánh công tác:543.4 Tính toán xác định tốc độ quay tới hạn của trục bơm543.5 Tính phản lực tại các gối đỡ543.6 Xác định moomen tương đương tại các vị trí.553.7 Biểu đồ momen573.8. Kiểm nghiệm trục về độ bền583.8.1 Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh583.8.2 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi593.9. Chọn ổ623.10 Chọn then và kiểm nghiệm bền then63Chương 4: TÍNH CHUỖI LẮP GHÉP VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH CÔNG TÁC604.1 Tính chuỗi lắp ghép604.2 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo bánh công tác.614.2.1 Nguyên công 1: Kiểm tra theo quy trình công nghệ đúc và lấy dấu.614.2.2 Nguyên công 2:614.2.3 Nguyên công 3624.2.4 Nguyên công 4624.2.5 Nguyên công 5: Xọc rãnh then634.2.6 Nguyên công 6: cân bằng tĩnh634.2.7 Nguyên công 7 : Kiểm tra644.2.8 Nguyên công 8 : Sơn chống rỉ các bề mặt theo bản vẽ kỹ thuật.64Danh mục hình ảnhHình 1.1: Sơ đồ máy bơm nước đầu tiên1Hình 1.2. Phạm vi sử dụng của các loại bơm khác nhau5Hình 2.1. Tiết diện kinh tuyến bánh công tác16có cánh dẫn dạng trụ16Hình 2.2: Tam giác vận tốc lối vào18Hình 2.3. Sự phụ thuộc của w1w2∞ vào ns20Hình 2.4. Tiết diện ngang của bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh trụ21Hình 2.5: Tam giác vận tốc lối ra có xét đến21ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn21Hình 2.6 : Đồ thị biến thiên vận tốc kinh tuyến24Hình 2.7: Tiết diện kinh tuyến bánh công tác bơm ly tâm hai miệng hút26Hình 2.8. Sơ đồ xây dựng tiết diện ngang bánh công tác27Hình 2.9. Đồ thị quan hệ V’m = f(r); W’m = f(r);δi= f(r)31Hình 2.10. Bản vẽ xây dựng mặt cắt ngang bánh công tác32Hình 2.11. Sơ đồ tính toán buồng xoắn34Hình 2.12: Sơ đồ tính toán buồng xoắn tiết diện hình thang37Hình 2.13: Đường cong quan hệ Q = f(r)39Hình 2.14. Biên dạng thủy lực buồng xoắn41Hình 2.4.1. Sơ đồ kết cấu và các tiết diện buồng hút nửa vỏ xoắn 42Hình 2.4.2. Sơ đồ chảy bao trục của dòng song phẳng có và không có lưu số 43Hình 2.4.3 Biểu đồ biến đổi tiết diện buồng hút nửa vỏ xoắn 44Hình2.4.4. Sơ đồ buồng hút nửa vỏ xoắn 45Hình 2.4.5. Sơ đồ nguyên lý tính toán các kích thước tiết diện 46Hình 2.4.6: Biên dạng buồng nửa xoắn 50Hình 3.1 Chiều dài các đoạn trục 52Hình 3.2. Mô hình solid 3D bánh công tác 53Hình 3.3: Sơ đồ đặt lực 54Hình 3.4 Biểu đồ momen 57Hình 4.1 sơ đồ chuỗi lắp ghép 60Hình 4.2 Nguyên công 2 61Hình 4.3 Nguyên công 3 62Hình 4.4 Nguyên công 4 62Hình 4.5 Nguyên công 5 63Hình 4.6 Nguyên công 6 63 Danh mục bảng sốBảng 1.1: Phân loại bánh công tác theo ns3Bảng 2.1 : Giá trị vận tốc kinh tuyến theo bán kính25Bảng 2.2: Kết quả tính toán xây dựng bánh công tác30Bảng 2.3. Kết quả tính toán buồng xoắn38Bảng 3.1, Bảng tính toán buồng nửa xoắn 48Bảng 3.2: tính cho 8 tiết diện cách nhau 1 góc 22,50 49Bảng 3.1: Các thông số ổ lăn trên trục62
Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Danh mục hình ảnh Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng số Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Máy bơm cánh dẫn nói riêng công trình trạm bơm nói chung sử dụng phổ biến kinh tế quốc dân Bơm cánh dẫn loại máy thực việc trao đổi với dòng chất lỏng, biến nhận từ động thành dòng chất lỏng Điểm bật máy bơm ứng dụng rộng rãi kinh tế quốc dân, công nghiệp, nông nghiệp đời sống Việc bơm nước thải phục vụ cho khu công nghiệp thoát nươc khai thác mỏ vấn đề phức tạp Việt Nam mà khắp giới Trong thực tế, sử dụng nhiều kiểu bơm khác để phục vụ mục đích trên, nhiên việc sử dụng bơm ly tâm hai miệng hút giải pháp hợp lý đem lại hiệu tốt Được định hướng PGS-TS Bùi Quốc Thái, em nhận đề tài “Tính toán, thiết kế bơm ly tâm hai miệng hút” để làm đồ án Tốt nghiệp chuyên ngành Máy tự động thủy khí – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trong trình làm đồ án kinh nghiệm thực tế kiến thức thân nhiều hạn chế nên đồ án em chắn có nhiều thiếu sót Em kính mong nhận bảo thầy cô môn Máy tự động thủy khí đóng góp ý kiến bạn để em hoàn thành đồ án đặc biệt để em bổ sung hoàn chỉnh kiến thức sau Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới hướng dẫn nhiệt tình Thầy giáo PGSTS Bùi Quốc Thái bảo tận tình thầy, cô môn Máy tự động thủy khí giúp em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: Lê Quang Bằng Đồ án tốt nghiệp Chương TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM CÁNH DẪN THỦY LỰC 1.1 Sự đời phát triển máy cánh dẫn Máy bơm cánh dẫn loại máy dùng để vận chuyển cung cấp lượng cho dòng chất lỏng Máy bơm làm nhiệm vụ biến đổi động thành thủy dòng chất lỏng Bơm phát minh sớm suốt chiều dài lịch sử văn minh nhân loại Khoảng 2000 năm trước công nguyên, người Ai Cập phát minh gầu để múc nước Chiếc gầu sử dụng cần treo dài với gầu đầu cần, đầu lại đối trọng, hoạt động theo nguyên lý đòn bẩy Khoảng 200 năm trước công nguyên, nhà phát minh, nhà toán học người người Hy Lạp tên Ctesibius phát minh máy bơm nước (hình 1.1), đầu bơm dùng để hút không khí nhờ cấu piston van chiều, thùng chứa chất lỏng đặt giữa, ống đẩy đặt phía thùng chất lỏng Khi không khí hút tạo độ chân không làm cho chất lỏng thùng chứa theo đường ống hút lên phía Đây nguyên lý hoạt động bơm đại biết đến ngày Hình 1.1: Sơ đồ máy bơm nước Vào năm 1475, theo Reti, quân nhân, nhà sử học người Brazil, máy có đặc điểm giống bơm ly tâm đại máy bơm bùn xuất luận văn kỹ sư người Ý thời kỳ Phục tên Francesco di Giorgio Martini Đến năm 1687, nhà phát minh sinh Pháp tên Denis Papin thiết kế chế tạo bơm ly tâm thực đầu tiên, bơm có cánh thẳng sử dụng cho hệ thống thoát nước địa phương Đồ án tốt nghiệp Năm 1738, lĩnh vực thủy động lực học, nhà toán học, nhà vật lý học tiếng giới Daniel Beroulli công bố nguyên lý dòng chất lỏng không nhớt, gia tăng vận tốc dòng chảy xảy theo gia tăng áp suất chất lỏng cách tương ứng sách “Hydrodynamica” Nguyên lý áp dụng nhiều loại dòng chảy thể qua phương trình Bernulli tiếng Cũng quãng thời gian này, nhà bác học Leonhard Euler (1707 – 1783) sinh Thụy Sỹ, Nga nghiên cứu đưa lý thuyết động lượng tiếng, lý thuyết ứng dụng để thiết lập nên phương trình máy thủy lực cánh dẫn Phương trình Navier – Stokes Navier thành lập năm 1822 sau Stokes hoàn thiện vào khoảng năm 1845 Phương trình Navier – Stokes phương trình vi phân chuyển động chất lỏng thực Sự đời phương trình Navier – Stokes đặt dấu mốc quan trọng cho lĩnh vực khoa học học chất lỏng Những năm sau đó, nhà vật lý học người Anh Osbone Reynolds (1842-1912) công bố công trình khoa học động lực học chất lỏng Công trình thực nghiệm Reynolds tìm tổ hợp không thứ nguyên, gọi số Reynolds (năm 1833) đánh dấu mốc quan trọng việc phân định chế độ chuyển động tầng rối Phương trình Reynolds sở để phân tích rối giải toán dòng rối, áp dụng nhiều cho thiết kế bơm cánh dẫn đại Năm 1851, nhà phát minh người Anh John Appold giới thiệu đường đặc tính bơm cánh dẫn Năm 1851 John Gwynne đệ trình sang chế bơm ly tâm Những bơm ly tâm ông sử dụng cho hệ thống cấp thoát nước lúc đó, nhiều số chúng tìm thấy ngày phân xưởng chứa bơm bảo tàng Vào cuối năm kỷ XIX, Gwynne sản xuất loại bơm với đầy đủ kích cỡ sử dụng tất ứng dụng công nghiệp, từ bơm chạy động điện loại nhỏ tới có lưu lượng lên đến hang nghìn mét khối Công ty ông bắt đầu thực nghiên cứu khoa học bơm, ví dụ bơm sứ dùng cho công nghiệp hóa chất Vào năm 1930, công ty ông sản xuất đến hàng nghìn mẫu bơm khác Trong thời gian đầu kỷ XX, nhà bác học người Nga Joukowski N E (1847-1921) sáng lập nên ngành lý thuyết cánh lý thuyết thủy khí động lực học, đóng góp quan trọng, cho phát triển lĩnh vực máy thủy khí cánh dẫn Đồ án tốt nghiệp Nhìn chung, trước kỷ XVII, dạng máy thủy khí nói chung máy bơm cánh dẫn nói chung thô sơ Bước sang kỷ XIX, loại tuabin bơm cánh xuất nhiều với kết cấu có công suất hiệu suất đáng ghi nhận Các nhà phát minh máy, thông thường kỹ sư Các máy thủy khí cánh dẫn đời nước Pháp, Nga, Đức, Anh, Mỹ…Các máy dần hoàn thiện thông qua trình sử dụng thực tế 1.2 Phân loại phạm vi sử dụng 1.2.1 Phân loại theo số vòng quay đặc trưng Dựa vào số vòng quay đặc trưng n s bánh công tác, người ta chia bơm cánh dẫn thành loại sau: Bánh công tác ly tâm: - Có số vòng quay ns nhỏ: Có số vòng quay ns trung bình: Có số vòng quay ns lớn: 50-80 80-150 150-300 Bánh công tác bơm hướng chéo (hỗn lưu) Bánh công tác hướng trục 300-600 600-1800 Bảng 1.1: Phân loại bánh công tác theo Bánh công tác ly tâm nhỏ trung bình lớn = 40÷80 = 80÷150 = 150÷300 Bánh công tác hướng chéo = 300÷600 = 2,5÷2,0 = 2,0÷1,8 = 1,8÷1,4 = 1,2÷1,0 Bánh công tác hướng trục = 600÷1200 = 1,0 Đồ án tốt nghiệp 1.2.2 Theo dạng chất lỏng vận chuyển Theo dạng chất lỏng vận chuyển, bơm cánh dẫn có loại sau: - Bơm vận chuyển nước Bơm vận chuyển hỗn hợp nước với chất bột chất rắn Bơm vận chuyển dầu mỏ sản phẩm dầu mỏ Bơm vận chuyển dung dịch hóa chất, kim loại lỏng… 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng máy bơm ly tâm hai miệng hút nước 1.3.1 Công dụng lĩnh vực sử dụng bơm cánh dẫn Bơm cánh dẫn có ứng dụng rộng rãi kinh tế quốc dân, công nghiệp, nông nghiệp đời sống Bơm có nhiều loại khác nhau, chúng dùng để vận chuyển loại chất lỏng chất lỏng đặc, chất lỏng có độ nhớt lớn, chất lỏng nóng, chất lỏng dễ bay hơi…kể hỗn hợp nước với chất rắn Trong loại bơm bơm ly tâm dùng phổ biến Trong công nghiệp, bơm ly tâm dùng để cấp nước cho nhu cầu kỹ thuật nhà máy cấp nước cho nồi nhà máy nhiệt điện, cấp nước cho hệ thống làm mát cho nhu cầu vệ sinh công nghiệp Bơm ly tâm sử dụng công nghiệp khai thác mỏ xây dựng để hút nước từ giếng sâu, hút hỗn hợp nước với đất vận chuyển hỗn hợp nước với chất rắn nghiền nhỏ Trong công nghiệp dẩu mỏ, bơm ly tâm dùng nhiều để hút dầu từ giếng vận chuyển sản phẩm dầu mỏ Ngày việc vận chuyển dầu mỏ theo đường ống sử dụng phổ biến với khoảng cách xa tới hàng nghìn kilômét Đồ án tốt nghiệp Thực tế tính toán sử dụng cho thấy rằng, việc vận chuyển theo đường ống kinh tế nhiều so với phương tiện vận chuyển khác Do hiệu kinh tế cao việc vận chuyển chất lỏng theo đường ống, người ta nghiên cứu sử dụng đường ống để vận chuyển nguyên vật liệu hạt rời hang hóa khác Trong công nghiệp hóa chất, bơm ly tâm ứng dụng rộng rãi để vận chuyển dung dịch hóa chất axit, kiềm, muối…Trong công nghiệp đời sống, bơm ly tâm dùng để tưới, tiêu, cung cấp nước cho thành phố, cho nhu cầu đời sống Bơm hướng trục có lưu lượng lớn áp suất nhỏ, sử dụng chủ yếu nông nghiệp để tưới, tiêu Bơm hướng trục dùng công nghiệp để cung cấp nước cho nồi có lưu lượng lớn áp suất không lớn Trong công nghiệp đóng tàu, bơm hướng trục số thiết bị phụ tàu thủy, dùng chủ yếu hệ thống tuần hoàn làm lạnh tiêu nước tàu Mỗi loại bơm có thông số làm việc (Q, H) xác định Phạm vi làm việc chúng giới hạn thông số làm việc Dựa vào thông số làm việc, người ta xây dựng hệ tọa độ logarit biểu đồ phạm vi ứng dụng loại bơm khác (hình 1.2) Hình 1.2 Phạm vi sử dụng loại bơm khác Nhìn biểu đồ cho thấy, bơm piston sử dụng phạm vi: Q = ÷ 400 m3/h H = 10 ÷ 10000 mH2O Trong loại bơm cánh dẫn bơ ly tâm có phạm vi sử dụng rộng rãi nhất: Q = ÷ 100000 m3/h H = 10 ÷ 3500 mH2O Bơm hướng trục có phạm vi sử dụng hẹp hơn, thường dùng có lưu lượng lớn áp suất nhỏ Lưu lượng cột áp bơm thay đổi phạm vi: Q = 100 ÷ 100000 m3/h H = ÷ 20 mH2O Đồ án tốt nghiệp Bơm cánh dẫn nối trực tiếp với loại động đại, vận tốc quay lớn động điện, tuabin tuabin khí thuận lợi Dòng chất lỏng chuyển động qua bánh công tác cánh dẫn liên tục ổn định nên vận tốc dòng chất lỏng lớn nhiều so với vận tốc dòng chất lỏng bơm piston Vì bơm cánh dẫn với giá trị lưu lượng làm gọn nhẹ nhiều so với bơm piston Hiệu suất chúng, với giá trị cột áp không nhiều so với bơm piston Ngày nay, hoàn thiện phương pháp thiết kế chế tạo bơm cánh dẫn nên chúng sử dụng rộng rãi với áp suất cao tới 3500 m cột nước Dựa vào biểu đồ phạm vi sử dụng bơm, vào thông số làm việc (Q, H) ta chọn loại bơm thích hợp cho việc tính toán, thiết kế sử dụng bơm 1.3.2 Ứng dụng bơm ly tâm công nghiệp khai thác Với phát triển ngành khai thác mỏ, đòi hỏi tăng công suất trạm bơm mỏ Đặc biệt mỏ khai thác tầng sâu đòi hỏi loại bơm có cột áp lớn Để đáp ứng nhu cầu khai thác mỏ: Bơm mỏ nghiên cứu theo hướng nâng cao hiệu suất bơm đảm bảo tiêu kinh tế, hoàn thiện kết cấu đơn giản gọn nhẹ dễ sử dụng, vật liệu chịu mài mòn ăn mòn hoá học nhằm nâng cao tuổi thọ độ tin cậy làm việc bơm mỏ Khoảng 10 năm gần với trợ giúp tin học, chương trình hoá phương pháp thiết kế mặt thuỷ lực kết cấu sản xuất nhiều chủng loại máy bơm mỏ chất lượng cao phục vụ sản xuất Nội dung nghiên cứu bơm mỏ xuất phát từ việc nghiên cứu chất môi trường làm việc bơm gồm nước mặt chảy vào mỏ qua khe nứt nước ngầm, loại chất rắn nước, nồng độ kích cỡ, độ cứng chất rắn dung dịch bơm Trên sở xác định chất nước mỏ phân loại, nước mềm, nước cứng, nước có độ axit nước có độ kiềm để xác định vật liệu tương ứng cho chi tiết mau mòn thuộc dẫn dòng loại bơm mỏ Vấn đề ăn mòn học (xói mòn) bơm mỏ nghiên cứu theo hướng kết cấu thuỷ lực hợp lý vật liệu dẫn dòng nước đặc biệt quan tâm Hiện tượng mài mòn xói mòn chất rắn nước mỏ gây nên, cường Đồ án tốt nghiệp độ ăn mòn mài mòn không phụ thuộc vào nồng độ, kích thước, độ cứng chất nước mà phụ thuộc nhiều vào vận tốc dòng chảy, hệ số cản thủy lực vùng có hệ số tổn thất cục lớn Các chi tiết bơm mỏ thường bị mài mòn xói mòn bánh công tác, trục, ống lót, vành mòn, vành làm kín, ống dẫn vỏ bơm Các dạng ăn mòn mài mòn phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố Ngoài việc chi tiết bơm bị ăn mòn hoá học xói mòn (ăn mòn học) chúng chịu mỏi dòng chảy bơm với chất lỏng chứa nhiều loại chất rắn có nồng độ khác nhau, kích thước vật rắn khác theo thời gian tạo nên dòng chảy bơm không ổn định chịu dao động theo tần số khác loại bơm Việc nghiên cứu độ bền mỏi vật liệu phi kim loại dùng cho loại bơm mỏ nước trọng đầu tư thích đáng sở vật chất Sử dụng máy bơm cánh dẫn khai thác mỏ nói chung khai thác than nói riêng có nhiều công đoạn khác nhau, công đoạn phải sử dụng loại máy bơm chuyên dùng khác để đảm bảo tiêu kinh tế kỹ thuật khai thác 1.3.2.1 Bóc đất đá khai thác lộ thiên Các nước tiên tiến, để khai thác lộ thiên người ta sử dụng loại máy bơm nước có áp suất lớn lưu lượng lớn để bắn phá thông qua vòi phun tăng áp bóc đất đá Điển Cộng Hoà Liên Bang Đức, Đan Mạch thường sử dụng loại máy bơm ly tâm cấp hãng Grundfos có áp suất đến 100m lưu lượng đến 1.000m3/h Trên hình 1.1 kết cấu chung máy bơm CM-4 hãng Grundfos - Đan Mạch chế tạo có áp suất lớn lưu lượng lớn hệ thống tăng áp khai thác lộ thiên 10 Đồ án tốt nghiệp Đường kính đoạn trục lắp bánh công tác : dc=70 mm Đường kính đoạn trục lắp khớp nối: dD=48 mm Đường kính đoạn trục lắp bạc: d=65mm Đường kính đoạn vai trục: d=55mm 76 Đồ án tốt nghiệp 3.7 Biểu đồ momen l=706 YA A c=190 Fkn YB XA C a=353 Y B XB G Mu(Y) N.mm 101558,10 Mu(X) N.mm 214521,63 429043,26 Ø48 Ø70 Ø65 Ø55 Ø50 592758,62 Hình 3.4 Biểu đồ momen 77 X Tx N.mm Z Đồ án tốt nghiệp 3.8 Kiểm nghiệm trục độ bền 3.8.1 Kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh • Để đề phòng khả bị biến dạng dẻo lớn phá hỏng tải đột ngột (khi mở máy) cần kiểm nghiệm trục độ bền tĩnh • Theo công thức 10.27Tr200[1] ta có Trong đó: Vậy trục thỏa mãn độ bền 3.8.2 Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi Với thép 45 có: , theo bảng 10.7[4] ta có: , Ứng suất thay đổi theo chu kì đối xứng ta có : ; với (trục có rãnh then) Nên: Trục quay chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu trình mạch động ta có : với nên • Tại tiết diện lắp bánh công tác 78 Đồ án tốt nghiệp Theo công thức bảng 10.6[4] tra thông số then bảng 9.1a[4]với trục có rãnh then ta có: Mô men cản uốn: Mô men cản xoắn: Khi trục quay chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động đó: • Tại tiết diện lắp ổ bi: Mô men cản uốn tiết diện lắp ổ bi : Mô men cản xoắn: = Khi trục quay chiều ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động đó: Xác định hệ số an toàn tiết diện nguy hiểm trục Dựa vào biểu đồ mômen uốn mômen xoắn trục ta thấy tiết diện nguy hiểm tiết diện lắp bánh tiết diện lắp ổ lăn 1.Kết cấu trục vừa 79 Đồ án tốt nghiệp thiết kế đảm bảo độ bền mỏi hế số an toàn tiết diện nguy hiểm thỏa mãn điều kiện sau: Trong đó: [s] – hệ số an toàn cho ,[s] = 1,5 2,5 sσ , sτ - hệ số an toàn xét riêng cho trường hợp ứng suất pháp ứng suất tiếp, tính theo công thức sau: σ-1, τ-1: giới hạn mỏi uốn xoắn ứng với chu kì đối xứng σa, τavà σm, τm biên độ trị số trung bình ứng suất pháp ứng suất tiếp tiết diên xét Chọn sơ kiểu lắp theo bảng ta có Ứng suất uốn biên : Ứng suất xoắn biên Hệ số an toàn tính riêng ứng suất uốn : Hệ số an toàn tính riêng ứng suất xoắn Trong - hệ số bề mặt tra bảng Hệ số an toàn tổng 80 với ; Đồ án tốt nghiệp Tại tiết diện lắp bánh công tác: thỏa mãn điều kiện Tai tiết diện ổ lăn : thỏa mãn điều kiện 3.9 Chọn ổ Ta chọn ổ đở dãy cỡ trung: Tra theo bảng P2.11[1] có thông số ổ lăn: Ký hiệu ổ 311 81 d mm 50 D mm 110 B mm 27 rbi mm 19,05 T mm 27 r mm C kN 48,5 C0 kN 36,3 Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.1: Các thông số ổ lăn trục •Kiểm nghiệm ổ theo khả tải động: Với ổ bi đỡ chặn: Q=(XVFr+YFa)kt,kđ -V –hệ số kể đến vòng quay;với vòng quay có V=1 -kt –hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ,có kt=1 nhiệt độ θ=1050 -kđ-hệ số kể đến đặc tính tải trọng,tra bảng 11.3[1] ta có kđ=1,1 -X-hệ số tải trọng hướng tâm: X=1 -Y-hệ số tải trọng dọc trục: Y=0 Q0= 1,1 =1,1.2880,24=3168,26(N) Với m bậc đường cong mỏi;ổ bi có m=3 L:tuổi thọ (triệu vòng quay); (triệu vòng) Th ỏa mãn •Kiểm nghiệm ổ theo khả tải tĩnh: Với C0-khả tải tĩnh ổ;C0=42,6kN Qt-tải trọng tĩnh quy ước; Qt=X1FrB=0,6.2880,24=1,724(kN) Tra bảng 11.6[1] ta có: Qt< C0=42,6 kN 82 thỏa mãn Đồ án tốt nghiệp 3.10 Chọn then kiểm nghiệm bền then Tại tiết diện lắp bánh công tác : - Chọn then - Vật liệu : Thép 45 - Từ dbct = 70 mm => b = 20mm ; h = 10mm ; t1 = 6mm ; t2 = 4,3 mm - Chiều dài then : lt2 = 0,85lmbct = 0,9.120 = 102 mm Lấy lt2 = 100 mm Kiểm nghiệm độ bền then Từ công thức (9.1) (9.2) [TL4] ta có điều kiện bền dập bền cắt : σd = ≤ [σd] τc = ≤ [τc] Trong đó: [σd] : Ứng suất dập cho phép then, tra bảng 9.5 [TL4] với moayơ cố định, vật liệu thép, tải trọng va đập vừa =>[σd] = 50MPa [τc] : Ứng suất cắt cho phép, với then thép 45, chịu tải trọng va đập vừa =>[τc] = 20MPa Mômen xoắn tiết diện lắp then tính mô men xoắn dẫn động bơm từ động T = 73889,6 Nmm Ta có: σd = = = 25,1 MPa < [σd] τc = = = 8,97 MPa < [τc] Điều kiện bền dập bền cắt tiết diện lắp then thỏa mãn 83 Đồ án tốt nghiệp Chương TÍNH CHUỖI LẮP GHÉP VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH CÔNG TÁC 4.1 Tính chuỗi lắp ghép B4 B5 B3 B6 B? B2 B7 B8 B1 B9 B10 Hình 4.1 sơ đồ chuỗi lắp ghép Trong đó: - B1: khe hở mối ghép : - B2: độ lệch tâm ( B∑: khe hở khâu khép kín - B3: độ lệch tâm ( - B4:khe hở mối ghép - B5: độ lệch tâm ( - B6:độ lệch tâm ( - B7: khe hở mối ghép : B8: độ lệch tâm ca ca ổ bi, B8=0,02 ), B2=0,02 ), B3=0,02 ), B5=0,02 ), B6=0,02 - B9: khe hở mối ghép - B10: độ lệch tâm hai đầu lắp ổ bi, B10=0,02 Ta có: B1 B2 khâu giảm lại khâu tăng 84 Đồ án tốt nghiệp Áp dụng công thức ta có: Khe hở lớn khâu khép kín là: Khe hở nhỏ khâu khép kín là: Khe hở lớn khâu khép kín nằm khoảng (0,15÷0,3) chuỗi lắp ghép đảm bảo yêu cầu làm việc bơm 4.2 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo bánh công tác 4.2.1 Nguyên công 1: Kiểm tra theo quy trình công nghệ đúc lấy dấu - Vật đúc không nứt, khuyết tật, cong vênh, rổ xỉ, rổ khí - Chi tiết làm trước gia công - Rà mũi dò theo chân cánh bánh công tác, lấy sai số trung bình cánh, xác định tâm bánh công tác làm chuẩn thô để kẹp chặt, định vị bánh công tác trước gia công 4.2.2 Nguyên công 2: Bước 1: Kẹp mâm cặp chấu vào Φ194, rà tròn bánh công tác theo tâm lấy dấu nguyên công Bước 2: Tiện thô kích thước 22 53 B Φ420 Φ190 để lượng dư, lấy Φ420 làm chuẩn thống Bước 3: Khỏa mặt đầu mặt B đạt kích thước 53mm Và mặt A đạt kích thước 10mm so với mặt B Hình 4.2 Nguyên công 85 A 10 Đồ án tốt nghiệp 4.2.3 Nguyên công Bước 1: đảo đầu chi tiết, kẹp mâm cặp chấu vào Φ190, rà tròn bánh công tác theo Φ420 kẹp chặt Bước : tiện thô tinh kích thước Φ190 Φ70 Bước : khỏa mặt đầu mặt D C đạt 22 D kích thước 140mm 120mm C Hình 4.3 Nguyên công 120 140 4.2.4 Nguyên công Dùng trục 70 làm chuẩn tinh, tiện tinh đường kính Φ190, Φ180 Φ420 mặt B, đạt 22 kích thước yêu cầu B Hình 4.4 công 86 140 Nguyên Đồ án tốt nghiệp 4.2.5 Nguyên công 5: Xọc rãnh then Bước 1: gá máy xọc, kiểm tra phôi chắn đảm bảo không bị xê dịch trình xọc Bước 2: xọc rãnh then theo dấu, kích thước yêu cầu vẽ kĩ thuật Hình 4.5 Nguyên công 4.2.6 Nguyên công 6: cân tĩnh Đối với bánh công tác bơm, chiều dài bánh công tác thường nhỏ so với bán kính bánh công tác nên coi vật quay mỏng – khối lượng chủ yếu tập trung mặt phẳng nên cần tiến hành cân tĩnh bánh công tác Do vậy, ta cân tĩnh bánh công tác hai đỡ Hình 4.6 Nguyên công 87 Đồ án tốt nghiệp Trình tự cân : - Chia bánh công tác mặt cắt xuyên tâm tương ứng với góc 0°, 30°… - Lắp bánh công tác vào trục đưa lên giá cân - Xoay bánh công tác cho mặt cắt song song với mặt phẳng nằm ngang, chi tiết đứng yên vị trí cân Nếu chi tiết không đứng yên vị trí cân bằng, ta cân lại sau : Dùng nam châm chất dẻo gắn vào phần nhẹ bán kính r trọng lượng Pđ đến chi tiết đứng yên mặt phẳng cân Xác định (r) lượng cân tĩnh Pđ (r) Nếu Pđ.r = D ≤ [D] cân Nếu Pđ.r = D > [D] phải cân lại - Sau đó, ta phải cắt bớt khối lượng phần nặng vị trí đối diện (đối xứng qua tâm) trọng lượng Pđ cách khoan, hàn đắp thêm trọng lượng P đ vị trí (r) Đây phương pháp thông dụng, độ xác dụng cụ đạt (0,95÷0,2) Ncm Để tăng độ xác ta sử dụng đĩa tỳ thay cho dao 4.2.7 Nguyên công : Kiểm tra Bánh công tác sau cân kiểm tra kích thước, hình dạng hình học, độ xác tương quan bề mặt, độ nhám bề mặt… Dùng thước cặp, đồng hồ so… để kiểm tra - Kiểm tra kích thước dùng thước cặp - Sai số vị trí tương quan dùng đồ gá có lắp đồng hồ so để kiểm tra 4.2.8 Nguyên công : Sơn chống rỉ bề mặt theo vẽ kỹ thuật 88 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Sau thời gian tìm tòi làm việc đến nay, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tính toán thiết kế bơm ly tâm hai miệng hút”, hoàn thành thuyết minh tính toán thiết kế,và tám vẽ Trong trình làm, em gặp nhiều khó khăn từ khó khăn mà em rút nhiều điều cho thân cách giải vấn đề khó hay phương pháp, đường lối làm việc, tính toán hay thiết kế đồ án tốt nghiệp Trong đồ án này, em tính toán thiết kế bơm ly tâm hai miệng hút, bánh công tác bơm cánh trụ thiết kế phương pháp điểm, phần buồng xoắn thiết kế theo dạng buồng xoắn hình thang theo quy luật C vr = const Từ em tìm hiểu thêm phương pháp thiết kế bơm ly tâm hai miệng hút, cách chọn thông số hay điều chỉnh thông số để đáp ứng yêu cầu Em hiểu thêm kết cấu loại bơm hai miệng hút tiến hành xây dựng kết cấu bơm ly tâm hai miệng hút trục ngang đồ án Qua việc làm đồ án em tim hiểu sâu hơn, cách vận hành hay hoạt động loại bơm thấy khả ứng dụng bơm ly tâm hai miệng hút lớn Đồ án chia làm bốn chương, chương bốn chương nói công nghệ chế tạo chương cần nhiều đến kinh nghiệm thực tế, mà kinh nghiệp thực tế lại thứ em thiếu nhiều gặp nhiều khó khăn Nhưng qua thời gian tìm hiểu giúp đỡ thầy em hoàn thành, qua em biết thêm nhiều vấn đề công nghệ chế tạo sản phẩm khí, phương pháp chế tạo khả gia công hay yêu cầu gia công tưng chi tiết Đồ án tốt nghiệp đồ án cuối cùng, để kết thúc trình học em nhà trường, qua việc làm đồ án này, em tích lũy cho nhiều điều mà trình học em không tích lũy hay bỏ qua Sau trường làm, em có thêm nhiều điều mới, kiến thức đồ án tốt nghiệp hành trang bước đầu cho em bước tiếp Đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tính toán thiết kế bơm ly tâm hai miệng hút” em chắn nhiều thiếu sót song đảm bảo chất lượng đồ án tốt nghiệp sinh viên ngành máy tự động thủy khí 89 Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo Hoàng Thị Bích Ngọc, Máy thủy khí cánh dẫn Bơm ly tâm bơm hướng trục Lý thuyết – Tính toán – Thiết kế, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2012 Lê Danh Liên, Bơm, Quạt cánh dẫn, NXB Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2012 Lômakin, Bơm ly tâm bơm hướng trục, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 1971 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí tập 1,2, NXB Giáo dục, 2000 Ninh Đức Tốn, Dung sai lắp ghép, NXB Giáo Dục, 2006 90 [...]... nhận được mặt cắt kinh tuyến của bánh công tác Kết quả xây dựng biên dạng kinh tuyến bánh công tác được thể hiện trong hình 2.7: Hình 2.7: Tiết diện kinh tuyến bánh công tác bơm ly tâm hai miệng hút 30 Đồ án tốt nghiệp 2.2.5 Tính toán xây dựng biên dạng cánh bánh công tác Bơm thiết kế có ns = 57,86, do vậy cánh bánh công tác có dạng trụ Tiết diện cánh dạng trụ của bánh công tác được xây dựng trong mặt... thường dùng máy bơm nước sạch có cột áp từ một vài chục mét đến một vaì trăm mét, lưu lượng trung bình; - Vận chuyển than bùn than cám thường sử dụng các loại bơm bùn cát: - Vận chuyển các loại than kíp lê ngày nay sử dụng các loại bơm xoáy tự do; Hì nh 1.10 Sơ đồ kết cấu bơm hai miệng hút 15 Đồ án tốt nghiệp Chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM LY TÂM HAI MIỆNG HÚT 2.1 Thông số thiết kế bơm của đồ án Các thông... đường nhân Đắp độ dày δi lên đường nhân ta sẽ nhận được profil cánh của bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh trụ Số điểm tính toán lấy bằng 10 điểm Xây dựng biểu đổ quan hệ của Wmi, và δi theo ri: Các kết quả tính toán được cho trong bảng 2.2: 33 Đồ án tốt nghiệp 34 Đồ án tốt nghiệp Bảng 2.2: Kết quả tính toán xây dựng bánh công tác ST T 1 2 3 4 5 6 7 ri ti=2πri/Z δi δi/ti Wi V'mi/W i βi tgβi Bi (Bi+Bi+1)/2... chi tiết mau mòn hỏng 13 Đồ án tốt nghiệp Thông thường các nước trên thế giới sử dụng hai loại máy chính là: - Máy bơm li tâm hai miệng hút - Máy bơm li tâm vỏ xoắn hai hoặc bốn cấp Máy bơm li tâm hai miệng hút do Liên Xô cũ chế tạo thường có ký hiệu Ä, ÄB hoặc ÄBH, Nhật Bản chế tạo thường có ký hiệu CFN, nhìn chung mỗi nước đều có ký hiệu riêng Đặc thù chung của các loại bơm này dù cho nước nào chế... kỹ thuật của tổ máy bơm nước thải bao gồm: Cột nước bơm: H = 58mH2O Lưu lượng: Q = 380 m3/h = 0,1056 m3/s Số vòng quay: n = 1450 v/ph 2.2 Tính toán thủy lực bánh công tác Bánh công tác là chi tiết quan trọng nhất của bơm ly tâm Các cánh dẫn của bánh công tác trực tiếp làm nhiệm vụ trao đổi năng lượng với dòng chất lỏng chuyển động qua máy Bánh công tác của bơm ly tâm được tính toán thiết kế theo phương... tính toán theo lý thuyết để thiết kế bánh công tác của tổ máy bơm chìm nước thải 2.2.1 Tính toán các thông số làm việc của bánh công tác Cánh công tác của bơm ly tâm có hai dạng chính: dạng cánh trụ tương ứng số vòng quay đặc trưng ns thấp (ns = 60 ÷ 100 v/ph) và dạng cánh cong không gian (cong hai chiều) tương ứng số vòng quay ns lớn (ns > 100v/ph) Do đặc trưng kết cấu khác nhau nên việc tính toán, thiết... 24 Đồ án tốt nghiệp Hình 2.4 Tiết diện ngang của bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh trụ - Tính lại đường kính lối ra BCT : Từ tam giác vận tốc lối ra : Hình 2.5: Tam giác vận tốc lối ra có xét đến ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn Ta có : v2u = u2 – vm2.cotgβ2 Do đó : Hlt∞ = = = Giải phương trình trên với tương ứng với u2 ta được : u2 = + Trong đó, theo công thức (3.18) TL [1] : 25 Đồ án tốt nghiệp Hlt∞... phương pháp tính toán lý thuyết Trong đó việc tính toán thiết kế theo phương pháp tương tự cho kết quả đáng tin cậy Theo phương pháp này các bánh công tác mới được thiết kế tương tự hình học với các bánh công tác có chỉ tiêu năng lượng và xâm thực tốt Trong trường hợp không có bơm mẫu ta cần tính toán thiết kế bánh công tác theo phương pháp tính toán thiết kế lý thuyết Trong đồ án này, với mục đích... của cánh Để xây dựng tiết diện cánh trước tiên ta xây dựng đường nhân (đường trung bình) của tiết diện, sau đó đắp độ dày trên đường nhân ta sẽ nhận được hình dạng profil của tiết diện Đối với bơm ly tâm cánh trụ, đường trung bình thường được xây dựng theo phương pháp tích phân hình học (phương pháp điểm) Sơ đồ xây dựng tiết diện ngang của bánh công tác được trình bày trong hình 2.8 31 Đồ án tốt nghiệp. .. thân dưới của máy bơm ly tâm hai miệng hút đã được tháo rời 14 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.9 Nửa thân trên và nửa thân dưới đã tháo rời Tóm lại tuổi thọ của các loại bơm mỏ rất ngắn thường chỉ đạt được 1500 ÷ 2000 giờ Vì lý do đó mà vấn đề nghiên cứu của các nước trên thế giới vẫn đặt ra nhằm nâng cao tuổi thọ của bơm mỏ Sử dụng máy bơm cánh dẫn trong khai thác mỏ nói chung và khai thác than nói riêng,