- Phải đảm bảo được chiều dài s tối thiểu để xung lực của dòng tia có đủ thời gian làm sạch vật rửa trong quá trình chuyển động của vật trong bồn rửa.
- Ta có: F = P . ω : F phụ thuộc vào:
+ ω : tiết diện dòng tia. Sơ bộ chọn dòng tia: 10mm
+ P: áp suất tại đầu ra máy bơm: vì là máy sản xuất, có thể chọn 20m<P<60m (áp trung) Hay P>H.δ = 196000N/m2 - d = 10mm => ω = 0,0000786m2 sơ bộ tính F = P.s = 196000 . 0,0000786 = 15,4N m.v2 F.s = --- => 2F.s = m.v2 2
- Khi m = 1 : đơn vị khối lượng: 2Fs = v2 Ta có: s = 1 => v = 30,08 = 5,5m/s s = 2 => v = 61,60 = 7,8m/s s = 3 => v = 92,40 = 9,6m/s s = 4 => v = 123,2 = 11,1m/s s = 5 => v = 154 = 12,4m/s s = 6 => v = 184,8 = 13,6m/s
Ta thấy s từ khi s>4, v tăng ít. Nếu chọn s lớn sẽ dẫn đến việc máy thiết kế sẽ lớn cồng kềnh gây lãng phí vật liệu, nhiên liệu, tiêu tốn nhiều nước và tiêu hao nhiều công suất vô ích.
Khi s≤4, v tăng tương đối, chọn s trong khoảng này máy sẽ gọn hơn và tiết kiệm nguyên vật liệu hơn.
Vậy chọn s = 3m.
3.3.2. Công suất thủy lực hữu ích:
a) Kích thước khối nước trong bồn rửa (khối chữ nhật):
Sơ bộ:
- Dài 2500m
- Rộng 800mm (rộng =1/3 chiều dài) - Cao 200mm (cao = 1,4 chiều rộng)
Tổng diện tích bề mặt rửa: dt = 0,8 . 2,5 = 2m2
Thể tích khối nước rửa trong bồn: v = 0,8 . 0,2. 2,5 = 0,4m3
- Động học: xét trong môi trường không khí, bỏ qua lực ma sát.Biết s= 3m, t=3600s. 2.s 2 . 3 Ta có: a =--- = --- = 0,436 . 10-6 m/s2 t (3600)2 v2 = a2t = 0,436 . 3600 = 0,00167 m/s
- Động lực học: xét 1 đơn vị khối lượng (dm = 1kg) khi chuyển động trong môi trường không khí và tuân theo các thông số động học như trên thì nó sẽ chịu tác dụng của 1 đơn vị lực dF. v2 Ta có: dm = --- = d.F.s (v = v2 ) 2 dm => F = --- . v2 2s dm v2 v2 dF = ∫ --- . v2 => --- ∫dm --- . m 2s s 2s v2 Fdv = --- . m 2s (0,00167)2 m = 1 kg => Fdv = --- = 0,464.10-6N 6 m = 2000 kg => Fdv = (0,464. 10-6).2000 = 0,93.10-3N lực tác dụng lên toàn bộ khối lượng vật là:
F = Fdv . 2000 = 0,93 . 10-3.2000 = 1,86N
c) Công suất thủy lực hữu ích:
Công của một đơn vị khối lượng: Adv = F . 3 = 1,86. 3 = 5,58J Công suất của 1 đơn vị khối lượng:
F.3 5,58
Ndv = --- = --- = 0,00155W 3600 3600 Công suất của toàn bộ khối lượng vật là:
N = Ndv . 2000 = 0,00155 . 2000 = 3,1W
N.103 3,1 . 103
Nnước = --- = --- = 2583,34w = 2,6kw 1,2 1,2
3.3.3 Công suất tổn hao do lực cản của nước:
a) Sơ bộ xác định các thông số của máy bơm:
Bỏ qua lực cản của dòng nước, chọn công suất máy bơm nước: NB = 2,6kw
Lực tối đa do dòng tia tác dụng:
F . s. 2000 NB . t 2600.3600
NB = --- => --- = --- = 1560N/m2
t 2 . 2000 3.2000 - Chọn tiết diện dòng tia:
- Tiết diện bồn rửa là 0,8m . 0,2m không thể bố trí 1 vòi phun mà cần phải bố trí nhiều vòi phun để đảm bảo áp lực của dòng tia sẽ phân bố đều lên tiết diện của vật rửa vốn nằm phân bố rãi rác trong bồn.
- Chiều cao: h = 0,2 : bố trí 3 đường ống phun tia.
- Chiều rộng bồn rửa: R = 0,8m : phân bố ống khoảng 15 lổ phun. Khoảng cách giữa 2 lổ phun K = 45mm.
- Bồn thuộc loại bơm áp có cột áp trung, gọi áp suất tại đầu phun tia là: Pp. Ta có: Pp ≥ 20m. Hay Pp ≥ 20 . 9,8 . 103 = 196000N/m2 F = Pp . ω với Pp ≥ 196000N/m2 F = 1560N F 1560 Vậy ω ≤ --- = --- = 0,0796m2 Pp 196000 Tổng số lổ phun tia: Z = 3 . 15 = 45 ω 0,0796
Tiết diện 1 lổ phun: ωL = --- = --- = 0,000177m2 45 45
ωL 0,000177
ω1 = π. R2 => R = --- = --- = 0,0075m π 3,14
Để Pp > 196000Nm2 => thì ωL < 0,000177m2
Hay d < 15mm
Vậy chọn d < 10mm => R = 5mm Tiết diện đầu ra của bơm:
ω = ωL . 45 = (0,005)2 . . 45 = 0,0035m2
Aùp lực của dòng tia lớn nhất tại miệng lổ phun: Fmax 1560 Pmax = --- = --- = 445714,3Nm2 ω 0,0035 Pmax 445714,3 Chiều cao cột áp H = --- = --- = 45,5m δ 9,8 . 103 Vận tốc dòng tia ngang miệng vòi:
1 2 Pmax δ Pmax = --- P.v02 => v02 = --- (∫ = --- ) 2 ∫ g
=> v02 = 2gH => v0 = 2gH = 2. 9,8 . 45,5 = 29,8m/s Lưu lượng dòng tia:
N 2600
N = δ . g. H => Q = --- = --- = 0,0058m3/s δ. H 9,8 . 103 . 45,5
= 5,8 l/s
Sau khi ra khỏi vòi phun, phần tử của nước sẽ tương tác với khối lượng của vật thể (m) và cùng với (m) chuyển động với vận tốc C.
Ta có: pQv0 = (pQ + m) C
C Cmax khi m mmin (mmin = khối lượng đơn vị = 1kg) pQv 103 . 0,0058 . 29,7
C = --- = --- = 25,4m/s pQ + m (103 . 0,0058 + 1)
b) Lực cản của dòng nước:
* Lực cản tối đa theo công suất (2 tấn/giờ) - Lực ma sát:
Trong đó: Cxms = CF = 2320-1/5 . 0,074 = 0,016 (đối với lớp biên rối) v∞ = 25,4m/s
s: tiết diện đơn vị.
Chọn thể tích đơn vị: v = 0,001m3 3v 3 . 0,001 V = 4/3 R3 => R = --- = --- = 0,062m 4 4 . 3,14 S = . R2 = (0,062)2 = 0,01209m2 Tms = 0,016 . ½ . 103 . (25,4)2 . 0,01209 = 62,4N/m2 M = 2000kg => (Tms)max = 62,4 . 2000 = 124799,75N/m2 - Lực cản áp suất: Tap = ∫dFp = ∫(P – P0)ds = P.s = δ . h . s H = 0,2m s = 0,01209m2 Tap = δ . h . s = 9,8 . 103 . 0,2 . 0,01209 = 23,7N/m2 M = 2000 kg => (Tap)max = 23,7 . 2000 = 47392,8N/m2 - Lực cản tổng cộng:
(Tc)max = (Tap)max + (tap)max
= 124799,75 + 47392,8 = 172192,55N/m2
Công suất của lực cản:
(Tc)max . 3 172192,55 . 3
Nc = --- = --- = 143,5w (a) 3600 3600 = 0,143kw Lực cản tối đa của thiết bị cần thiết kế:
- Lực của ma sát: (Tms) = Cxms . ½ . P . v∞2 . s smax = 0,2 . 0,8 = 0,16m2 Tms = 0,016 . ½ .103 . (25,4)2 . 0,16 = 825,8N/m2 - Lực của áp suất: Tap = δ . H . s
smax = 0,8 . 2,5 = 2m2
Tap = 9,8 . 10 . 0,2 . 2 = 3920N/m2 - Lực cản tổng cộng của thiết bị:
Tc = Tms +Tap = 825,8 + 3920 = 4745,8N/m2
Khi tính smax theo 2 phương vuông góc với nhau, lúc đó xem như vật thể đã chất đầy trong bồn rửa.
Thể tích bồn rửa: vb = 0,2 . 0,8 . 2,5 = 0,4m3
Khối lượng tối đa của vật chứa trong bồn có thể đạt M = 300 – 350 kg. Chọn m = 300kg
Theo công suất 2 tấn/giờ thì 300kg phải tiêu tốn khoảng thời gian rửa là 540s. Tc . 3 4745,8 . 3 Nc = --- = --- = 26,4w (b) 540 540 = 0,026kw So sánh giữa (a) và (b). Ta chọn (b) (Nc)min = 0,026kw
Công suất thủy lực cần thiết: Nct = 2,6 + 0,026 = 2,626kw.