a. Phương án lựa chọn thiết kế thiết bị bơm vữa.
Căn cứ theo những yêu cầu của công nghệ thi công CXMĐ, qua phân tích ưu nhược điểm của các chủng loại thiết bị bơm vữa và đối chiếu với các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của thiết bị ta lựa chọn phương án thiết kế máy bơm vữa với các đặc tính như sau:
Với kết cấu 3 xy lanh song song hoạt động liên tục với sự bố trí của chu kỳ vòng tròn là lệch nhau 120o nên đảm bảo được sự ổn định của dòng vữa với áp suất cần thiết tại đường ống đẩy.
Hình2.6. Tổng thể máy bơm vữa xi măng
Nguyên lý hoạt động của bơm vữa loại truyền động cơ học theo nguyên lý trục khuỷu thanh truyền.Thông qua bộ truyền đai từ động cơ điện dẫn động làm quay trục khuỷu dẫn động thanh truyền dịch chuyển lên xuống có nhiệm vụ hút và đẩy vữa. Việc hút và đẩy vữa được thực hiện như hình vẽ sau:
Hình2.7. Nguyên lý làm việc của máy bơm vữa xi
măng
Hành trình của pít tông đi vào kéo theo van bi 2 chặn cửa đẩy vữa lại đồng thời van bi 1 mở cửa hút vữa từ cửa hút vào đường ống. Sau khi đủ một hành trình pít tông đi ra đẩy vữa hút được ra khỏi xi lanh, lúc này van bi 1 bít kín cửa hút còn van bi 2 được đẩy lên làm cho vữa được bơm lên đường ống đẩy. Quá trình tiếp tục được lặp lại các chu trình như trên.
b. Tính toán thiết bị bơm vữa.
∗ Áp lực bơm vữa cần thiết.
Δp: tổn thất đường ống, được tính theo công thức: Δp = γ .
Trong đó: γ: Tỷ trọng vữa xi măng phụ gia.
ξi: Hệ số cản cục bộ từng đoạn ống thứ i, phụ thuộc chiều dài và kết cấu của ống dẫn.
vi: Tốc độ chuyển động của vữa xi măng trên đoạn ống thứ i. g: Gia tốc rơi tự do.
Theo thực nghiệm, đối với các loại bơm năng suất thông thường, với chiều dài từ ống dẫn vữa của bơm tới cọc ≤ 20 m thì Δp = 15 ÷ 30 bar.
Áp suất phun vữa lớn nhất cần thiết tại đáy CXMĐ sẽ được gây ra bởi vật liệu nằm bên trên và ma sát bên thành của nó (theo tài liệu [22]) được tính như sau: Pmax = (15 . 0,3 . 2,5 + 0,6 . 3,14 . 7,5 . 15 ) / 0,3
Trong đó: 15: Chiều dài CXMĐ; m
0,3: Diện tích mặt cắt ngang CXMĐ; m2
2,5: Tỷ trọng của vữa xi măng; t/m3
0,6 . 3,14 : Chu vi tiếp xúc bên thành CXMĐ; m
7,5: Tỷ trọng vữa xi măng tác dụng lên thành CXMĐ; t/m2
Pmax = 744 t/m2 =74,4 kG/cm2 = 73 bar
Áp suất vữa cho phép lớn nhất: Pcp = 80%.Pmax = 58,4 bar Áp suất cần thiết của bơm vữa là: pb = 73 + 30 = 103 bar
Công suất của thiết bị bơm được tính theo công thức: Nb =
Trong đó: Nb: Công suất của bơm vữa, kW
Qb: Lưu lượng làm việc định mức của bơm vữa
pb : Áp suất làm việc định mức của bơm vữa; pb = 80 bar K1: Hiệu suất của truyền động, K1 = 0,94
K2: Hệ số phụ thuộc vào thứ nguyên, K2 = 600 ● Xác định lưu lượng bơm vữa:
Theo TCVN 385 – 2006 thì khối lượng xi măng trên 1 m3 CXMĐ phải đảm
bảo 300 kg / m3
Ta có các thông số như sau: = 1 m/phút
Thể tích 1m dài CXMĐ là: V = . 1 = 0,3 m3
Khối lượng xi măng cho 1m dài thể tích CXMĐ là:
mxi măng = 0,3.300 = 90 kg (xét cho 1 phút cần bao nhiêu kg xi măng) Vì khi bơm vữa được tính theo lít vữa nên lượng xi măng cần thiết cho 1 CXMĐ sẽ được hòa trộn với nước thành dung dịch vữa có tỷ lệ như sau:
Cứ 4,5 kg nước hòa trộn được 25 kg xi măng
Khối lượng dung dịch thu được là: mdd = mxm + mnước = 90 + 16,2 = 106,2 kg (bỏ qua khối lượng của các chất phụ gia)
Cứ 2,1 kg thì có được 1 lít dung dịch vữa xi măng Vậy 106,2 kg có được số y lít dung dịch vữa xi măng:
y = = 50,57 lít/phút
Vậy lưu lượng bơm cần thiết trong 1 phút là: Q = y = 50,57 lít/phút
Vậy công suất cần thiết của bơm vữa là: Nb = = 9,2 kW
Theo TCVN ta chọn động cơ điện có các thông số sau:
- Model: GP120/60-04
- Công suất danh nghĩa: 11 kW
- Kiểu động cơ: Chân đế
- Lưu lượng lớn nhất: 120 lít/phút
- Chế độ làm việc: 40%