Thiết kế tàu hút bùn - Chương 1

PHẦN 2:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CỤM THIẾT BỊ
CHƯƠNG 1:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM BƠM HÚT BÙN
- Cụm bơm bao gồm một động cơ điện là nguồn phát động truyền chuyển
động cho một bơm ly tâm, ống hút, miệng hút, ống xả…
- Nhiệm vụ của cụm bơm là hút hỗn hợp bùn sau khi được lưỡi phay tạo
thành đem đổ đến nơi xả. Có thể nói cụm bơm là cum quan trọng nhất, là “con tim”
của tàu hút bùn. Bơm ở đây là dạng bơm ly tâm nhận chuyển động từ động cơ điện.
Toàn bộ cụm bơm được đặt trong lòng phao bằng hay thấp hơn mực nước một tí để
tránh mồi bơm khi vận hành.
- Việc tính toán tiến hành như sau:
1.1. TÍNH SƠ BỘ CỘT ÁP BƠM:
Cột áp bơm có thể tính gần đúng theo công thức:
cnr
HHHHH ++= .
(1.1)
Trong đó:
+
r
H
: tổn thất riêng của dòng hỗn hợp chuyển động trong đường ống:
( )
asHkH
r
+= 1..
05
(1.2)
Với:
5
k

: hệ số tính đến mức độ khoấy trộn hỗn hợp, theo thực nghiệm
15,11,1
5
÷=k
ta chọn
15,1
5
=
k
.
0
H
: tổn thất riêng của dòng nước sạch chuyển động với vận tốc bằng
vận tốc của dòng hỗn hợp:
gd
V
H
hh
.
.
2
0
λ
=
(1.3)
Với:
λ
: hệ số cản thuỷ lực, ta chọn
015,0
=

λ
.
20
d
: đường kính ống vận chuyển (chủ yếu là đẩy), ta chọn
md 1,0
=
.
2
/81,9 smg
=
: gia tốc trọng trường.
hh
V
: vận tốc dòng hỗn hợp trong đường ống (m/s).
Thế các số liệu vào (1.3) ta có:
2
0
.015,0
hh
VH ≈⇒
n
nhh
as
γ
γγ
−
=
(1.4)
Với:

hh
γ
: trọng lượng riêng của hỗn hợp nước bùn với tỉ lệ 25%:
100
75.25.
nđ
hh
γγ
γ
+
=
đ
λ
: trọng lượng riêng của đất, chọn
33
/10.19 mN
đ
=
γ
n
γ
: trọng lượng riêng của nước, chọn
34
/10 mN
n
=
λ
Thế vào tính được:
3
/12250 mN

hh
=
γ
Thế số liệu vào (1.4) ta có:
225,0
=
as
Thế các số liệu tìm được vào (1.2) tính được:
2
.021,0
hhr
VH
=
Với cự ly đẩy lớn nhất
mL 80
max
=
, ta có:
22
.72,180..021,0.
hhhhr
VVLH
==
+
n
H
: chiều cao từ mặt nước đến mặt xả bùn, chọn
mH
n
5,1=

+
c
H
: tổn thất áp lực bởi sức cản cục bộ trong đường ống vận chuyển, thường
lấy theo kinh nghiệm:
( )
LHH
rc
..1,005,0
÷=
(1.5)
Ta chọn:
22
.12,0.72,1.07,0..07,0
hhhhrc
VVLHH
===
Thế các số liệu ở trên vào (1.1) ta tính được cột áp bơm:
5,1.84,1
2
+=
hh
VH
(m)
1.2. TÍNH LƯU LƯNG BƠM:
21
Ta có:
hmQ /15
3
=

(Q = 60m
3
hỗn hợp bùn/ giờ tỉ lệ 25%).
Vận tốc dòng hỗn hợp trong đường ống
100
φ
:
4
2
d
Q
V
hh
π
=
(1.6)
Trong đó:
smhmQ /017,0/60
33
==
mmmd 1,0100
==
smQ /2,2
4
1,0.14,3
017,0
2
==⇒
)(4,105,12,2.84,1
2

2
OmHH =+=⇒
1.3. TÍNH CỘT ÁP BƠM:
Từ số liệu lưu lượng bơm Q, cột áp H ta chọn tốc độ bơm
phvgn /1450=
.
Ta tiến hành tính toán các thông số cơ bản của bơm:
Hình 1.1
1.3.1. Vận tốc riêng:
22
4
3
.
.65,3
H
Qn
n
s
=
15,119
4,10
017,0.1450
.65,3
4
3
==
(1.7)
1.3.2. Tổn thất của bơm:
a. Tổn thất thủy lực:

98,0
60.68,01
1
.1
1
88,088,0
=
+
=
+
=
−−
Qa
v
η
(1.8)
b. Tổn thất lưu lượng:
( )
2
1
172,0log
42,0
1
−
−=
adjD
h
η
(1.9)
Trong đó:

097,0
1450
017,0
.25,4.25,4
33
1
===
n
Q
adjD
( )
94,0
172,0097,0log
42,0
1
2
=
−
−=⇒
h
η
c. Tổn thất cơ khí:
Chọn:
9,0=
m
η
d. Tổn thất toàn bộ:
83,09,0.94,0.98,0.. ===
mhv
ηηηη

1.3.3. Công suất động cơ bơm:
1000.
...
η
γ
HQk
N
h
=
(kW) (1.10)
Trong đó:
k
: hệ số dự trữ công suất,
15,1
=
k
h
γ
: trọng lượng riêng hỗn hợp,
3
/12250 mN
h
=
γ
kWN 3
1000.83,0
4,10.017,0.12250.15,1
==⇒
1.3.4. Momen xoắn trên trục:
Nm

n
N
M 76,19
1450
3
.9550.9550
===
(1.11)
1.3.5. Đường kính trục bơm:
23
[ ]
3
2,0
vl
s
M
d
τ
=
(mm) (1.12)
Trong đó:
[ ]
vl
τ
: ứng suất tiếp cho phép của vật liệu trục, chọn vật liệu là thép 35 nên
[ ]
2
/25 mN
vl
=

τ
.
mmd
s
52,13
25.2,0
76,19
3
==⇒
1.3.6. Đường kính ngoài ma bánh công tác:
mmdd
shb
2052,13.4,1.4,1
===
(1.13)
1.3.7. Đường kính trong bánh công tác:
( )
200
1
÷+=
hut
D
φ
(mm) (1.14)
mm
hut
80
=
φ
: đường kính ống hút.

mmD 1002080
1
=+=⇒
1.3.8. Đường kính ngoài bánh công tác:
( )
12
.5,25,1 DD
÷=
(1.15)
Chọn
mmD 200100.2
2
==
1.3.9. Vận tốc vòng ở cửa vào:
59,7
60
1450.1,0.14,3
60
..
1
1
===
nD
u
π
(m/s) (1.16)
1.3.10. Vận tốc vòng ở cửa ra:
34,10
60
1450.2,0.14,3

60
..
2
2
===
nD
u
π
(m/s) (1.17)
1.3.11. Bề rộng cánh:
Ta chọn:
mmBB 50
21
==
nhằm dễ chế tạo.
1.3.12. Vận tốc tuyệt đối của lưu chất ở cửa vào:
sm
BD
Q
VV
n
/08,1
05,0.1,0.14,3
017,0
..
11
11
====
π
(1.18)

n
V
1
: thành phần pháp tuyến của vận tốc tuyệt đối
1.3.13. Góc vào của guồng động:
24