tính toán máy bơm 2 cấp đối xứng lưu lượng Q=500 m3, cột áp h=250 m

Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Phần I tính toán cơ bản
I Tính chọn động cơ và phơng án kết cấu bánh công
tác
Theo số liệu sau
Máy bơm hai cấp đối xứng loại
Lu lợng Q= 500 m
3
/h
Cột áp H =250 m
Số vòng quay trên máy n =2950 v/ph
Hiệu suất
%73=
à
1. Công suất yêu cầu trên trục bơm
N=
4,475
73,0.1000
250.141,0.8,9.1000
.1000

==
c
t
HQg
à

KW
Q
t
=1,02.500 =510 m

3
/s
2. Công suất động cơ
N
đc
=(1,1-1,3) .N =1,1.475,4 =532 KW
Chọn đông cơ có N
đc
=532 KW số vòng quay n=2950 v/ph
3. Số vòng quay đặc trng
n
s
=
15,108
1.250
2.141,0.2950.65,3
.
65,3
4
3
4
3
4
3
4
3
==
yH
iQn
t

vòng /phút
với i=2
y =1 là số cửa hút
II . Tính toán các thông số ở cửa vào bánh công tác
1 . Vẽ sơ đồ bánh công tác
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
D
2
0
d
D
2
2. Xác định đờng kính đầu ra của trục bơm ( đờng kính lắp trục khớp nối )
d
r
=
[ ]
mcm
M
x
073,0)(32,7
1962.2,0
153985
.2,0
3
3
===

với M
x

là mô men xoắn trên trục
M
x
=97403 .
03,15398581,9.
2950
4,475
.97403. ==B
n
N
(N.cm)
ứng suất cắt cho phép
[ ]

[ ]

=B.200 =9,81.200 =1962 N/cm
2
3. Xác định đờng kính nơi lắp bánh công tác
d= 7,3 cm
4. Đờng kính may ơ của bánh công tác
d
0
= d+ (10 ữ 25 ) mm
=73 + 17 =90 mm
5 . Xác định đờng kính D
s .
D
s
=

2
0
.
.4
d
C
Q
s
t
+

=
ữ

2
09,0
93,6.14,3
141,0.4
+
= 0,184 ( m)
Tốc độ cửa vào C
s
C
s
= K
cs
i
Hg 2
= 0,14

125.81,9.2
=6,93 m/s
H
i
là cột áp của bánh công tác
H
i
=H/i =250 /2 =125 m
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
6. Xác định đuờng kính D
1
có n
s
>60
vậy D
1
=(1,0 ữ 0,96 ) .0,18 =0,147ữ0,175
ta chọn D
1
=0,17 (m)
7. Xác định chiều rộng mép vào b
1
có

=90 nên ta có C
0
=C
0r
(=7)
C

0
là tốc độ dòng chảy trớc khi vào bánh công tác .
C
0
=(1,0 ữ1,1 ) .C
s
=6,93 ữ 7,59 m/s
b
1
=
==
7.17,0.14,3
141,0

1 or
t
CD
Q

0,037 (m)
C
1r
= K
1
. C
0
=1,2.6,93 =8,3
8. Xác đ,ịnh giá trị vào của cánh
1

tg
,

0 =
32,0
2,26
3,8
2,126
1
==
u
C
r
vậy
1

,0 =17
0
với u
1
tốc độ vòng ở cửa vào u
1
=
2
.
1
DW
m/s
trong đó W=
7,308

30
2950.14,3
30
.
==
n

(1/s )
vậy u
1
=
2
.
1
DW
=
3,26
2
17,0.7,308
=
m/s
vậy
=+=

0,11
17 +3 =20
0
9. Chiều dài cánh dẫn S
chọn S= 4(mm ) =0,004 (m) đúc bằng gang
III. TíNH TOáN CáC THÔNG Số ở CửA RA BáNH CÔNG TáC

1. Góc ra của cánh dẫn
0
2
18=

2. Tính tốc độ vòng ở mép ra của cánh u
2
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
u
2
= K
u2
1
2 Hg
=1,1.
47,54125.81,9.2 =
9m/s
Trong đó K
2
=
8,0
11
=

=1,1

là hệ số áp suất
3. Tính đờng kính tại cửa ra của bánh công tác D
2
D

2
=
=
n
u
.
.60
2

)(353,0
2950.14,3
4,54.60
m=
4.Tính chiều rộng bánh công tác ở cửa ra b
2
b
2
=
021,0
32,6.353,0.14,3
05,1.141,0

.
22
2.
==
r
t
CD
KQ

(m )
với C
2r
=(0,8 ữ1,1) .C
0
=(5,6 7,7 ) chọn C
2r
= 6,32
K
2
hệ số thu hẹp ở cửa ra chọn K
2
=1,05
Lây b
2
= 2,3 cm
5.Xác định vận tốc tơng đối
W
1
=
2,24
20sin
3,8
sin
1
1
==

r

C
W
2
=
45,20
18sin
32,6
sin
2
2
==

r
C
6. Xây dựng tam giác tốc độ
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
20
c1r
c1
u1
w1
c
1r
=w
1
.sin20=27.sin20 =9,23
theo định lý hàm số cos ta có
0
11
2

1
2
1
2
1
20cos 2 wuuwc +=
=27
2
+26,23
2
2.27.26,23.cos20
vậy c
1
=9,27
ta lại có
111
2
1
2
1
2
1
cos 2

ucucw +=
vậy cos
092,0
2
11
2

1
2
1
2
1
1
=
+
=
uc
wuc

0
1
6,84=

Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
c2
c2r
u2
w2
ta có c
2r
=w
2
.sin18 =20,45.0,3 =6,31
ta có
47,54.45,20.247,5445,2018cos 2
22
22

2
2
2
2
2
2
+=+= uwuwc
vậy c
2
=35,5
ta lại có
222
2
2
2
2
2
2
cos 2

cuucw +=
vậy
98,0
47,54.5,35.2
45,2047,545,35
2
cos
222
22
2

2
2
2
2
2
2
=
+
=
+
=
uc
wuc

vậy
0
2
96,9=

7. Số cánh dẫn
Z =
2
sin.
(.
21
12
21

+

+
DD
DDK
=
34,6
2
2020
sin.
17,0352,0
)352,017,0.(5,6
=
+

+
Vậy chọn số cánh Z =8 cánh
8. Chiều dài đĩa bánh công tác
IV.kiểm tra kết quả tính toán
1.Kiểm nghiệm hệ số thu hẹp
K
1
=
=

1
11
1
sin
.
.

S
Z
D
Z
D
21,1
20sin
004,0
8
17,0.14,3
8
17,0.14,3
1
=

Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Vậy chọn K
1
=1,2 là hợp lý
K
2
=
=

2
12
2
sin

.
.



S
Z
D
Z
D
=

20sin
004,0
8
352,0.14,3
8
352,0.14,3
1
1,09
Vậy ta chọn K
2
=1,05 là hợp lý
2. Kiểm nghiệm tỷ số b
2
/D
2
068,0
1,1
6,29.00073,0.0073,0

75,0
2
3
4
2
2
===
u
q
K
n
D
b
với n
q
=n
s
/3,65 =29,6
vậy tỷ số b
2
/D
2
là hợp lý
3. Kiểm tra D
2
/D
1
hoặc D
s
/D

2
07,2
17,0
353,0
2
1
==
D
D
phù hợp với n
s
=108
4.Kiểm tra tỷ số W
1
/W
2
W
1
/W
2
=24,2/18,4=1,32 phù hợp với điều kiện
Vậy tất cả các thông số đã chọn khi kiểm tra, tính toán lại kết quả đều phù hợp
với điều kiện mà yêu cầu dặt gia
Phần II.
I. xây dựng biên dạng cánh .
1. Xây dựng biên dạng cánh dẫn trên mặt kinh tuyến .
Số vòng quay đặc trng n
s
>60 do đó ta xây dựng biên dạng cánh dẫn cong không
gian .Ta chia mặt đứng thành 4 phân tố , điều kidện chia sẽ là :

( ) ( )
2'22
0
2
44
.
4
1
sss
DDdD =

vậy
cm
dD
D
s
s
22,16
2
918.3
2
.3
22
2
0
2
'
=
+
=

+
=
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
( )
2''2'2
0
2
4
1
sss
DDdD =
vậy
cmD
s
23,14
''
=
vậy
cmD
s
119
'''
=
bảng tính toán mặt đứng
Mặt
đẳng
tốc
Đờng
dòng
r

i
(mm)
( )
mmb
i

r
i
( )
mmb
i


n
n
r
i.
( )
mmb
i


=
iitbi
br
n
br .
1
.
( )

ii
br .
=


n
ii
br
n
1

1
-
ii
br .
(mm)
=
ri
C


ii
br
Q
2

Vò Quang TriÓn- K45 B¶n thuyÕt minh m¸y thuû khÝ
1-1
a-a
b-b

c-c
d-d
167,74
_
_
_
5,9175
_
_
_
992,604
_
_
_
3970,471 992,604 0
_
_
_
0,0055
_
_
_
2-2
a-a
b-b
c-c
d-d
155,6
_
_

_
6,14
_
_
_
956,898
_
_
_
3827,595 956,898 0
_
_
_
0,0057
_
_
_
3-3
a-a
b-b
c-c
d-d
142,2
_
_
_
6,4059
_
_
_

910,954
_
_
_
3643,81 910,954 0
_
_
_
0,006
4-4
a-a
b-b
c-c
d-d
130,75
129,6
128,62
127,55
6,52
6,56
6,607
6,65
852,49
850,76
849,79
848,2
3402,2 850,3
2,17
0,46
0,51

2,1
0,0064
5-5 a-a
b-b
c-c
d-d
120,4
118,0
115,6
113,2
6,83
6,92
7,07
7,11
811,9
809,05
804,9
801,6
3227,5 806,8 5,02
2,25
1,9
5,2
0,0068
6-6
a-a
b-b
106,6
104,4
7,14
7,15

761,7
746,4
2978,1 744,5 17,26
1,9
0,0073
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
c-c
d-d
102,2
99,81
7,24
7,32
739,4
730,6
5,1
13,9
Xây dựng biên dạng cánh không gian trong mặt vĩ tuyến .
100
95
4
1
b
d
1
c
1
1
a
6
5

p
1
e
p
1
6
5
4
11
3 3
2
2
c
b
a
22
e
d
22 2
n
d
P
m
1
P
2. Bộ phận dẫn hớng vào của bơm hai cấp
C
h
= K
ch

.
Hg 2
K
ch
là hệ số tốc độ do n
s
>100 chọn K
cs
=0,1
C
h
= 0.1.
0035,7250.81,9.2 =
D
h
=
16,0
0035,7.14,3
141,0.4
.
.4
==
h
t
C
Q

(m)
D
h

là đờng kính nơi cửa bích hút của bơm
Tiết diện IV có diện tích là
F
4
= k
p
.
3
n
Q
t
=
3
2950
141.0
.2
=0,072 (m
2
)
Trong đó k
p
=2
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Tiết diện III có diện tích là F
3
=3/4.F
4
=3/4.0,072 =0,054 m
2 .
Tiết diện II F

2
=2/4.F
4
= 2/4.0,072 =0,036 m
2
Tiết diện I F
1
=1/4.0,072=0,018 m
2
Khoảng cách AF=2.D
s
= 2.0,18=0,36
VIII
VII
VI
V
0
III
V
IV
II
IV
III
I
II
I
00 =3/4.D
s
=3/4.0,18 =0,135
C0= D

s
=0,18
D0 =7/6.D
s
=7/6.0,18 =0,21
EC= 5/4.D
s
=5/4.0,18 =0,225
HO =6/4.D
s
= 6/4.0,18 =0,27
II Bộ phận dẫn hớng ra kiểu xoắn ốc .
Đặt r
2
là bán kính ngoaì cùng của bánh xe công tác .
r
3
là bán kính đờng tròn cở sở của đuờng xoắn ốc .
b
2
là chiều rộng cửa ra bánh công tác .
b
3
là chiều rộng ban đầu của máng xoắn ứng với bánh ra
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
b
3
=b
2
+(0,02ữ0,05).D

2
b
3
=0,023 +0,04.0,353 =0,037 (m)
r
3
=r
2
+
)(18,0
30
176,0
176,0
30
2
m
r
=+=
Hằng số máng xoắn
K
d
= c
u
. r =c
3u
.r
2
=
82,8
7,308

7,277.81,9.
==
w
Hg
LT
H
LT
=
TL
H

vậy H
LT
=
)(7,277
9,0
250
m=
Trong đó
84,001,0 ==

TL
C
mx
=k
mx
.
9,25250.81,9.2.37,0 2 ==Hg
F
8

=
0053,0=
mx
c
Q
m
2

F
1
=
00067,00053,0.
360
45
0
0
=
m
2
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
F
2
=
0013,00053,0.
360
90
0
0
=
m

2
F
3
=
002,00053,0.
360
135
0
0
=
m
2
F
4
=
0027,00053,0.
360
180
0
0
=
m
2
F
5
=
0033,00053,0.
360
225
0

0
=
m
2
F
6
=
004,00053,0.
360
270
0
0
=
m
2
F
7
=
0047,00053,0.
360
315
0
0
=
m
2
F
9
=0,0053 m
2

h
i
=
i
i
i
tg
Ftgbb


.2
.
2
.4
3
2
3
++
=
076,0
5,22.2
0053,0.5,22.4037,0037,0
2
=
++
tg
tg
h
8
=k

p
.D
2
/2 D
3
/2
trong đó D
3
=k
H
.D
2
=1,15.0,353 =0,405 chọn k
H
=1,15 ,k
p
=2
vậy h
8
=2.
15,0
2
405,0
2
353,0
=
III. bộ phận dẫn hớng trung gian .
r =r
3
.

3
.

tg
e
r
3
là bán kính đờng tròn đIúm bắt đầu vào cánh dẫn hớng
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
r
3
=1,05.r
2
=1,05.0,176 =0,1848
tg
3
=k
3
.
3
2
b
b
.
u
r
c
c
2
2

'
chọn k
3
=1,12
b
3
=b
2
+(1ữ2 )mm =23+ 0,02 =23,02 cm
tg
3
=1,12
185,0
79,34
009,6
.
024,0
023,0
=
vậy
3
=10,5
o

số cánh đĩa dẫn Z
d
=Z+2 =8+2= 10 cánh
b
3
=0,02302(m) lầy a

o
=b
3
=0,023 (m)
Độ tcong của của trục khuếch tấn tăng lên sẽ làm giảm đờng kính ngoài của bộ
phận dẫn hớng trung gian nhng khi đó sẽ hạ thấp hiệu suất thuỷ lực của nó do đó
chiều dài phần ống khuếch tán đợc lấy nh sau
l = (3ữ4).a
o
=3,5.0,023 =0,080(m )
Bán kính một cung
3
03
cos.2
1
).(


Rr
on
+=
R
o
=r
3
.
3
.

tg

e

c
là góc ở tâm của máng xoắn ốc

c
=
607,0)5,10sin1.(
10
.2
)sin1.(
.2
3
2
=

=


d
Z
R
o
=0,1848.e

.tg10,5
=0,2206 (m)
1991,0
5,10cos.2
1

).252,01848,0( =+=
on

(m)
IV bộ phận lót kín .
1. Lót kín bánh xe công tác.
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
q
1
=
yy
hgf 2
à
r
y1
=
096,0004,0
2
=+
s
D
(m )
1

là chiều rộng khe hẹp
000192,0096,0.002,0.002,0
11
===
y
r

h
y
=0,6.H
1
=0,6.125=75.
Diện tích tiết diện khe hẹp
F
y
=2.
000115,0000192,0.096,0.14,3.2
11
==

y
r
(m
2
)
q
1
=
yy
hgf 2
à
=0,55.0,000115.
0024,075.81,9.2 =
do D
y1
=2.r

y1
>100 mm theo kinh nghiệm l
1
/D
1
=0,12ữ0,15khi đó
6,05,0 ữ=
à
lợng chất lỏng chảy qua khe hở phía sau bánh công tác là
q
2
=
222
2 2.
yy
hgr
à
với

+=
2
2
2
2
2
2
2
1.
.8.2
.
r
r
g
u
u
Hg
h
y
ll
y
H
ll
=
8,148
84,0

125
1
==
tl
H
à
















+=
2
2
2
2
2
2
2

1.
.8.2
.
r
r
g
u
u
Hg
h
y
ll
y
=
( )
( )
559,35
176,0
049,0
1.
81,9.8
47,54
47,54.2
8,148.81,9
2
2
2
=

+
trong đó r
y2
=
049,0004,0
2
09,0
2
0
=+=+ s
d
m
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
r
2
=D
2
/2 =0,353/2 =0,176 m

2. Lót kín trục bơm
Chọn vòng phớt lót kín trục bơm
B=0,25.d =0,25.73 =18,25 mm
Chọn b=17 mm .
Chiều dài phần lót kín đợc chọn
L=2.d =2.17 =34 mm
Lực ép vòng lót F=1,4. P .
4

.(d
k
2
d
2
).B
V lực tác dụng trong máy bơm và tính toán trục bơm
1. Lực tác dụng
F
Zng
=
( )

2
2
0
2
2
2
2
0
2
.2
1.
.8

r
rR
g
u
HrR
y
py

H
p
=H







2
2
.2
1
u
c
u
Trong đó c
2u
=u
2
- c
2r
.cotg
2

=54,47 6,32.cotg20 =37,10 m/s
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
H
p

=250.
sm/8,164
47,54.2
1,37
1 =







R
y
=
081,0004,0
2
17,0
2
== s
D
s
mm
r
0
=d
0
/2 +s =0,09/2+0,004 =0,049 m
vậy F
Zng

=
( )
















017,0.2
049,0086,0
1.
81,9.8
47,54
8,164.049,0086,081,9.1000.14,3
2
22
=19621,9N
2. Lực tác dụng bên trong bánh công tác
F
Ztr

=A.
9,9797.
81,9
81,9.14,0.1000
.1
0
==c
g
Q

Chọn A=1 bánh hớng kính .
3. Lực phụ hớng trục .
( )









+
+

=

2
.2
ln

.8

2
2
22
2
2
2
2
22
2
2
2
2
2
2
2
2
2
r
Rr
R
r
Rr
r
Rr
g
u
F
y

yy
Zng

=-3,14.1000.9,81.
N3,137442
176,0.2
086,0176,0
086,0
176,0
ln.
086,0176,0
176,0
).086,0176,0.(
81,9.8
47,54
2
22
2
2
22
2
22
2
=

+
+



nh vậy tổng lực tác dụng lên bánh công tác bơm là
F =F
Zng
+ F
*
Zng
+ F
Ztr
=19621,9+ 979,,9 +13744,3 =34345,8 N .
Vũ Quang Triển- K45 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
3. Lực hớng kính
F
R
=
7,113023,0.053,0.81,9.250.1000.
14,0
138,0
1.4,0 1.
2
'
2
=

=








bDH
Q
Q
K
t
R

N.
VI kiểm tra sơ bộ hiệu suất
2. Hiệu suất lu lợng
3
2
.68,01
1

+=
s
ll
n


=1+ 0,68.108
-2/3
=1,029
vậy hiệu suất lu luợng là 0,97 phù hợp .
3. Hiệu suất cơ khí
22
108
820
1
820
1
1
+=+=
sck
n

=1,07
vậy hiệu suất cơ khí là 0,93 phù hợp .
Vò Quang TriÓn- K45 B¶n thuyÕt minh m¸y thuû khÝ