ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY THỦY KHÍ thanh

Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Lời nói đầu
Môn học máy thuỷ khí đóng vai trò quan trọng trong chơng trình đào tạo kỹ s và
cán bộ kỹ thuật về thiết kế và chế tạo các loại máy, các thiết bị phục vụ các ngành công
nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải
Đồ án môn học máy thuỷ khí kỳ 7 là một trong các đồ án có tầm quan trọng nhất
đối với một sinh viên khoa cơ khí. Đồ án giúp cho sinh viên hiểu những kiến thức đã học
không những môn máy thuỷ khí mà các môn khác . Đồ án còn giúp cho sinh viên hiểu
dần đựơc về thiết kế và tính toán các bớc của môn máy thuỷ khí.Nó củng cố đợc phần lý
thuyết, nó giúp em hiểu sâu hơn phần lý thuyết đã học.
Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn tận tình của TS NGUYễNđức sớng và các thầy
trong bộ môn Máy và thiết bị mỏ đến nay đồ án môn học của em đã hoàn thành. Tuy
nhiên việc thiết kế đồ án không tránh khỏi sai sót em rất mong đợc sự chỉ bảo của các
thầy
Em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYễN ĐứC SƯớNG đã giúp đỡ em hoàn
thành công việc đợc giao.

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 10HMK*2
Lu lợng Q= 1000 m
3
/h =1000/3600=0,278 m
3
/s
Cột áp H =182 m
Số vòng quay trên máy n =1450 v/ph
Hiệu suất
%85,0
=
c

1. Công suất yêu cầu trên trục bơm
4,594
85,0.1000
182.283,0.81,9.1000
.1000

===
c
t
HQg
à

kW
Q
t
=
3600
1000.02,1
=0,283m
3
/s
- 1 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
2. Công suất động cơ
N
đc
=(1,1-1,3) .N =1,1.594,4=653,84 kW
3. Số vòng quay đặc trng
n

s
=
6,95
1.182
2.283,0.1450.65,3
.
65,3
4
3
4
3
4
3
4
3
==
yH
iQn
t
v/ph
với i =2 là số bánh công tác
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(hình 1).
b2
b
1
D
2
d

d
0
D
1
Ds
Hình 1:Sơ đồ kết cấu bánh công tác.
2. Xác định đờng kính đầu ra của trục bơm (đờng kính lắp trục khớp nối )

[ ]
mdcm
M
d
r
x
r
095,0)(28,9
5,2452.2,0
7,391698
.2,0
33
====

với M
x
là mô men xoắn trên trục
M
x
=97403 .
7,39169881,9.
1450

4,594
.97403. ==B
n
N
(N.cm)
ứng suất cắt cho phép
[ ]


[ ]

=B.250 =9,81.250 = 2452,5 N/cm
2
3. Xác định đờng kính nơi lắp bánh công tác
d= 9,5+2=11,5 cm
4. Đờng kính may ơ của bánh công tác
d
01
= d + (10 ữ 25 ) mm
=115 + 15 =130mm
5 . Xác định đờng kính D
s .
- 2 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
D
s
=
2
0
.

.4
d
C
Q
s
t
+

=
2
12,0
82,5.14,3
283,0.4
+
= 0,276( m)
Với d
0
=120mm <d
01
=130mm
Tốc độ cửa vào C
s
C
s
= K
cs
i
Hg 2
= 0,1378

91.81,9.2
=5,82 m/s
H
i
là cột áp của bánh công tác H
i
=H/i =182 /2 =91 m
6. Xác định đuờng kính D
1
Có n
s
>60
vậy D
1
=(0,8 ữ 0,95 ) .0,276 =0,2208 ữ 0,2622
ta chọn D
1
=0,255 (m)
7. Xác định chiều rộng mép vào b
1
có

=90 nên ta có C
0
=C
0r
(=6,3)
C
0
là tốc độ dòng chảy trớc khi vào bánh công tác .

C
0
=(1,0 ữ1,1 ) .C
s
= (1,0 ữ1,1) .5,82 = 5,82 ữ 6,402

m/s
b
1
=
==
3,6.255,0.14,3
283,0

1 or
t
CD
Q

0,056(m) Lấy b
1
=58 mm
C
1r
= k
1
. C
0
=1,15.6,3 = 7,245 m/s với k
1

=1,15
8. Xác định giá trị vào của cánh
1

tg
0,1

=
3256,0
35,19
3,6
1
0
==
u
C
r
vậy
0,1

=18
0
với u
1
tốc độ vòng ở cửa vào u
1
=
2
.
1

D

m/s
trong đó
=

77,151
30
1450.14,3
30
.
==
n

1/s
vậy u
1
=
2
.
1
D

=
35,19
2
255,0.77,151
=
m/s
vậy

=+=

0,11
18
0
+ 3
0
=21
0
9. Chiều dầy cánh dẫn S
Chọn S
1
= 5(mm ) =0,005 (m) đúc bằng gang
S
2
= 5(mm ) =0,005 (m) đúc bằng gang
III. Tính toán các thông số ở cửa ra bánh công tác
- 3 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
1. Góc ra của cánh dẫn

0
2
25=

2. Tính tốc độ vòng ở mép ra của cánh u
2
u
2
= K

u2
1
2 Hg
=1,04.
94,4391.81,9.2 =
m/s
Trong đó K
u2
=
922,0
11
=

=1,04


là hệ số áp suất
922,0=

3.Tính đờng kính tại cửa ra của bánh công tác D
2
D
2
=
=
n
u
.
.60
2

)(579,0
1450.14,3
94,43.60
m=
4.Tính chiều rộng bánh công tác ở cửa ra b
2
b
2
=
029,0
6.579,0.14,3
1,1.283,0

.
22
2.
==
r
t
CD
kQ

(m )
với C
2r
=(0,8 ữ1,1) .C
0
=(0,8 ữ1,1) .6,3= 5,04 ữ 6,93
chọn C

2r
= 6 m/s
k
2
hệ số thu hẹp ở cửa ra chọn k
2
=1,1
Lấy b
2
= 31 mm
5.Xác định vận tốc tơng đối
w
1
=
22,20
21sin
245,7
sin
0
1
1
==

r
C
m/s
w
2
=
2,14

25sin
6
sin
0
2
2
==

r
C
m/s
6. Xây dựng tam giác tốc độ
- 4 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
c
1
c
1,r
u
1
w
1
Hình 2: Tam giác tốc độ cửa vào.
theo định lý hàm số cos ta có

0
11
2
1
2

1
2
1
21cos 2 wuuwc
+=
=20,22
2
+19,35
2
-2.20,22.19,35 cos21
0
=52,73
vậy c
1
=7,26 m/s
ta lại có
111
2
1
2
1
2
1
cos 2

ucucw +=
vậy cos
065,0
35,19.26,7.2
22,2035,1926,7

2
222
11
2
1
2
1
2
1
1
=
+
=
+
=
uc
wuc


0
1
3,86=

- 5 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
c
2
c
2,r
u

2
w
2
c
2u

Hình 3: Tam giác tốc độ cửa ra.
ta có c
2r
=w
2
.sin25
0
=14,2.0,423 =6,0066(m/s)
ta có
906,0.94,43.2,14.294,432,1425cos 2
220
22
2
2
2
2
2
2
+=+= uwuwc
vậy c
2
=31,65 m/s
ta có
+=

2
2
2
2
2
2 ru
ccc
222
2
2
2
2
2
0066,665,31 ==
ur
ccc
=965,64
c
2u
=31,075m/s
ta lại có
222
2
2
2
2
2
2
cos 2

cuucw +=
vậy
982,0
94,43.65,31.2
2,1494,4365,31
2
cos
222
22
2
2
2
2
2
2
2
=
+
=
+
=
uc
wuc

vậy
0
2
11=

Từ các giá trị góc b

1
,b
2
;và các tốc độ u
1
,u
2
và w
1
,w
2
ta xây dựng các tam giác tốc độ ở cả vào
và cửa ra .(hình 2 ,hình 3)
7. Số cánh dẫn
Z =
2
sin.
)(.
21
12
21

+

+
DD
DDK
=
5,6
2

2521
sin.
255,0579,0
)579,0255,0.(5,6
00
=
+

+
Vậy chọn số cánh Z = 7 cánh
8. Chiều dày đĩa bánh công tác
- 6 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Lấy m =12mm và nhỏ dần ra phía ngoài.
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
14,1
1,0
114,0
21sin
005,0
7
255,0.14,3
7
255,0.14,3
0
==

Vậy chọn K
1
=1,15 là hợp lý
K
2
=
=

2
12
2
sin
.

.



S
Z
D
Z
D
05,1
247,0
26,0
25sin
005,0
7
579,0.14,3
7
579,0.14,3
0
==

Vậy ta chọn K
2
=1,1 là hợp lý
2.Kiểm nghiệm tỷ số b
2
/D
2

0535,0

579
31
2
2
==
D
b
vậy tỷ số b
2
/D
2
là hợp lý.
3.Kiểm tra D
2
/D
1
hoặc D
s
/D
2

27,2
255,0
579,0
1
2
==
D
D
phù hợp với n

s
=95,6
4.Kiểm tra tỷ số w
1
/w
2

42,1
2,14
22,20
2
1
==
w
w
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 ra

Phần II : xây dựng biên dạng cánh
I. Xây dựng biên dạng cánh dẫn trên mặt kinh tuyến .
Số vòng quay đặc trng n
s
>80 do đó ta xây dựng biên dạng cánh dẫn cong không gian
.Với các bớc đợc tiến hành nh sau:
- 7 -
rii
it
i
CD

kQ
b

=
ii
i
i
t
t
k


=
z
D
t
i
i

=
i
i
i
S


sin
=
i
i

i
ri
i
t
S
w
C
+=

sin
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
-Dựng các kích thớc d, d
0
, D
1
, D
2
, D
s.
-Lấy một điểm nào đó làm chuẩn trên D
2
, kẻ đờng nghiêng một góc 6
0
so với phơng
thẳng đứng.
-Dùng đờng nghiêng vừâ kẻ làm chuẩn dựng các kích thớc b
2
trên D
2
và b

1
trên D
1
.
-Nối sơ bộ b
2
và b
1
ta đựơc hình thang(hình 5a).
Muốn vẽ chính xác ,ta phải tìm các trị số b
i
thay đổi từ cửa vào đến cửa ra(từ vị trí r
1
=D
1
/2 đến
vị trí r
2
=D
2
/2).Lấy sơ bộ đờng trung bình của b
1
-b
2
là đờng 1-2.Ta có giá trị b
i
ứng với một D
i
nào đó:
ở đây

Các giá trị C
ri
, W
i
, S
i
tìm trên hình 4
ứng với D
i
. Chia đờng trung bình 1-
2 thành 10 khoảng, cách điểm chia
tâm bánh công tác là r
i
=Di/2,
các khoảng chia không nhất
thiết phải bằng nhau mà tuỳ theo
mức độ chính xác cần vẽ.Tìm các
giá trị cần thiết từ hình 4 ứng với các điểm chia vừa thực hiện,ta
tính đợc các b
i
. Trị số của các b
i
thực tế cũng đợc lấy tăng lên để đảm bảo tổn thất.
điểm
chia
thứ i
ri(m) Si m Wi m/s Cir ti
sinb
di ki bi thuc bi mm bi ve
1 0.1 0.005 20.22 7.245 0.1335 0.3958 0.01263 1.1046 0.05331 53.314 56.314

2 0.1 0.005 19.6179 7.1211 0.1504 0.4025 0.01242 1.09 0.04668 46.681 49.681
- 8 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
3 0.2 0.005 18.0159 6.9973 0.1674 0.4251 0.01176 1.0756 0.04212 42.116 45.116
4 0.2 0.005 18.4139 6.8735 0.1843 0.4071 0.01228 1.0714 0.03877 38.766 41.766
5 0.2 0.005 17.812 6.7496 0.2013 0.4107 0.01217 1.0644 0.0359 35.903 38.903
6 0.2 0.005 17.21 6.6258 0.2182 0.4151 0.01205 1.0584 0.03353 33.533 36.533
7 0.2 0.005 16.608 6.502 0.2352 0.4202 0.0119 1.0533 0.03154 31.543 34.543
8 0.2 0.005 16.006 6.3781 0.2521 0.4261 0.01174 1.0488 0.02985 29.855 32.855
9 0.3 0.005 15.404 6.2543 0.2691 0.4326 0.01156 1.0449 0.02841 28.41 31.41
10 0.3 0.005 14.802 6.1304 0.2861 0.44 0.01136 1.0414 0.02716 27.163 30.163
11 0.3 0.005 14.2 6.0066 0.303 0.4395 0.01138 1.039 0.02664 26.64 29.64
Dựng các đờng tròn đờng kính b
i
tơng ứng với các vị trí D
i
.Vẽ hai đờng bao với các đờng tròn
đó ta đợc mặt đứng (hình 5b).
-Ta chia mặt đứng thành 3 phân tố dòng (n=3) (hình 6), điều kiện chia sẽ là :

( ) ( )
2'22
0
2
44
.
3
1
sss
DDdD =

vậy
cm
dD
D
s
s
58,23
3
126,27.2
3
.2
22
2
0
2
'
=
+
=
+
=

( ) ( )
222
0
2
44
.
3

1
sss
DDdD



=


cm
dDD
D
ss
s
71,18
3
126,2758,23.3
3
.3
222
2
0
22
=
+
=
+

=

( ) ( )
2
0
22
0
2
44
.
3
1
dDdD
ss


=


cm
dD
D
s
s
71,18
3
12.26,27
3
2
22
2

0
2
=
+
=
+
=

Các điểm chia trung gian tìm đợc dựa vào mặt đẳng tốc,nghĩa là các mặt trên đó vận tốc
phân bố đều và không có xoáy.
Kẻ sơ bộ những đờng bb,cc theo dạng đờng cong mặt đứng .
Ta lấy góc ôm ngoài
m

và góc ôm trong
n

theo n
s
nh sau:
- 9 -

s
n

n


m

95,6 106,6
0
104,4
0
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Nối sơ bộ các điểm chia ở cửa vaò và cửa ra bằng những đờng cong bao mặt đứng ta đợc hình
vẽ dới dây.



Hình 6: Mặt kinh tuyến bánh công tác.

Mặt
đẳng
tốc
Đờng
dòng ri mm bi mm
ri Dbi riDbi (riDbi)tb (riDbi)
Cir
a-a
1-1 b-b 0.27379 0.01004 0.00275 0.00826 0.00275 0.00000 5.40028
c-c 0.27379 0.01006 0.00275 0.00826 0.00275 0.00000 5.40028
d-d 0.27379 0.01006 0.00275 0.00826 0.00275 0.00000 5.40028
a-a
2-2 b-b 0.25825 0.01043 0.00269 0.00810 0.00270 0.00001 5.50727
c-c 0.25785 0.01047 0.00270 0.00810 0.00270 0.00000 5.50727
d-d 0.25785 0.01049 0.00270 0.00810 0.00270 -0.00001 5.50727
a-a
b-b 0.23343 0.01121 0.00262 0.00785 0.00262 0.00000 5.67928
3-3 c-c 0.23313 0.01122 0.00262 0.00800 0.00267 0.00005 5.57325

d-d 0.23283 0.01125 0.00262 0.00800 0.00267 0.00005 5.57325
a-a
- 10 -

Rd
dR



rd
dl
Rd
dl
Rd
dR
tg ==


rtg
dl
d =
ii
l
i
tgr
dl



=

0
0
0
180
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
4-4 b-b 0.21784 0.01180 0.00257 0.00772 0.00257 0.00000 5.77487
c-c 0.21777 0.01183 0.00258 0.00795 0.00265 0.00007 5.60830
d-d 0.21766 0.01183 0.00258 0.00795 0.00265 0.00007 5.60830
a-a
5-5 b-b 0.20316 0.01246 0.00253 0.00762 0.00254 0.00001 5.85093
c-c 0.20300 0.01253 0.00254 0.00794 0.00265 0.00010 5.56297
d-d 0.20274 0.01255 0.00254 0.00794 0.00265 0.00010 5.56297
a-a
6-6 b-b 0.18748 0.01320 0.00247 0.00742 0.00247 0.00000 6.00486
c-c 0.18667 0.01336 0.00249 0.00782 0.00261 0.00011 5.62296
d-d 0.18586 0.01322 0.00246 0.00782 0.00261 0.00015 5.62296
a-a
7-7 b-b 0.17257 0.01409 0.00243 0.00729 0.00243 0.00000 6.11546
c-c 0.17170 0.01434 0.00246 0.00768 0.00256 0.00010 5.69622
d-d 0.17083 0.01402 0.00240 0.00768 0.00256 0.00016 5.69622
a-a
b-b 0.15421 0.01584 0.00244 0.00717 0.00239 -0.00005 6.21409
8-8 c-c 0.15201 0.01581 0.00240 0.00765 0.00255 0.00015 5.71960
d-d 0.14983 0.01554 0.00233 0.00765 0.00255 0.00022 5.71960
a-a
b-b 0.14009 0.01802 0.00252 0.00769 0.00256 0.00004 5.79792
9-9 c-c 0.13310 0.01750 0.00233 0.00769 0.00256 0.00023 5.79792
d-d 0.12608 0.01822 0.00230 0.00715 0.00238 0.00009 6.23482
ii. Xây dựng biên dạng cánh dẫn trên mặt vĩ tuyến
Chia d

1
d
2
thành những phần nhỏ dl tơng ứng với dr và coi các dl tiếp xúc với bề mặt
nón.Gọi R là bán kính đờng sinh mặt nón tiếp xúc với đoạn dl của cánh dẫn ,đoạn này có độ
dài thực là PP
1
ứng với góc dy bao nó.Trên mặt vĩ tuyến ứng với R và dl có r và dr. Do góc
nghiêng của đờng dòng so với mặt đứng là nhỏ nên ta có thể viết: Rdy=rdf
Mà trong tam giác PTP
1
có tgb=
đồng thời lại có dR dl nên: Do đó và cuối
cùng ta nhận đợc
với l là chiều dài đờng dòng đang dựng,theo phơng pháp lập bảng ta sẽ xây dựng đợc biên
dạng của đờng d
1
d
2
trên mặt vĩ tuyến là đờng cong d
1
d
2
.Thực hiện trên từng đờng dòng ,cuối
cùng ta đợc hình vẽ cho toàn bộ cánh .Các điểm m và n đợc xác định nhờ các góc f
m
và

f
n

tính theo các công thức trên.

- 11 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Đ-
ờng
dòng
Điểm
chia
thứ ri li wi Ci,r
sini
bi
tgi
Bi=
1/ri*tgi
fi fi
fi=
(180/)*
fi
1 0.29 14.2 6.007 0.4395 26.072 0.489 7.0597
2 0.274 0.0157 14.784 6.127 0.4319 25.586 0.479 7.6277 0.115 0.115 6.6117
3 0.257 0.0165 15.396 6.253 0.4247 25.131 0.469 8.2849 0.131 0.246 14.13
d-d 4 0.233 0.0245 16.312 6.441 0.4154 24.545 0.457 9.4111 0.217 0.464 26.575
5 0.218 0.0151 16.872 6.556 0.4105 24.239 0.45 10.206 0.148 0.611 35.047
6 0.203 0.015 17.428 6.671 0.4063 23.974 0.445 11.098 0.16 0.771 44.192
7 0.185 0.0172 18.067 6.802 0.4023 23.719 0.439 12.273 0.201 0.972 55.715
8 0.17 0.0151 18.626 6.917 0.3994 23.541 0.436 13.47 0.194 1.166 66.836
9 0.149 0.0217 19.43 7.083 0.3966 23.368 0.432 15.559 0.315 1.481 84.895
10 0.122 0.022 20.22 7.245 0.3973 23.41 0.433 18.856 0.378 1.859 106.55
1 0.29 14.2 6.007 0.4395 26.072 0.489 7.0597

2 0.274 0.0157 14.784 6.127 0.4319 25.586 0.479 7.628 0.115 0.115 6.6152
3 0.258 0.0161 15.382 6.25 0.4248 25.14 0.469 8.2692 0.128 0.243 13.957
c-c 4 0.233 0.0246 16.3 6.439 0.4155 24.552 0.457 9.3959 0.218 0.461 26.431
5 0.218 0.0153 16.868 6.556 0.4106 24.241 0.45 10.201 0.15 0.611 35.025
6 0.203 0.0149 17.42 6.669 0.4064 23.978 0.445 11.084 0.158 0.769 44.106
7 0.186 0.0166 18.037 6.796 0.4024 23.73 0.44 12.213 0.194 0.963 55.216
8 0.171 0.0151 18.594 6.911 0.3995 23.55 0.436 13.397 0.193 1.156 66.293
9 0.151 0.0206 19.35 7.066 0.3968 23.38 0.432 15.328 0.295 1.452 83.225
10 0.13 0.023 20.14 7.229 0.3958 23.313 0.431 17.897 0.383 1.835 105.17
1 0.29 14.2 6.007 0.4395 26.072 0.489 7.0597
2 0.274 0.0157 14.784 6.127 0.4319 25.586 0.479 7.6292 0.115 0.115 6.62
3 0.256 0.0158 15.368 6.247 0.4252 25.16 0.47 8.3224 0.126 0.241 13.823
4 0.233 0.0249 16.289 6.436 0.4156 24.558 0.457 9.3813 0.22 0.461 26.434
b-b 5 0.218 0.0156 16.865 6.555 0.4106 24.243 0.45 10.196 0.152 0.613 35.162
- 12 -
sm
C
CCC
s
DDs
/16,4
4,1
82,5
4,1
)5,11(
===ữ=
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
6 0.203 0.0148 17.412 6.667 0.4064 23.981 0.445 11.071 0.158 0.771 44.199
7 0.187 0.0161 18.006 6.79 0.4026 23.741 0.44 12.153 0.187 0.958 54.928
8 0.172 0.0152 18.561 6.904 0.3997 23.559 0.436 13.323 0.193 1.151 66.004

9 0.153 0.0195 19.269 7.049 0.397 23.394 0.433 15.098 0.277 1.429 81.905
10 0.137 0.019 19.834 7.176 0.3968 23.377 0.432 16.942 0.305 1.733 99.364
1 0.29 14.2 6.007 0.4395 26.072 0.489 7.0597
2 0.274 0.0157 14.784 6.127 0.4319 25.586 0.479 7.6308 0.115 0.115 6.6167
3 0.258 0.0154 15.354 6.244 0.4252 25.163 0.47 8.2557 0.122 0.238 13.632
4 0.234 0.025 16.278 6.434 0.4157 24.564 0.457 9.3664 0.22 0.458 26.258
a-a 5 0.218 0.0158 16.861 6.554 0.4106 24.244 0.45 10.191 0.155 0.613 35.13
6 0.203 0.0148 17.405 6.666 0.4065 23.985 0.445 11.058 0.157 0.77 44.141
7 0.188 0.0156 17.976 6.783 0.4028 23.752 0.44 12.094 0.181 0.951 54.517
8 0.173 0.0153 18.529 6.897 0.3998 23.568 0.436 13.25 0.194 1.145 65.63
9 0.155 0.0187 19.187 7.032 0.3973 23.412 0.433 14.897 0.263 1.408 80.696
10 0.144 0.0155 19.62 7.122 0.3962 23.343 0.432 16.132 0.241 1.648 94.493
Phần IIi : các bộ phận dẫn hớng
I. Bộ phận dẫn hớng vào bơm
C
h
=
sm
C
D
/97,2
4,1
16,4
4,1
==

D
h
=
)(348,0

97,2.14,3
283,0.4
.
.4
m
C
Q
h
t
==


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
1450
283,0
.2
=0,116 (m

2
)
Trong đó k
p
=2
Tiết diện III có diện tích là F
3
=3/4.F
4
=3/4. 0,116 =0,087m
2 .
Tiết diện II F
2
=2/4.F
4
= 2/4. 0,116 =0,058m
2
Tiết diện I F
1
=1/4. 0,116 =0,029 m
2
Khoảng cách AF=2.D
s
= 2.0,276=0,552m
- 13 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
VIII
V
VII
VI

V
IV
III
IV
II
III
0
I
II
I
0
OO =3/4.D
s
=3/4.0,276 =0,207 (m)
B0 =5/6.D
s
=5/6.0,276 =0,23 (m)
C0= D
s
=0,276 (m)
D0 =7/6.D
s
=7/6.0,276 =0,322 (m)
EO= 5/4.D
s
=5/4.0,276 =0,345(m)
HO =6/4.D
s
= 6/4.0,276 =0,414(m)
II .Bộ phận dẫn hớng ra kiểu xoắn ốc .

Nhiệm vụ của bộ phận dẫn hớng ra là nhận lu thể đi ra từ bánh công tác sau đó dẫn ra ống
đẩy. Để bảo đảm giữ đợc quy luật chuyển động của dòng chảy và ít tổn thất va đập , bộ phận
dẫn hớng ra thờng có dạng xoắn ốc mở rộng dần.
Đặt r
2
là bán kính ngoaì cùng của bánh 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 bán kính r
3
.
Các kích thớc này có thể tính nh sau:
b
3
=b
2
+(0,02ữ0,05).D
2
b
3
=0,031 +0,045.0,579 =0,057 (m)
- 14 -
)/(77,151
60

1450.14,3.2
60
.2
srad
n
===


8
360
FF
i

=
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
r
3
=r
2
+
)(29915,0
30
2895,0
2895,0
30
2
m
r
=+=
Việc tính máng xoắn đợc thực hiện theo định luật về dòng tiavới hằng số máng xoắn

K
d
= c
u
. r =c
3u
.r
2
=
9,12
77,151
56,199.81,9
.
==

LT
Hg
m/s


H
LT
=
TL
H

vậy H
LT
=
)(56,199

912,0
182
m=
Trong đó
912,001,085,001,0 ===

TL
Ta phải thiết kế biên dạng đờng xoắn ốc từ tiết diện 0 đến tiết diện 8.Tính theo điều kiện tốc
độ dòng chảy trong máng xoắn không đổi từ tiết diện 1 đến tiết diện 8 là:
C
mx
=k
mx
.
)/(11,22182.81,9.2.37,0 2 smHg ==
Diện tích tiết diện thứ 8 của máng xoắn là: F
8
=
0128,0
11,22
283,0
==
mx
t
C
Q
m
2

Các tiết diện thứ i nào đó từ 1 đến 7 là:

- 15 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
F
1
=
0016,00128,0.
360
45
0
0
=
m
2
F
2
=
0032,00128,0.
360
90
0
0
=
m
2
F
3
=
0048,00128,0.
360
135

0
0
=
m
2
F
4
=
0064,00128,0.
360
180
0
0
=
m
2
F
5
=
008,00128,0.
360
225
0
0
=
m
2

F
6

=
0096,00128,0.
360
270
0
0
=
m
2
F
7
=
0112,00128,0.
360
315
0
0
=
m
2
F
8
=0,0128 m
2
Sau khi tính đợc các tiết diện thứ i ,ta tính chiều cao hình thang tiết diện đó theo công thức:
h
i
=
i
i

i
tg
Ftgbb


.2
.
2
.4
3
2
3
++
h
1
=
i
tg
Ftgbb
1
1
1
3
2
3
.2
.
2
.4

++
=
m
tg
tg
027,0
5.2
0016,0.5.4057,0057,0
2
=
++
h
2
=
2
2
2
3
2
3
.2
.
2
.4


tg
Ftgbb ++
=

m
tg
tg
0503,0
5,7.2
0032,0.5,7.4057,0057,0
2
=
++
- 16 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
h
3
=
3
3
3
3
2
3
.2
.
2
.4


tg
Ftgbb ++
=
m

tg
tg
0693,0
10.2
0048,0.10.4057,0057,0
2
=
++
h
4
=
4
4
4
3
2
3
.2
.
2
.4


tg
Ftgbb ++
=
m
tg
tg
0845,0

5,12.2
0064,0.5,12.4057,0057,0
2
=
++

h
5
=
5
5
5
3
2
3
.2
.
2
.4


tg
Ftgbb ++
=
m
tg
tg
0967,0
15.2
008,0.15.4057,0057,0

2
=
++
h
6
=
6
6
6
3
2
3
.2
.
2
.4


tg
Ftgbb ++
=
m
tg
tg
1061,0
5,17.2
0096,0.5,17.4057,0057,0
2
=
++

h
7
=
7
7
7
3
2
3
.2
.
2
.4


tg
Ftgbb ++
=
m
tg
tg
1138,0
20.2
0112,0.20.4057,00 57,0
2
=
++

h

8
=
8
8
8
3
2
3
.2
.
2
.4


tg
Ftgbb ++
=
m
tg
tg
12,0
5,22.2
0128,0.5,22.4057,0057,0
2
=
++
Góc mở x
i
của tiết diện tăng dần từ 5
0

đến 10
0
; góc x
max
sẽ đạt ở tiết diện 8 và có thể tới 45
0
.ở
tiết diện 8sẽ có chiều cao lớn nhất, chiều cao đó có thể so sánh bởi công thức kinh nghiệm:
h
8
= k
p
.D
2
/2 D
3
/2
trong đó D
3
=k
H
.D
2
=1,065.0,579 =0,617 chọn k
H
=1,065 ,k
p
=1,75
- 17 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí

vậy h
8
=1,75.
m198,0
2
617,0
2
579,0
=
Phần Iv: bộ phận lót kín
i. Lót kín bánh công tác.
Giữa thân bơm cố định và bánh công tác quay bao giờ cũng tồn tại khe hở. Để đảm bảo l-
ợng lu thể qua đó ít, hiệu suất lu lợng h
ll
của máy cao thì khe hở giữa chúng d
1
,d
2
phải rất
nhỏ.Không những thế ,để làm tăng sức cản khe hẹp ngời ta còn làm chúng có kết cấu phức
tạp, có dạng zig-zắc. Khi bơm làm việc khe hẹp sẽ bị mòn, chiều rộng khe hẹp tăng lên, do đó
ngời ta làm các vành mòn ghép vào đó. Lợng chất lỏng rò qua khe hở lót kín phía trớc bánh
công tác d
1
là:
q
1
=
yy
hgf 2

à
Với à là hệ số lợng khe hẹp, giá trị của nó tuỳ thuộc vào loại lót kín,
f
y
=2pr
y1
d
1
là diện tích tiết diện khe hẹp.
r
y1
=
1405,00025,0
2
276,0
2
1
=+=+ s
D
s
(m )

1

là chiều rộng khe hẹp ,d
1
= 0,0002 m
f
y
=2.

00018,00002,0.1405,0.14,3.2
11
==

y
r
(m
2
)
h
y
=0,6.H
1
=0,6.91=54,6m
q
1
=
yy
hgf 2
à
=0,5.0,00018.
00295,06,54.81,9.2 =
(m
3
/s)
do D
y1
=2.r
y1
>100 mm theo kinh nghiệm l

1
/D
y1
=0,12ữ0,15,khi đó
6,05,0 ữ=
à
Vậy l
1
=(0,12ữ0,15)D
y1
=0,12.2.0,1405=0,0337m.
Lợng chất lỏng chảy qua khe hở phía sau bánh công tác là:
q
2
=
222
2 2.
yy
hgr
à

+=
2
2
2
2
2
2
2
1.
.8
.2
.
r
r
g
u
u
Hg
h
y
LT
y
=

( )
( )
)/(71,23
2895,0
0625,0
1.
81,9.8
94,43
94,43.2
78,99.81,9
3
2
2
2
sm=














+

H
lT
=
m
H
tl
78,99
912,0
91
1
==

- 18 -
987,0
00064,000295,0278,0
278,0
21
=
++
=
++
=
qqQ
Q
ll

Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
trong đó r
y2
=

06,0
2
120,0
2
==
o
d
m
r
2
=D
2
/2 =0,579/2 =0,2895 m

2

là chiều rộng khe hẹp ,d
2
= 0,0003 m
à=0,5
q
2
=
222
2 2.
yy
hgr
à
=
71,23.81,9.2.0003,0.0625,0.14,3.5,0.2

=0,00064 (m
3
/s)
Hiệu suất lu lợng:
đảm bảo h
ll
=0,97ữ0,99
Chiều dài l
2
chọn theo kết cấu bơm và theo l
1
.
II. Lót kín trục bơm
Các vòng phớt lót kín trục làm nhiệm vụ chống rò nớc từ bơm ra khi chúng đợc bố trí ở
phía cao áp và chống khí lọt vào buồng hút của bơm khi chúng đợc bố trí ở phía cửa hút. Kiểu
lót kín và số vòng lót kín có ảnh hởng lớn đến hiệu suất cơ khí của bơm vì vậy phải đợc chọn
hợp lý. Các vòng lót kín đợc làm từ sợi A-mi-ăng với chiều dày 4,6,8,10,12,15,17,20,25,30
mm. Ta chọn chiều dày b theo đờng kính trục d cần đợc lót kín nh sau:
b=0,25.d =0,25.100 = 25mm
Chiều dài phần lót kín đợc chọn :
L=d =100 mm với p = 20 at=20.9,81= 196,2 N/cm
2
L=(i+0,5)b Vậy i= 100/b - 0,5 =100/25 - 0,5 = 3,5 với i là số vòng lót i=4

L=112,5mm
s=2b =2.25=50 mm
Lực ép vòng lót F=1,4. p .
4

.(d

k
2
d
2
).B =1,4.196,2
4

.(12
2
-10
2
).9,81=93071,86(N)
với d
k
đờng kính vành lót kín d
k
=12 cm.
Phần v:
lực tác dụng trong máy bơm và tính toán trục bơm
i. Lực hớng trục
1.Lực do chênh áp phía trớc và phía sau bánh công tác.
Khi vành mòn phía trớc bánh công tác cha bị mòn hỏng, có thể coi phía trớc và phía sau bánh
công tác trên khoảng từ R
y
đến r
2
là nh nhau. ở khoảng tử r
0
đến R
y

phía trớc bánh công tác có
- 19 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
áp suất p
1
rất nhỏ ,trong khi ở phía sau bánh công tác trên khoảng đó lại có áp suất rất lớn, kết
quả là xuất hiện một lực hớng trục hớng từ sau ra phía trớc bánh công tác và có độ lớn:
F
Zng
=
( )


















2

0
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
=182.
sm /64,117
94,43.2
075,31
1 =







Dấu (-) trong công thức của F
zng
biểu thị lực này có chiều ngợc trục z của bánh công tác.
R
y
=
143,0005,0
2
276,0
2

1
=+=+ s
D
s
m
r
0
=d
01
/2 =0,06 m
F
Zng
=
( )

2
222
22
2895,0.2
06,0143,0
1.
81,9.8
94,43
64,117.06,0143,081,9.1000.14,3
=-49571,05 N
2. Lực tác dụng bên trong bánh công tác
Do kết cấu bánh công tác, dòng chảy phía cửa vào bánh công tác sẽ thay đổi cả về hớng và
độ lớn của tốc độ, nghĩa là thay đổi về động lợng. Do đó gây ra một lực hớng trục tác động
lên bánh công tác và hớng từ phía trớc ra phía sau với độ lớn:
F
Ztr
=A.
NC
g
Q
4,17513,6.
81,9
81,9.278,0.1000
.1
0
==

Chọn A=1 bánh hớng kính .
3. Lực phụ hớng trục .
Khi vành lót kín phía trớc cha bị mòn ,áp suất phía trớc bánh công tác trên khoảng từ R

y
để
r
2
sẽ nhỏ hơn áp suất ở phần đĩa sau . Kết quả là xuất hiện một phụ lực hớng trục tác dụng lên
bánh công tác và hớng từ sau ra trớc với độ lớn:
( )









+
+

=

2
2
ln
.8

2
2
22
2

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

+
+

= 2
2895,0.2
143,02895,0
143,0
2895,0
ln.
143,02895,0
2895,0
).143,02895,0.(
81,9.8
94,43
.81,9.1000.14,3
2
22
2
2
22
2
22
2
=- 2535,86 N
Nh vậy tổng lực tác dụng lên bánh công tác bơm là
- 20 -

Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
F =F
Zng
+ F
*
Zng
+ F
Ztr
=-49571,05 - 2535,86 +1751,4 =-50355,51 N .
ii. Lực hớng kính
Lực hớng kính xuất hiện do sự thay đổi lợng máy bơm và do cấu tạo của mang xoắn ốc dẫn
hớng ra, tính theo công thức:
F
R
=
127043,0.579,0.182.81,9.1000.
28,0
278,0
1.4,0 1.
2
'
2
=






=

bDH
Q
Q
K
t
R

N.
K
R
là hệ số lực hớng kính, phụ thuộc vào n
s
,tra giản đồ có K
R
= 0,4.
Q = 0,278 m
3
/s là lu lợng hiện thời đang làm việc của bơm.
b
2
= b
2

+m = 43mm là chiều rộng bánh công tác ở cửa ra kể cả chiều dày đĩa bánh công tác.
Q<Q
t
nên góc của lực hớng kính lập với trục x một góc khoảng 100
0
.
Các biện pháp khắc phục lực hớng kính đợc thực hiện bằng kết cấu máng xoắn ốc kép hoặc
sắp xếp vị trí máng dẫn hớng ra cho hợp lý để khử lực.
Iii. tính toán trục bơm
Tính toán trục bơm dựa trên các lực bao gồm:
-Lực hớng trục: F
Z
=-50355,51 N.
Do 2 bánh công tác đặt đối xứng nên F
Z
= 0
-Lực hớng kính + trọng lợng2 bánh công tác:
-Lực hớng kính F
R
=127N
-Trọng lợng2 bánh công tác
Tính gần đúng:
( ) ( )
[ ]
N
rrSrrP
BCT
71,503.81,9.875,7.4,1
2
05,1

2
2,1
05,0.
2
2,1
2
79,5
14,3.2.2
81,9.875,7.4,1.2.2
2222
2
0
2
0
2
2
2
2
=

+

=+=

Vậy
NPFP
BCTRY
71,63071,503127
2
=+=+=
-Mô men ngoai lực (mô men xoắn) :M
x
= 391698,7 N.mm
Ta có biểu đồ mô men:
- 21 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
+Đờng kính trục nơi lắp bánh công tác:
mmNMMM
xUY
td
.3,3963437,391698.75,075,204980.75,0
2222

=+=+=
Vật liệu làm trục là thép 45 có
2
/600 mmN
b
=

Nên ta có
[ ]
2
/50 mmN=

[ ]
mm
M
d
td
43
50.1,0
3,396343
.1,0
33
===

< d=105 mm
Vậy trục đủ bền
Hay ta có thể tính theo số vóng quay tới hạn n
th
của bơm là số vòng quay mà tại đó trục
bơm bị cộng hởng , ta tính theo công thức sau:

max
30
f
g
n
th

=
Theo biểu đồ mô men ta có độ võng cực đại là:

( )
( )
mm
JE
pl
f 0226,0
105.05,010.1,2.48
1300.71,630
48
4
5
3
3
max
===
Trong đó E= 2,1.10
5
N/mm
2

(vì trục làm thép 45)
Mô men quán tính chính trung tâm:
4
.05,0 dJ =
(d là đờng kính trục)
6295
0000226,0
81,9
14,3
30
==
th
n
(vòng/phút)
n=2950 <n
th

trục bơm làm việc ở chế độ trục cứng.
phầnVI: kiểm tra sơ bộ hiệu suất
1. Hiệu suất lu lợng

3
2
.68,01
1

+=
s
ll
n

=1+ 0,68.108
-2/3
=1,029
- 22 -
915,0
)172,067,247(lg
42,0
1
)172,0(lg
42,0
1
22
1
=

=

=
td
tl
D

( )
mmdDD
std
55,248120276
222
0

2
===
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
vậy hiệu suất lu luợng là 0,97 phù hợp .
2. 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 .
3. Hiệu suất thuỷ lực.


- 23 -
Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
TàI liệu tham khảo
1-Nguyễn Đức Sớng, Vũ Nam Ngạn: Giáo trình Máy Thuỷ Khí.
2-Nguyễn Đức Sớng, Trần Văn Triều, Lê Kinh Thanh: Hớng dẫn thiết kế môn học Máy
Thuỷ Khí.
3-Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm: Thiết kế chi tiết máy.
- 24 -

Trần Thị Thanh- K47 Bản thuyết minh máy thuỷ khí
- 25 -