MÁY THỦY KHÍ MTK

Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
PHầN I : TNH TON C BN
I. Tính chọn động cơ và phơng án kết cấu BCT
1. Công suất yêu cầu trên trục bơm

c
t
HgQ
N


1000
=
. Trong đó

nc

= 1000 (kG/m
3
)
g = 9,81 (m/s
2
)
H = 820 m H
2
O =820 at

c

= 0,63
Q

t
=(1,02 ữ1,15)Q=(1,02ữ1,15)41,7
=42,543 ữ 47,955 (l/s)
Chọn Q
t
= 43 (l/s) =0,043 (m
3
/s)

N =
63,0.1000
820.043,0.81,9.1000
=549 (kW)
2. Công suất động cơ:
N
đc
= (1,1ữ1,3)N =(1,1ữ1,3) 549 =(604ữ714) ( kW)
Chọn N
đc
= 604 (kW)
3.Số vòng quay đặc trng:
Số vòng quay đặc trng của BCT máy bơm đợc tính theo công thức sau:

)/(
.
.
65,3
4/3
4/3
phv

yH
iQn
n
t
S
=

i =10 (cấp) ; y =1( số cửa hút của BCT );n =2950 (v/ph)


=
S
n

)/(82
1.820
10.034,0.2950
65,3
4
3
4
3
phv
=
và n
p
=
1.820
10.034,0.2950
4

3
4
3
=

1.820
10.034,0.2950
4
3
4
3
= 22,5 (v/ph)
II. Tính toán các thông số ở cửa vào của bánh công tác
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
1
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
1. Vẽ sơ đồ kết cấu bánh công tác
D1
2. Xác định đờng kính đầu ra của trục bơm (đờng kính trục lắp khớp nối).
với bơm có trục xuyên qua
d
r
=
'
].[2,0
3

x
M
. Trong đó

'
][

=B (200ữ250) = 9,81 (200ữ250) =(1962ữ2452,5)
Chọn
'
][

= 2000 (N/cm
2
)
Mô men xoắn trên trục : M
x
=97403
n
N
.B và B= 9,81

M
x
= 97403.
2950
549
.9,81 = 177824,5 (Ncm) =1778,245 (Nm)


d
r
=

2000.2,0
5,177824
3
= 7,6 (cm) =76(mm)
3. Xác định đờng kính trục nơi lắp BCT.
Chọn kích thớc đờng kính trục nơi lắp BCT là
d = 8 (cm) = 80 (mm)
4. Đờng kính moay ơ của BCT.
d
0
= d+ (10 ữ 25) =80 + (10ữ25) = 90 ữ105 (mm)
Chọn d
0
=100 (mm) =0,1 (m)
5. Xác định đờng kính D
s
:
Vì là bơm có trục xuyên qua nhiều cấp nên
D
s
=
2
0
4
d
C
Q
s
t
+

. Trong đó:
Tốc độ cửa vào C
s
=K
cs
.
1
2gH
với g=9,81 (m/s
2
)

)(82
10
820
1
m
i
H
H ===

Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
2
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
K
cs
=0,14

6,582.81,9.214,0
=
s
C
(m/s)
Vậy ta có:
(mm) 140 0,14(m)1,0
6,5.14,3
034,0.4
D
2
s
==+=
6. Xác định đờng kính D
l
D
1
= (0,8ữ 0,95)D
s
=(0,8ữ0,95)0,14 = (0,112ữ0,133) (m )
chọn D
1
=0,12(m )=120 (mm)
7. Xác định chiều rộng mép vào b
l

0
0
90=

nên tốc độ dòng chảy C
0
= C
0r

C
0
=(1 ữ1,1)C
s
= (1ữ 1,1)5,6 =(5,6ữ6,16)
chọn C
0
= 6 (m/s) = 6000 (mm/s)
Từ lu lợng ta có:

)(20)(02,0
6.12,0.14,3
043,0
.
01
1
mmm
CD
Q
b
r
t
====

Ta chọn b

1
tăng lên 20
0
/
0



b
1
=
)(2420
100
20.20
mm=+
Do có chiều dày cánh dẫn ở cửa vào s
1
mà tốc độ dòng chảy sẽ tăng từ C
0
( ngay trớc mép vào cánh ) đến C
1
( ngay sau khi vào cánh )
Từ phơng trình liên tục ta có :
C
1r
= C
0r
11
1

t
t

= k
1
C
0r
= k
1
C
0
ở đây t
1
là bớc cánh ở cửa vào , t
1
=
z
D
1

với z là số cánh .
k
1
=
11
1

t
t

là hệ số thu hẹp ở cửa vào ; s là chiều dày cánh ;
1

là chiều dày
cánh tính trên cung tròn đờng kính D
1
.
Do t
1
cha biết nên khi tính toán ta chọn sơ bộ giá trị
k
1
= 1,15 ữ1,2 , ta chọn k
1
=1,2

C
1r
= k
1
C
0
= 1,2.6 = 7,2 ( m/s)
8. Xác định giá trị góc vào của cánh

l
:Từ các giá trị tính toán ta có tam
giác vận tốc
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
3

Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ

u =u
1

0
=
1
=90
0
W
0
W
1
=C
1r
C
=
C
0
r
30
24

1

1,0

Dựa vào tam giác vận tốc ta có :
u

C
C - u
C
tg
1
1r
1u1
1r
1
==


u
C
tg
1
0
0 1,
=

Với tốc độ vòng cửa vào:
2
D
u
1
1

=
, m/s.
Tốc độ góc của BCT

m/s)(8,308
30
2950.14,3
30
.
===
n



(mm/s) 17000 m/s) (17
2
0,11
8,308u
1
===
42,0
17
7,2
tg
1
==



1
= 23
0

tg
1,0
=
35,0
17
6
=

0
0,1
4,19=


Mặt khác :
1
=
1, 0
+ , với = 3
o
ữ 5
o
.
Giá trị
1
nên ở trong khoảng từ ( 15
0
ữ30
0
).

1
=[ 19,4 +( 3
0
ữ5
0
)] =22,4
0
ữ 24,4
0
(thoả mãn)
Vậy chọn
1
=23
0
9. Chiều dầy cánh dẫn S
Chọn cánh dẫn đúc từ gang: S = 4 ữ 11
Với S nhỏ thì ít bị thu hẹp ở cửa vào.
Do đó ta chọn S = 4 (mm)
Mặt khác vì đờng kính BCT nhỏ nên ta lấy chiều dày không đổi
S =S
1
= S
2
= 4(mm) = 0,004(m)
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
4
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
III. Tính toán các thông số ở cửa ra của BCT:

1. Góc ra của bánh dẫn
2
.
Để bảo đảm tổn thất nhỏ ta lấy
2
theo n
S
với n
s
= 82 (v/ph), ta chọn
2
=
30
o
.
2.Tính tốc độ vòng ở mép ra của cánh U
2
.
Theo công thức thực nghiệm ta có:
122
2. gHku
u
=

Với

1
2
=
u

k
. Vì n
S
= 82 nên ta chọn = 1


1
1
2
=
u
k
=1

40,1182.81,9.2.1
2
=
u
( m/s).
3. Tính đờng kính tại cửa ra của( BCT) D
2
:
0,26
2950.14,3
11,40.60
.
.60
2
2
===

n
u
D

(

m) = 260 (mm)
Tham khảo mối quan hệ giữa U
2
và k
u
2
ta có:

1
2
D
D
=
120
260
= 2,2
k
n
2
= (1 ữ 1,05)
Vậy thoả mãn.
4. Tính chiều rộng BCT ở cửa ra b
2
:

b
2
=
r
t
CD
t
t
Q
22
22
2



=
r
t
CD
kQ
22
2

với
C
2r
= (0,8 ữ1,1)C
0
= (0,8 ữ1,1).6 =4,8 ữ6,6
k

2
= 1,05 ữ1,1
Chọn C
2r
=6,5 ( m/s) = 6500 (mm/s)
k
2
=1,1


b
2
=
5,6.26,0.14,3
1,1.043,0
= 0,0097 (m) = 9,7 (mm) .
Lấy tăng b
2
lên : b
2
=14 (mm)

5. Xác định giá trị tốc độ tơng đối:
4,18
23sin
2,7
sin
1
1
1

===
o
r
C
w

(m/s)
13
30sin
5,6
sin
2
2
2
===
o
r
C
w

(m/s)
6. Xây dựng các tam giác vận tốc cửa vào và ra
Từ các giá trị :
;10;90
0
2
0
1
==

1
= 23
0
;
2
=30
0
; u
1
=17; u
2
=40,11;
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
5
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
w
1
=18.4 ; w
2
=12

2

1

1
cua vào
của ra

2
Từ tam giác vận tốc ở cửa ra ta có:
C
2u
=
2
2

tg
C
r
=
0
10
6
tg
= 34,03 (m/s)
7. Xác định số cánh dẫn z:

2
sin
21
12
12

+

+
=
DD

DD
kz
Với k = 6,5



8,7
2
3023
sin
120260
120260
5,6
=
+

+
=
oo
z
Lấy z = 6 (cánh)
8. Xác định chiều dầy đĩa BCT (m):
ở giáp moay ơ thì chiều dầy m
1
= 10 ữ 15 mm
Chọn m
1
= 12 (mm)
Phía ngoài chọn nhỏ hơn m
2

= 8 (mm).
IV. Kiểm tra kết quả tính toán
1. Kiểm nghiệm các hệ số thu hẹp:
1,19
23sin
4
6
120.14,3
6
120.14,3
sin
.
.
1
11
1
1
=

=

=
o
S
z
D
z
D
k

Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
6
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
1,08
30sin
4
6
260.14,3
6
260.14,3
sin
.
.
2
22
2
2
=

=

=
o
S
z
D
z
D

k



Ta đã chọn sơ bộ k
1
=1,2 và k
2
=1,1
Tính sai khác giữa k chọn sơ bộ và k tính toán
0
0
0
0
0
0
0
0
1
58,0100
2,1
19,12,1
100
1
11
<=

=

=

sb
ttsb
k
kk

0
0
0
0
0
0
0
0
2
58,1100
1,1
08,11,1
100
2
22
<=

=

=
sb
ttsb
k
kk

Vậy ta chọn k
1
và k
2
sơ bộ là thoả mãn
2. Kiểm nghiệm tỷ số b
2
/D
2
. Ta có:
054,0
260
14
2
2
==
D
b

với n
s
=82 (thoả mãn)
3. Kiểm tra tỷ số D
2
/D
1
. Ta có :

2,2
120

260
1
2
==
D
D
, với n
s
= 82 ( thoả mãn)
4. Kiểm tra tỷ số w
1
/w
2
. Ta có:
42,1
13
4,18
2
1
==
w
w
, với n
s
=82 (thoả mãn)
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
7
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
PHầN II : XâY dựng BIêN DạNG CáNH.
n

S
> 60 (n
s
= 82 v/ph) nên ta thiết kế BCT có cánh dẫn cong không gian.
I . Đặc điểm tính toán BCT cánh cong không gian:
Các kích thớc và các thông số xác định nh ở cánh mặt trụ chỉ có mép vào
b
1
phải nghiêng so với trục BCT khi ( n
s
= 82 ) nó đợc thiết kế theo 1 đờng cong
(mn) nhờ đó sẽ bảo đảm luật đồng đều dòng chảy ở cửa vào.
II. Xây dựng mặt đứng (mặt kinh tuyến):
Ta đã biết:
d = 80(mm); d
0
=100 (mm); D
1
=120(mm); D
s
= 140(mm); D
2
=260(mm).
Lấy 1 điểm làm chuẩn trên D
2
, kẻ đờng nghiêng 1 góc so với phơng
thẳng đứng > 5
0
+ Xác định mép vào mn . Ta dựa vào góc ôm cánh ( góc ôm ngoài
m

và góc ôm
trong
n

) . Lấy
m

và
n

theo n
s
nh [2] với n
s
= 82


n

= 120
0
;
m

= 115
0
+ Xác định lu lợng qua n=4 phân tố dòng .
Q
i

=
n
Q
t
=
4
43
= 10,75 ( l/s) = 0,01075 (m
3
/s)
+ Trên 1 mặt đẳng tốc nào đó ( tốc độ hớng kính C
r
bằng nhau) , ta tìm mối liên
hệ giữa đờng kính tới các điểm chia với chiều rộng của bó dòng
b
. ứng với các
bó
,
b
;
,,
b
; ; ta có r
,
; r
,,
; Do trên các
b

đó có cùng lu lợng và cùng tốc

độ C
r
nên nhận đợc :
2

r
,
,
b
= 2

r
,,
,,
b
= 2

r
,,,
,,,
b
= 2

r
,,,,
,,,,
b

Một cách tổng quát : r
i

i
b
= const
+ Sau khi chia sơ bộ , ta có thể tìm đợc r
i
và b
i
( đo trực tiếp ) ; ta xác định đợc
tích số r
i
i
b
của từng mặt đẳng tốc, và từ đó xác định đợc

n
1
r
i
i
b
+ Xác định số hiệu

(r
i
i
b
) =

n
n

1

1
r
i
i
b
- r
i
i
b
+ Mép vào b
1
của máy khi n
s
= 82 sẽ không trùng với đờng chuẩn ( đờng
vuông góc với các đờng dòng phân tố ) mà nó nghiêng 1 góc
1

với đờng dòng .
Do đó ta chọn sơ bộ :

1

=60
0
;
2

= 45

0
;
3

=20
0
;
4

=15
0
;
5

=10
0
;
6

=8
0
;
7

= 5
0
;
8

=2

0
.
+ Xác định tốc độ tuyệt đối C
0
trớc mép vào cũng không bằng nhau cho tất cả
các đờng dòng . Giá trị của thành phần này đợc tính từ lu lợng:
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
8
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
C
0
=
nbr
Q
ss
t
11
2


Với r
1s
là bán kính trọng tâm của đờng chuẩn đi qua điểm ban đầu của đờng
dòng nào đó còn b
1s
là chiều rộng khai triển của đờng chuẩn. Hệ số thu hẹp
dòng chảy cũng thay đổi, chiều dày s
1
,
trong mặt cắt sẽ lớn hơn s

1
, nghĩa là :
s
1
,
= s
1
/sin
1

hay s
i
,
=s
i
/sin
i


Khi đó hệ số thu hẹp k
1
=
11

t
t
với
1

=s

1
,
/sin
1

=s
1
/sin
1

sin
1



a
b
c
d
e
7
6
5
4
3
2
1
a
b c d
e

7
6
5
4
3
2
1

b
'

b
''

b
'''
s
D'
s
D''
s
D'''
s
d
0
r'''

+ Qua tính toán và (hình vẽ) ta có bảng thống kê cho các mặt đẳng tốc nh sau:

Mặ

T
đẳN
G
TẩC

đ-
ấNG
DSS
NG
R
i
MM

i
b

(MM
)
R
I
i
b


n
i
ii
br
(R
I

i
b
)
TB
=


n
i
bri
n
1
1
= )(
ii
br


n
i
iiii
brbr
n
1
C
RI
=


ii

br
Q

2
(MM/S)
a-a
126 3,75 472,5
0
b-b
c-c
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
9
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
1-1
126 3,75 472,5
1890 472,5
0
0,00351
126 3,75 472,5 0
d-d
e-e
2-2
a-a
116 3,98 461,86
1845,958 461,4895
- 0,1905
0,0036
b-b
c-c
d-d

e-e
3-3
a-a
107 4,22 451,54
1807,882 451,9705
0,4305
0,00367
b-b
c-c
106,2 4,26 452,412 - 0,4415
d-d
e-e
4-4
a-a
98 4,46 437,08
1747,699 436,92475
- 0,15525
0,0038
b-b
c-c
96,9 4,51 437,019 - 0,09425
d-d
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
10
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
96 4,55 436,8 0,12475
e-e
5-5
a-a
90 4,68 421,2

1685,493
421,37325
0,17325
0,00394
b-b
c-c
d-d
e-e
6-6
a-a
80 5,15 412
1647,87 411,9675
- 0,0325
0,00403
b-b
c-c
d-d
e-e
7-7
a-a
72 5,3 381,6
1526,972 381,743
0,143
0,00435
b-b
c-c
64,8 5,89 381,672 0,071
d-d
e-e
III. Xây dựng biên dạng cánh không gian trong mặt vĩ tuyến:

Chia d
1
d
2
thành những phần nhỏ dl tơng ứng với dr và coi các dl tiếp xúc
với các bề mặt nón.
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
11
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
Gọi R là bán kính (đờng sinh ) mặt nón tiếp xúc với đoạn dl của cánh dẫn,
đoạn dl này có độ dài thực là PP
1
ứng với góc d

bao nó. Trên mặt vĩ tuyến ứng
với R và dl ta có r và dr .
Do góc nghiêng của đờng dòng so với mặt đứng nhỏ nên ta có thể viết :
Rd

= rd

Mà trong tam giác PTP
1
có tg

=

Rd
dR
đồng thời lại có dR

dl
nên: tg

=

Rd
dR



Rd
dl
=

rd
dl
Do đó : d

=

rd
dl


0
i

=

l
ii
tgr
dl
0
0
180

với l là chiều dài đờng dòng đang dựng
Từ hình vẽ ta có :
i

=45
0
; r
i
= 40(mm) ; l =145 (mm)

0
i

=

145
0
0
0
45.40
180
tg

dl

=
140.
145.180
0

=208
0
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
12
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
PHầN III : Các bộ phận dẫn hớng.
I. Bộ phận dẫn hớng vào:
+Vì ta thiết kế là bơm nhiều cấp 1 cửa hút có các BCT đặt cùng chiều nên
ở đó dòng chảy vào theo hớng vuông góc với trục bơm sau đó đợc phân bố theo
hớng vào đối xứng trục (Hình Vẽ 24b HDTK )
+Thiết diện máng dẫn vào thu hẹp dần theo quy luật máng xoắn để lu thể
vào cửa hút BCT cách đều đặn, không gây va đập và khử đợc không gian chết
của dòng chảy ở gần trục quay của bơm đợc thể hiện theo việc thiết kế máng
xoắn từ thiết diện V đến thiết diện I của hình vẽ (Hình vẽ 25 HDTK).Ta có :
1. Tốc độ của dòng chảy từ mặt bích nối với ống hút của bơm đợc tính nh
sau:

gHKC
chh
2=
.Trong đó :
K
ch

: là hệ số tốc độ chọn theo n
s
.
Theo [3] thì n
s
<100

K
ch
= 0,11 ữ 0,12 , Chọn K
ch
= 0,11


C
h
=
82.81,9.211,0
= 14 ( m/s)
2. Đờng kính nơi cửa bích hút vào bơm:
3. Tốc độ cửa vào BCT :
C
D
=C
h
(1,3ữ1,5)= 14(1,3ữ1,5) =(18,2ữ21)
Chọn C
D
= 20 (m/s)
4. Cho tốc độ C

h
từ mặt bích hút đến C
D
tốc độ cửa vào BDT thay đổi theo
quy luật điều hoà (thờng là đờng thẳng)

Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
13
(mm) 63 0,063(m)
14.14,3
034,0.4
.
4
====
h
t
h
C
Q
D

Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ

C
D
C
i
C
h
quy luật biến đổi tốc độ

5. Nh vậy ta có thể tính đợc các thiết diện IV, III, II, I dựa vào điều kiện
tốc độ qua các tiết diện này là không đổi C
p
và lu lợng của nó giảm dần
khi góc quay của dòng chảy tăng lên.
Vì C
p
không đổi nên ta có thể chọn C
p
= C
D
= 20 (m/s)
+Gọi diện tích của các thiết diện IV, III, II, I lần lợt làF
4
, F
3
,F
2
, F
1

Ta có:
001075,0
20.2
034,0
2
4
===
p
t

C
Q
F
m
2
= 10,75 cm
2
= 1075(mm
2
)

)(25,8060625,875,10.75,0
4
3
22
43
mmcmFF
====

)(5,537c375,575,10.5,0
4
2
22
42
mmmFF
====

)(75,2686875,275,10.25,0
4
1

22
41
mmcmFF
====

Ta có thể tính diện tích của các thiết diện V, VI, VII, VIII nh sau:
Dựa vào hình vẽ ( 24b và 25 ) ta có thể nhận thấy từ tiết diện VIII đến tiết
diện V của cửa hút diện tích giảm dần, tốc độ tăng dần nên ta chọn K
ch
tăng dần
từ ( 0,11 ữ 0,12 ) cho phù hợp với tốc độ C
hi
và F
i
( i = 5ữ8)
Dựa vào công thức : C
h
= K
ch
Hg2
. Ta có:
C
h8
=0,11
)/(1481,9.820.211,02 smHg ==
C
h7
=0,115
)/(6,1481,9.820.2115,02 smHg ==
C

h6
=0,118
)/(1581,9.820.2118,02 smHg ==
C
h5
=0,12
)/(22,1581,9.820.212,02 smHg ==
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
14
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
Vậy diện tích của các thiết diện V, VI, VII, VIII là :
F
5
=
)(6,14120014126,0
22,15.2
043,0
2
22
5
mmm
C
Q
h
t
===

F
6
=

)(3,14330014333,0
15.2
043,0
2
22
6
mmm
C
Q
h
t
===

F
7
=
)(6,14720014726,0
6,14.2
043,0
2
22
7
mmm
C
Q
h
t
===
F
8

=
)(7,15350015357,0
14.2
043,0
2
22
8
mmm
C
Q
h
t
===
+ Xác định khoảng cách ở cửa vào (Hình vẽ 27 HDTK). Ta có:

AF = 2D
s
= 2.140 = 280 (mm)
OO =
4
3
D
s
=
4
3
.140 =105 (mm)
BO =
)(7,116140
6

5
6
5
mmD
s
==

CO = D
s
=140 (mm)
DO =
)(3,163140
6
7
6
7
mmD
s
==

EO =
)(175140
4
5
4
5
mmD
s
==

HO =
mmD
s
210140
4
6
4
6
==
II. Bộ phận dẫn hớng ra kiểu xoắn ốc:
+ Bán kính đờng tròn cơ sở của đờng xoắn ốc r
3
và chiều
rộng ban đầu của máng xoắn b
3
đợc tính nh sau :
b
3
= b
2
+ (0,02ữ0,05)D
2
= 14 + (0,02ữ0,05).260 = (19,2ữ27)
Ta lấy b
3
=24 mm = 2,4 cm
r
3
= r
2

+
)(3,134
60
260
2
260
30.2230
222
mm
DDr
=+=+=
+ Hằng số máng xoắn:
K
d
= C
u
.r = C
3u
.r
2
= gH
LT
/. Trong đó:
H
LT
= H/
TL
= 820/63
0
0

= 1301,6 (m).

)
1
(8,308
s
=



K
d
=
35,41
8,308
6,1301.81,9
=

+ Tốc độ dòng chảy trong máng xoắn không đổi từ tiết diện 1
đến 8, ta có :

imxmx
gHKC 2
=
Theo (hình 29 HDTK) với n
s
= 82

K
mx

= 0,42
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
15
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ

m/s) 16,8463(82.81,9.242,0
==
mx
C
+ Diện tích tiết diện các máng xoắn là:
Các diện tích
thứ i từ 1 đến 7 tính
nh sau:
Ta chia máng xoắn làm 8 phần, mỗi phần có góc
0
45=

0
1
45+=
+
i
i



8
360
FF
i

i

=
;

)(191,3525,25
360
45
360
2
8
1
1
cmFF
===

;
)(381,6525,25
360
90
360
2
8
2
2
cmFF
===

;
)(572,9525,25

360
135
360
2
8
3
3
cmFF
===

;
)(763,12525,25
360
180
360
2
8
4
4
cmFF
===

;

)(953,15525,25
360
225
360
2
8

5
5
cmFF ===


)(144,19525,25
360
270
360
2
8
6
6
cmFF
===

;
)(334,22525,25
360
315
360
2
8
7
7
cmFF
===

;
+ Chiều cao hình thang các thiết diện tính theo công thức:

2
2
2
33
2
4
i
i
tg
Ftgbb
h
i
i


++
=
. (theo hình vẽ 30 HDTK)
Trong đó góc mở
i

thiết diện tăng dần từ (5
0
ữ10
0
)
Ta chọn :
0
1
5

+=
+
ii



0
8max
45==


0
1min
10==


Ta có :
h
1
=
)(557,3
2
10
2
191,3.
2
10
44,22
2
cm

tg
tg
=
++

h
2
=
)(874,3
2
15
2
381,6.
2
15
44,22
2
cm
tg
tg
=
++
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
16
22
8
525,25m 0,0025525
16,8463
043,0
cm

C
Q
F
mx
====
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
h
3
=
)(359,4
2
20
2
572,9.
2
20
44,22
2
cm
tg
tg
=
++

h
4
=
)(81,4
2
25

2
763,12.
2
25
44,22
2
cm
tg
tg
=
++
h
5
=
)(19,5
2
30
2
953,15.
2
30
44,22
2
cm
tg
tg
=
++
h
6

=
)(5,5
2
35
2
144,19.
2
35
44,22
2
cm
tg
tg
=
++
h
7
=
)(751,5
2
40
2
334,22.
2
40
44,22
2
cm
tg
tg

=
++

h
8
=
)(953,5
2
45
2
525,25.
2
45
44,22
2
cm
tg
tg
=
++

Từ các số liệu trên ta có bảng thống kê sau :

Tiết
diện

i
(độ)
F
i

(cm
2
)
h
i
(cm)
1
10

191,3
3,557
2
15 6,381 3,874
3
20 9,572 4,359
4
25 12,763 4,81
5
30 15,953 5,19
6
35 19,144 5,5
7
40 22,334 5,751
8
45 25,552 5,953

+ So sánh h
8
trên với h
8kn

đợc tính bởi công thức kinh nghiệm sau:

22
3
2
8
D
D
Kh
pKN
=
với D
3
= K
H
.D
2

Theo giản đồ ( Hình 29 HDTK) ta có:
K
p
=1,55 , K
H
=1,07
)(4,62)07,155,1(
2
5,219
)(
2
2

8
mmkk
D
h
HpKN
===
Ta có sai số kiểm kiệm ngiệm :
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
17
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ

%6,4100.
4,62
53,594,62
100.
0
0
0
0
8
88
=

=

=
KN
KN
KN
h

hh

Vậy thoả mãn
III. Bộ phận dẫn hớng trung gian.
u
r
C
C
b
b
k
rd
dr
tg
2
'
2
3
2
3
1
3
==


. Trong đó:
k
3
= 1,3; b
3

= 24 mm ; b
2
= 14 mm ; C
2r
,
=
)(9,5
1,1
5,6
2
2
m
k
C
r
==
;
C
2u
= 34,03 m/s



03,34
455,5
24
14
3,1
3
=

tg
=0,123

3

= 7
0

)sin1(
2
3
2



==
d
c
Z

82 =+= ZZ
d
(cánh)



)7sin1(
8
14,3.2

02
=

= 0,8
0

Vậy
3,134
3
3
==

tg
err
.e
35234,0.
180
.8,0

= 134,3(mm)
+ Xác định chiều cao của thiết diện vào a
0
của ống khuếch
tán
a
0
= b
3
= 24(mm)
+ Góc mở của ống côn

.
Mở rộng cả 2 phía
- Theo hớng kính: c
9
=
hk

ữ11 ,ta chọn
hk

=10
0
- Theo hớng trục:
4
=
ht

ữ6
0
, ta chọn
ht

=5
0

+ Xác định chiều dài phần ống khuếch tán:
l = (3 ữ 4)a
0
= (3 ữ 4)24 = 72 ữ96

Chọn l= 80 (mm)
+ Xác định bán kính cung tròn phần xoắn ốc .

( )
3
3
cos2
1


ocn
Rr
+=
. Trong đó :

3
er R
3o

tg
C
=
= r
3
= 134,3 (mm)

C
là góc ở tâm của máng xoắn ốc

cn

= (134,3+134,3)
0
7cos2
1
= 135,3 (mm)
Đờng kính ngoài của đĩa dẫn D
4
theo bảng sau :

3
25
o
20
o
15
o
10
o
5
o
D
3
/D
4
0,45 0,5 0,6 0,75 0,95
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
18

Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
Vì
3

= 7
0


4
3
D
D
=0,85

D
4
=
85,0
.2
3
r
=
85,0
3,135.2
=318 mm
Phần IV: Bộ phận lót kín.
I. Lót kín bánh xe công tác: ( Hình vẽ 33)
+ Xác định áp suất khe hẹp . Ta có công thức :
h
y

= H
TA
-
g
U
8
2
2
(
1
2
y
r
r
)
2
[ 1- (
2
1
r
r
y
)
2
]



( )
2

2
22
8
.
1
UhHg
rU
r
YTA
Y
+
=
. Trong đó:
H
TA
=
tl
H

1
=
)02,001,0(
1
ữ

H
=
)02,001,0(63,0
82
ữ

=104,6 ữ 105,9
Chọn H
TA
= 105 (m)
h
i
= 0,6H
1
= 0,6.82 =49,2 (m)
r
2
=
2
2
D
=
2
260
= 130 (mm) = 0,13 (m) ; u
2
= 40,11 (m)

( )
)(38,67)(06738,0
11,402,49105.81,9.8
13,0.11,40
2
1
mmmr
y

==
+
=
+ Xác định chiều rộng khe hẹp
1

:

1

= 0,2ữ0,3 mm , chọn
1

= 0,2 mm = 0,2.10
-3
m
+ Xác định chiều dài khe hẹp l
1
:
Vì D
Y1
= 2r
Y1
= 2.67,38 = 134,76 mm >100 mm
nên theo công thức kinh nghiệm ta có :

)2,202,16()15,012,0(76,134)15,012,0(15,012,0
11
1
1

ữ=ữ=ữ=ữ=
Y
Y
Dl
D
l
Chọn l
1
= 19 mm.
Khi đó
ữ= 6,05,0
à
chọn
5,0=
à
+ Xác định lợng chất lỏng rò qua khe hở lót kín phía trớc BCT
1

là:

YY
ghfq 2.
1
à
=
. Trong đó:
à là hệ số lu lợng khe hẹp,
Diện tích tiết diện khe hẹp:
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
19

Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
f
Y
= 2r
Y1

1
= 2.3,14.67,38.0,2= 84,63 mm
2
=84,63.10
-6
m
2



)/(0013147,02,49.81,9.210.63,84.5,0
36
1
smq ==

+ Xác định lợng chất lỏng chảy qua khe hở phía sau BCT:
2222
2 2
YY
ghrq
à
=

Với

+=
2
2
2
2
2
2
2
2
1
82 r
r
g
u

u
gH
h
YLT
Y
Chọn sơ bộ theo (hình 33 HDTK):
r
y
2

= r
0
=
2
0
d
=
)(50
2
100
mm=


m)(7873,17
13,0
05,0
1
81,9.8
11,40
11,40.2

105.81,9
2
2
2
2
=














+=
Y
h

2

= 0,3 ữ 0,4 (mm), chọn
2

= 0,3 (mm) = 0,3.10

-3
(

m)



)/(0008799,07873,17.81,9.210.3,0.05,0.14,3.2.5,0
33
2
smq ==

+ Xác định chiều dài khe hẹp: l
2
= l
1
= 19 (mm)
+ Xác định hiệu suất lu lợng:

%95%100.
008799,00013147,00417,0
0417,0
21
=
++
=
++
=
qqQ
Q

ll

+ Chiều rộng moay ơ (chọn sơ bộ):
L = l
1
+ l
2
+ 2m
1
+ b
1
= 19+ 19+ 2.12+ 24 = 86 (mm)
1- Lót kín trục bơm.
+ Xác định chiều dày vòng lót :
b = 0,25.d = 0,25.80 = 20 (mm)
+ Xác định các kích thớc đợc chọn :
S = 2.b = 2.20 =40 (mm)
Chiều dài phần lót kín : L = (i + 0,5)b
Vì : p = 820mH
2
O = 82 (at)
nên L = 2d= 2.80=160 mm

Số vòng lót : i =
5,75,0
20
160
5,0 ==
b
L

Ta chọn : i = 7 (vòng)
+ Xác định lực ép vòng lót:

( )
BddpF
k
.
4
4,1
22


. Trong đó :
d
k
= d + b = 80+20 =100 (mm)
B = 9.81
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
20
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
p = 82 (at)

( )
)(288,318260781,980100
4
14,3
.82.4,1
22
NF =

Phần V : Lực tác dụng trong bơm
và tính toán trục bơm.
I. Các lực tác dụng.
1. Lực hớng trục:
a. Xác định lực do chênh áp phía trớc và phía sau BCT:

( )















=
2
222
2
22
2
1
8 r

rR
g
u
HrRF
oY
poYZng


Trong đó:






=
2
2
2
1
u
C
HH
u
p
=

11,40.2
03,34
1820
= 472,15 m

)(082,0)(8212
2
140
2
1
mmmm
D
R
s
Y
==+=+=
r
0
=
)(05,0
2
1,0
2
0
m
d
==

g.

=
= 1000.9,81= 9810



( )
N)(58809
2
26,0
.2
05,0082,0
1
81,9.8
11,40
15,47205,0082,09810.14,3
222
22
=

=
Zng
F
Dấu (-) trong công thức của F
Zng
biểu thị lực này có chiều ngợc trục z
của bánh công tác.
b . Lực tác dụng bên trong của BCT:
oZtr
C
g
Q
AF

=
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
21
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
Hệ số A = 1 với bánh công tác là hớng kính.
Nên:
)(2506.
81,9
10.7,41.9810
.1
3
NC
g
Q
AF
oZtr
=


c . Lực phụ hớng trục (Hình vẽ 36 HDTK)

( )
( )
1475(N)
2
13,0.2
082,013,0
082,0
13,0
ln

082,013.0
13,0
082,013,0
81,9.8
11,40
3,14.9810 -
2
2
ln
8
2
22
2
2
22
2
22
2
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


Vậy tổng lực tác dụng lên BCT của bơm là : EMBED Equation.3
N)(600340)250147558809(10)(10
*
1
=+=++==

=
ZtrZngZng
n
i
i
FFFFF
2 . Lực hớng kính.
'

22
.1 bHD
Q
Q
KF
dm
RR















=
Trong đó : K
R
= 0,36 ; Q
đm
= Q
tt
= 0,043 (m

3
/s)


= 9810 ; H = 820 (m) ; D
2
= 0,26 (m)
b
2
= b
2
+ 2m
2
= 14+ 2.8 = 30 (mm) = 0,03 (m)

)(68303,0.26,0.820.9810
043,0
0417,0
136,0 NF
R
=

=
II. Tính toán trục bơm.
- Lực hớng trục: F =

=
n
i 1
F
i
= -600340 (N)
- Lực hớng kính: F
R
=683(N)
- Mômen ngoại lực (mômen xoắn): M
x
= 1778,245(Nm)
- Chiều dài trục(tính sơ bộ) : L

= i.L

+L
Trong đó: i: Số BCT
L

: Chiều rộng một BCT
L: Chiều dày của 7 vòng lót

L

= 10.86 +160 = 1020 mm = 1,02 m
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
22
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
- Trọng lợng của một BCT:
Q
1
=

V. Trong đó:


: Trọng lợng riêng của vật liệu làm BCT


gang
= 7,3 KG/dm
3
V: Thể tích
V = V
1
- V
2
=

R
2

h -

R
2
trục
h =

h(r
2
2
- r
2
)
=3,14.0,05

22
2
08,0
2
26,0
= 0,0024021 m
3

Q = 7,3.1000.0,0024021 = 17,5 kG = 172 N
Vậy với 10 BCT thì: Q = 172.10 = 1720(N)
- Trọng lợng trục bơm: Q
2
=

V
Với V =

R
2
h =

h
d
2
2

= 3,14
2
2
08,0






.1,02 = 0,00512448 m
3


Q
2
= 7,852.1000.0,00512448 = 40,2 kG = 394(N)
- Vẽ biểu đồ ngoại lực và nội lực:
1720 N/m

0,86 m 739,6N
739,6 N
M
159 Nm

M
x
= 1778,245 Nm

+ Kiểm tra điều kiện cộng hởng của trục theo số vòng quay tới hạn n
th
:

max
30
f
g
n
th

=

với g = 9,81 (m/s
2
).
f
max
là độ võng lớn nhất của trục dới tác dụng của các lực.
Theo tài liệu SBVL( Trang 59 & 137) ta có:
f
max
=

+
3
3
2
23
2
1
24
l
z
l
z
EJ
zql
x
Khi độ võng cực đại xảy ra tại giữa trục ứng với
z =
2
L
; E = 2.10
4
(kN/cm
2
); J
x

= 0,05.8
4
= 204,8(cm
2
)
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
23
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ

f
max
=

+








3
3
2
2
34
32
86
2
86
86
2
86
2
1
8,204.10.10.2.24
2
86
.86.10.1720
= 0,00304 (cm)

=30.10
-6
(m)

n
th
=
14,3
30
6
10.30
81,9

= 5463(vòng/ph)
Vậy trục bơm làm việc ở chế độ trục cứng vì
n < (0,7 ữ 0,8)n
th
= (0,7 ữ 0,8).5463

2950 < (3824 ữ 4370)
Phần VI : Dựng bản vẽ lắp bơm
Và kiểm tra sơ bộ hiệu suất.
I. Dựng bản vẽ lắp bơm. Trên cơ sở các phần tính toán thiết kế các bộ
phận: Bánh công tác, các bộ phận dẫn hớng, trục máy bơm và các phần
phụ, ta xây dựng bản vẽ lắp toàn bộ của máy bơm dựa trên bản vẽ máy
bơm mẫu.
II. Tính sơ bộ hiệu suất của bơm .
- Hiệu suất thuỷ lực:
Đờng kính tơng đơng cửa vào:

)(98100140
2222
1
mmdDD
oStd
===


( )
2
172,0lg
42,0
1
1

=
td
tl
D

Nên:
( )
9,0
172,098lg
42,0
1
2


=

tl

- Hiệu suất lu lợng:
3/2
3
2
82.68,01
1
68,01
1


+
=+=
llS
ll
n


= 0,97
- Hiệu suất cơ khí:
89,0
82
820
1
1
820
1
1
2

2
=
+
=
+=
CK
SCK
n



Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
24
Thuyết minh đồ án môn học Máy Thuỷ Khí Bộ môn Máy & Thiết bị Mỏ
Tài liệu tham khảo
1. Hớng dẫn thiết kế môn học máy thuỷ khí, Tập 1. Trờng ĐH Mỏ -
Địa Chất, do thầy Nguyễn Đức Sớng, Trần Văn Triều, Lê Kinh
Thanh biên soạn năm 1990.
2. Bài giảng Máy Thuỷ Khí. Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất, Nguyễn Đức S-
ớng, Vũ Nam Ngạn 2001.
3. Giáo trình SBVL của NXB Giao Thông Vận Tải do Hoàng Thị
Hồng chủ biên.
Sinh viên thực hiện:Hoàng Thế Kha
25