Tính toán thiết kế cơ bản máy bơm ly tâm hai cửa hút theo máy mẫu với các thông số sau thuyet minh MTK

Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

Đồ án môn học máy thuỷ khí là một trong những đồ án thuộc chuyên ngành cơ khí của trờng đại học Mỏ - Địa Chất. Ngành cơ khí chế tạo máy chiếm một vị trí quan trọng đối với sự
phát triển của nền kinh tế quốc dân. Vì vậy phải đẩy mạnh việc cải tiến kỹ thuật trong ngành
chế tạo máy.
Đồ án môn học máy thuỷ khí 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 đà học môn thuỷ
lực và máy thuỷ khí .. Đồ án còn giúp cho sinh viên đợc hiểu dần về thiết kế và tính toán thiết
kế máy bơm là thiết bị không thể thiếu trong công tác thoát nớc và cung cấp nớc trong sinh
hoạt cũng nh trong khai thác mỏ.
Để làm đợc đồ án môn học này chúng ta không chỉ sử dụng nguyên kiến thức về máy
thuỷ khí, nhng cần có sự kết hợp các môn học cơ sở khác nh chi tiết máy , công nghệ kim loại
, vật liệu cơ khí , công nghệ chế tạo máy
Nội dung đồ án gồm các phần sau :
ã

Phần1 : Tính toán chung

ã

Phần2 : Xây dng biên dạng cánh

ã

Phần3: Các bộ phận dẫn hớng

ã

Phần4: Bộ phận lót kín

ã

Phần5 : Lực tác dụng trong máy bơm và tính toán trục bơm

ã

Phần 6: Dựng bản vẽ lắp bơm và kiểm tra sơ bộ hiệu suất

Tên đề tài
Tính toán thiết kế cơ bản máy bơm ly tâm hai cửa hút theo máy mẫu với các thông số sau:
ã

Lu lợng :

ã

Cột áp :

ã

Số vòng quay đặc trng:

ã

Hiệu suất chung:

ã

Lu thể : nớc sạch,khối lợng riêng ρ = 1000 kg/m3 (nước sạch)

Trần Đại Dưỡng

Q = 216 m3/h
H = 42 m
n = 1450 v/ph
= 71%

1

Máy và ThiÕt BÞ Má k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút
Phần I
tính toán chung

I.1.Tính chọn động cơ và phơng án kết cấu bánh công tác
I.1.1.Công suất yêu cầu trên trục bơm
Công suất động cơ đợc xác định theo công thức sau:
N=

gQ t H
1000.

Trong đó:
Qt : lu lợng tính toán
Qt = (1,021,15)Q1

Qt=(1,021,15).

216
= 1,15.0,06 = 0,069 m3/h
3600

Chọn Qt = 0,069 m3/s
(g = 9,81 m/s2)

g : gia tèc träng trờng
H: Cột áp

(H = 42 m)

: khối lợng riêng cđa lu thĨ ρ = 1000 kg/m3
η : hiƯu st của máy bơm = 71%
Thay các số liệu trên ta đợc công suất trên trục bơm là :

N=

1000.9,81.0,069.42
= 40 (kw)
1000.0,71

I.1.2. Công suất động cơ.
Công suất động cơ đợc tính nh sau :
Nđc = (1,11,3)N = 1,3.40=52

kw

I.1.3.Số vòng quay đặc trng.

1

Trn i Dng

2

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly t©m hai cưa hót

n Q t .i 3/4
n s = 3,65.
H 3/4 . y

, v/ph

Trong đó :
i : số bánh công tác (i = 1)
y: số cửa hút

(y = 2)

Thay các số liệu trên vào công thức ta đợc số vòng quay đặc trng là :

n s = 3,65.

1450. 0,069 .1 3/4
= 59,58
3/4 . 2
42

(v/ph)

Dựa vào bảng1; [1]
80<ns=59,58>40
Nên quyết định thiết kế bánh công tác loại bơm cao áp có D2/Ds=2,5.
I.2.Tính toán các thông số cửa vào bánh công tác.
I.2.1.Vẽ sơ bộ kết cấu bánh công tác và quy ớc các kích thớc

11

R185

R66
R35

R60

R20

I.2.2.Xác đình đờng kính đầu ra trục bơm.

dr = 3

Mx

,
0,2. '



cm

Trong đó :
Mx: mô men xoắn trên trục
Mx = 97403.B ,

N.cm

[]: ứng suất cắt cho phép của vật liệu làm trục

Trn i Dng

3

Máy và Thiết BÞ Má k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí
[] = B(200250),

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

N/cm

Với B = 9,81 là hệ số quy đổi

N : công suất trên trục động cơ
n: số vòng quay trên trục
Thay các số liệu đà biết vào các công thức tính trên ta có
40
Mx = 97403. 1450 .9,81 = 26359 Ncm
[τ]’ = 9,81.(200250) =9,81. 225=2207 N/cm

dr = 3

26359

= 3,9

0,2.2207

( cm)

Từ kết quả trên ta chọn đờng kính đầu ra trục bơm là : dr = 40mm hay dr =4 cm
I.2.3.Xác định đờng kính trục nơi lắp bánh công tác
Căn cứ vào bơm mẫu và kết cấu bánh công tác ta chọn đờng kính nơi lắp bánh công tác là :
Chn d = (5cm)
I.2.4.Xác định đờng kính moay ơ bánh công tác
Đờng kính moay ơ bánh công tác đợc lấy nh sau :
do = d + (1025) mm
Chọn đờng kính moay ơ bánh công tác là : do = 50+20=70(mm)
I.2.5.Tính đờng kính cửa hút Ds
Với máy bơm hai cấp ta xác định đờng kính cửa hút theo công thức sau:

Ds =

4Qt
+d 2 ,
0
C s

m

Trong đó : Cs : tốc độ ở cửa vào tính theo công thøc sau

C s = k cs 2gH , m/s
i
Víi g = 9,81 m/s2
H : cột áp bánh công tác

H=42m

Kcs : hệ số tốc độ chọn theo bảng sau
Ns
Kcs

60
0,12

Trn i Dng

100
0,14

150
0,18

4

200
0,18

220
0,2

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

Do đó ta tính nội suy đợc hÖ sè :kcs = 0,12
Cs = 0,12. 2.9,81.42 = 3,445 (m/s)
Và tính đợc đờng kính cửa hút là :

Ds =

4.0,069
+ 0,07 2 = 0,1329
2. .3,445

(m)

I.2.6.Xác định đờng kính cửa vào bánh công tác D1
Đờng kính cửa vào bánh công tác đợc lấy nh sau:

D1 = (0,80,9)Ds = 0,9.0,1329 =0,12(m)
I.2.7.Xác định chiều rộng mép vào bánh công tác b 1
b1 =

,

m

Trong đó :
Co là tốc độ dòng chảy ngay trớc khi vào cánh đợc tính nh sau:
Co = (1 1,1) C s = (1 ÷ 1,1)3,445 = 3,445 ÷ 3,7895 m/s
Chän Co = C0r =3,7
b1=

m/s

0,069
= 0,02475
2.0,12.3,7

( m)

Do có chiều dày cánh dẫn ở cửa vào S 1 mà tốc độ dong chảy sẽ tăng từ C o trớc khi vào
cánh đến Co1 ngay sau khi vào cánh,từ phơng trình liên tục ta cã :
C1r = k1.Cor=k1.Co
Víi K1 : hƯ sè thu hẹp ở cửa vào chọn sơ bộ K1 = 1,2
C1r = 1,2.3,7 = 4,445 m/s
I.2.8.Xác định giá trị góc vào của cánh 1
1 đợc tính dựa vào tam giác vận tèc ë cưa vµo
tgβ1 =

C 1r
C 1r
=
U 1 − C 1r U 1 − C 1 cosα1

Song th«ng thêng ta tính góc vào không va đập 1o nghĩa là góc vµo øng víi α1 = 900 , ta cã :
tgβ1o=
Trong đó :

U1 = ,

m/s

là tốc độ vòng ở cửa vào

= , l/s

=

là tốc độ góc của bánh công tác

3,14.1450
= 151,77 ,1/s
30

Trn i Dng

5

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí
U1 =
tg1 =

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

151,77.0,12
= 9,1062
2

m/s

4,445
= 0,488 1 = 260
9,1062

δ = 350 chän δ = 40 ⇒ β1 = 300
I.2.9.Chiều dầy cánh dẫn
Bánh công tác ta chọn đúc bằng gang nên có chiều dầy từ 411 mm
Mặt khác đờng kính bánh công tác lớn nên ta chọnchiều dầy cánh dẫn thay đổi từ cửa vào đến
cửa ra bánh công tác nh sau:
S1= 4 mm
S2= 6 mm
I.3.Tính toán thông số cửa ra bánh công tác.
I.3.1.Góc ra của cánh dẫn 2 đợc chọn theo bảng sau:
ns
2

v/ph
Độ

40
3036

100
2530

200
2022

300
1520

Dựa vào số vòng quay ®Ỉc trng ns = 59,58 ta chän gãc β2 = 320
I.3.2.Tính tốc độ vòng ở mép ra cánh dẫn U2
U2 = Ku2

2gH i

m/s

Trong đó : Ku2 = với đợc lấy theo bảng sau:
ns

đến 40

4080

80100

100200

150350



11,2

11,1

0,91

0,80,9

0,60,7

Dựa vào bảng trên và phép tính nội suy ta tìm đợc = 1,05
Ku2 =

1
= 0,976
1,05

U2 = 0.976. 2.9,81.42 = 28

( m/s)

I.3.3.Xác định đờng kính cửa ra bánh công tác
D2 = ,m

Trn i Dng

6

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút
D2=

60.28
= 0,37(m)
3,14.1450

I.3.4.Xác chiều rộng bánh công tác ë cưa ra b2:
b2 = , m
Víi K2 : hƯ sè thu hĐp ë cưa ra chän s¬ bé K2= 1,1
C2r = (0,71,0)C0 = 2,59 3,7

m/s

Chän C2r = 3 m/s thay vào công thức tính chiều rộng bánh công tác ta đợc:
b2 =

0,069.1,1

= 0,010888
2.0,37.3.

( m)

Chn b2 =0,0115 (m)
Chiều dầy bánh công tác tính trên đờng tròn đờng kính D2 là
2 = =

6
= 11,32 (mm)
sin32

Chiều dày bánh công tác trên đờng tròn D1 là
1 =

S

1 = 4 =
6,93 mm
sin
tg30
1

I.3.5.Xác định tốc độ tơng đối
W1 = =
W2 = =

4,445

= 8,89

m/s

3
=5,661
sin 32

m/s

sin30

I.3.6.Xây dựng tam giác tốc độ

Trn i Dng

7

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly t©m hai cưa hót

C2u = U2- 2W2cosβ2 = 28 – 5.661.cos32 = 23,2
tg α2 = =
C2 = =

Trần Đại Dưỡng

3
= 0,12931
23,2
3 2 + 23,2 2 = 23,4

8

m/s

=> α2 = 7,370
( m/s)

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

I.3.7.Tính số cánh dẫn z:Số cánh dẫn z của bánh công tác cho các máy có thể tính theo
công thức sau:
Z = K. Sin
Với K là hệ sè kinh nghiÖm : K = 6,5
Z = 6,5.

0,37 + 0,12
30 + 32
sin
= 6,56

0,37 0,12
2

Chọn số cánh dẫn là : Z = 7
I.3.8.Chiều dầy đĩa bánh công tác ở moay ơ
m = 10 15 (mm)
chọn chiều dầy dĩa bánh công tác là : m = 12 mm
I.4.Kiểm nghiệm kết quả tính toán
I.4.1.Kiểm nghiệm các hệ số thu hẹp
Hệ số thu hệp đợc kiểm nghiệm theo công thức sau:

.D1

0,12.π
Z
7
K1 =
=
= 1,174
πD1
S1
0,12.π 4.10 −3
−
−
Z
sinβ 1
7
sin30
π .D 2
0,37.π

K2 =

π .D 2
Z

Z
−

S2
sinβ 2

Theo hƯ sè chän s¬ bé : K1 = 1,2

=

7

0,37. 6.10 3

7
sin32

= 1,0732

và K2= 1,1

Sai lệch giữa hệ số chọn sơ bộ và tính toán < 5% nên tính toán trên là hợp lý
I.4.2.Kiểm nghiệm tỷ số b2/D2
Tỷ số trên đợc kiểm nghiệm theo bảng sau:
ns

b2/D2

60
0,03

80
0,05

100
0,06

120
0,1

150
0,12

200
0,17

Dựa vào bảng trên ta tính nội suy đợc tỷ số = 0,03
Mặt khác theo tính toán ta có tỷ số =

0,0115
= 0,031
0,37

Do đó sai sè < 5%→hỵp lý
I.4.3.KiĨm tra tû sè D2/D1

Trần Đại Dng

9

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

Tỷ số trên đợc kiểm nghiệm theo bảng sau:
ns
60
80
100
D2/D1
3
2,55
2,2
Cũng theo bảng trên tính nội suy ta có tỷ số = 3
Và theo tính toán ta có =

120
1,8

150
1,54

200

1,5

0,37
= 3,083 .
0,12

Sai số < 5% tính toán hợp lý.
I.4.4.Kiểm nghiệm tỷ số w1/w2
Tơng tự tỷ số trên cũng đợc kiểm nghiệm theo bảng sau:
ns
w1/w2

40
2,1

50
1,75

60
1,6

Theo bảng có tỷ số
Và theo tÝnh to¸n ta cã

70
1,5

80
1,45

90
1,4

100 120
1,36 1,3

140 160 180
1,26 1,24 1,2

200
1,15

w1/w2 = 1,6

w

1 = 8,89 = 1,57
w
5,661
2

Sai sè gi÷a hai kÕt quả trên là <5% nên kết qủa tính toán là đúng
Vậy tất cả các kết quả tính toán trên là hợp lý

Phần II
Xây dựng biên dạng cánh

Trn i Dng

10

Máy và ThiÕt BÞ Má k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

II.1 Xây dựng biên dạng cánh dầu kiểu mặt kinh tuyến (mặt đứng) nh cánh có dạng mặt trụ.
Khi nS 60 (vòng/phút) cánh dẫn sẽ cong 1 chiều đơn giản có dạng cánh cong mặt trụ, hẹp và dày việc
xây dựng biên dạng mặt đứng cánh dầu BCT đợc tiến hành nh sau:
- Dựng các kích thớc d,do,D1,Ds,D2
- Lấy một điểm nào đó làm chuẩn trên D2 , kẻ đờng nghiêng một góc so với phơng thẳng
đứng ,góc này 30 ữ 5o khi ns nhỏ và lơn hơn khi nslớn
- dùng đờng nghiêng vừa kẻ làm chuẩn dựng các kích thớc b2 trên D2 và b1 trên D1
- Nối sơ bộ b1và b2 thành một hình dạng hình thang (hình vẽ)
Muốn vẽ chính xác ,ta phải tìm các trị số b1 thay đổi từ cửa vào ®Õn cưa ra(tõ vÞ trÝ r1 = D1/2
®Õn vÞ trÝ r2 = D2/2) .Lấy sơ bộ đờng trung bình của b1và b2, đờng 1 - 2.Ta có giá trị bi ứng với
một Di náo đó là :
Qt .K i
bi =
.Dt .C ir
ở đây ki=

ti
ti i

Với sin =

;

tt =

π .Di
Z

; σi =

si
sin β i

Ci S i
+
wi t i

Các giá trị Ci , Wi , Si tìm trên hình 8 ứng với Di .Chia đờng trung bình 1- 2 thành nhiều
khoảng , các điểm chia cách tâm BCT là: ri = Di/2, các khoảng chia không nhất thiết bằng nhau
mà tùy thuộc vao mức độ cần vẽ chính xác. tìm các giá trị cấn thiết t hình 8 ứng với các điểm
chia vừa thực hiện, ta tính đợc các giá trị bi. Các bi thực hiện cũng đợc lấy phù hợp với việc lấy
tăng b1 và b2 ở trên.
Dựng các đờng tròn đờng kính bi tơng ứng với các giá trị của Di. Vẽ hai đờng thẳng bao
với các đờng tròn bi đó, ta đợc biên dạng cánh dẫn trên mặt kinh tuyến. Chú ý rằng tâm các đờng
tròn bi không nhất thiết nằm trên đờng 1-2 mà có thể xê dịch chúng để đảm bảo sự điều hòa của
dòng chảy(biên dạng trơn liên tục) mà vẫn giữ qui luật thay đổi của bi (hình vẽ). Các kết quả đợc
ghi vào bảng thống kê sau.

Bảng2.

Trn i Dng

11

Máy và ThiÕt BÞ Má k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí
Đ.chia
thứ

Di
m

Si
m

Cir

6

0,370

0,004

5

0,320

4

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

Wi
m/s

ti
m

Sin
i

Ki

3,00

5,66

0,166

0,55

1,05

0,01

10

0,004

3,09

6,31

0,144

0,52

1,05

0,012

12

0,270

0,004

3,18

6,95

0,121

0,49

1,07

0,014

14

3

0,220

0,004

7,60

0,099

0,47

1,09

0,017

17

2

0,170

0,004

3,36

8,24

0,076

0.46

1,1

0,021

21

1

0,120

0,004

3,445

8,89

0,054

0,46

1,2

0,032

32

m

bi

mm

II.2 Xây dựng biên dạng cánh dẫn (mặt trụ) kiểu mặt cắt vĩ tuyến:
Cách 1: Phơng pháp biến hình bảo giác
ở đây nS = 59,58 (vòng/phút) mặt cắt dẫn có dạng mặt trụ cong 1 chiều đơn giản
Vì vậy ta chỉ cần xây dựng biên dạng của một đờng dòng trung bình của chiều rộng cánh
dẫn là đủ. ở đây cánh dẫn vuông góc với các đĩa BCT . Hình chiếu của các dẫn trên mặt vĩ tuyễn
chỉ là một đờng cong . Ta sử dụng phơng pháp xây dựng biên dạng cánh là Phơng pháp biến
hình bảo giác :
Khi chọn hình biến là mặt trụ , ta chọn bán kính của mặt trụ là R = 100mm. Hệ số tỉ lệ
giữa kích thớc hình thực và hình biểu ta chọn c = 1/10 .
Trên mặt kinh tun cđa BCT ®· dùng ,ta chia ®êng trung bình từ điểm ra của cánh O
đến điểm vào của cánh P ra thành các khoảng l và gọi thứ tù cđa chóng tõ ngoµi vµo lµ
∆l1 ,∆l2… lÈy r2 = D2/2 làm chuẩn ( hình vẽ ) . các khoảng chia đó với bán kính từ tâm BCT đến
điểm giữa khoảnh chia bằng giá trị hệ số tỷ lệ không đổi C .
l x
=C
Nghĩa là :
rx
Khi đà chọn hệ sè tû lƯ C = 1/10 ta sÏ rót ra đợc quy luật chia mặt đứng BCT từ ngoài
vào là :
l x =

2r2 x 1
.K
21

Trong đó đại lợng K =(1- 2/21) = 0,905 và x = 1ữ n . Theo thứ tự các khoảng chia từ ngoài vào .
Trong phơng pháp biến hình này , việc chọn điểm chia ttừ ngoài vào sẽ thuận lợi hơn so với việc
chia từ trong ra .

2r
Kho¶ng chia thø nhÊt : x = 1 ta cã ∆l1 = 2 . =17,62 mm
21
2r
Kho¶ng chia thø hai : x = 2 ta cã ∆l 2 = 2 .K = 13,79mm
21

Trn i Dng

12

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí
Khoảng chia thứ ba :
Khoảng chia thứ t :

x=3
x=4

ta có
ta có

Khoảng chia thứ năm : x = 5

ta có

Khoảng chia thứ sáu :

ta có

x=6

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút
2r2 2
.K = 10,53 mm
21
2r
∆l 4 = 2 .K 3 = 7,77 mm
21
2r
∆l 5 = 2 .K 4 = 5,43 mm
21
2r
∆l 6 = 2 .K 5 = 3,47 mm
21
l 3 =

Từ các điểm chia nhận đợc trên mặt kinh tuyến 0,1,2,3 dóng sang mặt vĩ tuyến ta sẽ có các đờng tròn tơng ứng 1-1, 2-2, 3-3, Trên mặt vĩ tuyến, lấy o ứng với r2 làm chuẩn, ta chia góc ôm
(chọn =1100) làm các phần đều nhau, mỗi phần góc chia là = 15o, ta sẽ có các điểm chia
O,I.II,III,IV,V
Trên mặt vĩ tuyến. Bây giờ ta lập dới biến hình trên mặt trụ khai triển. Trên cạnh thứ nhất mặt
trụ khai triển bán kính R, ta lấy khoảng chia đều nhau
∆L = C.R = 10mm (v× ta chän C =1/10 và R = 100mm), số khoảng ở đó đúng bằng số khoảng đÃ
chia trên mặt đứng BCT. Trên cạnh kia mặt trụ khai triển ta lấy các khoảng cũng cách đều nhau,
mỗi khoảng có giá trị bằng:
.R.
M =
= 26,2 mm

180
Nh vậy lới biến hình ở mặt trụ khai triển đà lập song (hình vẽ). Tại điểm O trên lới này là
điểm ứng với điểm ra của cánh, ta dựng một đờng thẳng lập với phơng ngang một góc 2. Các
điểm O, I, II, III,trên lới biến hình tơng ứng với các điểm O, I, II, III, trên mặt vĩ tuyến ứng
với điểm P nằm trên mép vào (nghĩa là nằm ở giao điểm của đờng tròn D1 với đờng giới hạn góc
ôm Oh từ tâm dựng lên), ta kẻ ®êng Pz lËp víi ph¬ng ngang mét gãc b»ng β1. Đờng Pz này cắt
đờng Oy sẽ tạo nên biên dạng của cánh dẫn trên măt trụ khai triển,nối chúng lai thành một đờng
trơn tru, ta sẽ đợc các điểm 1, 2,3, P là các điểm thuộc biên dạng cánh nhng còn nằm trên lới biến hình trụ. Bây giờ ta chuyển lần lợt các điểm O,1, 2,3, về mặt vĩ tuyến bằng cách xét
các vị trí tơng ứng của chúng.
Cuối cùng tất cả các điểm o, 1, 2, 3,.. P trên mặt vĩ tuyến, ta đợc biên dạng cánh dẫn. Lấy đờng
đó làm chuẩn, dựng chiều dày cánh dẫn, ta đợc cánh dẫn trên mặt vĩ tuyến(Hình vẽ). Muốn các
điểm tiếp theo, ta sẽ chuyển các điểm của cánh dẫn đI các khoảng ti = Di/z, với z là số cánh
dẫn, i là điểm đang xét. Để máng cánh dẫn không bị mở rộng quá, ta phải kiểm tra nhờ giá trị:
tg =

A2 A1
L

ở đây A2 ứng với cửa ra, A1 ứng với cửa vào, L chiều dài hữu ích của cánh, các giá trị này tìm đợc trên hình biến (hình vẽ). Điều kiện là không vợt quá 100 ữ 120.
Cách 2: phơng pháp giải thích tính từng điểm

Trn i Dng

13

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

Phơng pháp này thờng dùng để xây dựng biên dạng cánh bơm . ở đây việc xây dựng biên dạng
cánh không phảI từ cung tròn mà bằng việc xác định từng điểm trên toàn bộ chiều dày cánh
Những điểm riêng đợc mô tả trên tọa cực, nghĩa là ở một bán kính nào đó thì ta tính đợc góc tơng ứng (do từ điểm bắt đầu của cánh).góc ôm toàn bộ cánh thờng có giá trị 80 ữ 1100 đôi khi
đến 1200 .Ta xét một điểm P nào đó của cánh (hình 12a) .
Cho một phân tè nhá cđa cung trßn PT = rdϕ , sè gia của bán kính là
P T =dr, từ tam giác vu«ng Pُ PT ta cã :
dr
rdϕ =
tgβ i
Do vËy dϕ =

dr
r.tg i

Từ phơng trình vi phân trên ta nhận đợc góc và ta có phơng trình giảI tích cho biên dạng cánh
dẫn là :
180
=

0
i

r

dr

r tg
ri

i

i

Tích phân này đợc giảI một cách dễ dàng nhờ việc lập một bảng biến thiên theo r với việc chọn
các r thích hợp . các giá trị cần thiết tìmm đợc từ biểu đồ biến thiên (hình 8).Thông thờng quy
luật thay đổi của wi là đởng thẳng, song nó là đờng cong lên thì cánh dẫn sẽ dày hơn ra và ngợc
lại nó cong xuống , cánh dẫn sẽ ngắn đi.quy luật thay đổi của i sẽ có ảnh hởng ngợc lại so với
ảnh hởng của tốc độ w . Các kết quả tính toán đơc ghi vao bảng

Trn i Dng

14

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

6
6
5

5
r6

4

4

r5
3

d2

r4
r3

2

1

1

3

r2
r2
r1

ds

d

1

2

r1

do

1
0

Trn i Dng

15

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

Phần thứ iii
thiết kế các bộ phận dẫn hớng
Nhiệm vụ của các bộ phận dẫn hớng là đảm bảo luật chuyển động của dòng chảy và
giảm tổn thất , va đập, đồng thời có tác dụng biến động năng thành áp năng và ngợc lại . Bộ
phận dẫn hớng có thể là những ống thu hẹp hoặc khuyếch tán không có cánh, có thể là những
bánh xe có nhiều cánh dẫn hớng, những buồng xoắn ốc mở rộng dần hoặc kết hợp các loại trên.
III.1.Bộ phận dẫn hớng vào.
Đối với bơm nhiều cấp nói chung và bơm hai cấp mà ta dạng thiết kế , ống dẫn hớng vào
thờng vuông góc với trục, vì vậy để dòng chảy đi vào bánh công tác đối xứng trục . Kết cấu của
bộ phận dẫn hớng vào là tơng đối phức tạp và đa dạng .Với bánh công tác đặt cùng chiều thì
dòng chảy vào theo hớng vuông góc với trục bơm sau đó đợc phân bố theo hớng vào đối xứng

trục.
Khi lu thể đà đợc dẫn vào miệng hút thì các tiết diện máng dẫn bào sẽ đợc thu hẹp dần
theo quy luật máng xoắn để lu thể vào cửa hút bánh công tác một cách đều đặn , không xảy ra
va đập. Điều đó đợc thực hiện theo việc thiết kế máng xoắn từ tiết diện vào cho tới tiết diện cuối
cùng giảm dần
I

II

B

I

C

0

0

0

A

III
D

IV

II
III

E

V

IV
V

H

F

Trn i Dng

16

Máy và Thiết BÞ Má k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

Việc thiết kế máng xoắn thu hẹp dần cũng sẽ khử đợc không gian chết của dòng chảy ở
gần trục quay của bơm . Tốc độ của dòng chảy từ mặt bích nối với ống hút của bơm đ ợc tính nh
sau:
Ch = Kch=0,11 2.9,81.42 = 3,16 (m/s)
Từ đó tính đợc đờng kính nơi cửa bích hút vào bơm là :
Dh =

4Qt
=
2C h

4.0,069
= 0,014
2. .3,16

(m)

Với Kch là hệ số tốc độ chọn theo ns : vì ns < 100 nên chọn
Kch = 0,11
Cho tốc độ Ch từ mặt bích hút đến CD tốc độ cửa vào bánh công tác thay đổi theo quy luật
điều hoà nhờ đó tính đợc các tốc độ ở các tiết diện trung gian và diện tích các tiết diện trung
gian.
Với CD = Ch(1,31,5) = 4,1084,74 ⇒ chän CD = 4,4 (m/s)
Qua ®ã ta vẽ đợc quy luật thay đổi tốc độ từ mặt bích cửa hút đến cửa vào bánh công tác.

Sau khi vẽ đợc quy luật thay đổi tốc độ ta đo trên hình vẽ đợc tốc độ dòng chảy tại các tiết diện
là :
Tiết diện IV có diện tích :
F4 = K p .3

Qt
2n

HÖ sè Kp=1,31,8 ,ta chän Kp=1.5
VËy :

Trần i Dng

17

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly t©m hai cưa hót
0,069
= 0,043 ( m2)
2.1450

F4=1,5.3
F3 =

3
3
F4 = .0,043=0,03225 (m2)
4
4

F2 =

2
2
F4 = .0,043=0,0215 ( m2)
4
4

F1 =

1
1
F4 = .0,043=0,011 ( m2)
4
4

Vẽ các tiết diện trung gian sao cho bảo đảm diện tích trên phù hợp với công nghệ đúc ,
điều hoà, bán kính các góc lợn không đợc nhỏ quá để giảm tổn thất .
Ta có thể tính đợc các khoảng cách tơng đối để vẽ bộ phận dẫn hớng vào dựa vào công
thức kinh nghiệm nh sau:
AF = 2Ds = 2.132,9=266 (mm)
00 =

3
D = 100 (mm)
4 S

B0 =

5
D = 111 (mm)
6 S

C0 = Ds = 132,9(mm)
D0 =

7
D = 155,2( mm)

6 S

E0 =

5
D = 166,25(mm)
4 S

H0 =

6
D = 199.5( mm)
4 S

III.2.Bé phËn dÉn híng ra kiĨu xo¾n èc.
NhiƯm vơ cđa bộ phận dẫn hớng ra là nhận lu thể đi ra từ bánh công tác sau đó dẫn ra
ống đẩy. Để đảm bảo giữ đợc luật chuyển động của dòng chảy và ít tổn thất va đập, bộ phận dẫn
hớng ra thờng có dạng hình xoắn ốc mở rộng dần.
Đặt r2 là bán kính ngoài cùng của bánh công tác, r 3 là bán kính đờng tròn cơ sở của đờng
xoắn ốc , b2 là chiều rộng cửa ra bánh công tác, b 3 là chiều rộng ban đầu của máng xoắn ứng với
bán kính r3 , các kích thớc này đợc tính nh sau:
b3 = b2 + (0,020,05)D2 =11,5 + (0,020,05).370 =11,5+(7,4I18,5)= 18,9 30 mm
chän :

b3=25mm
r3 = r 2 +
với r2=

Trn i Dng

r2
30

D2 370
=
= 185mm
2
2

18

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút
r3 = 185+

185
= 191 mm
30

Việc tính toán máng xoắn đợc dựa trên định luật về tia dòng với hằng số máng xoắn là
Kd đợc xác định nh sau:
Kd = Cu.r = C3u.r2 =

gH

LT

ω

Trong ®ã :
HLT : cét ¸p lý thuyÕt

HTL = H/ηTL = 42/0,71=59m

ηTL : hiÖu suÊt thủ lùc

ηTL = 71%

ω : tèc ®é gãc cđa trơc bánh công tác = = 152(1/s2)
Thay các thông số trên vào công thức tính ta đợc Kd = 3,8
Ta phải thiết kế biên dạng đờng xoắn ốc từ tiết diện cuối cùng của cửa ra bánh công tác
tới tiết diện ổng đẩy theo điều kiện tốc độ dòng chảy trong máng xoắn không đổi từ tiết diện 1
đến tiết diƯn 8 lµ:
Cmx = Kmx 2gH
Víi hƯ sè Kmx tra theo h×nh 29 [1] ta cã Kmx = 0,45 thay vµo ta cã:
Cmx = 0,45. 2.9,81.42 = 13 (m/s)
DiƯn tÝch của tiết diện 8 là :
F8 =

Q
C mx

=

0,069
= 0,0053 (m2)
13

Các tiết diện còn lại đợc tính theo công thức sau: Fi =


F
360 8

Do đó ta tính đợc các tiết diện còn lại nh sau :
F1 =
F2 =

90
.0,0053 = 0,0013 (m2)
360

F3=

135
.0,0053 = 0,002 (m2)
360

F4=

180
.0,0053 = 0,00265 ( m2)
360

F5=

225

.0,0053 = 0,0033 (m2)
360

F6=

Trần i Dng

45
.0,0053 = 0,00066 (m2)
360

270
.0,0053 = 0,004 ( m2)
360

19

Máy và ThiÕt BÞ Má k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí
F7=

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

315
.0,053 = 0,00464 ( m2)
360

Sau khi xác định đợc các tiết diện trên ta tính chiều cao hình thang tiết diện đó theo công thức :

b + b 2 + 4.tg i .F
3
3
hi =
2 i
2.tgξ
i
Gãc më i tăng dần từ 51000 góc max sẽ đạt đợc ë tiÕt diƯn 8 vµ cã thĨ tíi 45 0 . ë tiÕt
diƯn 8 sÏ cã chiỊu cao lín nhÊt , chiều cao đó có thể so sánh theo công thøc kinh nghiƯm:
h8 = KP- ; víi D3 = KHD2
KH và KP tra theo hình 29 [1] ta có :K H = 1,09 và KP = 1,6 nên ta tính đợc chiều cao của tiết diện
8 là :

5
25 + 25 2 + 4.tg .660
2
h1 =
= 25.28mm
5
2.tg
2
− 25 + 25 2 + 4.tg
h2=

10
2

2.tg

− 25 + 25 2 + 4.tg
h3 =

2.tg

15
2

− 25 + 25 2 + 4.tg
h4 =

20
2.tg
2

15
.2000
2
= 60,64mm

20

2

− 25 + 25 2 + 4.tg
h5 =

2.tg

20
2

− 25 + 25 2 + 4.tg
h6 =

2.tg

Trn i Dng

30
2

20

10
.1300
2
= 45mm

.2650

= 70,72mm

25
.3300
2
= 78mm

30

.4000
2
= 84,13mm

Máy và Thiết BÞ Má k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly t©m hai cưa hót

− 25 + 25 2 + 4.tg
h7 =

2.tg

35
2

− 25 + 25 2 + 4.tg
h8 =

2.tg

40
2

35
.4640
2

= 88mm

40
.5300
2
= 91,12mm

KiÓm nghiƯm chiỊu cao h8 theo c«ng thøc kinh nghiƯm:
D2 D3
−
2
k8KN =KP. 2

Với : D3=KH.D2
Tra theo giản đồ H29 (1) : KP= 1,6
KH=1,09
=> k8KN =(KP- KH).D2/2
=(1,6 – 1,09).370/2= 94,35
Sai sè kiÓm nghiÖm :
εKN =

94,35 − 91,12
.100 % = 3,4%≤5%
94,35

Sai sè nhá => giá trị h8 đạt yêu cầu.

Phần iv

Trn i Dng

21

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

bộ phận lót kín
IV.1.Lót kín bánh xe công tác.
Giữa thân bơm cố định và bánh công tác quay bao giờ cũng tồn tại khe hở .Để đảm bảo lợng tổn thất lu thể qua đó ít , hiệu suất lu lợng ll của máy cao thì khe hở giữa chúng 1 và 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 chịu mòn ghép vào đó.
1/.Lu lợng chất lỏng rò qua khe hở ló kín phía trớc bánh công tacs 1sẽ là :
q1= .fy . 2.g.h y
Với à là hệ số lu lợng khe hẹp,giá trị của nó tuỳ thuộc vào loại lót kín đợc tính theo công thc
sau:

1
à=

ry1=

Và 1 là chiều rộng khe hĐp :

(1,3 ÷ 1,5) +

λl
1
2δ
1

D s 132,9
=
= 66,5 mm
2
2

δ = 0,2 ữ 0,3 mm Chọn 1 =0,25mm
1

hy là cột áp khe hẹp , với ns = 60150 đợc chän theo kinh nghiÖm nh sau:
hy=0,6.H=0,6.42 = 25,2 m
DiÖn tÝch tiÕt diƯn khe hĐp:

fy = 2л ry1δ1

-3
- 3 = 104,4.10 − 6 2
fy =2. πry1 .δ1 = 2.3,14.66,5.10 .0,25.10
(m )
Do Dy1=2.ry1=133>100 mm theo kinh nghiệm l1/Dy1 =0,12ữ0,15khi đó = 0,5 ữ 0,6 chọn
à = 0,55
Thay vào công thức tính q1ta có :

Trn i Dng

22

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly t©m hai cưa hót

q1= μ .fy . 2.g.h y =0,55.104,4.10-6. 2.9,81.25,2 = 0,00128 (m3/s)
Với bơm lót kín đơn giản thì l 1không nên lấy quá lớn vì vậy ta chọn chiỊu dµi khe hĐp nh
sau: l1 = 0,12.Dy1 = 0,12.133= 16 ( mm)
2/Lợng chất lỏng chảy qua khe hẹp ở phía sau bánh công tác là :


q2= .2. .ry2 .δ 2 . 2.g.h y2
u 2   r 
LT + 2 . 1 −  y2  vµ
Víi h y2 =
8.g   r 


2.u 2
  2 
2
g.H

HLT =

H

1

TL

TL là hiệu suất thuỷ lực sơ bộ lấy nh sau:
ηTL =

η - (0,010,02) =

HLT=

0,71 - 0,02 = 0,82

42
= 51,22 m
0,82

d
70
ry2= 0 + s =
+ 6 = 40 mm
2

2

r2=D2/2 =370/2 =185 mm
Thay các thông số đà tìm đợc vào công thức tính cột áp qua khe hở bánh công t¸c ta cã :

2


9,81.51,22 ( 28 ) 2   40.10 -3  
 = 9,84 m
+
. 1−
hy2=
2
8.9,81   185.10 - 3  


2.( 28 )






δ2 = (0,30,4)mm chän 2 = 0,4 mm
l2đợc chọn theo kết cấu của bơm vµ dùa vµo chiỊu dµi l1

π
q2= μ .2. .ry2 .δ 2 . 2.g.h y2 =0.0025

HiƯu st lu lỵng :

Trần Đại Dng

23

Máy và Thiết Bị Mỏ k47

Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly t©m hai cưa hót
η ll =

η ll =

Q
Q
=
Q + q1 + q 2 Qlt

0,069
= 0,948 Đảm bảo
0,069 + 0,00128 + 0,0025

IV.2.Lót kín trục bơm
Các vòng phớt lót kính 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 kính
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

kính đợc

làm

từ sợi A-mi-ăng

với

chiều

dày

tiêu

chuẩn là

4,6,8,10,12,15,17,20,25,30. Ta chọn chiều dày b theo đờng kính trục d cần đợc lót kín nh sau:
b=0,25.d =0,25.50 =12,5 mm
Các kích thớc đợc chọn theo kinh nghiệm nh sau:
Chiều dài phần lót kín đợc chọn : L = (i + 0,5)b
s = 2b , víi i lµ sè vßng lãt
L=2.d =2.50 =100 mm
Lùc Ðp vßng lãt F=1,4. P .


.(dk2 d2).B , tính theo N.
4

Phần v
lực tác dụng trong máy bơm và tính toán trục bơm
V.1.Lực hớng trục

Trn i Dng

24

Máy và Thiết Bị Mỏ k47


Đồ án môn học máy thuỷ khí

Thiết kế bơm ly tâm hai cửa hút

V.1.1.Lực do sự chênh áp phía trớc và 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 Ry đến r2 là nh nhau. ở khoảng từ ro đến ry phía trớc bánh công
tác có áp suất nhỏ , trong khi ở phia sau bánh công tác trên khoảng đó lại có áp suất lớn, kết
quả là xuất hiện mét lùc híng trơc híng tõ phÝa sau ra phÝa trớc bánh công tác và có độ lớn
là:

u2
R 2 − r 2 
0 
 R 2 − r 2 . H − 2 . 1 − y
 p
FZng = − π .γ  y


0

8.g 
2.r
2 






c 
2u 
Hp =H 1 −
2.u 

2


23,2 

= 24,6 m/s
Hp =42. 1 −
2.28 


Ry =

Ds
132,9
−s =
− 5 = 61,5 mm
2
2

r0 =d0/2 +s =70/2+ 6 =41 mm


28 2 
0,0615 2 − 0,041 2 
2
2

. 1 −

FZng = − 3,14.1000. 0,0615 − 0,041 . 24,6 −



8.9,81
2.0,185



= -96,71 (N)
Dấu (- ) trong công thức trên biểu thị lực này có chiều ngợc trục z của bánh công tác.
V.1.2.Lực tác dụng bên trong bánh công tác
Do kêt cấu bên trong bánh công tác , dong chảy phía cửa vào bánh công tác sẽ phảit hay
đổi cả về hớng và độ lớn của tốc độ, nghĩa là thay đổi về lợng. Do đó gây ra một lực hớng
trục tác động lên bánh công tác hớng từ phía trớc ra phía sau bánh công tác, độ lớn của lực
đó lµ:
FZtr =A. γ .

Trần Đại Dưỡng

Q
1000.0,069
.c = 1.

.3,7 = 26 N
0
g
9,81

25

Máy và Thiết Bị Mỏ k47