nghiên cứu trường vận tôc dòng chảy trong bánh công tác máy bơm bùn

Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mục Lục

SVTH: Nguyễn Đức Huy

1


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

LỜI MỞ ĐẦU:
Trong quá trình thiết kế, lắp đặt và vận hành máy bơm có rất nhiều yếu tố tác
động làm giảm hiểu quả sử dụng của máy bơm như: giảm cột áp, giảm lưu lượng, tăng
tổn thất thủy lực, gây nên hiện tượng xâm thực trong máy bơm, gây mòn bánh công
tác, làm giảm tuổi thọ và tính kinh tế của máy. Đặc biệt với điều kiện làm việc khắc
nghiệt cùng với dòng chất lỏng 2 pha của máy bơm bùn thì càng ảnh hưởng nghiêm
trọng hơn tới hiệu suất và các thông số khác của máy bơm bùn so với các loại bơm
thông thường khác.
Khi nghiên cứu trường vận tốc của dòng chất lỏng trong bánh công tác máy
bơm bùn ta có thể khái quát được các trường hợp khác nhau của dòng chất lỏng trong
các điều kiện làm việc khác nhau của máy bơm bùn. Biết được các tác động của dòng
chất lỏng tới bánh công tác và các chi tiết khác của máy bơm, chính vì thế ta có thể
thay đổi các thông số, các điều kiện làm việc của bơm để nâng cao nâng suất và hiệu
quả làm việc của bơm bùn.
Vì những lý do trên mà đề tài “ Nghiên cứu trường vận tốc dòng chảy trong
bánh công tác máy bơm bùn” đã được chọn làm đề tài đồ án tốt nghiệp ra trường của

tôi.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:
 Mô phỏng trường vận tốc của dòng chất lỏng (dòng 2 pha) trong bánh công tác máy
bơm bùn.
 Đánh giá những tác động mà dòng chất lỏng tác động vào bánh công tác máy bơm
bùn.
Cho nên các nội dung sẽ được đề cập trong nghiên cứu này của tôi gồm:
 Tìm hiểm tổng quan về lý thuyết về bơm ly tâm, bơm bùn, trường vận tốc của dòng
chất lỏng.
 Thiết kế một bánh công tác với các số liệu và các giả thiết cho trước.
 Mô phỏng trường vận tốc của dòng chất lỏng (dòng 2 pha) trong bánh công tác máy
bơm bùn.

SVTH: Nguyễn Đức Huy

2

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

 Đánh giá nhận xét kết quả thu được từ quá trình mô phỏng dòng chất lỏng và có thể
đánh giá những tác động của nó vào bánh công tác máy bơm bùn.
Cuối cùng để hoàn thành tốt đồ án này em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới
thầy T.S .Nguyễn Anh Tuấn là người thầy đã động viên giúp đỡ em nhiều về mặt tinh
thần cũng như kiến thức chuyên môn để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp ngày hôm
nay. Ngoài ra em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Th.S. Nguyễn Ngọc Minh đã tận tình

giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy cô trong
bộ môn cũng như các thầy cô trong khoa Cơ Khí đã cho em kiến thức chuyên ngành
và kinh nghiệm quý báu cùng với sự nỗ lực bản thân để hoàn thành tốt đồ án tốt
nghiệp hôm nay.
Một lần nữa em xin cảm ơn !
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Huy

SVTH: Nguyễn Đức Huy

3

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BƠM LY TÂM VÀ BƠM BÙN.
1.1. Tổng quan về bơm ly tâm.
1.1.1. Khái nệm, cấu tạo và phân loại bơm ly tâm.
1.1.1.1.

Khái niệm bơm ly tâm.

Cách đây rất lâu đã xuất hiện những thiết bị thô sơ phục vụ cho nhu cầu tưới
tiêu cho nông nghiệp, lấy nước cho sinh hoạt như gầu với đối trọng kiểu cần vọt ở
giếng, bánh xe nước có gắn các gầu. Và trong một thời gian dài, người ta chỉ dùng

bơm để hút nước, vận chuyển nước từ thấp lên cao để phục vụ cho nhu cầu của họ.
Nhưng ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì phạm vi sử dụng của bơm
được mở rộng rất nhiều. Bơm không còn chỉ vận chuyển nước nữa mà còn được sử
dụng để vận chuyển dầu, quặng, các hỗn hợp nhiều pha khác nhau… và ngoài ra còn
được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như trong dân dụng, nông nghiệp,
công nghiệp hóa chất, dầu mỏ, trong tàu thủy …
Đã có rất nhiều nghiên cứu cũng như định nghĩa về bơm khác nhau, nhưng định
nghĩa có thể coi là đúng nhất về bơm đó là:
“ Bơm là loại máy thủy lực biến đổi cơ năng của động cơ thành năng lượng để vận
chuyển dòng chất lỏng lên cao, đi xa hoặc tạo nên áp suất cần thiết trong hệ thống
truyền dẫn thủy lực.”
“ Bơm ly tâm là loại bơm cánh dẫn với dòng chất lỏng có hướng ra xa trục của bơm”
Năng lượng chủ yếu trong bơm là động năng, thế năng và áp năng. Sự chuyển động
của động cơ làm quay hệ thống bánh công tác và làm dịch chuyển các chất lỏng tiếp
xúc với bánh công tác và từ đó chuyển đổi năng lượng cơ học của động cơ thành động
năng của dòng chất lỏng.
1.1.1.2.

Cấu tạo bơm ly tâm.

Xét sơ đồ kết cấu của một máy bơm ly tâm đơn giản trên hình 1.1 sau đây, ta
thấy bơm ly tâm gồm có các bộ phận chủ yếu sau :

SVTH: Nguyễn Đức Huy

4

Lớp: 53M-TBTC

Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

hình 1.1: sơ đồ cấu tạo máy bơm ly tâm (1 ,4– đĩa sau,2 – Trục,3 – Đĩa trước, 5
– Cánh bánh công tác, 6 – Buồng xoắn, 7 – Ống hút, 8 – Ống dẩy)
-

Bánh công tác: bánh công tác kết cấu có 3 dạng chính là cánh mở hoàn toàn, mở một
phần và cánh kín. Bánh công tác được lắp trên trục của bơm cùng với các chi tiết khác
cố định với trục tạo nên phần quay của bơm gọi là Rôto. Bánh công tác được đúc bằng
gang hoặc thép theo phương pháp đúc chính xác. Các bề mặt cánh dẫn và đĩa bánh
công tác yêu cầu có độ nhẵn tương đối cao để giảm tổn thất. Bánh công tác và Rôto
của bơm đều phải được cân bằng tĩnh và cân bằng động để khi làm việc bánh công tác
không cọ xát vào thân bơm.

hình 1.2: một số loại bánh công tác máy bơm ly tâm.
-

Trục bơm: thường được chế tạo bằng thép hợp kim và một đầu được lắp với bánh công
tác thông qua mối ghép then hoặc bulông, một đầu được lắp với trục động cơ qua khớp
nối. Trục và bánh công tác lắp trên trục tạo thành rôto của bơm.
SVTH: Nguyễn Đức Huy

5

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

-

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Bộ phận dẫn hướng vào: thường được chế tạo liền với nắp bơm, loại bơm 1 cấp ống
dẫn dòng vào thường có dạng hình côn. Vận tốc của dòng chất lỏng tăng dần từ ống
hút đến lối vào của bơm đảm bảo cho vận tốc dòng chất lỏng phân bố đề theo tiết diện
và đối xứng qua trục ở trước lối vào của bánh công tác. Ở bơm nhiều cấp thì bộ phận
đẫn dòng vào có dạng nữa xoắn.

-

Bộ phận dẫn hướng ra: (buồng xoắn ốc) được đúc bằng gang có hình dạng tương đối
phức tạp và được thiết kế có hình dạng phù hợp với đường dòng của chất lỏng khi ra
khỏi bánh công tác. Buồng xoắn có nhiệm vụ dẫn chất lỏng sau khi ra khỏi bánh công
tác vào ống đẩy sao cho tổn thất thủy lực là nhỏ nhất.

-

Ống hút và ống đẩy : Hai loại ống này có thể làm bằng gang đúc, tôn hàn hoặc cao su
và cũng có nhiệm vụ là dẫn chất lỏng vào và ra máy sao cho tổn thất sinh ra trong
chuyển động của dòng chất lỏng là nhỏ nhất.
1.1.1.3.

Phân loại bơm ly tâm.

 Theo số bánh công tác lắp nối tiếp trên trục.
-

Bơm ly tâm một cấp: có một bánh công tác lắp trên trục và thông thường có cột áp H ≤
100m cột nước.

hình 1.3: bơm ly tâm một cấp
-

Bơm ly tâm nhiều cấp có nhiều bánh công tác lắp nối tiếp trên cùng một trục, số cấp từ
2÷8 cấp. Trong trường hợp đặc biệt có thể lên tới 18 cấp. Trong bơm ly tâm nhiều cấp
dòng chất lỏng nối tiếp chuyển động qua tất cả các bánh công tác. Cột áp của bơm
bằng tổng cột áp của tất cả các bánh công tác.

SVTH: Nguyễn Đức Huy

6

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

hình
1.4.
bơm
ly
tâm

nhiều cấp
 Theo số dòng chất lỏng qua bánh công tác.

-

Bơm ly tâm một miệng hút: chỉ có một dòng chất lỏng chảy qua bánh công tác.

-

Bơm lý tâm hai miệng hút: hai
dòng chát lỏng chảy qua bánh
công tác. Bánh công tác của
bơm hai miệng hút có thể coi
như hai bánh công tác làm việc
song song với nhau và được lắp
đối xứng với nhau trên cùng
một trục. Lưu lượng của bơm
bằng tổng lưu lượng của 2
bánh công tác, cột áp của bơm
bằng cột áp của mỗi bánh công tác.

Hình 1.5. bơm ly tâm 2 miệng hút

 Phân loại theo cột áp.
-

Bơm ly tâm cột áp thấp: H= (5÷40) m cột nước.

-

Bơm ly tâm cột áp trung bình: H= (40÷200) m cột nước.

-

Bơm ly tâm cột áp cao: H ≥ 200 m cột nước.

 phân loại theo lưu lượng.
-

bơm ly tâm lưu lượng nhỏ.

SVTH: Nguyễn Đức Huy

7

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

-

bơm ly tâm lưu lượng trung bình.

-

bơm ly tâm lưu lượng lớn.

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

 phân loại theo vị trí của trục bơm.
-

bơm trục ngang.

-

bơm trục đứng.
Ngoài các cách phân loại này ra thì còn rất nhiều các cách phân loại khác như
theo kết cấu võ bơm, theo phương pháp nối trục, theo phương pháp dẫn dòng vào và
dẫn dòng ra khỏi bánh công tác, theo dạng chất lỏng vận chuyển….
1.1.2. Nguyên lý hoạt động và phạm vi sử dụng.
Do bơm ly tâm là một loại bơm cánh dẫn nên nó cũng có nguyên lý hoạt động
như bơm cánh dẫn. Nguyên lý tác dụng của máy bơm cánh dẫn là sự tác dụng tương
hỗ giữa các cánh dẫn với dòng chất lỏng chảy bao quanh cánh.
Khi bánh công tác quay, các cánh dẫn tác động lên dòng chảy và truyền cơ năng
cho dòng chảy. Các phần tử của chất lỏng ở trong bánh công tác dưới ảnh hưởng của
lực ly tâm bị dồn từ trong ra ngoài, chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống đẩy
với áp suất cao hơn, quá trình này gọi là quá trình đẩy của bơm. Đồng thời ở lối vào
của bánh công tác tạo nên một vùng chân không và dưới tác dụng của áp suất trong bể
chứa lớn hơn áp suất lối vào của bơm, chất lỏng ở bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo
ống hút. Đó là quá trình hút của bơm. Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên
tục tạo nên dòng chảy qua bơm.
Trong bánh công tác của máy bơm, động năng của dòng chất lỏng thay đổi rất
lớn. Ở bộ phận dẫn dòng ra, một phần động năng được biến thành áp năng để hạn chế
tổn thất của dòng chất lỏng khi vận chuyển trong đường ống.
Trong bánh công tác của bơm ly tâm, dòng chất lỏng chảy bao quanh cánh dẫn
chuyển động ly tâm theo phương hướng kính do đó lợi dụng được công của lực ly tâm
và khi bơm làm việc ổn định, bánh công tác của chúng quay với vận tốc không đổi
dòng chất lỏng trong máng dẫn của bánh công tác cũng như buồng lưu thông luôn
chuyển động ổn định. Vì vậy vận tốc quay của bánh công tác có thể tăng tới giá trị rất
lớn.
Máy bơm nói chung và bơm ly tâm nói riêng có rất nhiều ứng dụng trong nền

kinh tế quốc dân, trong nông nghiệp, công nghiệp cũng như đời sống. Bơm ly tâm sử
SVTH: Nguyễn Đức Huy

8

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống hàng ngày vì có ưu điểm: chạy êm, lưu
lượng điều hòa, vận tốc quay lớn, nối trục tiếp với động cơ điện, loại bỏ cơ cấu biên
tay quay, xupap, bầu khí,… nền móng nhẹ không chiếm nhiều diện tích; có thể điều
chỉnh rộng rãi, rẻ tiền, vận hành đơn giản, cấu tạo không phức tạp, có thể bơm chất
lỏng đặc, hiệu suất cao,…
Nhưng nó vẫn còn các nhược điểm như: phải có bộ phận mồi nước, không nên
tạo ra áp suất quá 7 at, hiệu suất của bơm có công suất nhỏ không lớn lắm, năng suất
phụ thuộc vào chiều cao H,…
Máy bơm có rất nhiều loại khác nhau, chúng được dùng để vận chuyển mọi loại
chất lỏng như chất lỏng đặc, chất lỏng có độ nhớt lớn, chất lỏng nóng, chất lỏng dễ bay
hơi…., kể cả hỗn hợp nước với chất rắn. Trong các loại bơm thì thì bơm ly tâm là loại
máy được sử dụng phổ biến nhất.
Trong công nghiệp, máy bơm ly tâm được dùng để cấp nước cho các nhu cầu
kỹ thuật của nhà máy như cấp nước nồi hơi trong các nhà máy nhiệt điện, cấp nước
cho các hệ thống là mát và nhu cầu vệ sinh khu công nghiệp.
Máy bơm ly tâm còn được dùng trong công nghiệp khai thác mỏ và xây dựng
để hát các hỗn hợp nước với đất và vận chuyển hỗn hợp bùn quặng.
Trong công nghiệp dầu mỏ, máy bơm ly tâm dùng để hút dầu từ giếng và vẩn

chuyển các sản phẩm của dầu mỏ. Ngày nay việc vận chuyển dầu mỏ theo đường ống
được sử dụng khá phổ biến với khoảng cách rất xa đến hàng nghìn km. Thực tế tính
toán và sử dụng cho thấy rằng việc vận chuyển theo đường ống kinh tế hơn rất nhiều
so với các phương tiện vẩn chuyển khác. Do hiểu quả kinh tế cao của việc vận chuyển
theo đường ống nên người ta đang nghiên cứu sử dụng đường ống để vận chuyển các
loại nguyên liệu hạt rời và các hàng hóa khác.
Trong công nghiệp hóa chất, máy bơm ly tâm cũng được ứng dụng rộng rãi để
vận chuyển các dung dịch hóa chất như axit, kiềm, muối … Trong công nghiệp và đời
sống, máy bơm ly tâm được dùng để tười tiêu, cung cấp nhu cầu nước trong sinh
hoạt….

SVTH: Nguyễn Đức Huy

9

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

1.2. Bơm bùn và chất lỏng vận chuyển.
1.2.1. Bơm bùn.
Định nghĩa: Bơm hút bùn ly tâm là loại bơm cánh dẫn dùng để vận chuyển hỗn
hợp nước và bùn đất. Nó được sử dụng trong các nhà máy hút bùn dùng trong công tác
nạo vét kênh mương.
Vì bơm bùn dùng để vận chuyển dòng chất lỏng 2 pha có tính chất đặc thù riêng
biệt nên bơm cũng có các đặc diểm riêng để có thể đáp ứng được yêu cầu vận hành và
sử dụng bao gồm:

-

Tất cả các tiết diện lưu thông của máng dẫn, bánh công tác và bộ phận dẫn dòng phải
đảm bảo lưu thông được đất đá và các tạp chất khác có kích thước nhất định.

-

Bơm phải có kết cấu sao cho các chi tiết khi làm việc bị mài mòn ít nhất, vì hỗn hợp
nhiều pha có tính mài mòn cao.

-

Cần phải đảm bảo điều kiện thuận tiện khi sửa chữa và thay thế các bộ phận khi bị mài
mòn.

-

Do điều kiện phải lưu thông các tạp chất có kích thước lớn qua bánh công tác, nên
bánh công tác có số máng dẫn đủ rộng số bánh công tác ít từ 2 đến 4 cánh. Các cánh
phải có đủ độ bền và độ dày để đảm bảo thời gian đến lúc phải thay cánh là dài nhất .
Trong kết cấu, cấu tạo của bơm bùn thì bộ phẩn quan trọng nhất chính là bánh
công tác. Vì đây là một trong những bộ phận luôn luôn quay với tốc độ cao và luôn
tiếp xúc trực tiếp với dòng chất lỏng nhiều pha có độ mài mòn cao do có sự xuất hiện
của các hạt rắn có kích thước khác nhau. Bánh công tác quay là để truyền động năng
đến dung dịch bùn và đẩy nó lên cao. Một phần động năng này được chuyển thành
năng lượng áp suất trước khi ra khỏi bánh công tác. Và trong bánh công tác, cánh là bộ
phận chính của bánh công tác, còn các bộ phận khác chỉ là để bảo vệ, và giữ cân bằng
cho cánh khi vận hành.
Thông thường, trong bơm bùn chúng ta sử dụng 02 loại cánh chính là cánh ráp
hoặc cánh trơn. Cánh ráp hiệu quả hơn trong việc thay đổi năng lượng nên nó được sử

dụng khi hiệu suất được chú trọng hàng đầu, mặc dù với bánh công tác rộng thì ít
thuận lợi hơn. Hạn chế của cánh ráp là phức tạp khi chế tạo và cũng bị mòn nhiều hơn
khi bơm dung dịch bùn có hạt thô. Vì vậy, khi bơm các hạt thô thì sử dụng cánh trơn.

SVTH: Nguyễn Đức Huy

10

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Độ dày của cánh thường gây ra những hạn chế cho tuổi thọ của bộ phận chống
mài mòn. Thông thường, trên thực tế số cánh tối đa là 5, được sử dụng cho bánh công
tác bằng kim loại với đường kính trên 300 mm và bánh công tác bọc cao su với đường
kính trên 500 mm.
Đường kính cánh và bánh công tác có liên quan mật thiết với nhau. Cánh quá
rộng gây ra quá nhiều ma sát và hiệu suất bắt đầu giảm và có thể gây ra tắc. Kiểu bánh
công tác của Bơm Bùn không liên quan đến hình dạng kín hay hở, việc sử dụng bánh
công tác được quyết định bởi phương diện sản xuất và loại ứng dụng.
-

Bánh công tác kín: được sử dụng đối với dung dịch bùn có hạt thô cho hiệu suất cao
nhất và tuổi thọ chống mài mòn cao nhất nhưng phải chú ý kiểm tra cỡ hạt tối đa.
Bánh công tác kín hiệu quả hơn bánh công tác hở vì nó hạn chế sự rò rỉ “vòng quay
ngắn” trên các cánh. Hiệu suất ít bị ảnh hưởng bởi sự mài mòn.
Hạn chế: Bánh công tác kín dễ bị tắc khi bị các hạt thô cọ sát, các hạt có kích thước

lớn hơn kích cỡ hạt tối đa. Hiện tượng này phổ biến với những bánh công tác nhỏ.

-

Bánh công tác nửa hở được sử dụng để khắc phục những hạn chế của bánh công tác
kín. Bánh công tác nửa hở phụ thuộc vào đường kính của bánh công tác, kích cỡ và kết
cấu của chất rắn, không khí bị đẩy vào, độ nhớt cao, v.v...
Hạn chế: Hiệu suất thấp hơn (không đáng kể) so bánh công tác kín.

-

Bánh công tác lưu lượng xoáy: được sử dụng đối với chất rắn to, mềm, chất liệu sợi
hoặc để vận hành “nhẹ nhàng”, hoặc bơm các hạt dễ vỡ, độ nhớt cao và khí bị đẩy vào.
Bánh công tác lưu lượng xoáy được sử dụng khi có sự tắc bánh công tác hoặc khi bơm
các hạt dễ vỡ.
Hạn chế: Hiệu suất thấp hơn (đáng kể) bánh công tác kín và bánh công tác nửa hở.
Ngoài ra còn có nhiều thành phần khác của bánh công tác cũng ảnh hưởng tới
hiệu suất cũng như hoạt động của bánh công tác như:

-

Đường kính bánh công tác: Đường kính bánh công tác ảnh hưởng đến lượng đẩy ra tại
mọi tốc độ. Đường kính bánh công tác càng lớn thì lượng đẩy ra càng nhiều.

-

Chiều rộng bánh công tác: Chiều rộng bánh công tác ảnh hưởng đến lưu lượng của
bơm tại mọi tốc độ. Chiều rộng bánh công tác lớn mà chạy chậm thì lưu lượng cũng
bằng chiều rộng bánh công tác nhỏ mà chạy nhanh, nhưng điều quan trọng nhất là
cánh và nắp bảo vệ bánh công ảnh hưởng đến tốc độ. So với bơm nước và dựa vào

SVTH: Nguyễn Đức Huy

11

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

“tiết diện chống mài mòn” thì bánh công tác của Bơm Bùn không chỉ to hơn mà còn
rộng hơn rất nhiều,
1.2.2. Bùn và tính chất của bùn.
 Định nghĩa: Bùn là hợp chất pha trộn giữa nước và một số chất khác như đất, đất bùn
và đất sét.
Các đặc tính của bùn được xác định bởi các yếu tố khác nhau như kích thước
của các hạt, nồng độ của các hạt rắn, độ nhớt của chất lỏng, .... Tùy thuộc vào đặc tính
của bùn mà được phân loại thành bùn đồng nhất và bùn không đồng nhất.
• Bùn đồng nhất
Bùn đồng nhất gồm các hạt rất mịn đều bị lắng đọng trong quá trình vận chuyển. Ví dụ
về bùn đồng nhất là bùn đá vôi mịn, bùn thải,.... Loại bùn này có rất ít so với loại bùn
không đồng nhất. Đối với bùn đồng nhất các hạt rắn có kích thước thường nhỏ hơn 70
µm .
• Bùn không đồng nhất
Bùn không đồng nhất là hỗn hợp của các rắn hạt thô và nước. Hầu hết trong các hoạt
động như khai thác than đá, vận chuyển cát, ... đều gặp phải bùn không đồng nhất. Do
sự hiện diện của các hạt thô, nên bùn không đồng nhất có tính mài mòn cao và yêu cầu
năng lượng cung cấp cho bơm cao hơn bùn đồng nhất trong quá trình vận chuyển và

khai thác.
 Đặc tính của bùn:
Việc xác định các tính chất bùn rất quan trọng đối với việc lựa chọn và thiết kế để
tối ưu hệ thống xử lý bùn. Các đặc tính khác nhau của bùn được mô tả ngắn gọn dưới
đây.
-

Tỷ trọng của bùn:
Tỷ trọng của bùn phụ thuộc vào nồng độ của pha rắn và tỷ trọng của pha lỏng. Tỷ
trọng của bùn (ρm) được tính theo công thức sau:

Trong đó:

SVTH: Nguyễn Đức Huy

12

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Cws là nông độ pha rắn trong hỗn hợp bùn tính theo khối lượng.
ρm là tỷ trọng của bùn.
ρs là tỷ trọng của pha rắn.
ρl là tỷ trọng của pha lỏng.
Nồng độ chất rắn theo thể tích Cv được xác định:
Nồng độ pha rắn theo khối lượng Cws được tính như sau:

-

Độ nhớt của bùn:
Độ nhớt tuyệt đối hoặc độ nhớt động học của hỗn hợp bùn phụ thuộc vào nồng độ của
bùn. Mối quan hệ giữa độ nhớt động học và khối lượng có thể được tính theo công
thức sau đây cho các phạm vi khác nhau của nồng độ.
+

Bùn có nồng độ dưới 1%:

Khi trong dòng chất lỏng hai pha có nồng độ của pha rắn dưới 1%, thì giữa các hạt rắn
ít có sự tương tác với nhau. Khi đó mối quan hệ giữa độ nhớt động học và nồng độ hạt
rắn có thể thể hiện như sau:
trong đó:
as là nồng độ hạt rắn trong dung dịch.
μm độ nhớt động học của hỗn hợp bùn.
μl độ nhớt động học của pha vận chuyển.
+

Bùn có nồng độ dưới 20%.

Khi nồng độ các hạt cao hơn nhưng dưới 20% thì độ nhớt động học có thể tính toán
như sau:
Trong đó K1 k2 K3 K4 .. là các hằng số.
+

Bùn đặc.

Mối tương quan để có thể xác định độ nhớt động học của hỗn hợp hai pha có nồng độ
cao có thể được thể hiện như sau:

SVTH: Nguyễn Đức Huy

13

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Trong đó: K1 = 2.5, K2 = 10.05, A= 0.00273 và B = 16.6.
-

Vận tốc tới hạn:
Bùn là hỗn hợp của các hạt rắn và chất lỏng vận chuyển. Nếu kích thước hạt
rắn nhỏ hơn 70 micron thì các hạt rắn sẽ lơ lửng trong chất lỏng vận chuyển. Tuy
nhiên, đối với những hạt có kích thước hạt lớn hơn 70 micron, có xu hướng lắng
xuống. Để vận chuyển bùn bao gồm các hạt thô hơn (kích thước lớn hơn 70
micron) thì các vận tốc trung bình phải lớn hơn giá trị vận tốc giới hạn. Vận tốc
giới hạn này được gọi là vận tốc tới hạn. Khi vận tốc vận chuyển bùn nhỏ hơn vận
tốc tới hạn thì sẽ xảy ra lắng đọng trong đường ống vận chuyển. Khi chất rắn bị
lắng đọng nhiều thì làm tăng ma sát, giảm tốc độ vận chuyển, dẫn đến tắc đường
ống,... Vì vây, xác định vận tốc tới hạn là vô cùng quan trong khi thiết kế đường
ống vận chuyển. Vận tốc tới hạn có thể được xác định bằng thực nghiệm hoặc sử
dụng công thức Durand:

Trong đó:
- Dp là đường kính trong của ống.

- S là khối lượng riêng tương đối của hạt rắn
- SL là khối lượng riêng tương đối của pha lỏng.
- FL là chỉ số tốc độ lắng đọng
Các giá trị FL phụ thuộc vào nồng độ và kích thước các hạt hình 1.6 cho ta thấy sự
phụ thuộc của FL vào nồng độ và các kích thước hạt khác nhau.

SVTH: Nguyễn Đức Huy

14

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Hình 1.6: Sự phụ thuộc của FL vào nồng độ và các kích thước hạt khác nhau.
1.2.3. Ứng dụng vận chuyển bùng bằng máy bơm.
Trong những năm gần đây, việc lưu trữ, kiểm soát và bảo vệ các nguyên vật
liệu trong quá trình sản xuất, phân phối và xử lý trong các ngành công nghiệp khác
nhau đã trở thành một mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý. Để đáp ứng nhu
cầu ngày càng tăng của xã hội loài người, tránh những tác động xấu tới môi trường, ít
lãng phí nguyên vật liệu trong quá trình vận chuyển và an toàn trong sản xuất. Vận
chuyển nguyên vật liệu ở dạng bùn đã trở thành một phương pháp vận chuyển phổ
biến cho cả khoảng cách ngắn và dài. Dưới đây là những lĩnh vực mà các phương tiện
vận chuyển bùn được sử dụng rộng rãi:
-

Xử lý vật liệu công nghiệp và xử lý bùn. Trong ngành công nghiệp khai thác mỏ và

chế biến khoáng sản các loại đá khoáng sản (ví dụ như quặng sắt.. vv) được tách ra và
trộn lẫn với đất sau khi đã qua xử lý. Các phần không mong muốn của các loại đá
nghiền được vận chuyển bằng đường ống trong các hình thức bùn cặn. Trong ngành
công nghiệp khác như xử lý tro xỉ tại nhà máy nhiệt điện, xử lý nguyên liệu khác nhau
và xử lý chất thải trong các nhà máy phân bón.. vv được thực hiện ở dạng bùn.

-

Vận chuyển các loại khoáng sản và nguyên vật liệu đường dài.
SVTH: Nguyễn Đức Huy

15

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Trong nhiều ngành công nghiệp, nguyên liệu và khoáng sản khai thác được đưa đến
các nhà máy chế biến từ các mỏ ở dạng bùn. Đôi khi, vật liệu như than đá được vận
chuyển qua một khoảng cách dài ở dạng bùn thông qua đường ống. Việc vận chuyển
bằng đường ống cho hiệu suất cao hơn và đảm bảo an toàn cho con người và môi
trường xung quanh.
-

Nạo vét và khai thác khoáng chất dưới biển sâu:
Ở dưới đáy biển có rất nhiều loại khoáng chất với trữ lượng lớn và những khoáng chất
đó được khai thác bằng cách lọc ra từ hỗn hợp bùn-cát-nước được khai thác bởi máy

bơm bùn. Ngoài ra, ở các cảng biển, các cửa sông để đảm bảo sự lưu thông cho tàu
thuyền ra vào thì việc nạo vét bảo dưỡng các cảng biển là điều bắt buộc và phải thực
hiện thường xuyên. Việc nạo vét này được thực hiện bởi các bơm bùn có công suất
lớn. Các dạng trầm tích lắng đọng dưới đáy sông hay cảng biển được hút lên dưới
dạng bùn nhão.

-

Xử lý rác thải đô thị.
Song song với sự gia tăng dân số là sự gia tăng lớn lượng nước thải ở nhiều nước trong
đó có Việt Nam. Và để giải quyết các vấn đề môi trường, trong quá trình xử lý nước
thải của các thành phố lớn, một số vật liệu phế thải cần phải được tái chế. Việc xử lý
và tái chế các chất thải được thực hiện đôi khi ở dạng bùn nhão.
1.2.4. Mô hình bài toán dòng chảy hai pha trong bánh công tác.
Quá trình vận chuyển bằng bùn là một quá trình liên tục, được thực hiện nhờ sự
truyền cơ năng từ bánh công tác được dẫn động bằng động cơ tới dòng chất lỏng cần
vận chuyển. Khi bơm được dẫn động, bánh công tác quay truyền cơ năng cho cả dòng
chất lỏng. Các hạt rắn là cát và nước dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị dồn từ trong ra
ngoài theo máng dẫn của bánh công tác. Khi dòng chất lỏng bị đẩy đến lối ra của bánh
công tác thì cũng là lúc chúng đạt được vận tốc lớn nhất, đồng thời một phần cơ năng
được chuyển đổi thành áp năng và đi vào buồng xoắn máy bơm.
Sự chuyển động của bùn trong bánh công tác phức tạp hơn nhiều so với sự
chuyển động đơn thuần của nước trong bánh công tác. Bùn được sử dụng trong đề tài
này là dòng chất lỏng hai pha trong đó có nước là pha chính chiếm tới 80% về tỷ lệ
dòng chất lỏng, còn lại là 20% là pha cát có kích thước trung bình là 70 μm. Tuy vậy,
với sự thay đổi trong tỷ lệ như vậy đã ảnh hưởng rất nhiều tới đặc tính làm việc, hiệu
SVTH: Nguyễn Đức Huy

16

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

suất sử dụng cũng như các thông số khác của bơm, đặc biệt trong đó có tính mài mòn
là bị tác động mạnh nhất. Khi dòng chất lỏng hai pha chạy qua bánh công tác. Ở tại lối
vào, vận tốc của cát và nước là như nhau, nhưng do sự khác nhau về tính cơ lý hóa nên
ở tại lối ra vận tốc của cát và nước sẽ khác nhau.
Chất lỏng nhiều pha chứa nhiều hơn một pha và ít nhất một trong số các pha là
pha vận chuyển. Pha phân tán có thể bao gồm các hạt rắn, bong bóng khí, hoặc các
giọt chất lỏng khác. Đặc tính của dòng nhiều pha gồm khối lượng, năng lượng và động
lượng vận chuyển trong các hệ thống. Hệ thống nhiều pha có thể có khí- hạt rắn, khícác giọt chất lỏng, chất lỏng-bong bóng khí, các chất lỏng- giọt chất lỏng khác, và chất
lỏng- các hạt rắn. Có hai phương pháp tiếp cận động lực học của hệ thống đa pha: thứ
nhất, xem xét động lực học của một hạt duy nhất và sau đó mở rộng nó thành một hệ
thống nhiều pha trong một môi trường tương tự. Thứ hai, điều tra liên tục cơ học của
một chất duy nhất - pha lỏng , sau đó sử dụng một cách tương tự để giải thích những
gì xảy ra khi có sự xuất hiện của các hạt rắn. Và trong hệ thống nhiều pha thì các hình
dạng của các hạt trong hệ thống nhiều pha không có hình cầu. Để làm cho hình dạng
như là lý tưởng, các hạt được giả định là như hình cầu để thuật tiện hơn trong việc tính
toán và mô phỏng dòng chất lỏng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng hai pha bao gồm: hạt- sự tương tác giữa các
hạt, sự ảnh hưởng của khối lượng thực tế của các hạt, lực quán tính của các hạt khi di
chuyển, sự va chạm giữa các hạt khi di chuyển, sự va chạm của hạt với tường biên và
lực nâng Magnus. Nếu nồng độ thể tích của các hạt là dưới 0,3% thì sự tương tác giữa
các hạt được coi như là không đáng kể đối với các hạt hình cầu. Khi có các hạt trung
hòa lơ lửng, vận tốc của pha rắn và vận tốc của chất lỏng được chấp nhận như là như
nhau trong chế độ dòng chảy tầng ngay cả khi nồng độ của các chất rắn là lớn. Tương

tác hạt có thể được bỏ qua trong bùn loãng. Hành vi hạt trong dòng chảy khí - rắn phụ
thuộc vào:
-

Lực kéo.

-

Lực nâng

-

Trọng lực.

-

Hạt, sự tương tác giữa các hạt, sự tương tác giữa hạt và tường.

-

Lực tĩnh điện.

SVTH: Nguyễn Đức Huy

17

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Nếu chưa am hiêu thực sự về dòng đa pha thì nó gây ra việc thiếu hiệu quả trong việc
sử dụng các thiết bị hoặc gây ra một số vấn đề trong hoạt động do việc thiết kế chưa
phù hợp. Các dạng dòng chảy khác nhau có thể được quan sát trong các dòng hai pha
như trong các hệ thống dòng chảy khác. Hình học của các hệ thống, điều kiện hoạt
động và tính chất vật lý của chất lỏng hoàn toàn ảnh hưởng đến các dạng dòng chảy.
Ngoài ra sự giảm áp suất, ăn mòn, xói mòn và năng lượng yêu cầu cũng phụ thuộc rất
nhiều vào nồng độ của chất rắn trong hệ thống bùn. Việc đánh giá sự giảm áp suất
trong thiết kế máy bơm bùn là không dễ dàng vì sự phức tạp của quá trình. Hình dạng
và kích thước của các hạt rắn là yếu tố quan trọng trong việc dự đoán sự suy giảm áp
lực qua máy bơm, và rất quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống vận chuyển khí
nén. Mặt khác, số lượng hạn chế của dữ liệu thực nghiệm càng làm cho khó khăn hơn
để có thể ước tính có giá trị cho các máy quy mô lớn.
Sự giảm áp suất càng tăng lên khi có sự suất hiện của các hạt rắn trong dòng
chất lỏng, vận tốc của các hạt ở trong máng dẫn lớn hơn vận tốc bề mặt. Một lý do
khác cho sự tăng cao của công suất đầu vào và giảm của áp suất là sự bất ổn của các
hạt trong dòng chất lỏng hai pha hơn ở dòng một pha. Các ứng dụng của dòng chảy hai
pha trong vận chuyển chất lỏng trong công nghiệp đòi hỏi vận tốc là đủ cao để giữ cho
dòng chảy liên tục của các chất rắn. Tuy nhiên, tốc độ cao gây ra tổn thất năng lượng
do dư thừa và đôi khi gây nên sự ăn mòn. Dòng chảy của bùn trong máy bơm rất khác
so với dòng chảy chất lỏng đồng nhất trong nhiều khía cạnh: đối với trường hợp thứ
hai, bản chất của dòng chảy phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất lỏng.
1.3. Các nghiên cứu trên thế giới về mô phỏng dòng chất lỏng hai pha trong bơm
bùn ly tâm.
Trên thế giới, máy bơm bùn ly tâm được sử dụng rất nhiều để nghiên cứu đánh giá
các đặc điểm riêng, hiệu suất và để xác định sự phụ thuộc của bơm vào các thông số
khác nhau bao gồm các ảnh hưởng của nồng độ, độ nhớt và mật độ chất rắn được vận
chuyển. Đó là những yếu tố quan trọng trong việc xem xét điều tra thực nghiệm bơm.

Và kết quả là đã có nhiều chế độ dòng chảy khác nhau trong dòng chảy rắn-lỏng được
thảo luận. Rất nhiều bài báo đã được công bố trên thế giới về dòng chảy hai pha. Một
số nghiên cứu của họ được giới thiệu dưới đây:

SVTH: Nguyễn Đức Huy

18

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

 Yassine et al. (2010) năm 2010 Yassine et al. đã tiến hành điều tra thực nghiệm về
hiệu suất của bơm bùn ly tâm. Để điều tra hiệu suất máy bơm ly tâm, tỷ lệ cát được
thay đổi từ 0 đến 15 %. Thiết bị kiểm tra được sử dụng để xem xét các chế độ dòng
chảy khác nhau của hỗn hợp cát và nước trong ống nhựa PVC đường kính 50 mm với
các cách láp ráp và các van khác nhau. Việc hút và phân phối các dòng, cung cấp áp
suất tĩnh được thực hiện bởi bơm. Tổng áp suất tĩnh và hiệu suất tổng thể được đo
lường trong mỗi thí nghiệm. Nó được phân tích và thấy rằng bùn có hiệu suất thấp hơn
so với nước do có sự xuất hiện của các hạt rắn. khi tỷ lệ cát tăng lên, hiệu suất giảm đi
trong khi công suất tiêu thụ thì tăng lên nhanh hơn so với tỷ lệ tăng của cát và hơn tốc
độ tăng của khối lượng riêng hỗn hợp. Hiệu suất và công suất không thay đổi theo tốc
độ dòng chảy.
 Wang et al. (2012) năm 2012 Wang et al đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của hạt
rắn tới hiệu suất của bơm sử dụng CFD và FLUENT. Họ nhận thấy rằng đối với các
kích thước hạt giống nhau, hiệu suất giảm và công suất trục tăng lên do tăng tỷ lệ hạt
rắn lên. Họ cũng quan sát thấy rằng tỷ lệ pha rắn rất thấp ở phía có áp suất cao và cao

ở đầu vào của bơm.
 Liu et al. (2012) năm 2012 Liu et al đã tiến hành nghiên cứu mô phỏng dòng chất lỏng
hai pha trong bơm dung dịch hóa chất. Các nghiên cứu mô phỏng dòng chất lỏng hai
pha được thực hiện bằng việc sử dụng mô hình hỗn hợp và mô hình chảy rối k-epsilon.
Họ thấy rằng do tăng tỷ lệ ban đầu và thay đổi sự phân bố các hạt rắn mà tỷ lệ hạt rắn
ở gần đĩa sau bánh công tác cao hơn với đĩa trước bánh công tác.
 Yuliang et al. (2013) năm 2013 yuliang et al đã tiến hành nghiên cứu bằng phương
pháp mô phỏng số và phân tích dòng chất lỏng hai pha. Một máy bơm ly tâm tốc độ
thấp được sở dụng để mô phỏng dòng chất lỏng hai pha. Hai mô hình được sử dụng để
tiến hành mô phỏng là mô hình hỗn hợp và mô hình chảy rối k-epsilon. Mật độ các hạt
rắn có ít ảnh hưởng tới hiệu suất máy bơm hơn so với nồng độ và đường kính các hạt.
Họ thấy rằng chiều cao bơm và hiệu suất giảm do tăng đường kính và tỷ lệ các hạt rắn.
Buồng xoắn trở nên bền hơn khi nồng độ các hạt rắn cao, và khi các hạt rắn có đường
kính hạt nhỏ hơn 0.05 mm thì bơm có hiệu suất thủy lực chính xác hơn so với các hạt
có đường kính lớn hơn 0.05 mm.

SVTH: Nguyễn Đức Huy

19

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

 Cheng et al. (2013) năm 2013 Cheng et al đã tiến hành nghiên cứu về sự tác động của
bánh công tác máy bơm lên lực dọc trục của bơm ly tâm khi bơm dòng chất lỏng hai
pha. Mô hình chảy rối k-epsilon được sử dụng để mô phỏng. Sáu bánh công tác của

máy bơm được chế tạo khác nhau bằng cách thay đổi kích thước và bề rộng lối ra bánh
công tác. Từng bánh công tác được thiết kế theo đường kính và tỷ lệ các hạt rắn riêng
cho từng bánh công tác máy bơm. Các bánh công tác có thể thay đổi độ lớn và hướng
của lực dọc trục. Do tăng số lượng và kích thước bánh công tác máy bơm nên lực dọc
trục của bánh công tác gây ra tăng lên. Khi tăng kích thước hạt rắn thì lực dọc trục
cũng tăng lên.
 Chander Kant Susheel. (tháng 6/2008). Năm 2008 Chander Kant Susheel đã tiến hành
nghiên cứu về dòng chảy trong bánh công tác máy bơm bùn. Một bánh công tác được
thiết kế ra để sử dụng cho quá trình mô phỏng. sau đó, sử dụng phần mềm ANSYS
CFX để mô hình hóa lại bánh công tác máy bơm bùn và đồng thời mô phỏng lại dòng
chảy qua bánh công tác đó. Ngoài ra Chander Kant Susheel còn nghiên cứu sự biến
đổi của các thông số khác nhau như áp suất, vận tốc ảnh hưởng đến dòng chảy như thế
nào trong bánh công bánh công tác. Sự biến đổi áp suất từ đầu vào đến đầu ra của bánh
công tác dọc theo rãnh xoắn bánh công tác cũng được nghiên cứu. Đặc tính hiệu suất
của máy bơm cũng được chú ý đến. Kết quả nghiên cứu thấy được rằng, hiệu suất của
máy bơm giảm khi tăng tốc độ dòng chảy và nồng độ của cát trong dịch. Công suất
đầu vào cần thiết tại các trục cũng tăng lên khi nồng độ tăng lên. Nhưng không có
nhiều thay đổi trong hiệu quả của máy bơm với việc thay đổi nồng độ pha rắn.
 Prashant Kaushik. (7/2014). Năm 2014 Prashant Kaushik đã tiến hành thực hiện
nghiên cứu và mô phỏng bơm ly tâm với số cánh bánh công tác khác nhau. Phần mềm
fluent với mô hình hỗn hợp được sử dụng để mô phỏng dòng chảy. Dòng chảy nhiều
pha chứa lần lượt than đá, đá vôi, kẽm phế thải được đưa vào mô phỏng ở tốc độ quay
của bơm là 1450 vòng/phút cùng với các lưu lượng khối lượng khác nhau. Hiệu suất
của bơm được tính toán bởi các đường kính và tỷ lệ thể tích của pha rắn khác nhau. Áp
suất, tỷ lệ thể tích cũng được đưa ra để phân tích. Các đường kính hạt từ 31 μm đến
171 μm được đưa vào mô phỏng. Nó cho thấy được rằng đường kính hạt có ảnh hưởng
nhiều hơn so với tỷ lệ thể tích của các hạt trong dòng chất lỏng, được biệt là than.
Hiệu suất của bơm được nghiên cứu với sự thay đổi số cánh và tốc độ quay từ 1450

SVTH: Nguyễn Đức Huy

20

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

vòng/phút đến 1750 vòng/phút. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi tăng số cánh bánh công
tác cùng với tốc độ quay thì chiều cao bơm và hiệu suất tăng.
 Zhao et al. (2012). Đã tiến hành điều tra dòng chất lỏng hai pha trong bơm ly tâm.
Phần mềm ANSYS FLUENT 6.4 cùng với mô hình chảy rối k-ω đã được sử dụng. Họ
thấy rằng: hạt bắt đầu tập trung ở phía có áp suất lớn hơn của bánh công tác. Tại lối
vào bánh công tác tỷ lệ thể tích của cát giảm, cát bắt đầu lắng đọng ở mặt hút của bánh
công tác. Họ nhận ra rằng tỷ lệ thể tích của cát đầu vào có ảnh hưởng ít hơn so với
đường kính của hạt cát trong toàn bộ rảnh xoắn của bơm. Cuối cùng họ thấy rằng công
suất vận chuyển tăng lên cùng với tốc độ dòng chảy.

SVTH: Nguyễn Đức Huy

21

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÁNH CÔNG TÁC MÁY BƠM
LY TÂM BƠM BÙN.
2.1. Các thông số ban đầu.
Thiết kế bánh công tác máy bơm ly tâm bơm bùn 1 cấp
Thông số

Q

H

n

Đơn vị
Gía trị

m3/h
120

m
20

rpm
1450

Vật liệu làm trục

γ

(τx = 12÷20)

Kg/cm2
18

Kg/m3
1920

Bảng 2.1 các thông số ban đầu.
2.2. Tính toán thiết kế bánh công tác máy bơm ly tâm bơm bùn.

t2

b2
s2
b

ß2

ß1

b1

D1

R2

R

2

Rmo

Rtr

Ro

D

t1

R1

s1

Hình 2.1. Sơ đồ xác định các kích thước của bánh công tác
•

Tính toán các thông số cơ bản:
Số vòng quay đặc trưng (công thức 3.17/t.68/MBN)
Đường kính quy dẫn của bánh công tác: (công thức 5.7/t.143/MBN)
Hiệu suất thủy lực: (công thức 5.6/t.143/MBN)
Hiệu suất lưu lượng: (công thức 5.4/t.143/MBN)
Hiệu suất cơ khí: ηck = 0,96.
SVTH: Nguyễn Đức Huy

22

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Hiệu suất chung của bơm:
Công suất đầu vào: (công thức 5.8/t.144/MBN)
Giả thiết khả năng quá tải là 20% thì công suất đầu vào Nmax là:
Nmax 1.2.N = 1,1.15,18 = 16,7 ≈ 17 (KW)
Mômen xoắn trên trục:
Chọn vật liệu làm trục là thép 45 có τx = 12÷20 kg/cm2
Đường kính trục lắp bánh công tác:

Chọn đường kính trục theo tiêu chuẩn bằng 70 (mm)
Đường kính lắp moayơ bánh công tác:

Chọn dmo = 100 (mm).
•

Xác định các kích thước vào của bánh công tác.
Lưu lượng lý thuyết của bánh công tác:
Vận tốc trước cửa vào của bánh công tác: (công thức 5.13/t.145/MBN)
Đường kính mép vào: (công thức: 5.14/t.145/MBN)
Chọn đường kính theo tiêu chuẩn là 170 mm.
Vận tốc c’1m trước khi tiết diện bị thu hẹp do các cánh gây ra thường được chọn bằng
vận tốc co nên c’1m = co =2,5 (m/s).
Đường kính lối vào D1 được xác định theo công thức: D1 = (0,9÷1)=D0 do đó
D1=(153÷170)(mm) chọn D1 = 170 (mm).
Chiều rộng b1 tại lối vào bánh công tác: (công thức 5.15/t.145/MBN)

SVTH: Nguyễn Đức Huy

23

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mép vào của cánh được xác lập một góc khoảng 15 0÷300 so với trục bơm. Góc β1
được tính toán theo r1.
Hệ số co hẹp tiết diện là k1, chọn sơ bộ k1 = 1,1 ÷ 1,15. Chọn k1 = 1.1
Ta xác định vận tốc c1m và u1. Sau đó là góc đi vào cánh không va của dòng chảy β1,0.
Cho trước góc tới δ1 ta xác định được góc vào của bánh công tác.
-

Xác định c1m theo công thức:

C1m = k1.c’1m = 1,1.2,5 = 2,75 (m/s)
-

Vận tốc theo u1 được xác định theo công thức:

Từ đó ta xác định được β1,0 theo công thức:
Góc nghiêng β1 của cánh được xác định theo điều kiện (công thức 5.21/t.147/MBN)
Trong đó gọi là góc va trong chảy bao cánh, thường chọn từ ∆β = (5 0 ÷ 100)
Chọn β1 = 200 , vậy ∆β = 200 – 12,020 = 7,980.
Góc nghiêng α1 của vận tốc tuyệt đối c1 khi dòng chảy vào bánh công tác được xác
định bởi cấu tạo của phần dẫn dòng vào.
•

Xác định các kích thước cơ bản ở lối ra của bánh công tác.
Cột nước lý thuyết:
Lấy sơ bộ kc2u = 0,5 (m/s).

-

Tính gần đúng lần thứ nhất:
Theo công thức (5.22/t.147/MBN)
Bán kính lối ra R2, theo công thức (5.23/t.147/MBN)
Sau đó dùng giá trị R2 vừa nhận được để xác định góc β2 , số cánh z và tính toán gần
đúng R2 lần thứ 2. Thường lấy thành phần kinh tuyến của vận tốc dòng chảy khi ra
khỏi bánh xe c’2m = c’1m.trong trường hợp để có bánh công tác tại lối ra rộng hơn nhằm
đúc được dễ dàng thì vận tốc c’ 2m được lấy bé hơn. ở đây ta chọn c’ 2m = 0,8.c’1m . góc

SVTH: Nguyễn Đức Huy

24

Lớp: 53M-TBTC


Đồ án tốt nghiệp

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

ra của cánh β2 xác định phụ thuộc vào giá trị đã chọn c’ 2m để có được tỷ lệ w1/w2 như
mong muốn.
Hệ số co hẹp được chọn sơ bộ trong giới hạn từ (1,05÷1,1) sau đó có hiệu chỉnh lại.
Sơ bộ chọn:
;

c’2m =0,8.c’1m = 0,8.2,5 = 2 (m/s)

Số cánh dẫn z (công thức 5.27/t.149/MBN)

Do bơm bùn có tính đặc thù cao nên số cánh chỉ chọn từ 3 đến 4 cánh
Chọn z = 4 cánh.
Theo số lượng cánh z đã chọn và góc cánh mép ra β 0 ta xác định được các hệ số ψ và p
theo phương trình (5.30/t.151/MBN).

-

Tính gần đúng lần thứ 2:
Vận tốc tại lối ra, công thức (5.28/t.150/MBN)
1,1.2 = 2,2 (m/s)
Vậy

Bán kính tại lối ra, theo công thức (5.23/t.147/MBN)
Chiều rộng rãnh bánh công tác tại lối ra:

Kiểm tra lại hệ số k1 và k2 để hiệu chỉnh lại, theo công thức (5.31/t.151/MBN)
SVTH: Nguyễn Đức Huy

25

Lớp: 53M-TBTC