ĐỒ ÁN THIẾT KẾ BƠM 2 CẤP (DF120x50)

Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngày nay có nhiều trang thiết bị mới
hiện đại được đưa vào làm nhiệm vụ khai thác mỏ và hỗ trợ cho việc khai thác. Hầu
hết các mỏ hầm lò và mỏ lộ thiên ở nước ta đều khai thác ở độ sâu dưới mặt nước
biển. Vì vậy cấp thoát nước cho mỏ là nhu cầu cần thiết và không thể thiếu trong
quá trình khai thác.
Được sự giới thiệu của trường Đại học Mỏ - Địa Chất, em đã có cơ hội tìm hiểu
về Công ty Cổ phần than Mông Dương – TKV, đi sâu và tìm hiểu về hệ thống thoát
nước của mỏ. Cùng với sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn là PGS.TS
Nguyễn Đức Sướng, các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn đồng nghiệp đã giúp
em hoàn thành đồ án này.
Nội dung đồ án trình bày chủ yếu về hệ thống thoát nước mức -150 của mỏ than
Mông Dương, mà trọng tâm là tính toán và thiết kế máy bơm DF120 - 50.
Trong quá trình làm đồ án, do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không
tránh khỏi những sai sót nên kính mong ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn
để em có cái nhìn sâu sắc hơn về những nội dung trình bày trong đồ án.
Ngày … tháng … năm …
Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN THAN MÔNG DƯƠNG
Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

1

Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

1 – ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐỊA LÝ, KINH TẾ, KHÍ HẬU, ĐỊA CHẤT THỦY VĂN:
- Vị trí địa lý, địa hình, khí hậu thời tiết, địa chất thủy văn.

Vị trí địa lý:
Trụ sở Văn phòng Công ty đóng trên địa bàn Khu IV Phường Mông Dương – Thị
xã Cẩm Phả - Tỉnh Quảng Ninh
Phía bắc giáp với sông Mông Dương
Phía nam giáp với xí nghiệp 790
Phía Tây giáp với công ty than Khe Chàm, Cao Sơn
Phía Đông giáp với sông Mông Dương và quốc lộ 18A.
Địa hình – sông núi – khí hậu:
Là vùng núi thấp đến trung bình, cao nhất là +165m thuộc khu trung tâm, thấp
nhất là -0,1m (lòng sông Mông Dương)
Có 2 suối lớn bắt nguồn từ Cọc Sáu, chảy qua khu mỏ và tập trung nước vào sông
Mông Dương. 2 suối này thường có nước quanh năm, lưu lượng thay đổi từ 1-10 l/s
(mùa khô), 100 l/s (mùa mưa).
Sông Mông Dương bắt nguồn từ Khe Chàm chảy ra biển, lòng sông rộng từ 40
-50 m. Mực nước cao nhất +6,7 m (năm 1997, 1986 gây ngập lụt mỏ), mực nước
thấp nhất +0,4m (mùa khô)
+ Mùa khô: từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, nhiệt độ trung bình : 10 – 170C
+ Mùa mưa: từ tháng 5 đến tháng 9, nhiệt độ trung bình: 27-300C
Lượng mưa trung bình: 144 mm/ngày

Lượng mưa lớn nhất: 260,7 mm/ngày
Nhiệm vụ khai thác, tình hình khai thác, sản lượng của mỏ
Mỏ than Mông Dương (Công ty cổ phần than Mông Dương- TKV) là Mỏ than
-

hầm lò có công nghệ khai thác điển hình mở vỉa bằng giếng đứng và khai thác ở độ
sâu nhất nước ta hiện nay (-250m so với mực nước chuẩn).
Khoáng sàng của mỏ than Mông Dương được người Pháp khai thác từ năm 1917
Năm 1960 được sự giúp đỡ của chuyên gia Liên Xô, mỏ đi vào khôi phục để sản
xuất. Ngày 01/4/1982 việc xây dựng cơ bản hoàn thành và đã thành lập Mỏ than
Mông Dương- Khe Chàm trực thuộc Liên hiệp than Hòn Gai- Bộ Mỏ và Than
Ngày 28/12/1982 tấn than đầu tiên được ra lò với sự giúp đỡ nhiệt tình của các
chuyên gia Liên xô và quyết tâm của cán bộ, công nhân mỏ than Mông Dương, toàn
bộ dây chuyền sản xuất được xây dựng hoàn chỉnh và chính thức đưa vào vận hành
năm 1986

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

2

Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Ngày 18 tháng 12 năm 2006 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp có quyết định số:
3673/QĐ-BCN, về việc chuyển Công ty than Mông Dương- TKV thành Công ty cổ

phần than Mông Dương- TKV và Điều lệ hoạt động tổ chức của Công ty.
Ngày 02 tháng 01 năm 2008 Công ty chính thức hoạt động theo mô hình Công ty
cổ phần.
Có 13 đơn vị sản xuất chính: 6 công trường khai thác, 6 công trường đào lò, 1
công trường khai thác lộ thiên. Và 12 đơn vị phụ trợ, phục vụ.
Công ty Cổ phần than Mông Dương tổ chức sản xuất ở 2 khu vực hầm lò và lộ
thiên, nhưng chủ yếu tập trung đầu tư và phát triển sản xuất ở khu vực hầm lò.
+ Khu vực hầm lò:
Mở vỉa theo phương pháp giếng đứng, hệ thống các đường lò xuyên vỉa và dọc
vỉa để tiếp vỉa cần khai thác.
Công tác đào lò: Gồm 6 công trường thi công các đường lò ở các vỉa G9, K8,
H10, II11, I12, I13. Phương pháp đào lò bằng khoan nổ mìn kết hợp thủ công. Có 1
gương lò được cơ giới hóa hoàn toàn bằng máy đào lò Combai, bốc xúc lên phương
tiện vận tải bằng máy xúc lật và máy vơ … kết hợp với thủ công.
Vận chuyển than, đất đá bằng tàu điện và goong 3 tấn kết hợp với các hệ thống
băng tải, máng cào treo hoặc đặt trên nền lò.
Công tác khai thác: Gồm 6 công trường khai thác ở 3 khu vực cánh Tây, Vũ Môn,
và Cánh Đông
(+) Phương pháp khai thác bằng khoan nổ mìn kết hợp thủ công, chống giữ bằng
giá thủy lực di động.
(+) Vận chuyển than trong lò chợ ra ngoài theo sơ đồ sau:
Than khai thác => Máng trượt kết hợp với máng cào => Gòong 3 tấn tàu điện kéo
=> Quang lật => Ngăn định lượng giếng chính => Thùng skip giếng chính => Hệ
thống băng tải, sàng (Bunke) => Kho than.
Hiện nay công ty đang tập trung đào hệ thống đường lò từ mức - 97,5 xuống mức
-250 và khai thông các đường lò ở mức - 250 thuộc dự án giai đoạn II nâng cao
công suất mỏ lên 2 triệu tấn/năm.
Sản lượng hiện tại: 1,3 triệu tấn.
+ Khu vực khai thác lộ thiên
Mở vỉa bằng phương pháp khoan nổ mìn lớn, bốc xúc đát đá bằng máy xúc có

dung tích gầu từ 1,5 đến 4,6 m3, vận chuyển đất đá ra bãi thải bằng ôtô trọng tải 25
tấn.

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

3

Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Công tác khoan nổ mìn: dùng máy khoan đập cáp kZ -20, đường kính lỗ khoan
200 mm, thuốc nổ Anfo, kích nổ bằng máy nổ mìn và dây nổ nhanh.
Công tác bốc xúc, vận chuyển: dùng máy xúc thủy lực gầu ngược và máy xúc
điện có dung tích gầu từ 1,4 đến 4,6 m3 để bốc xúc đất đá lên ôtô belaz trọng tải 25
tấn vận chuyển đất đá đổ bãi thải, bốc xúc than lên ôtô trung xa trọng tải 11 tấn
chuyển về kho mỏ.
- Các trang thiết bị chính về cơ và điện của mỏ.
Do đặc thù của công ty là mở vỉa theo phương pháp giếng đứng, hệ thống các
đường lò hầu hết nằm ở mức -97,5 và là mỏ có khí cháy nổ hạng I nên các trang
thiết bị máy móc để phục vụ quá trình sản xuất có một số đặc thù sau:
Các trang thiết bị điện trong hầm lò được chế tạo theo kiểu phòng nổ, hầu hết các
thiết bị là của Liên Xô (cũ) sản xuất cho đến nay đều đã qua sửa chữa lớn, ngoài ra
còn một số thiết bị của Trung Quốc, Ba Lan.
Công ty có 45 thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn như: hệ thống trục tải
giếng chính và giếng phụ, hệ thống các bình chứa khí nén, và sinh khí…

Thiết bị thông gió, thoát nước: Hệ thống bơm trung tâm đặt tại mức -97,5 gồm 4
bơm 200 LHP 660 có công suất từ 320 đến 600 m3/giờ/bơm để sẵn sàng đảm bảo
công tác thoát nước mỏ. Thông gió theo phương pháp đẩy bằng hệ thống quạt BOK
gồm 2 quạt, 1 dự phòng và hoạt động liên tục để thông gió cho toàn mỏ.
Bảng 1: Các thiết bị chính về cơ và điện của mỏ
S
t.t
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Tên loại thiết bị cơ điện

Tổng
số
8
4
8

1
1
1
24
2
2
4
1`
3
1
6
3

Khoan KZ
Máy xúcEKG
Máy gạt D85A, CAT, D115A
Máy xúc CP400
Máy xúc CP450
Máy xúc GAT
Xe ben la
Khoan TAM ROC
Máy đào lò COMBAI
Máy bơm 200LHP660
Máy bơmLTC450
Máy bơmUBG-280
Máy bơmD300-50T
Máy bơmíI S -125-80
Máy bơm SHC 105

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

4

Sử
dụng
8
4
8
1
1
1
24
2
2
4
1
1
1
6
3

Lưu
kho

Sửa
chữa

2

Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn

Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp
16
17
18
19
20
21
22
23
24
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Đồ án tốt

÷
Các máy bơm có Q=60 40m3/h gồm máy
bơm Hải Dương 50-54,45-45
Máy bơm chân không BCK220-680
Bơm nhiều cấp DF120-50x4
Máng cào CP70
Máng cào M70
Tời JIB từ 0,8x0,6 đến0,6x0,5
Tời JD từ 25 đến 11
Tời LBD từ 34 đến 14
Tời LB25
Tời BU2000
Các loại tời nhỏ khác
Máy bơm nhũ hoá
Thùng nhũ hoá
Máy xúc gầu quay PPH5
Máy cào vơ PY60
Xe gòng 4tấn
đầu tầu kéo gòng
Hệ thống máy nâng kéo thùng SKIP
Hệ thống máy nâng kéo thùng cũi
Hệ thống băng tải
Xe ô tô trung xa các loại
Máy xàng than SR -850
Hệ thống trạm diện 35/6 KV
Hệ thống máy phát dự phòng
Máng cào C14

Máng cào SGZ và SGB

60

42

11

7

4
3
2
2
10
18
9
1
3
5
20
10
7
4
400
14
1
1
6
27

2
1
2
65
5

4

1

2
1

1

1

2
2
10
16
9
1
2
4
16
8
5
4
380

14
1
1
6
24
2
1
2
62
4

1
2
1

1
2
2
1
20

3

2. NHIỆM VỤ VÀ TÌNH HÌNH THOÁT NƯỚC CỦA MỎ

Tổng quan tình hình thoát nước chung của mỏ:
Hiện nay,công tác thoát nước được thực hiện bằng việc bơm cưỡng bức hoặc chảy
theo các rãnh từ các công trường khai thác và đào lò về bể lắng nằm ở mức -97,5 và
tự chảy về hầm bơm trung tâm, sau đó được bơm lên mặt mỏ bằng hệ thống 4 bơm
2 miệng hút 200LHP660 do Công ty chế tạo bơm Hải Dương cung cấp.

Trước đây, nước mỏ được bơm lên kênh và chảy thẳng ra sông Mông
Dương. Nhưng hiện nay, công ty đang xây dựng hệ thống xử lý nước mỏ trước khi
cho chảy ra sông Mông Dương để đảm bảo môi trường nước trên sông, một phần
nước sau khi xử lý được đưa trở lại phục vụ trong công tác khai thác mỏ.
Trong khuôn khổ đề tài, tác giả chỉ đề cập đến tình hình thoát nước ở mức -150.

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

5

Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Mức -150 thuộc khu vực khai thác vỉa I-12 và II-11 Vũ Môn. Trước đây thuộc đơn
vị Công trường khai thác 7, nhưng mới đây chuyển giao lại cho Công trường đào lò
3 quản lý.
Máy bơm được đặt ở mức -150, bơm nước từ bể lắng ở mức -154 theo lò hạ thông
gió II-11 Vũ Môn lên lò dọc vỉa II-11 Vũ Môn ở mức -97. Tại đây, theo hệ thống
rãnh thoát nước, nước tự chảy về bể lắng của hầm bơm trung tâm ở mức -97,5.
a) Lưu lượng nước lưu tụ trong các mùa:
Theo ghi chép trong “Sổ theo dõi nước vũ lượng mỏ than Mông Dương năm
2010”, trong tháng 2 và tháng 3 trời không mưa, thời gian mưa trong ngày không
kéo dài lâu, ít hơn 12 tiếng.
Bên cạnh đó, theo số liệu trong “Sổ theo dõi nước hầm lò mỏ than Mông Dương
năm 2010” ta có lượng lưu tụ tại mức -150 trong các mùa như sau:

Mùa khô: Qtb1 = 1050 m3/ngày đêm.
Mùa mưa: Qtb2 = 2104 m3/ngày đêm.

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ THOÁT NƯỚC CHÍNH
CHO TRẠM BƠM MỨC -150 – VỈA I-12 VÀ II-11 VŨ MÔN
2.1. THIẾT LẬP SƠ ĐỒ THOÁT NƯỚC, PHÂN BỐ CÁC MÁY BƠM, BUỒNG BƠM,
BỂ CHỨA

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

6

Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Thuîng TG-140-:--

G1
-151.4

W13
- 152.4

100

G14
-146.6

G27
-139.0

55
G49
-129.8

0
31-0 8-1

AK4
- 136.8

CP7
- 96.7

AK3
- 137.3
G10
-134.3

M

W7
- 132.9
G25

-128.3
1- 12
-1 0

G77
-119.1

XI-10
G43
-120.8

giíi h¹n dõng

G77
-108.2

G121

Y6 -99.6
- 96.3

G86
-104.6
G94
-101.8
G102
-100.1

Y4
- 96.8

Lß h¹ TG(-97.5-:--150)II11VM

G65
-112.8

-6/1

chî G§3

G103
-106.3

BM

23

G54
-117.1

G98
-108.9

51
M
53

W3
- 107.3

54

P15
- 138.25

Lß
12
0I
-10
VM
AI
PH

0
-14
10
XI-

033
-91.03

VM

P17
-138.41

DV

1)
II(1

VC
DV

56

P16
- 138.23

Hình 2.1 - Sơ đồ vị trí lắp đặt trạm bơm mức -150

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

7

Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn

09


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Hình 2.2 - Sơ đồ thủy lực

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

8

Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Hình 2.3 - Sơ đồ lắp đặt bơm và hệ thống đường ống
Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

9

Sinh viên: Nguyễn Đình Sơn


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

2.2. XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG CẦN THIẾT CỦA TRẠM BƠM:
Lưu lượng cần thiết của trạm bơm được xác định từ lượng lưu tụ của khu mỏ
mức -150), trạm bơm phải bơm hết lượng lưu tụ này trong thời gian không quá 16h:
+ Mùa mưa: Qyc1 = = 131,5 m3/h
+ Mùa khô: Qyc2 = = 65,625 m3/h
2.3. XÁC ĐỊNH CỘT ÁP SƠ BỘ MÁY BƠM:
Cột áp sơ bộ của máy bơm :
Với Hhh là chiều cao từ mặt thoáng hầm bơm ở mức -153 đến đầu ra ống đẩy ở
mức -97

Hhh = 153 – 97 = 56 m
là hiệu suất ống dẫn.
= 0,80,9, tùy thuộc vào mức độ phức tạp/đơn giản của tuyến ống.
Dựa theo sơ đồ mạng ống dẫn ta chọn = 0,8
 = 70m

2.4. CHỌN BƠM:
- Ứng với Qyc = 131,5 m3/h, và = 70 m.
- Từ điều kiện sử dụng thực tế trong mỏ than Mông Dương.
- Từ Catalog về bơm D, DF, DY, MD.
Ta chọn bơm 2 cấp có mã hiệu DF120-50x2 với các thông số như sau:
Lưu lượng: Q = 120 m3/h

NPSH: 3,2 m

Chiều cao đẩy: H = 100 m

Khối lượng bơm: 312kg

Số vòng quay: 2950 vòng/phút.
- Với bơm như đã chọn ở trên ta tính sơ bộ số lượng bơm làm việc trong các mùa.
+ Mùa khô: n = = 0,55. Chọn 1 máy làm việc trong mùa khô.
Thời gian máy làm việc trong một ngày đêm: t = = 8,75 h/ngày.đêm
+ Mùa mưa: n = = 1,09. Chọn 1 máy làm việc trong mùa mưa.
Thời gian máy làm việc trong 1 ngày đêm: t = = 17,5 h/ngày.đêm
2.5. TÍNH CHỌN ĐƯỜNG KÍNH ỐNG HÚT, ỐNG ĐẨY:
Đường kính trong của ống hút và ống đẩy phải chọn hợp lý để vận tốc chất lỏng
chảy trong ống không quá lớn.

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51

Sơn

10

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Theo điều kiện kinh tế kỹ thuật, tốc độ nước trong ống đẩy thường lấy:
Vđ = 1,52,2 m/s
Đường kính trong ống đẩy được xác định theo công thức:
d=
dđ1 = = 0,168 m; dđ2 = = 0,139 m
 139 mm dđ 168 mm

(1)
Ta chọn ống đẩy có đường kính trong là: 140 mm
Với ống đã chọn, ta có tốc độ trong ống đẩy:
Vđ = = 2,16 m/s
Tốc độ nước trong ống hút thường là Vh = 0,75 1 m/s. Trong trường hợp ống hút
ngắn, chiều cao hút nhỏ có thể chọn Vh lớn hơn, Vh = 1 1,5 m/s.
Để đảm bảo điều kiện hút, thường chọn đường kính ống hút lớn hơn đường kính
ống đẩy 25 đến 50 mm. Ta chọn ống hút có đường kính trong là : 165 mm
Kiểm tra lại:

Vh = = 1,5 m/s

2.6. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ SỨC CẢN:
- Hệ số sức cản theo chiều dài:
Hệ số sức cản theo chiều dài phụ thuộc vào độ nhám tương đối của ống dẫn.
Theo [1], thường có thể xác định bằng công thức:
= d (m): là đường kính trong của ống
+ Hệ số sức cản dọc đường của đoạn ống hút:
= = = 0,036
+ Hệ số sức cản dọc đường của đoạn ống đẩy:
= = = 0,038

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

11

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Do không có sự thay đổi về đường kính ống trong suốt chiều dài nên các hệ số được
giữ nguyên trong suốt chiều dài ống hút và ống đẩy.
-

Hệ số sức cản cục bộ:
+ Các thành phần hệ số sức cản cục bộ trong ống hút gồm có:

Hệ số sức cản do van hút có lưới: ξ = 10
Hệ số sức cản ở ống cong 900 (có 1 ống cong 900): ξ = 0,23
 = 10.1 + 0,23.1 = 10,23

+ Các thành phần hệ số sức cản cục bộ trong ống đẩy gồm có:
Hệ số sức cản do ống cong 900 (có 4 vị trí ống cong 900): ξ =0,25
Hệ số sức cản do van 1 chiều (có 1 van 1 chiều): ξ = 14
Hệ số sức cản khi khóa mở toàn bộ: ξ = 0,07
 = 0,25.4 + 14 + 0,07 = 15,07
2.7 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH MẠNG DẪN VÀ ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA BƠM:

+ Phương trình đường đặc tính mạng ống dẫn:
Phương trình đặc tính của mạng ống dẫn có dạng như sau:
Hmd = Hhh + + Kmd.Q2

(3)

Với: Hhh: là chiều cao hình học tính từ mặt thoáng bể lắng đến đầu ra của ống đẩy.
Hhh = 153 – 97 = 56 m
p1, p2 là áp suất tại mặt thoáng bể hút và mặt thoáng cửa xả
Vì bể hút thông với khí trời và xả nước trực tiếp xuống rãnh nước nên: p1 = p2 = Pa
- Kmd = . + .

(4)
Với: + Fh, Fđ là diện tích tiết diện của ống hút và ống đẩy:
Fh = = = 0,021 m2
Fđ = = = 0,015 m2
+ lh, lđ là chiều dài ống hút và ống đẩy: lh = 6 m
Với độ dốc của đường lò hạ thông gió = 11 độ, cùng với chiều dài ống dẫn từ cửa
đẩy tới lò hạ, ta có chiều dài ống đẩy là:

lđ = + 6 = + 6 = 283,8 m
 Kmd = . + .
= 22197,01

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

12

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Vậy ta có phương trình đặc tính mạng dẫn như sau:
Hmd = 56 + 22197,01 .Q2 (Q: m3/s)
Khi Q tính theo đơn vị m3/h ta có phương trình đặc tính mạng dẫn như sau:
Hmd = 56 + 0,002.Q2
Đặt đường đặc tính mạng dẫn vào trong hệ tọa độ của đường đặc tính máy bơm đã
cho từ cataloge ta sẽ tìm được điểm giao nhau giữa chúng. Điểm giao nhau đó chính
là điểm làm việc của bơm trong hệ thống mạng dẫn. Để được chính xác, ta có bảng
sau:
Q (m3/h)
0
64
80
96

112
128
132
144
H md
56
64,2
68,8 74,43 81,1 88,77
91
97,47
Hb
110
108
106
104
100
94
91
86
Ta có các thông số điểm làm việc của bơm trong hệ thống mạng dẫn là:

160
107,2
78

Qlv = 132 m3/h ; Hlv = 91m
+ Kiểm tra bơm đã chọn về các thông số làm việc và điều kiện xâm thực:
Trên đồ thị (Hình 2.4), từ điểm làm việc ta dóng xuống các đường , N, NPSH ta có:
Chiều Hlv = 91m, lv= 68%; NPSH = 4m
-) Điều kiện máy bơm làm việc trong vùng ổn định: 0,9.H0 > Hhh.

Ta có: 0,9.91 = 81,9m > Hhh = 58m. Thỏa mãn.
-) Điều kiện kinh tế: lv 0,9.max.
0,9.0,73 = 0,65 < 0,68. Thỏa mãn

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

13

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Hình 2.4 – Đường đặc tính xác định điểm làm việc
-) Kiểm tra điều kiện xâm thực, theo công thức 2-27 [1] ta có:
Hh - Htt,h – NPSH
Với:+ = 10 mH2O.
+Với điều kiện thông gió tốt, nhiệt độ làm việc của máy sẽ ổn định ở mức 300C.
Tra bảng “Áp suất hơi nước bão hòa khi phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc” ta có: : =
0,432 mH2O
Htt,h = . = . = 1,3 m
Vậy ta có: - Htt,h – NPSH = 10 – 0,432 – 1,3 – 4,1 = 4,2 m
Hh = 3 m < 4,2 m. Thỏa mãn điều kiện chống xâm thực.
+ Với điểm làm việc này, ta xác định được số bơm sử dụng trong các mùa như sau:
- Mùa khô: n = = 0,497, chọn 1 máy làm việc

Thời gian làm việc của bơm trong một ngày đêm:
t = = 7,9 h/ngày.đêm (< 16h)
- Mùa mưa: n = = 0,996 Chọn 1 máy làm việc

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

14

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Thời gian bơm làm việc trong một ngày đêm:
t = 15,94 h/ngày.đêm (< 16h)
Thực tế ở mỏ, trong hầm bơm mức -150 khu vực vỉa I-12 và II-11 Vũ Môn hiện
có 3 bơm, chúng thay phiên nhau làm việc trong 1 ngày đêm (3 ca). Do đó, mỗi
ngày, mỗi máy bơm làm việc 2h30’/ngày.đêm trong mùa khô và 4h20’/ngày.đêm
trong mùa mưa.
2.8 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN CHO BƠM:
Công suất yêu cầu của động cơ dẫn động khi dẫn động trực tiếp:
Nyc =
Với: (kg/m3): khối lượng riêng của nước.
= 0,73: hiệu suất chung của bơm
g = 9,81 m/s2; Q (m3/h); H (m)
Nyc = = 44,8 kW

Căn cứ vào Nyc và căn cứ vào bảng tra ta chọn động cơ có các thông số sau:
Mã hiệu: Y250M-2

Thời gian khởi động: 2s

Công suất: 55 kW

Khối lượng: 395 kg

Điện áp: 380 V

Số vòng quay: 2950 vg/ph

2.9 HIỆN TƯỢNG XÂM THỰC MÁY BƠM LY TÂM VÀ BIỆN PHÁP TRÁNH
XÂM THỰC
Khi chất lỏng đi vào cửa hút của bánh công tác, vận tốc dòng chảy sẽ tăng nhanh
dẫn tới sự giảm áp suất trong dòng chất lỏng ( theo định luật Bernoulli). Nếu áp suất
giảm xuống quá thấp, trùng với áp suất bốc hơi của chất lỏng ở nhiệt độ làm việc,
chất lỏng sẽ bốc hơi tạo các bọt khí. Khi vào cánh dẫn bánh công tác, gặp môi
trường có áp suất lớn hơn, các bọt khí sẽ vỡ tạo nên sóng đột ngột do các phân tử
chất lỏng va chạm khi đi vào chiếm chỗ bọt khí vừa vỡ. Cường độ sóng phụ thuộc
vào tốc độ vỡ và kích cỡ của bọt khí. Tốc độ vỡ, kích cỡ bọt khí càng lớn thì động
năng và độ cao của sóng càng lớn. Nếu sóng tác động vào bề mặt nào thì toàn bộ
năng lượng của sóng được truyền vào đó và sẽ gây nên những phá huỷ mạnh mẽ

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

15

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

trên bề mặt đó. Toàn bộ quá trình tạo thành và vỡ của bọt khí gây phá hoại bánh
công tác và các bộ phận khác của máy bơm gọi là hiện tượng xâm thực.
Qua đó ta có một số cách khắc phục hiện tượng xâm thực như sau:
-) Tăng áp suất chất lỏng ở cửa vào máy bơm làm tăng khả năng hút của hệ thống
máy bơm và ống hút (NPSHa)
-) Giảm nhiệt độ làm việc của chất lỏng. Khi nhiệt độ làm việc giảm, áp suất bốc
hơi chất lỏng giảm dẫn tới độ chênh lệch giữa áp suất bốc hơi và áp suất cửa vào
tăng tức là khả năng hút của hệ thống bơm tăng.
-) Giảm tổn thất trên đường ống hút cũng làm cho NPSHa tăng lên. Có nhiều
cách giảm tổn thất đường ống: tăng đườg kính ống hút, giảm số lượng cút, giảm
chiều dài ống hút.
-) Hơn nữa phải tính toán lựa chọn máy bơm cho phù hợp với lượng nước yêu cầu
cần thoát của mỏ. Khi chiều cao hình học thoát nước nhỏ thì không nên chọn máy
bơm có cột áp quá lớn. Khi vận hành máy bơm thoát nước mỏ phải hết sức chú ý
đến sự thay đổi mực nước trong bể hút. Nếu cần thiết có thể đặt các rơle mực nước
để điều khiển sự làm việc của máy bơm

CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM DF120-50x2
3.1 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY BƠM
Mã bơm: DF120-50x2

Số vòng quay: 2950 vg/ph

Lưu lượng: Q = 120 m3/h

Hiệu suất: η = 68%

Cột áp: H = 100 m

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

16

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

3.1.1 Số vòng quay đặc trưng ns:
Số vòng quay đặc trưng của máy bơm là thông số thể hiện phạm vi giá trị lưu
lượng và cột áp của máy bơm, nó quyết định các phương án kết cấu của bánh công
tác máy bơm:
ns = 3,65
Qt (m3/s): lưu lượng tính toán; Qt = 1,02.Qb = 1,02. = 0,034 m3/s
H (m): cột áp máy bơm.
n(vòng/phút): số vòng quay trục bơm; n = 2950 vòng/phút
i: số cấp bánh công tác; i = 2

y: số cửa hút của bánh công tác; y= 1
 ns = 3,65 = 105,6 vòng/phút

3.1.2 Tính toán các thông số ở cửa vào của bánh công tác
d: đường kính trục máy bơm, nơi lắp BCT
d0 đường kính moay ơ BCT
Ds: đường kính miệng hút
D1: đường kính tại điểm vào của mép cánh dẫn
D2: đường kính tại điểm ra của mép cánh dẫn
b1: chiều rộng của cánh dẫn tại điểm vào
b2: chiều rộng của cánh dẫn tại điểm ra

Hình 3.1 - Sơ đồ kết cấu bánh công tác và quy ước các kích thước
+ Đường kính đầu ra của trục bơm dr:
dr = , cm

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

17

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Với Mx là momen xoắn trên trục:

Mx = 97403., N.cm
Và là ứng suất cắt cho phép của vật liệu làm trục (N/cm 2). Với trục làm từ thép
30 45 thì giá trị
= B.(200 250)
Trong các công thức trên, B = 9,81 là hệ số quy đổi, N(kW), n(v/ph)
Từ đó ta có:
dr = = (3,3 3,567), cm
Đối chiếu kết quả với cách tính bằng công thức thực nghiệm như sau:
dr = (130 250) ; mm
N = 55 (kW); n = 2950 (vg/ph)
dr = (130 250) = (34,5 66,3) , mm
Từ 2 kết quả của phương pháp tính theo công thức lý thuyết và công thức thực
nghiệm như trên ta chọn dr = 3,5 cm
+ Đường kính trục, nơi lắp bánh công tác.
Dựa vào kết cấu của bơm mẫu, từ đường kính đầu ra của trục bơm đến đường kính
nơi lắp bánh công tác, trục có 3 lần nâng bậc. Theo quy định trong thiết kế chi tiết
máy ta chọn: d = 60 cm
+ Đường kính moay ơ:
d0 = d + (10 25) mm; d0 = 60 + 20 = 80 mm
+ Đường kính miệng hút Ds:
Ds =
Với:

Qt = 1,02.Qb (m3/s)
Cs: tốc độ ở cửa vào tạo đường kính Ds:
Cs = kcs ; (m/s)
g = 9,81 m/s2
Hi: cột áp của 1 bánh công tác: Hi = , (m)
kcs: hệ số tốc độ (chọn theo ns); kcs = 0,14

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

18

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Cs = 0,14. = 4,38 m/s


Ds = = 0,128m = 128 mm

+ Đường kính D1:
D1 = 0,9.Ds = 0,9.128 = 115,2 mm 115 mm
+ Chiều rộng mép vào b1:
Thông thường với máy bơm ly tâm thì góc vào = 900 nên ta có:
C0 = C0,r
Với C0 là tốc độ dòng chảy tại điểm ngay trước khi vào cánh dẫn:
C0 = (1 1,1).Cs = (1 1,1).4,38 = (4,38 4,82) m/s
Hoặc tính theo công thức:
C0 = (0,06 0,08) = (0,06 0,08). = (3,97 5,29) m/s
Từ các kết quả trên ta có: C0 = 4,8 m/s
b1 = = 0,019 m = 19 mm
C1r = k1.C0

Chọn k1 = 1,2
 C1r = 1,2.4,8 = 5,76 m/s

+ Góc vào :

Hình 3.2 - Tam giác vận tốc ở cửa vào
Từ tam giác vận tốc ở cửa vào ta có:
tg =

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

19

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Thông thường ta tính góc vào không va đập , nghĩa là góc vào ứng với = 90 0, ta có:
tg =
Với: u1: tốc độ vòng ở cửa vào, u1 = ; m/s
: tốc độ góc của bánh công tác: = ; 1/s



u1 = = 17,74 m/s

tg = = 0,271 => = 15,140
= + với = 30 50 ; Lấy = 200

+ Chiều dày cánh dẫn S:
Chọn chiều dày cánh dẫn tùy theo công nghệ chế tạo. Với bánh công tác được đúc
từ gang ta lấy S = 4 11 mm
S = 4 mm
3.1.3 Tính toán các thông số ở cửa ra của bánh công tác
+ Góc ra của cánh dẫn :
thường được lấy theo n s. Để bảo đảm tổn thất nhỏ và đường đặc tính ổn định, theo
[Giáo trình Máy thủy khí] ta chọn = 240.
+ Tốc độ vòng ở mép ra u2:
Theo công thức thực nghiệm:
u2 = ku2 Với ku2 là hệ số tốc độ: ku2 = ;
là hệ số áp suất,theo [1] ta chọn = 0,9
 u2 = = 33,01 m/s

+ Đường kính tại cửa ra D2:
Từ công thức tính u2 = ; m/s ta có:
D2 = = = 0,214 m = 214 mm
+ Chiều rộng bánh công tác b2:
b2 =
Với k2 là hệ số thu hẹp ở cửa ra, chọn sơ bộ k2 = 1,1. Vậy ta có:
b2 = = 12 mm
+ Tốc độ tương đối:

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

20

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

w1 = = 16,84
w2 = = 12,74
+ Các tam giác tốc độ:

Hình 3.3 – Các tam giác tốc độ
+ Số cánh dẫn Z:
Z = k = 6,5. = 8,1
Chọn Z = 8 cánh
3.1.4 Kiểm nghiệm
+ Kiểm nghiệm hệ số thu hẹp
- k1 = = = 1,3

ta có: = 6,3%.
- k2 = = = 1,13
ta có: = 2,7%.
+ Kiểm nghiệm tỷ số b2/D2:
Ta có: = 0,06 (thỏa mãn)
+ Kiểm tra tỷ số w1/w2:
= 1,32 (thỏa mãn)

3.2 XÂY DỰNG BIÊN DẠNG CÁNH.

Vì ns > 80 vòng/phút, để đảm bảo các phần tử chất lỏng từ mọi điểm của mép vào
đi đến cửa ra của cánh dẫn bánh công tác đều được truyền năng lượng như nhau thì
chiều dài thực của các đường dòng trên cánh phải bằng nhau. Muốn vậy cánh sẽ có
độ nghiêng cong không giống nhau ở các đường dòng mà phải cong xoắn không
gian. Hình chiếu của cánh trên mặt vĩ tuyến không trùng làm một đường cong vì
cánh không vuông góc với đĩa bánh công tác mà hình chiếu sẽ bao gồm các hình
chiếu của các đường dòng.

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

21

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

3.2.1 Xây dựng biên dạng cánh dẫn trên mặt kinh tuyến (mặt đứng).
Việc xây dựng biên dạng mặt đứng cánh dẫn bánh công tác được tiến hành như sau:

bi =
ở đây ki=

; ti =

ti

ti − σ i

π .Di
Z

;
σi =

si
sin β i

Với sin =
Các giá trị Ci , Wi , Si tìm trên hình 3.4 [8] ứng với Di .Chia đường trung bình 1- 2
thành nhiều khoảng , các điểm chia cách tâm BCT là: r i = 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 từ hình 3.4 ứng với các điểm chia vừa thực hiện, ta tính được các giá trị
bi. Các bi thực hiện cũng được lấy phù hợp với việc lấy tăng b1 và b2 ở trên.

m/s

20

w

16,78

15

12,74

10

w1

w2

C

5,76

5,184

5
0

c2r

c1r

-

Dựng các kích thước d, d0, D1, Ds, D2.
Lấy 1 điểm nào đó làm chuẩn trên D2, kẻ đường nghiêng một góc so với phương
thẳng đứng, góc này 30 – 50.
Dùng đường nghiêng vừa kẻ làm chuẩn, dựng kích thước b2 trên D2 và b1 trên D1.
Nối sơ bộ b2 và b1 thành một hình có dang hình thang.
Để vẽ chính xác, ta tìm các giá trị bi thay đổi từ cửa vào đến cửa ra. Nối các điểm
giữa của b1 và b2 ta có đường 1-2 (Hình3.5). Ứng với một điểm có bán kính ri = nào
đó, ta có giá trị chiều rộng máng cánh bi tính bằng công thức:

Cr , W

-

r1

r2

r

Hình 3.4 – Quy luật biến đổi w, cr

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

22

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp

Đồ án tốt

Dựng các đường tròn đường kính bi tương ứng với các giá trị của Di. Vẽ hai
đường thẳng bao với các đường tròn bi đó, ta được biên dạng cánh dẫn trên mặt
kinh tuyến. Chú ý rằng tâm các đường tròn bi không nhất thiết nằm trên đường 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 được ghi vào bảng

thống kê sau:
Điểm
chia thứ
i
1
2
3
4
5

Di
(mm)

Si
(mm
)
4
4
4
4
4

118,09
133,7
152,824
175,56
198,001

Cir
(m/s)

5,709
5,625
5,520
5,394
5,271
bi b2

wi
(m/s)

ti
(mm)

Sin

15,054
14,679
14,217
13,668
13,125

52,972
59,974
68,552
78,751
88,817

0,455
0,449
0,446

0,445
0,447

ki
1,199
1,174
1,151
1,129
1,112

bi
(mm)
18
17
15
13
12

b2

Di

D2

D2 Di

3°÷5°

b1

Ds

D1

d0

b1

d

Ds

d0

d

Hình 3.5 – Xây dựng biên cạnh trên mặt kinh tuyến
+ Chia mặt đứng thành 3 phân tố dòng, các điểm chia ở mép ra cách đều
nhau. Khi đó các điểm ở cửa vào sẽ có các đường kính D1s, D2s, D3s. Điều kiện chia
ở cửa vào:

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

23

Sinh viên: Nguyễn Đình


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất

nghiệp

Đồ án tốt

Thay Ds = 128 mm; d0 = 80 mm vào lần lượt các phương trình trên ta có:
D1s = 117,8 mm; D2s = 94,32 mm;
+ Kẻ sơ bộ các đường dòng a-a, b-b, c-c, theo dạng đường dòng đã thiết kế.
+ Vẽ các mặt đằng tốc 1-1, 2-2, …5-5. Trên mỗi mặt đẳng tốc, tốc độ hướng kính C r
bằng nhau.
Gọi chiều rộng của mỗi bó dòng tại các bán kính r i là . Do trên các đó có cùng lưu
lượng và tốc độ Cr nên ta có:
A = ri = const, lấyB = , tính C = . Điều kiện chia chính xác sẽ là: C – A 0
Ta có bảng tính toán phân chia mặt đứng sau:
Mặt
đẳng
tốc

Đường
dòng

a-a

ri

A
= ri
(mm2)

B
=

(mm2)

C

Cir

=
(mm2)

=C–A
(mm2)

102,206

3,369

344,386

1033,208

344,403

0,017

102,204

3,370

344,418

1033,208

344,403

-0,105

102,201

3,368

344,315

1033,208

344,403

0,088

93,482

4,325

338,060

1014,24

338,08

0,036

93,387

4,373

338,062

1014,24

338,08

0,026

93,375

4,375

338,118

1014,24

338,08

-0,038

73,002

4,557

332,669

997,975

332,658

-0,011

69,018

4,820

332,670

997,975

332,658

-0,012

63,993

5,198

332,636

997,975

332,658

0,014

=
(m/s)

b-b
1-1

c-c

5,24

d-d
a-a
b-b
2-2

c-c

5,338

d-d
a-a
b-b
3-3
c-c
d-d

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

24

Sinh viên: Nguyễn Đình

5,425


Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
nghiệp
a-a

Đồ án tốt

61,141

5,334

326,124

978,318

326,106

-0.018

59,428

5,487

326,08

978,318

326,106

0,026

59,341

5,496

326,14

978,318

326,106

-0,034

57,903

5,534

320,435

961,295

320,432

-0,003

57,710

5,552

320,408

961,295

320,432

0,007

55,051

5,821

320,452

961,295

320,432

0,024

b-b
4-4

c-c

5,534

d-d
a-a
b-b
5-5

5,632

c-c
d-d
a b c d
1

1

2

D2

2
i

3
3
4
5

4

a

5

b

D1s

Ds

c

d0

D2s

d

Hình 3.6 – Biên dạng mặt kinh tuyến
3.2.2 Xây dựng biên dạng cánh không gian trong mặt vĩ tuyến.
Ta coi từng bó dòng đã chia ở mặt kinh tuyến như một cánh dẫn mặt trụ và ta xây
dựng biên dạng cánh cho từng cánh phân tố đó. Tập hợp tất cả biên dạng cánh của
các cánh phân tố cho ta hình ảnh toàn bộ của cánh không gian.Ví dụ: xây dựng biên
dạng trên mặt vĩ tuyến của đường dòng c-c.
Chia c-c thành những phần nhỏ dl tương ứng với dr và coi các dl tiếp xúc với bề
mặt nón. Gọi R là bán kính (đường sinh) mặt nón tiếp xúc với đoạn dl của cánh dẫn,

Lớp: Máy và Thiết bị Mỏ K51
Sơn

25

Sinh viên: Nguyễn Đình