Đề tài Thiết kế máy bơm chìm kiểu hỗn lưu trục đứng

n tốc đều nhất trước cửa vào, tạo được chuyển động tương đối ổn định trong bánh công tác. - Loại trừ dòng quẩn (Vuo=0) hay giá trị ban đầu của mô men tốc độ bằng o được coi là cơ sở chủ yếu tính toán cột nước máy bơm. - Biến đổi trị số tốc độ từ giá trị ở ống hút đến giá trị khi vào bánh công tác đạt tổn thất nhỏ nhất. - Với các chế độ làm việc khác nhau với chế độ tính toán bình thường trong ống hút có xuất hiện dòng chảy ngược và tạo nên dòng chảy xoáy dọc trục làm ảnh hưởng xấu đến phân bố vận tốc và áp lực trong ống. Để đảm bảo dòng ổn định cần thiết kế ống hút có vận tốc tăng dần từ miệng hút cửa vào bánh công tác (khoảng 0/0). - Chọn ống hút kiểu côn thẳng theo trục, đảm bảo mô men vận tốc ở cửa vào bánh công tác bằng o và có khả năng triệt tiêu xoáy trục khi phụ tải nhỏ Q < Qtk, đảm bảo dòng chảy tốt nhất ,do vậy ,đem lại hiệu quả cao ,đặc biệt ưu thế đối với bơm chìm. 2. Tính toán các thông số ống hút Tính toán ống hút kiểu côn thẳng theo trục quan trọng nhất là chiều dài (L) và góc côn ().Chiều dài ống hút được xác định: (II.82) Trong đó: Dhut -Đường kính miệng hút Chọn : L=250 chọn Do đó : II.2.7. Tính lực dọc trục *Lực tác dụng lên bánh công tác Trong bơm hỗn lưu, khi làm việc bánh công tác chịu tác dụng của nhiều lực khác nhau. Trong một số bơm, nhất là các bơm cỡ lớn các giá trị này có thể đạt được giá trị rất lớn. Đối với các bơm chìm hỗn lưu, để đảm bảo cho bơm làm việc được thì các lực tác dụng lên bánh công tác phải được cân bằng, có nghĩa là phải có các biện pháp đặc biệt để cân bằng các lực đó. Các lực tác dụng lên bánh xe công tác của bơm bao gồm : - Lực khối gồm trọng lực và lực quán tính . - Lực bề mặt hay trọng lực: áp lực của chất lỏng tác dụng lên bề mặt bánh công tác và phản lực của trục bơm tại vị trí lắp bánh xe công tác trên trục . Muốn cân bằng lực phải xác định được chúng, do đó, cần xác định lần lượt các lực tác dụng lên bánh công tác. Hình II.9. Sơ đồ lực dọc trục tác dụng vào bơm Lực bề mặt xuất hiện do tác dụng của dòng chảy lên bánh công tác. Để tiện cho việc nghiên cứu, ta chia các lực tác dụng lên mặt ngoài và các lực tác dụng lên mặt trong của bánh công tác. Để tạo thành vùng lớn khi chia mặt trong của bánh công tác ra làm mặt ngoài (Fng) và mặt trong (Ftr) cần đưa vào thành phần của chúng những tiết diện kiểm tra của dòng chảy khi vào và khi ra khỏi bánh xe. Những tiết diện kiểu này trùng vào trong các phần của mặt ngoài và mặt trong. áp lực trên các mặt này có dấu khác nhau vì hướng của áp lực theo hướng pháp tuyến ngoài của bề mặt, do đó, khi tổng hợp lại các lực thì chúng triệt tiêu lẫn nhau. F = Fng + Ftr 1. Lực ngoài Mặt ngoài của bánh công tác có dạng một mặt quay, áp lực thuỷ động nếu bỏ qua ma sát sẽ hướng vuông góc với bề mặt , ở các đường kính tính toán sự phân bố áp lực mặt ngoài đối xứng so với trục do đó các lực cân bằng nhau . Vì vậy, tổng hợp lực của áp lực thuỷ lực trong chế độ tính toán nằm theo hướng chiều trục. Thành phần lực nằm ngang của áp lực động chỉ xuất hiện khi sự đối xứng qua trục của dòng chảy bị phá huỷ . Nghĩa là khi bơm làm việc không đủ phụ tải hoặc quá tải. Đại lượng hướng trục Fzng tác dụng lên mặt ngoài của bánh xe có thể xác định trực tiếp bằng tích phân. (II.83) Trong đó : n- Pháp tuyến của nguyên tố bề mặt. P- Đại lượng của áp lực thuỷ động. Lực mặt ngoài được phân tích đưa về dạng sau. (II.84) Hay : (II.85) r20 - Bán kính lớn nhất ở mép ra Lấy r20=153(mm) ri- Bán kính đệm Lấy r0=130(mm) r b=0,03(mm)- Bán kính bầu Ta có : g = 1000 Kg/m3 Thay số: . 2. Lực mặt trong Thành phần lực hướng trục của áp lực thuỷ động lên mặt lên mặt trong không thể nhận được một cách trực tiếp như lấy tích phân đối với lực mặt ngoài. Vì không biết được quy luật phân bố của áp lực thuỷ động của mặt trong bánh công tác. Có thể tìm được lực hướng trục Fztr nhờ phương trình liên tục, cũng giống như khi tính momen tổng hợp của sự tác dụng tương hỗ giữa bánh công tác và dòng chảy khi chứng minh phương trình cơ bản của các loại máy cánh. Bỏ qua các kết luận trung gian làm phức tạp thêm tính chất không ổn định của chuyển động tuyệt đối trong vùng bánh công tác, có thể lập phương trình. (II.86) Trong đó : G- Lưu lượng tính theo trọng lượng bánh xe công tác . G = g.Qtt (II.87) - Giá trị trung bình của các thành phần hướng trục của vận tốc tuyệt đối khi dòng chảy đi ra và đi vào bánh công tác. Trong thành phần động lượng có lực tác dụng lên dòng chảy. Trong biểu thức trên ta đưa vào lực mà dòng chảy tác dụng bánh xe công tác, nghĩa là có hướng ngược lại. Đối với bánh xe công tác kiểu dòng chéo thì dòng chảy khi ra khỏi bánh xe công tác có chiều gần như hướng tâm Vz2 = 0, thì phương trình trên có dạng : (III.88) Vì V01 = Vz1: Vận tốc dòng chảy khi vào bánh xe. Lực hướng trục dương nghĩa là hướng của lực Fztr trùng với hướng vận tốc V01. Qtt- Lưu lượng tính toán trong bánh xe Qtt =0,252 m3/s V01 = 6,58 m/s Thay số vào ta tính được: KG Do lực hướng trục tác dụng lên mặt trong làm thay đổi động lượng của dòng chảy ở vùng bánh xe nên được gọi là thành phần động của lực hướng trục. Ngược lại, lực hướng trục tác dụng lên mặt ngoài gọi là thành phần thế của lực hướng trục. Đại lượng toàn phần của lực hướng trục Fzbx bằng tổng thành phần động và thế. Coi hướng của thành phần Fzng có giái trị tuyệt đối lớn hơn là dương, ta được: Fzbx = Fzng - Fztr = 391,5 – 169 = 222,47 KN Fzbx = 222,47 KN Như vậy, vị trí của bánh công tác như (hình II.9), lực sẽ có hướng từ phải sang trái. 3.Lực F*zng Lực F*zng là lực chiều trục sinh ra khi một lót kín phía bên kia buồng hút bị phá hỏng hoàn toàn và lót kín phía bên kia còn tốt. Lực F*zng được tính như sau : (II.89) Vậy: Lực hướng trục phụ F*zng xuất hiện dần dần với sự tăng khe hở trong các đệm chống thấm. Toàn bộ đại lượng của lực hướng trục khi đệm chống thấm bị hỏng vì mòn là: Fzbx = Fzng - Fztr + F*zng Fzbx = 222,47 + 38,42 = 260,89(Kg) 4. Trọng lực và lực quán tính a.Trọng lực Trọng lực của bánh xe công tác đặt ở trọng tâm của nó, khi trong bơm chứa đầy chất lỏng thì trọng lượng của bánh công tác bị giảm đi do áp lực thuỷ tĩnh trên mặt bánh công tác. Theo định luật Acximet thì lực này bằng trọng lượng của thể tích chất lỏng mà bánh công tác đã chiếm, lực này có chiều hướng thẳng đứng từ dưới lên và điểm đặt cũng đặt ở trọng tâm bánh công tác. Trọng lực của bánh công tác: Gbct = V.g (II.90) Trong đó: V: thể tích bánh xe công tác g: khối lượng riêng của vật liệu vì bánh xe công tác chế tạo bằng gang có trọng lượng riêng g = 7.800 kg/m3 . Lực hướng trục tác dụng lên bánh công tác sẽ tỉ lệ với một hệ số k : (II.91) Trong đó: Ta chọn k=1,16 Vậy b.Lực quán tính Hình II.10.Sơ đồ không cân bằng động học của đĩa khi lỗ khoan bị nghiêng Mômen quán tính L xuất hiện ở chỗ gắn bánh công tác vào trục khi trục quán tính không trùng với trục quay. Mômen này làm xuất hiện thêm phản lực ở các gối đỡ và làm trục bị uốn. Véc tơ mômen L vuông góc với mặt phẳng xoz (hình II.10) là mặt phẳng được tạo bởi sự giao nhau giữa trục quay và trục quán tính chính. (III.92) Trong đó : mômen quán tính (III.93) Về lý thuyết, bánh công tác được chế tạo đối xứng tuyệt đối so với trục quay, do đó : rtt =0 trục quán tính trùng với trục quay. Vì vậy, các lực ly tâm Fc và mômen quán tính Jxz bằng không. Khi chế tạo bánh xe công tác chính xác thì các lực quán tính bằng không. Thực tế khi chế tạo bánh công tác, trục khoan có thể không trùng với trọng tâm, hướng của nó tạo với trục quán tính một góc nào đó. Để đưa trọng tâm bánh công tác về trùng với trục của lỗ khoan, người ta phải cân bằng tĩnh. Muốn đảm bảo cho trục quán tính trùng với trục lỗ khoan nghĩa là mômen quán tính bằng không thì phải cân bằng động trên một loại máy công cụ đặc biệt. II.2.8.Tính toán rò rỉ thể tích trong bánh công tác 1. Lựa chọn các thông số chính của đệm chống thấm Hình II.11.Sơ đồ tính toán đệm chông thấm Hình II.11 trình bày đệm chống thấm, nhằm giảm lực hướng trục cũng như giảm áp suất trước bộ phận làm kín. - Chọn - l=25(mm) - b=0,003.ri=0,003.130=0,39 (mm) - Từ đó, lấy b=0,4 (mm) Cột nước của bánh xe cánh H1 sẽ bằng hiệu số năng lượng E2 và E1 dòng chảy khi ra và khi vào. (II.93) Cột nước thế năng (II.94) Cột nước động năng (II.95) Hệ số phản lực (II.97) Biểu thị hệ số phản lực qua cột nước động năng (II.98) Biểu thị giá trị bình phương của vận tốc tuyệt đối là tổng bình phương của thành phần kinh tuyến và quay, ta có: (II.99) Cột nước thế năng tương ứng là: (II.100) Thay số : 2. Cột nước tổn thất trong đệm chông thấm Trong trường hợp đệm chống thấm bị mòn khá nhiều hay bị phá hoại do sự cố thì có thể bỏ qua ma sát của chất lỏng với thành và ta sẽ dùng phương trình năng lượng để xác định áp lực. Lấy tiết diện dòng chảy khi ra khỏi bánh công tác làm tiết diện đầu tiên không kể đến sự phân bố của áp lực tĩnh, sẽ có : (II.101) Phân tích vận tốc tuyệt đối ra các thành phần (II.102) Thay công thức (II.101) vào công thức (II.102), ta có: (II.103) Sử dụng phương trình (III.34) ta có (II.104) Lấy gần đúng ,khi đó (II.105) Hay: (II.106) Thay số : 3. Xác định hệ số lưu lượng Cột nước tổn thất trong đệm chống thấm tiêu hao vào việc khắc phục sức cản tương ứng từng giai đoạn. (II.107) Trong đó : -Tổn thất do sự co hẹp tia vào khe với mép cạnh hình chữ nhật, hệ số này có thể lấy =0,5. Tổn thất ma sát ở khe hở trên đoạn dài l và có bán kính thuỷ lực của tiết diện . Tổn thất do vận tốc ra ,. Trong đó : l- Độ dài trung bình của đường dòng trong khe hở vs – vận tốc trung bình thực trong khe hở vs= (II.108) Vậy: (II.109) Theo (II.108) vào (II.109) ta có : (II.110) Do đó: - Vận tốc trong khe hở (II.111) - Vận tốc quay trong đệm chống thấm (II.112) -Độ nhớt động học lấy đối với nước ở 20 0c là -Số Rây nôn (III.113) - Độ dày tương đối của màng tầng (II.114) - Độ nhám tuyệt đối K=0,05 mm , Trong đó: - Là độ dày của màng tầng - Khi đó : (III.115) Trong lần gần đúng thứ hai Do đó : Từ lưu lượng Qs, thiết kế 1 đường ống để dẫn lượng chất lỏng Qs về buồng hút nhằm đảm bảo duy trì áp suất sau đệm chống thấm ở giá trị nào đó làm giảm lực hướng trục. II.2.9.Lực hướng kính Lực thuỷ động hướng kính xuất hiện do sự tác dụng của dòng chất lỏng không ổn định ở cửa vào và đặc biệt ở cửa ra của bánh công tác. Trị số của lực hướng kính phụ thuộc vào chế độ làm việc của bơm. Lực hướng kính (lực ngang) sinh ra khi bơm làm việc ở chế độ khác với chế độ tính toán. Khi đó trường phân bố vận tốc và áp suất xung quanh bánh công tác sẽ thay đổi tạo ra lực ngang. Hình II.12. Biểu đồ trong tọa độ cực của trường áp lực P2 khi ra khỏi bánh xe có ống xả xoắn. Phân bố áp lực thủy động theo vòng tròn bánh xe công tác Phương của lực nằm ngang. F1- Chế độ không đủ tải F2 – Chế độ quá tải Lực hướng kính tác dụng lên bánh xe công tác được tính theo công thức thực nghiệm là: (II.116) Trong đó: Qtt- Lưu lượng tính toán Q- Lưu lượng tại đó sinh ra lực hướng kính lớn nhất H- cột áp của bơm D2- Đường kính ngoài của bánh công tác b- Chiều rộng lối ra của bánh công tác Hệ số lực hướng kính phụ thuộc vào hệ số tỷ tốc - Đạt giá trị cực đại với hệ số Q=0 II.2.10. Tính toán vòng làm kín cơ khí 1- Biện pháp làm kín a- Nguyên lý làm việc của vòng làm kín cơ khí kiểu đầu mút Hình II.13. Sơ đồ kết cấu vòng làm kín Vòng làm kín đầu mút có nhiều dạng khác nhau nhưng về kết cấu có chung một sơ đồ như sau: +Trục quay 1 có liên hệ chặt với vòng làm kín cơ khí theo nguyên lý đàn hồi 4 và vòng chặn 2. Bề mặt đầu mút của vòng kín cơ khí 4 tiếp xúc vòng chặn 2 và ép chặt vào vòng kim loại 3 nối với vỏ máy 5.Vòng kim loại 2 và 3 tạo thành cặp ma sát phẳng. Khe hở giữa chúng xác định trị số rò rỉ của chất lỏng nằm trong vỏ máy với áp suất P. Chi tiết 4 chính là chi tiết đàn hồi và được gọi là vòng làm kín cơ khí càn đảm bảo độ chặt khít và ép đều cố định lên các vòng kim loại 2 và 3 ngay cả khi có sự rung động lớn, trục quay và sự ăn mòn của cặp ma sát. + Vòng làm kín cơ khí là các vòng lò xo kết hợp với các vòng cao su, các xi phông hay các màng cao su. + Vòng làm kín cơ khí được chia thành các kiều vòng làm kín với các chi tiết đàn hồi quay và các chi tiết đàn hồi tĩnh. + Vòng làm kín cơ khí với chi tiết đàn hồi quay thường là loại kết cấu trong có bề mặt trong lắp chặt với trục và bề mặt ngoài tiếp xúc với chất lỏng. +Vòng làm kín cơ khí với chi tiết đàn hồi tĩnh là loại kết cấu được lắp chặt với phần phía ngoài vỏ máy. + Vì vòng làm kín có rất nhiều loại khác nhau cho lên tuỳ theo các yếu tố ảnh hưởng đến từng loại vòng làm kín cơ khí để mà có thể chọn được vòng làm kín phù hợp. b- Xác định đặc tính lực và đặc tính thuỷ động lực của cặp ma sát với trục tĩnh + Đảm bảo độ kín khít của vòng làm kín cơ khí kiểu đầu mút với trục tĩnh là yêu cầu quan trọng nhất khi làm việc. Khi trục tĩnh sẽ không có mài mòn, không thoát nhiệt trong cặp ma sát, cũng như không xuất hiện lực và mô men phụ tác dụng lên các chi tiết của vòng làm kín. + Khi ấy chỉ có một phần lồi của bề mặt các chi tiết sẽ tiếp xúc nhau và không gian còn lại sẽ được chứa đầy chất lỏng. + Bằng cách này, lực ép chặt bề mặt này lên bề mặt khác được tiếp nhận do phần lồi và áp suất chất lỏng được nạp đầy khe hở cặp ma sát.Với sự tăng lên của lực ép, diện tích tiếp xúc của mặt nhám sẽ tăng lên còn khe hở trung bình trong cặp ma sát giảm. Khi đó độ kín của cặp ma sát tăng lên. + Nếu chấp nhận rằng lực cản dòng chảy của lớp chất lỏng đẳng nhiệt và không nén theo chiều hướng tâm và bỏ qua độ cong của bề mặt vòng làm kín thì sẽ nhận được đường tụt áp suất p theo bán kính r. + Từ áp suất trong khe hở xác định đại lượng lực thuỷ tĩnh. Lực này cũng được tiếp nhận do bề mặt tiếp xúc nhám được chia thành diện tích tiếp xúc chuẩn và bằng áp suất riêng trung bình trong cặp pr. Diện tích tiếp xúc khô rất ít so với diện tích phủ nước trong cặp tiếp xúc của vòng làm kín đầu mút do đó có thể chấp thuận chất lỏng phân bố theo toàn bộ bề mặt tiếp xúc. Cần biết trị số pr vì nó cùng với vận tốc trượt xác định chế độ ma sát trong vòng làm kín, bởi vậy, xác định cường độ mài mòn, độ rò rỉ.. + Tác dụng lên vòng làm kín quay của cặp ma sát là áp suất p, lực lò xo F, lực ma sát vòng cao su theo trục Tr và áp suất riêng trung bình pr xác định phương trình cần bằng lực: Pr= (II.117) Trong đó : d, D1,D2: Đường kính trục và diện tích tiếp xúc . Hình II.14. Sơ đồ xác định lực tác dụng trong cặp ma sát không phân tải lực Mục tiêu của thiết bị giảm tải thuỷ lực của vòng làm kín cơ khí là giảm áp suất đơn vị riêng trong cặp ma sát làm tăng khả năng làm việc của nó. Về kết cấu thiết bị giảm tải thuỷ lực được thực hiện nhờ trục nhiều cấp đường kính, ở đó D1 nhỏ hơn d. Do đó, công thức sẽ thay đổi một chút đối với vòng làm kín cơ khí kiểu đầu mút, khi ấy áp suất không tác dụng vào vòng làm kín quay theo chiều ngược lại với cặp ma sát áp suất ở khe hở giảm từ đường kính trong D1 đến đường kính ngoài D2. Hình II.15.Sơ đồ xác định lực tác dụng của cặp ma sát phân tải lực 2.Tính toán cặp ma sát của vòng làm kín cơ khí Có thể tính toán cặp ma sát thuỷ động lực và thuỷ tĩnh theo nguyên lý công suất nhỏ nhất. Cân bằng thuỷ động lực và thuỷ tĩnh các cặp ma sát nhằm đạt mục đích tăng khe hở giữa các bề mặt tiếp xúc, từ đó làm giảm tổn thất do ma sát và làm giảm sự mài mòn của chúng.Tuy nhiên, khi ấy sẽ làm tăng đáng kể sự rò rỉ chất lỏng. Tổn thất công suất do rò rỉ chất lỏng sẽ tỉ lệ thuận với lưu lượng rò rỉ và sự sụt áp suất của chất lỏng trong vòng làm kín. Tổng công suất so tổn thất trong cặp ma sát của vòng làm kín cơ khí đầu mút xác định theo công thức: Nr= (II.118) Trong đó : - Ar,Aq Hệ số phụ thuộc vào kết cấu của vòng làm cơ khí. + Số hạng đầu xác định công suất ma sát chất lỏng tỉ lệ nghịch với trị số khe hở. + Số hạng thứ hai-công suất rò rỉ, tỉ lệ bậc ba của khe hở.Từ đó tính được trị số công suất nhỏ nhất với: H= (II.119) +Trong các vòng làm kín cơ khí đầu mút công suất rò rỉ nhỏ hơn nhiều so với công suất ma sát,trị số khe hở trong cặp ma sát là thay đổi và không điều chỉnh. 3.Chi tiết lò xo của vòng làm kín cơ khí trong bơm chìm Phần lớn các chi tiết đàn hồi của vòng làm kín cơ khí đầu mút bao gồm chi tiết lò xo. Lò xo đảm bảo độ kín khít tiếp xúc ,điều hoà sự mài mòn cặp ma sát. Thay cho lo xo, đôi lúc sử dụng lực kéo từ trường của cặp vòng, nhưng đều làm phức tạp và tăng giá thành kết cấu của vòng làm kín cơ khí và vật liệu đôi lúc không phù hợp với yêu cầu. Lực lò xo nói chung phải lớn hơn rất nhiều so với lực ma sát của vòng làm kín vòng đệm, lực của siphong, màng đàn hồi và các chi tiết làm kín khác .khi lắp ráp thì chú ý kiểm tra chuyển động tự do của vòng cặp ma sát dưới tác dụng của lò xo và tính chuyển động của nó ở độ lệch tương đối. + Vật liệu làm lò xo Nói chung, tuỳ theo điều kiện làm việc của của bơm mà chúng ta có biên pháp chọn vật liệu phù hợp.Ví dụ, làm việc trong môi trường hoá học cao thì cần có biện pháp cách ly lò xo co thể như, dùng nhựa protô-4 rất có hiệu quả bảo vệ lò xo. Khi lựa chọn làm việc trong môi trường chứa tạp chất cứng, hỗn hợp muối thì cần bảo vệ bằng vỏ cao su. Khi đó khoảng không gian bên trong được lắp đặt lò xo và các chi tiết khác làm kín được bôi trơn bằng dầu đặc, dầu bảo vệ chi tiết làm kín khỏi han rỉ, giảm ma sát và mài mòn do rung động. Khi làm việc trong môi trường nước mặn thì chọn vật liệu làm lò xo là vật liệu chống rỉ như brôm hay crôm–niken.Tuỳ theo môi trường nó làm việc mà chọn vật liệu phù hợp. 4. Làm mát vòng làm kín cơ khí Giảm nhiệt độ sẽ tăng tính chống mài mòn của vòng làm kín, trong một số trường hợp sự tuần hoàn của chất lỏng tạo bởi các thiết bị đặc biệt như qua các van tiết lưu, qua các buồng làm mát, từ đó làm giảm nhiệt độ của các vòng làm kín. Có thể làm mát vòng làm kín với hệ thống tuần hoàn bên trong, được thực hiện nhờ làm giảm áp suất trong bơm hoặc làm kín với hệ thống tuần hoàn bên ngoài. Nói chung tính kinh tế và hiệu quả của hệ thống làm mát cho vòng làm kín cơ khí phụ thuộc cụ thể điều kiện sử dụng tổ máy. II.2.11. Xác định kích thước trục và kiểm tra độ bền trục Hình II.16. Sơ đồ lực tác dụng lên trục 1. Xác định phản lực ở gối tựa 1,2 Mô men ở bên phải điểm 1 Phản lực tại điểm 2 2.Xác định momen uốn và xoắn tại các tiết diện nguy hiểm Hình II.17. Biểu đồ mô men uốn tác dụng lên trục Mu tại 1: Mu1 =X2 .l1 = 761,25. .560 =426300 Nmm Tại A là điểm cựu đại của momen uốn còn mômen xoắn bằng nhau trong cả trục do đó: A là điểm nguy hiểm nhất, ta sơ bộ tính đường kính trục tại A. MtđA= (II.120) 3.Đường kính tại tiết diện 2 áp dụng công thức ; d ³ (II.121) ứng suất cho phép [s] = 50 N/mm2 Thay số vào ta có: d ³ Vậy ta chọn d = 50 mm 4. Tính chính xác trục Tại 2 có lắp ổ bi đỡ chặn, bề mặt trục đã được mài nhẵn. Hệ số an toàn tại tiết diện A được tính theo công thức : (II.122) Trong đó: ns- Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp (II.123) nt- Hệ số an toàn chỉ sét riêng ứng suất tiếp (II.124) Trong các công thức trên: t-1 và s-1: giới hạn mỏi xoắn và mỏi uốn với chu kỳ đối xứng có thể lấy: s-1 = 0,45.sb = 0,45.850 = 382,5 N/mm2 t-1 = 0,25.sb = 0.25.850 = 212,5 N/mm2 sa và ta: Biên độ ứng suất pháp và tiêp sinh ra trong tiết diện của trục.Theo kết cấu thì trục quay một chiều nên: sa = smax=-smin= (II.125) sm = 0 ta = tm = = (II.126) Trong đó w và wo mômen cản uốn và xoắn của tiết diện trục, vì tiết diện tròn nên: (II.127) (II.128) Do đó ta có : sa = /mm2 (II.129) N/mm2 (II.130) Hệ số ảnh hưởng đến trị số ứng suất trung bình và sức bền mỏi ys và yt chọn theo vật liệu. Đối với thép các bon trung bình ta có: ys = 0,1 yt = 0,05 Hệ số lấy tăng bền b chọn bằng 1. Do không có sự tập trung ứng suất nên các hệ số ks. kt, es, et đề lấy bằng 1. Vậy : Hệ số an toàn tính theo công thức: (II.131) vậy: Hệ số an toàn cho phép thường nằm trong khoảng [n] = 1,5 – 2,5.Vậy n > [n] do đó trục của ta đảm bảo điều kiện bền và không phải tăng hoặc giảm đường kính trục. Như vậy, ta đã xác định được đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm nhất còn các tiết diện còn lại ta xác định theo kết câú dựa vào sơ đồ phân bố momen và điều kiện lắp ráp các chi tiết trên trục. Ta có sơ đồ trục như sau: Hình II.18. Sơ đồ kết cấu trục II.2.12. Chọn ổ đỡ Hình II.19. Sơ đồ ổ bi đỡ chặn ổ đỡ trong máy bơm chìm được lắp ở phía động cơ điện chìm.Với tốc độ quay là 1450(v/ph), chịu tải trọng dọc trục cũng như hướng tâm. Tiến hành chọn ổ – vì ổ chịu cả lực hướng tâm lẫn lực dọc trục đồng thời ổ cũng quay với tốc độ cao lên ta chọn ổ bi đỡ chặn. Chọn sơ bộ theo bảng P2.12 trong tài liệu tham khảo [16], chọn ổ có ký hiệu là 66412 có các kích thước: d=60(mm), c=78,8(KN), co=66,6(KN), B=31 (mm), r=3 (mm), r1=1,5 (mm), D=130 (mm). a- Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ Khả năng tải động của ổ Cd được tính theo công thức (II.132) Trong đó: m- Là bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn m=3 (II.133) L-Tuổi thọ ổ tính bằng triệu vòng Xác định tải trọng động quy ước (II.134) Trong đó : Y- Hệ số kể đến vòng nào quay , ở đây vòng trong quay lên chọn V=1 Kt – Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ Kt=1,05 Kd- Hệ số kể đến đặc tính của tải trọng, tra bảng 11-3 trong tài liệu tham khảo [15]. Chọn Kd=1,5 - Xác định các hệ số X,Y xét tỉ số Tra bảng 17-1 trong tài liệu tham khảo [15] chọn: - - e=0,35 Do đó Ta chọn Đối với ổ lăn đỡ, chặn tác dụng của lực hướng tâm sẽ sinh ra lực dọc trục phụ Fs Tổng các lực dọc trục tác dụng lên ổ Vậy: Do đó ổ đã chọn ở trên thoả mãn về điều kiện động B - Kiểm tra về điều kiện tĩnh Dựa vào bảng 17- 4 tài liệu tham khảo [15], có ổ bi đỡ chặn có Vậy Thoả mãn về điều kiện tĩnh *Lưu ý: Như ta đã biết bơm chìm là thiết bị mà đòi hỏi phải được làm kín tốt nhất, cho nên trong quá trình tính toán và thiết kế để tăng độ kín, giảm chi tiết phụ như nối trục, các thân nối (tăng hiệu suất của bơm) thì trong đồ án này em thiết kế trục bơm liền với trục của động cơ-không qua nối trục. Trong quá trình tính toán trục, ổ trên, nó sẽ là cơ sở để tính toán phần điện cho động cơ. Khi tính toán phần điện người tính toán sẽ tính phần rô to điện đặt giữa hai ổ trục; kích thước, số vòng quay…để đảm bảo được công suất làm việc của động cơ. Trong đồ án này em chỉ đề cập đến phần bơm. Chương III Công nghệ chế tạo một số chi tiết máy bơm chìm kiểu hỗn lưu trục đứng III.1.Công nghệ gia công chi tiết của buồng xoắn máy bơm chìm III.1.1.Yêu cầu kỹ thuật chính của buồng xoắn máy bơm chìm - Buồng xoắn của máy bơm chìm là một chi tiết tĩnh dùng để dẫn dòng chảy của chất lỏng sau khi ra khỏi bánh công tác theo một hướng nhất định, tiết diện xoắn của vỏ bơm cũng quyết định một phần thông số kỹ thuật của bơm (Q,H,). - Buồng xoắn của máy bơm đồng thời là thân máy để lắp ráp toàn bộ các chi tiết khác: thân nối, miệng loe…tạo thành tổng thể máy bơm. - Buồng xoắn máy bơm chịu tác động lực tĩnh của trọng lượng động cơ, thân nối… đồng thời còn chịu tác dụng của lực động cơ học của động cơ điện, bánh công tác và thuỷ lực của dòng chất lỏng. - Do vậy buồng xoắn máy bơm phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của thuỷ lực, đảm bảo độ bền và độ ổn định cơ học của chi tiết. - Vật liệu chế tạo buồng xoắn máy bơm chìm: gang xám GX21- 40, chi tiết đúc ra không có khuyết tật, không được rỗ, xốp, ngậm xỉ, nứt … - Kích thước phôi đúc ra phải đảm bảo đạt cấp chính xác I (Theo tiêu chuẩn Việt Nam- TCVN 385 - 70). - Độ nhẵn bề mặt phôi đúc phải đạt Rz=40-80. - Chi tiết sau khi đúc xong phải được nhiệt luyện (ủ và thường hoá) để ổn định tổ chức và tinh thể của vật đúc. Chi tiết phải được thử áp lực nước, áp lực thử > 2 lần áp lực làm việc của bơm, thời gian thử > 5 - 10 phút. - Chi tiết sau khi gia công cơ khí phải đảm bảo dung sai kích thước và hình dáng hình học theo bản vẽ thiết kế. III.1.2. Xây dựng quy trình công nghệ và lựa chọn thiết bị gia công buồng xoắn của bơm chìm *Gia công mẫu để đúc phôi a) Gia công mẫu gỗ - Gỗ làm mẫu phải dùng là loại gỗ mỡ có kích thước đường kính >300mm. - Gỗ mỡ được xẻ thành tấm, sấy hoặc phơi khô. - Gia công phải đảm bảo đúng bản vẽ thiết kế mẫu đúc . - Dùng đưỡng dàn theo các tiết diện từ để kiểm tra tiết diện đảm bảo khe hở giữa dưỡng và mẫu < 0,5mm. - Bề mặt mẫu sau khi gia công phải được matít, lấp kín các khe ghép, đánh bóng bằng vải nháp số 00, đánh bóng và sơn bảo vệ. b) Kiểm tra (KCS) - Kiểm tra toàn bộ kích thước và bề mặt mẫu, theo bản vẽ thiết kế đúc. c) Nhập kho, bảo quản *Đúc phôi a) Chọn công nghệ làm khuôn đúc và thiết bị nấu luyện gang để đúc phôi - Công nghệ làm khuôn đúc kết hợp nhựa furan. - Thiết bị nấu luyện gang: Lò luyện trung tần năng suất 500 Kg/mẻ. - Thiết bị kiểm tra: Máy đo nhiệt độ nước gang ,may phân tích quang phổ 13-15 nguyên tố hoá học trong kim loại (máy phân tích nhanh). b) Làm khuôn - Dùng hỗn hợp làm khuôn cát – nhựa furan làm khuôn đúc. - Kiểm tra khuôn (KCS). c) Nấu luyện gang - Nấu luyện gang bằng lò luyện trung tần theo hướng dẫn pha chế nguyên liệu vào lò cho nước gang GX21- 40 của kỹ thuật luyện kim. - Phân tích quang phổ mác gang GX 21- 40 tại lò đảm bảo thành phần của GX 21- 40 (KCS). - Rót nước gang vào khuôn: Lưu ý nhiệt độ nước gang khi rót > 1150oc, tốc độ rót đều, liên tục cho tới khi đầy khuôn. d) Cắt đậu, bavia - Dùng máy mài cắt kim loại cầm tay để làm sạch các bavia của phôi đúc. e) Làm sạch bề mặt - Sử dụng máy phun bi để làm sạch bề mặt phôi đúc. f) Kiểm tra phôi đúc (KCS) - Kiểm tra toàn bộ bề mặt chi tiết đảm bảo không khuyết tật, rỗ, nứt… - Kiểm tra kích thước phôi đúc. g) Nhiệt luyện - Khi ủ phôi đảm bảo độ ổn định của tinh thể bằng lò điện H50 theo hướng dẫn của kỹ thuật luyện kim. h) Kiểm tra chất lượng về cơ lý tính và kích thước của phôi đúc (KCS) i) Nhập kho, bảo quản phôi *Gia công cơ khí a) Nhập phôi và kiểm tra phôi đúc b) Vạch dấu - Dựa vào các kích thước , trên hai đầu vỏ bơm vạch dấu các tâm đứng, tâm ngang theo hướng miệng xả và kích thước 454 giới hạn miệng xả bơm. - Vạch dấu tâm tiết diện buồng xoắn (kích thước 233,209). c) Kiểm tra vạch dấu (KCS) thước lấy dấu đứng 1000 d) Tiện lần 1 (máy tiện đứng 1531) - Cặp vào rà tròn theo hình vuông và phẳng theo đường tâm buồng xoắn kẹp chặt. - Tiện thô, tiện bán tinh và tiện tinh các kích thước 233, 201, ,, và kích thước 32 đảm bảo kích thước và dung sai, độ bóng bề mặt cho trên bản vẽ. e) Kiểm tra (KCS) -Thước cặp 400 1/50, thước đo sâu 250 f) Tiện lần 2 (máy tiện đứng 1531) - Bắt gá tiện lên mâm cặp máy. Kẹp chặt gá tiện vỏ bơm. - Tiện bán tinh và tiện tinh , dài 18 và mặt đầu cho chuẩn định vị. - úp mặt đầu của chi tiết gá - kẹp chặt. - Tiện thô, bán tinh và tinh các kích thước mặt đầu đảm bảo các kích thước 454. Đảm bảo dung sai và độ bóng ghi trên bản vẽ. g) Kiểm tra (KCS): Thước cặp 400 1/50, thước đo sâu 150 , đồ gá kiểu đồng tâm, vuông góc, đồng hồ So 0,0. - Kiểm tra toàn bộ kích thước gia công - Kiểm tra độ đồng tâm kích thước và độ vuông góc của các mặt đầu. h) Khoả mặt miệng xả (máy doa 2620…, máy phay P82) - Khoả mặt miệng xả giữa kích thước 520. i) Kiểm tra (KCS) j) Khoan (máy khoan 2H55, đồ gá khoan ) - Khoan 6 lỗ theo gá khoan. - Khoan các lỗ cho ren M16 theo ga khoan. k) Kiểm tra (KCS): Thước cặp 200, thước đo sâu 150 l) Nguội - Ta rô các lỗ M16 (đầu kẹp ta rô trên máy khoan) - Tẩy bavia, mài suôn nhẵn mặt trong buồng xoắn, máy mài cầm tay. - Bảo quản: Bôi mỡ bảo quản bề mặt gia công, sơn chống gỉ toàn bộ mặt còn lại. m) Nhập kho, bảo quản. III.1.3. Sơ đồ quy trình gia công cơ khí chi tiết buồng xoắn máy bơm chìm kiểu hỗn lưu Hình III.1.Sơ đồ chế tạo phôi đúc buồng xoắn bơm chìm III.1.4. Sơ đồ chế tạo phôi đúc của buồng xoắn máy bơm chìm kiểu hỗn lưu Hình III.2. Sơ đồ gia công cơ khí buồng xoắn bơm chìm hỗn lưu III.2.Công nghệ gia công chi tiết bánh công tác máy bơm chìm III.2.1. Yêu cầu kỹ thuật chính của bánh công tác máy bơm chìm + Bánh công tác của máy bơm chìm là chi tiết động, quay cùng với trục của động cơ điện, truyền năng lượng từ động cơ điện cho chất lỏng cần bơm thông qua các lá cánh của bánh công tác. Do vậy, bánh công tác sẽ quyết định thông số kỹ thuật của bơm (Q,H và ). + Vật liệu chế tạo bánh công tác máy bơm chìm: + Vật liệu chế tạo bánh công tác máy bơm chìm kiêu ly tâm và dòng chéo + Gang xám GX21- 40 hoặc thép hợp kim theo yêu cầu,điều kiện làm việc của bơm ở các môi trường khác nhau. Để đảm bảo độ bền của chi tiết yêu cầu vật đúc ra không được rỗ, xốp, thiên tích, nứt, nghậm xỉ … + Kích thước phôi đúc ra phải đảm bảo cấp chính xác I. + Độ nhẵn bề mặt phôi đúc phải đạt cân bằng tĩnh trên giá cân bằng lưỡi dao. Lượng mất cân bằng tĩnh không quá 10g/295. + Tại mép rà mép ra của bánh công tác phải được mài (sửa nguội ) suôn nhẵn, đảm bảo các bán kính đã cho trên bản vẽ tiết diện prôfin lá cánh. + Dung sai kích thước và hình dáng hình học của chi tiết phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật ghi trên bản vẽ. III.2.2. Xây dựng quy trình công nghệ và lựa chọn thiết bị gia công bánh công tác máy bơm chìm *Gia công mẫu để đúc phôi a) Gia công mẫu gỗ (đối với đợt sản xuất thí nghiệm) - Gỗ làm mẫu phải dùng gỗ mỡ có kích thước đường kính >300mm. - Gỗ phải được xẻ thành tấm, sấy hoặc phơi khô - Gia công đảm bảo đúng bản vẽ thiết kế mẫu đúc. - Dùng dưỡng dàn theo các tiết diện từ I đến VIII để kiểm tra tiết diện prôfin lá cánh. Đảm bảo khe hở giữa dưỡng và mẫu . - Bề mặt mẫu sau khi gia công phải được đánh bóng bằng vải nháp. Sau đó được bả bằng lớp keo (matit), đánh bóng và sơn. b) Đúc phôi nhôm cho biên dạng cánh c) Gia công mẫu nhôm biên dạng lá cánh đảm bảo độ ăn dưỡng dàn trên các tiết diện từ I đến VII .Đánh bóng bề mặt mẫu nhôm lá cánh đảm bảo độ nhẵn Rz80. d) Kiểm tra tổng thể toàn bộ mẫu e) Nhập kho ,bảo quản *Đúc phôi a) Chọn công nghệ đúc phôi - Cộng nghệ đúc nhựa furan;nấu luyện gang bằng lò điện trung tần . b) Làm khuôn - Dùng hỗn hợp làm khuôn cát –Nhựa furan làm khuôn đúc - Kiểm tra khuôn (KCS) c) Nấu luyện gang - Nấu luyện gang bằng lò trung tần theo hướng dẫn pha chế nguyên liệu vào lò cho nước gang GX21- 40 của kỹ thuật luyện kim. - Phân tích quang phổ mác gang GX 21- 40 tại lò đảm bảo thành phần của GX21- 40(KCS). - Rót nước gang vào khuôn: Lưu ý nhiệt độ nước gang khi rót , tốc độ rót đều, liên tục cho tới khi đầy khuôn. d) Cắt đậu, bavia của vật đúc - Dùng máy mài cắt kim loại để làm sạch các bề mặt của bánh công tác. f) Kiểm tra phôi đúc (KCS) - Kiểm tra toàn bộ bề mặt chi tiết đảm bảo không khuyêt tật, rỗ, nứt .. - Kiểm tra kích thước phôi đúc g) Nhiệt luyện - ủ phôi đảm bảo tình thể bằng lò đúc điện H45 theo hướng dẫn kỹ thuật luyện kim. h) Kiểm tra phôi lần cuối - Kích thước và độ nhẵn bề mặt i) Nhập kho, bảo quản *Gia công cơ khí a) Nhận phôi và kiểm tra phôi trước khi gia công b) Tiện lần 1 (Tạo chuẩn cho tiện lần 2 ) máy tiện 1K62 (T630) - Cặp vào (thô) rà tròn và rà phẳng mép ra của lá cánh (thô) trên các kích thước (thô), bằng bàn rà, mỏ rà. - Tiện thô, bán kính mặt đầu KT 169, để lượng dư 1mm cho nguyên công tiện sau. c) Tiện lần 2 - Cặp nào , áp suất mặt đầu vào mâm cặp. - Rà tròn, phẳng và sâu siu các mép cánh vào và ra của các lá cánh và . - Kẹp chặt. - Tiện thô các kích thước: 45, lỗ , 169, , góc côn từ , để lượng dư cho tiện bán tinh và tinh. - Tiện bán tinh và tinh bán kính các kích thước: 45, lỗ , 169, và mặt côn. Đảm bảo kích thước, dung sai và độ bóng bề mặt theo bản vẽ thiết kế. d) Kiểm tra (KCS) dụng cụ - Thước cặp 300-1/50 ,thước đo sâu 2001/10 ,đồng hồ đo lỗ 25-50. e) Tiện lần 3 - Cặp vào và áp sát mặt dầu vào mâm cặp (lưu ý trươc khi cặp cần có lót bảo vệ bề mặt, lực kẹp vừa đủ đẻ tránh biến dạng chi tiết). - Tiện thô mặt đầu đạt kích thước 169. - Tiện thô và tinh mặt côn từ . f) Kiểm tra (KCS): Thước cặp 300-1/50, thước đo sâu 200, đồ gá kiểm tra đồng tâm, vuông góc, đồng hồ so đế từ 0,01. - Kiểm tra toàn bộ các kích thước và các bề mặt yêu cầu gia công. - Lưu ý kích thước và g ) Xọc rãnh then - úp mặt đầu xuống mâm cặp tự định tâm, kẹp chặt. - Rà tâm chi tiết, xọc rãnh then 12LT2, đảm bảo kích thước và độ bóng. h) Kiểm tra - Kiểm tra kích thước và độ bóng rãnh then bằng chốt kiểm tra rãnh then 12LT2, thước cặp 150 i ) Nguội và cân bằng tĩnh - Mài suôn nhẵn góc vào , góc ra lá cánh tương đương Rz80. - Mài ,tẩy bvia, cát, xỉ trên các bề mặt chi tiết không gia công bằng máy mài cầm ta. - Cân bằng tĩnh giá cân bằng tĩnh lưỡi dao, trục cân bằng , nam châm vĩnh cửu định lượng 5gam, 10 gam, 20 gam. - Xử lý lượng mất cân bằng bằng tiện hoặc phay trên trên kích thước .Đảm bảo lượng mất cân bằng < 10 g/. j ) Kiểm tra cân bằng tĩnh (KCS) k) Bảo quản nhập kho - Bôi mỡ bảo quản kích thước , lỗ . - Sơn toàn bộ các bề mặt còn lại bằng 02 lớp sơn chông gỉ. - Nhập kho. *Ghi chú: Đối với sản xuất loạt, ổn định quy trình công nghệ và lựa chọn thiết bị để gia công chi tiết là: - Mẫu để đúc chi tiết: Mẫu bằng kim loại. - Gia công tiện chi tiết : Gia công trên máy tiện cỡ trong có trang bị CNC. III.2.3. Sơ đồ quy trình công nghệ gia công bánh công tác máy bơm chìm a) Chế tạo phôi đúc Hình III.3. Sơ đồ chế tạo phôi đúc bánh công tác b) Gia công cơ khí Hình III.4. Sơ đồ gia công cơ khí cánh dẫn bơm chìm hỗn lưu Chương IV Kết cấu công trình trạm lắp máy bơm chìm kiểu hỗn lưu IV.1. Đặc điểm chung của công trình trạm lắp bơm chìm Hệ thống công trình trạm bơm nói chung bao gồm: - Công trình lấy nước từ nguồn nước - Công trình dẫn nước từ công trình lấy nước tới nhà máy bơm - Bề lắng cát - Bề hút - Nhà trạm trong đó đặt các thiết bị : máy bơm , động cơ, thiết bị điện, thiết bị điều khiển … - Các đường ống xả từ máy bơm lên bể xả - Bể xả Hình IV.1.Trạm bơm chìm kiểu hỗn lưu trục đứng Hệ thống công trình trạm bơm chìm cũng bao gồm các hạng mục công trình nêu trên.Về mặt kết cấu, các công trình lấy nước, dẫn nước, bề lắng cát, đường ống xả, bể xả, giống như công trình các loại trạm lắp các loại máy bơm thông thường, riêng phần nhà trạm lắp máy bơm chìm là khác biệt ,nó thay thế cho cả bể hút và nhà trạm (hình IV.1). Trình bày kết cấu trạm lắp máy bơm chìm trục đứng kiểu hỗn lưu trục đứng) thay thế cho kết cấu buồng hút và buồng đặt máy của trạm lắp máy bơm thông thường . + Do vậy, trạm lắp máy bơm chìm có nhiều ưu điểm so với trạm lắp các máy bơm thông thường: Tiết kiệm đáng kể diện tích xây dựng công trình; kết cấu đơn giảm; độ ổn định cao; giảm chi phí xây dựng nhà trạm; vận hành bơm không gây tiếng ồn. Nó phù hợp với điều kiện diện tích xây dựng hạn chế ,mức nước nguồn dao động lớn, đột ngột và được sử dụng nhiều trong các nghành công nghiệp, khai thác mỏ, nuôi trồng thuỷ sản,thuỷ lợi nông nghiệp, xử lý nước thải, cấp nước … IV.2. Kết cấu trạm lắp máy bơm chìm Kết cấu trạm lắp máy bơm chìm có nhiều dạng, thường xây dựng bằng bê tông cốt thép, có thể chia thành ba loại như sau: - Trạm lắp máy dạng khối tảng - Trạm lắp máy dạng buồng - Trạm lắp máy dạng bệ móng rời IV.3. Tính toán thiết kế công trình trạm lắp máy bơm chìm Các thông số cơ bản của trạm bơm lắp máy bơm chìm như: Cột nước thiêt kế, lưu lượng thiết kế, số lượng tổ máy bơm được tính toán tương tự như đối với các trạm bơm thông thường khác : - Cột nước thiết kế : - Htk = Hdhbq + hd +hc (IV.1) Trong đó : Hdhbq – Cột nước địa hình bình quân hd - Tổng tổn thất cột nước dọc đường hc – Tổng tổn thất cột nước cục bộ - Lưu lượng thiết kế: Lưu lượng thiết kế của trạm bơm lấy theo lưu lượng yêu cầu lớn nhất của công trình. - Số lượng tổ máy bơm: Số lượng tổ máy xác định theo lưu lưọng lớn nhất và nhỏ nhất . (IV.2) - Trong tính toán nếu n là số lẻ ta quy chẵn rồi xét đến kinh nghiệm về số lượng tổ máy bơm trong một trạm . (Tốt nhất là từ 4 đến 5 máy bơm). IV.4. Công trình trạm lắp máy bơm chìm kiểu hỗn lưu Hình IV.2.Sơ đồ bố trí công trình trạm lắp bơm chìm 1.Công trình trạm lấy nước; 2.Hệ thống kênh dẫn ; 3.Buồng hút và lắp máy ; 4.Bể xả. IV.4.1. Công trình lấy nước Kích thước của lỗ cửu công trình lấy nước được xác định theo vận tốc trung bình nước chảy qua các lỗ của lưới chắn rác. (IV.3) Trong đó : F- Diện tích lỗ cửa công trình lấy nước (m2 ) Qtt- Lưu lượng tính toán Qtt=0,254 m3/s. v- Vận tốc nước chảy qua lỗ cửa lấy nước v=0,2 đến 0,6 m/s K- Hệ số xét đến sự co hẹp các lỗ bởi các thanh của lưới. đối với lưới gồm các thanh dọc. (IV.4) đối với lưới ô vuông. (IV.5) Trong đó : a- Khoảng cách khe giữa các thanh (cm) c- Chiều dày các thanh (cm) Chọn a= 10 (cm) c= 2 (cm) v= 0,5 (m/s) Tính được : IV.4.2. Công trình lấy nước Công trình lấy dẫn nước từ công trình lấy nước tới buồng lắp máy có thể là kênh hở hoặc đường ống. Trong điều kiện địa chất thoả mãn, nước có lượng bùn cát ít, mức nước nguồn dao động nhỏ và không rút quá nhanh thì làm kênh hở là kính tế nhất. Kích thước mặt kênh tính toán theo lưu lượng, điều kiện không lắng và không xói lòng kênh. Trong điểu kiện mực nước nguồn dao động lớn, nước có hàm lượng bùn cát lớn điều kiện địa chất nền bãi kém... mà không thể bố trí trạm lắp máy ngoài bãi hoặc trong điều kiện diện tích hạn chế thì công trình dẫn nước bằng đưông ống là tốt nhất. Kích thước mặt cắt ngang của đường ống dẫn xác định bằng tính toán thủy lực đối với chế độ làm việc bình thường của công trình lấy nước với vận tốc chảy trong ống. v = 0,7 đến 1,5 m/s : Trong đó lấy v=1,0 m/s Kết cấu đường ống dẫn có thể bằng bê tông gạch xây đá xây hoặc bằng thép chọn tuỳ theo điều kiện kinh tế, điều kiện thi công. IV.4.3. Buồng lắp máy Kích thước và cao trình buồng máy hút phải đảm bảo cho máy bơm làm tốt nhất. Cao trình đáy buồng hút xác định theo chiều sâu ngập nước tối thiểu cho bánh xe công tác làm việc: Hmin = 0,.8 (m) Chiều rộng buồng hút xác định theo kích thước bơm và đường kính miệng hút: B = 3.Dv =1,2 m (IV.6) Chiều dài buồng hút xác định theo hệ số dung trọng nước K : (IV.7) Kết cấu buồng lắp máy có thể bằng bê tông ,gạch xây dựng hoặc đá xây chọn tùy thuộc vào điều kiện kinh tế và điều kiện vật liệu địa phương. IV.5. Những hư hỏng thường gặp và biện pháp xử lý Hiện tượng máy Nguyên nhân Biện pháp xử lý khắc phục Bơm không khởi động được -Đóng điện không đúng và trạm điều hành không có hiệu điện thế. - Đứt mạch của stato và rôto, đứt dây điện. - Điện áp thấp ở lưới, lực tác dụng mômen khởi động lớn. - Đánh thủng cách điện hay cuộn dây động cơ điện. - ổ đỡ và rô to chèn không có khe hở trong vòng làm kín bánh công tác. - Kiểm tra công tác nối trong lưới độngcơ điện đặt cầu chì mới. - Cắt máy bơm khỏi lưới và kiểm tra. - Xem xét và sửa chữa động cơ điện. - Kiểm tra hiệu điện thế của lưới khi khởi. - Kiểm tra độ cách điện của cáp điện và cuộn dây tìm và phục hồi chỗ đánh thủng. - Kiểm tra và sửa chữa động cơ điện. - Đặt hiệu chỉnh khe hở bình thường trong vòng làm kín bánh công tác. Bơm bị tắt sau thời gian mở máy - Hỏng trạm điều hành - Aptômát điều chỉnh không đúng - Xem kĩ trạm điều hành, kiểm tra sơ đồ điều hành bảo vệ. - Kiểm tra lưới điện của động cơ và buồng điều hành - Sau khi đóng máy (mở ) xuất hiện khoảnh khắc tắt máy . - Ngắn mạch ở động cơ hay ở trạm điều hành. - Kiểm tra lưới điện của động cơ và buồng điều hành. Bơm không hút nước lên - Van một chiều ở ống xả hỏng . - Bị hỏng đường ống xả sau bơm - Vòng quay không đủ do yếu điện thế - Sửa lại van một chiều ở ống xả - Sửa lại ống xả - Kiểm tra đại lượng điện thế và khắc phục. Lưu lượng ít hơn định mức - Có thể bị hỏng hóc: bánh công tác, rãnh vào vỏ, lưới nhận, ống hút. - Không khí lọt vào bơm qua đường miệng hút - Chiều quay của trục sai - Khe hở giữa bánh công tác và vòng mòn quá lớn - Chỉnh lại bơm làm sạch các vị ttrí bị rác rưởi - Nếu như bơm hết nướcthì bơm điện đứng lại - Đổi chiều quay của trục chuyển hai pha điện cho nhau - Thay bánh công tác hoặc vòng mòn Lưu lượng bị giảm mạnh hoặc nước không lên - Chiều cao địa hình vượt quá cột nước máy bơm. - Bị bẩn ống xả - Bị chảy rò rỉ ở ống xả - Hiệu điện thế thấp - Sự tạo thành xoáy ở bể hút - Thay bánh công tác mới hoặc giảm chiều cao địa hình - Làm sạch ống xả - Vặn chặt các ốc đường ống - Kiểm tra hiệu điện thế - Đặt sâu miệng hút xuống bể hút Máy làm việc ổn - Bị kẹt bộ phận quay Quá tải đông cơ điện - Ngừng bơm và hiệu chỉnh - Hiệu chỉnh quá tải Vỏ động cơ bị quá nỏng - Bị ẩm cuộn dây động cơ - Chập điện động cơ ổ đỡ bị mòn - Sấy khô động cơ - Hiệu chỉnh chỗ chập điện - Thay thế ổ đỡ Bơm yêu cầu công suất cao - Bị mòn ổ chặn của bơm và động cơ - Hiệu chỉnh khe hở giữa bơm và động cơ chưa chuẩn tạo nên ma sát ổ đĩa -Bị kẹt ổ vòng làm kín cơ khí dẫn đến rổt của bơm quay nặng - Thay ổ chặn khác - Hiệu chỉnh chuẩn khe hở dọc trục của rôto khi đấu hết với động cơ - Sửa chữa bơm, xem xét hiệu hiệu chỉnh chỗ kẹt IV.6.Tính toán hiệu quả kính tế và ý nghĩa xã hội của bơm chìm IV.6.1. Tính toán hiệu quả kinh tế Đặc điểm nổi bật của máy bơm chìm so với các máy bơm hỗn lưu, ly tâm, hướng trục ngang hoặc các máy bơm trục đứng là sử dụng tốt với điều kiện dao động mực nước bể hút lớn và thay đổi nhanh đột ngột, công trình trạm đơn giản, ổn định, dễ thi công và không gây tiếng ồn. Giá thành máy bơm chìm cao hơn so với các máy bơm thông thường, nhưng chi phí cho xây dựng công trình lại ít hơn nhiều, do vậy tổng chi phí cho cả công trình và thiết bị có thể tương đương nhau. Để đánh giá rõ ràng cụ thể hiệu quả kinh tế – kỹ thuật, có thể so sánh 3 trạm bơm lắp với các tổ máy khác nhau. Để thuận lợi cho so sánh có thể tham khảo bảng tổng hợp kinh phí cho 3 trạm (Thông số tham khảo trong catalo thiết kế của các máy bơm và công trình trạm tương ứng): Lắp với máy bơm chìm AGREX 285 /4 ( 02 tổ máy)- có các thông số tương tự như máy bơm thiết kế trên. Máybơm hỗn lưu HL 900-9 (02 tổ máy). Bơm hướng trục đứng 20 HTĐ-50 (01 tổ máy ). Các trạm bơm đều tính cho điều kiện chênh lệch địa hình như nhau: Mực nước bể hút nhỏ nhất ( ), mực nước bể hút lớn nhất ( ) và mực nước bể xả lớn nhất () ( Hdh= 8,5 m ).Tính với tổng lưu lượng của mỗi trạm bơm Bảng tổng hợp kinh phí cho trạm lắp các loại máy bơm trên cho trong bảng IV.1. Dự toán kinh phí cho thấy kinh phí đầu tư cho trạm bơm lắp máy bơm chìm thuộc loại trung bình (cao hơn so với trạm lắp máy bơm trục ngang và thấp hơn so với trạm lắp máy bơm hướng trục đứng với cùng điều kiện địa hình và nhu cầu lưu lượng nước cần bơm). Với lưu ý là bảng so sánh trên được tính đến với máy bơm chìm AGREX 285/4 có động cơ chìm nhập khẩu của Đức (giá rất cao) và các bơm chìm HL 900 - 9 và 20 HTD – 50 kèm theo động cơ điện sản xuất tại Việt Nam. Nếu động cơ điện chìm chế tạo tại Việt Nam chắc chắn giá thành sản phẩm sẽ giảm nhiều. Khi ấy, việc ứng dụng vào sản xuất sẽ thuận lợi hơn. Điều đó lý giải tại sao ở Malaixia sử dụng tới 90 % máy bơm chìm tổng số toàn bộ máy bơm phục vụ tưới tiêu cho nông nghiệp. IV.6.2. Những ý nghĩa xã hội Thực hiện đồ án về thiết kế máy bơm chìm kiểu hỗn lưu sẽ đóng góp vào nhiệm vụ rất quan trọng hiện nay là nghiên cứu sâu về máy bơm chìm nói chung nhằm từng bước nâng cao trình độ hiểu biết cho cán bộ chuyên nghành, tự thiết kế và chế tạo ở trong nước các loại máy bơm chìm phục vụ nhu cầu của các nghành nông nghiệp, công nghiệp, giao thông, xây dựng và đời sông dân sinh. Đó là cơ sở để Việt Nam có thể chủ động cung cấp thiết bị máy bơm chìm với giá thành thấp, từng bước góp phần vào chương trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, nâng cao đời sống dân sinh, đóng góp tốt cho sản xuất trong nước và phục vụ xuất khẩu. Kết luận Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế đất nước những năm qua, nghành nông nghiệp đã đạt được những thành tựu lớn, trong đó có sự đóng góp không nhỏ của lĩnh vực máy bơm nước phục vụ công tác tưới tiêu. Với điều kiện khí hậu, địa hình, thủy văn phức tạp, nhiều địa phương có hệ thống sông ngòi luôn có sự thay đổi mực nước lớn, nhanh đột ngột gây khó khăn cho việc vận hành sử dụng các loại máy bơm truyền thốngkiểu trục ngang, trục đứng và trục đặt nghiêng. Với những ưu việt của mình, máy bơm chìm sẽ khắc phục tình hình trên, máy bơm chìm kiểu hỗn lưu đáp ứng yêu cầu làm việc tốt trong điều kiện mực nước bể hút luôn thay đổi nhiều (Z 6 m); nhanh đột ngột; công trình trạm đơn giản; dễ đưa hệ thống điều khiển vận hành theo nguyên lý tự động hoá vào sử dụng. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của bơm chìm là giá thành cao, thiếu phụ tùng thay thế, khó sử dụng do còn có quá ít tài liệu phổ biến về loại bơm này ở nước ta . Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo được máy bơm chìm ở trong nước sẽ cho phép chủ động cung cấp thiết bị, phụ tùng với giá thành hạ, sẽ nâng cao kiến thức cho người vận hành sử dụng, và từng bước khắc phục các nhược điểm đã nêu trên. Với những ý nghĩa đó, đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế máy bơm chìm kiểu hỗn lưu trục đứng “, công suất 37KW của em có thể góp một phần nhỏ vào việc giải quyết công việc đã nêu nhằm phục vụ tốt cho sản xuất. Trong thời gian đi sâu tìm hiểu, làm đồ án tốt nghiệp và thực tập ở Trung tâm nghiên cứu, tư vấn cơ điện và xây dựng (REMECO) thuộc Tổng công ty cơ điện – xây dựng nông nghiệp và thủy lợi, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy PGS.TS.Nguyễn Văn Bày, các thầy cô trong bộ môn, khoa Máy xây dựng và thiết bị thủy lợi và trung tâm (REMECO), em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Với phạm vi đồ án tốt nghiệp của mình, em đã hiểu biết thêm về lý thuyết cơ bản của máy bơm chìm kiểu hỗn lưu trục đứng. Từ đó, tiến hành tính toán và thiết kế bơm chìm hỗn lưu trục đứng với công suất 37KW. Do còn thiếu kinh nghiệm và thời gian ngắn, việc hoàn thành đồ án không tránh khỏi những thiếu xót. Do vậy, em rất mong các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp chỉ bảo đóng góp ý kiến cho đồ án này nhằm giúp em ngày càng hoàn thiện, nâng cao trình độ của mình trong lĩnh vực máy bơm nước. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy Nguyễn Văn Bày cùng các thầy trong bộ môn, trong khoa Máy xây dựng và thiết bị thủy lợi và trung tâm (REMECO) cùng toàn thể các bạn.  Tài liệu tham khảo Bài tập và đồ án môn học TB/ Bộ môn TB, ĐHTL, 1970, 53 trang. Bài tập và đồ án môn học máy bơm và trạm bơm, Nguyên Công ĐHTL, Bộ môn máy bơm và trạm bơm , 1998, 132 trang. Bài tập và đồ án môn học máy bơm và trạm bơm, Bộ môn máy bơm và trạm bơm , 1979, 161 trang. Chi tiết máy, GS.TS.Nguyễn Trọng Hiệp, nhà xuất bản Giáo Dục,(2 tập),1999. Hướng dẫn, thiết kế tưới tiêu nước , Bộ TL và UU kỹ thuật, 1976, 26 trang. Lômakin A.A. Máy bơm ly tâm và hướng trục (dich tư tiếng nga), NXB Khoa học, Hà nội 1995. Máy bơm và trạm bơm, Giáo trình, Bộ môn máy bơm và trạm bơm,1997, 160 trang. Máy bơm và trạm bơm, Giáo trình, Bộ môn máy bơm và trạm bơm, 1971, 183 trang. Nguyễn Văn Bày, Máy bơm và trạm bơm nông nghiệp, nhà xuất bản Hà Nội, 1999. Nhiều tác giả, Thuỷ lực và máy thuỷ lực, tập 2, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp,1972. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, PGS.TS.Trịnh Chất – TS. Lê Văn Uyển, nhà xuất bản Giáo Dục, ( 2 tập ), 1999. Quản lý và vận hành các thiết bị điện của trạm bơm nông nghiệp, Phạm Khắc Hùng , Nguyễn Đức Hoành –H: Lao động, 1966, 170 trang. Pumping station engineering handbook, Japan asscociate of agricultural engineer enterprise, 2001. 14. Safety instruction for ABS, submerisible motor and submerisible pumps, 2002. 15. Robert W.Fox & Alan T.Mcdonald, Intruduction to fluid mechanic, fourth edition,Wiley j.& Sons,Singapore & New york, 1996. Mục lục Chương I Tổng quan chung Trang I.1. Đặt vấn đề 1 I.2. Tình hình nghiên cứu, chế tạo và sử dụng bơm chìm trên thế giới 2 I.3. Tình hình nghiên cứu, chế tạo và sử dụng bơm chìm ở Việt Nam 5 Chương II Tính toán thiết kế máy bơm chìm kiểu hỗn lưu trục đứng II.1.Lựa chọn thông số kỹ thuật 8 II.1.1. Tính toán lưu lượng của bơm chìm hỗn lưu 8 II.1.2. Số vòng quay đặc trưng 8 II.1.3. Hiệu suất thể tích của bơm chìm hỗn lưu 8 II.1.4. Hiệu suất cơ khí 9 II.1.5. Hiệu suất thủy lực 9 II.1.6. Hiệu suất của bơm 10 II.2. Tính toán các thông số kỹ thuật bơm chìm kiểu hỗn lưu trục đứng 11 II.2.1. Xác định đường kính trục và bầu 11 II.2.2. Xác định kích thước mép vào bánh công tác 12 II.2.3. Xác định kích thước ra khỏi bánh công tác 13 II.2.4. Thiết kế hình dạng cánh bánh công tác 19 II.2.5. Tính toán buồng xoắn của máy bơm chìm 23 II.2.6. Tính toán ống hút của máy bơm chìm hỗn lưu trục đứng 32 II.2.7. Tính lực dọc trục 33 II.2.8. Tính toán rò rỉ thể tích trong bánh công tác 39 II.2.9. Tính lực hướng kính 43 II.2.10. Tính toán vòng làm kín cơ khí 45 II.2.11. Xác định kích thước trục và kiểm tra độ bền trục 50 II.2.12. Chọn ổ đỡ 53 Chương III Công nghệ chế tạo một số chi tiết của máy bơm chìm hỗn lưu trục đứng III.1. Công nghệ chế tạo buồng xoắn 56 III.1.1. Yêu cầu kỹ thuật chính của buồng xoắn máy bơm chìm hỗn lưu 56 III.1.2. Xây dựng quy trình công nghệ gia công buồng xoắn 56 III.1.3. Sơ đồ quy trình gia công cơ khí chi tiết buồng xoắn 59 III.1.4. Sơ đồ chế tạo phôi đúc 61 III. 2. Công nghệ gia công bánh công tác 62 III.2.1. Yêu cầu kỹ thuật gia công bánh công tác bơm chìm hỗn lưu 62 III.2.2. Xây dựng quy trình công nghệ gia công bánh công tác 62 III.2.3. Sơ đồ quy trình công nghệ gia công bánh công tác 65 Chương IV Kết cấu công trình trạm lắp máy bơm chìm kiểu hỗn lưu trục đứng IV.1. Đặc điểm chung của công trình trạm lắp máy bơm chìm hỗn lưu 68 IV.2. Kết cấu trạm lắp bơm chìm hỗn lưu 69 IV.3. Tính toán thiết kế công trình trạm lắp máy bơm chìm hỗn lưu 69 IV.4. Công trình trạm lắp máy bơm chìm hỗn lưu 70 IV.5. Những hư hỏng thường gặp và biện pháp xử lý 72 IV.6. Tính toán hiệu quả kinh tế và ý nghĩa xã hội 75 IV.6.1. Hiệu quả kinh tế 75 IV.6.2. ý nghĩa xã hội 78 Kết luận 79 Tài liệu tham khảo 81