Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Lời nói đầu
Môn học máy thuỷ khí đóng vai trò quan trọng trong chơng trình đào
tạo kỹ s và cán bộ kỹ thuật về thiết kế và chế tạo các loại máy, các thiết bị
phục vụ các ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải
Đồ án môn học máy thuỷ khí kỳ 8 là một trong các đồ án có tầm quan
trọng nhất đối với một sinh viên Máy và Thiết Bị Mỏ. Đồ án giúp cho sinh
viên hiểu những kiến thức đã học không những môn máy thuỷ khí mà các
môn khác . Đồ án còn giúp cho sinh viên hiểu dần đựơc về thiết kế và tính
toán các bớc của môn máy thuỷ khí.Nó củng cố đợc phần lý thuyết và giúp
em hiểu sâu hơn phần lý thuyết đã học.
Đợc sự giúp đỡ và hớng dẫn tận tình của thầy PGS.TS NGUYễN đức
sớng và các thầy trong bộ mô Máy và thiết bị mỏ đến nay đồ án môn
học của em đã hoàn thành. Tuy nhiên việc thiết kế đồ án không tránh khỏi
sai sót em rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy .
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS NGUYễN ĐứC SƯớNG đã
giúp đỡ em hoàn thành công việc đợc giao.
Hà Nội, ngày 1/5/2012
Sinh viên: Nguyễn Khắc Lĩnh
Phần I tính toán cơ bản
I. Tính chọn động cơ và phơng án kết cấu bánh công tác
Theo số liệu sau
Máy bơm nhiều cấp ( 10 cấp )
Lu lợng Q= 150 m
3
/h
Cột ấp H =1120 m
1
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Số vòng quay trên máy n =2950 v/ph
Hiệu suất

đc
=(1,1-1,3) .N =1,1.775,7 =853,27 KW
Chọn đông cơ có N
đc
= KW số vòng quay n=2950 v/ph
3.số vòng quay đặc trng
n
s
=
97,66
1.1120
10.04583,0.2950.65,3
.
65,3
4
3
4
3
4
3
4
3
==
yH
iQn
t
v /ph
với i=10 vì bơm mời cấp
y =1 là số cửa hút
theo bảng 1. dạng cánh bơm 1 cấp thuộc nhóm bơm cao áp.

=97403 .
04,25125481,9.
2950
7,775
.97403. ==B
n
N
(N.cm)
ứng suất cắt cho phép
[ ]

[ ]

=B.200 =9,81.200 =1962 N/cm
2
3. Xác định đờng kính nơi lắp bánh công tác
Dựa vào kết cấu của bơm mẫu.
d =95(mm).
4. Đờng kính moay ơ của bánh công tác
d
0
= (1,2ữ1,25)d =1,2d =1,2.95 =114 mm
chọn d
0
=116 mm
5 . Xác định đờng kính D
s .
3
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
D

Hg 2
= 0,12

.
112.81,9.2
=5,63 m/s
K
cs
=0,12 :Hệ số tốc độ chọn theo bảng [3]
H
i
là cột áp của bánh công tác
H
i
=H/i =1120/10 =112 m
6. Xác định đuờng kính D
1
có n
s
=66,93
Theo bơm mẫu ta có:
vậy D
1
= 0,9.0,154 =0,1386m = 138,6 mm
7. Xác định chiều rộng mép vào b
1
có
1

=90 nên ta có C

chếtở cửa vào
Vớidạng cánh hẹp hớng kính, số vòng quay n
s
nhỏ mép vào song song với trục,
ta lấy b
1
tăng thêm 10%- 20%so với tính toán:
Vây b
1
=21 mm
C
1r
= K
1
. C
0
=1,2.5,91 =7,1
s
m
Chọn sơ bộ K
1
=1,2
4
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
8. Xác định giá trị vào của cánh
1


1



m/s
trong đó
7,308
30
2950.14,3
30
.
===
n


(1/s )
vậy u
1
=
2
.
1
D

=
39,21
2
1386,0.7,308
=
m/s
vậy
=+=


u
2
= K
u2
1
2 Hg
= 0,976.
75,45112.81,9.2 =
m/s
5
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Trong đó K
2
=

1
=0,976

là hệ số áp suất , tra bảng
n
s
đến(40)
40
.
.
80
80 100 100 200 150350

11,2 11,1 0,91,0 0,80,9 0,60,7
Ta tra đợc

2.
==
r
t
CD
KQ

(m )
với C
2r
=(0,8 ữ1,1) .C
0
= 1.C
o
=1.5,91=5,91(m/s)
K
2
hệ số thu hẹp ở cửa ra chọn K
2
=1,05
Do có tổn thất trao đổi ở ca ra nên giá trị b
2
thực tế đợc lấy về mỗi bên 1 đến 1,5
mm so với giá trị tính toán
Nên chọn b
2
=12(mm)
5.Xác đ ịnh vận tốc tơng đối
W
1

c1r
c1
u1
theo định lý hàm số cos ta có
0
11
2
1
2
1
2
1
5,20cos 2 wuuwc +=
=20,27
2
+ 21,39
2
2.21,39.20,27.cos20,5
vậy c
1
=7,49 (m/s)
ta lại có
38,21,749,7
222
1
2
11
===
ru
CCC

2
29cos 2 wuuwc +=
=12,19
2
+ 45,75
2
2.12,19.45,75.cos29
vậy c
2
=37,88 (m/s)
ta lại có
13,3731,928,38
222
2
2
22
===
ru
CCC
m/s
7
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
vậy sin
=
2

243,0
88,37
19,12
2

=
+

+
Với cánh dẫn tơng đối dầy k = 6,5
Vậy chọn số cánh Z =8 cánh
8. Chiều dài đĩa bánh công tác
ở giáp moay ơ thì chiều dầy m
1
= 10 ữ 15 mm
Chọn m
1
= 12 (mm)
Phía ngoài chọn nhỏ hơn: m
2
=8(mm)
IV.kiểm tra kết quả tính toán
1.Kiểm nghiệm hệ số thu hẹp
K
1
=
=

1
11
1
sin
.
.





S
Z
D
Z
D
034,1
29sin
008,0
8
296,0.14,3
8
296,0.14,3
=

Vậy ta chọn K
2
=1,05 là hợp lý
2.
Kiểm nghiệm tỷ số b
2
/D
2
8
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
0334,0
.00073,0
2

/D
1
hoặc D
s
/D
2
14,2
138
296
1
2
==
D
D
phù hợp với n
s
=66,9
4.Kiểm tra tỷ số W
1
/W
2
phù hợp với điều kiện

66,1
19,12
27,20
2
1
==
W

2
Và b
1
trên D
1
.
- Nối sơ bộ b
1
vàb
2
thành một hinh dạng hình thang
9
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí

Muốn vẽ chính xác ,ta phải tìm các trị số b
i
thay đổi t cửa vào đến cửa ra( từ vị trí
2
1
1
D
r =
đến vị trí
2
2
2
D
r =
). Lấy sơ bộ đờng trung bình của b
1

D
t
i
i

=
;
i
i
i
S


sin
=
; với sin
i
i
i
ri
i
t
s
w
C
+=

.

)(0158,0

mDDD =+=

)(217,05
1'5
mDDD =+=

)(232,06
1'6
mDDD =+=

)(249,07
1'7
mDDD =+=
10
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí

)(264,08
1'8
mDDD =+=

)(280,09
1'9
mDDD =+=
D
2
=0,296(m)
Dựa vào W
1
, W
2

i
Tốc độ thực (m/s)
W
1
20,27
W
1
19,46
W
2
18,65
W
3
17,85
W
4
17,04
W
5,
16,23
W
6
15,42
W
7
14,61
W
8
13,81
W

C
7r
6,27
12
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
C
8r
6,15
C
9r
6,03
C
2r
5,91
Ta có:
Trên thục tế, trị số của b
i
dợc lấy tăng 10% để phù hợp với việc lấy
tăng b
1
& b
2
ở trên
Sau khi tính đợc các giá trị b
i
ở các điểm chia vẽ 2 đờng bao với các đ-
ờng tròn đờng kính b
i
nh vậy ta xây dựng đợc biên dạng cánh mặt trụ
13

chiều dài của cánh.
Cho một phân tố nhỏ của cung tròn PT =rd, số gia bàn kính là P
,
T=drtừ tam giác
vuông PP
,
T ta có.
rd=
i
tg
dr

14
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
Do vậy
i
tgr
dr
d


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


=

ii
f
1
180



15
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí

1
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
2
?1'
?2'
?3'
?4'
?5'
?6'
?7'
?8'
?9'

.
Theo [3] thì n
s
<100

K
ch
= 0,11 ữ 0,12 , Chọn K
ch
= 0,11

C
h
=
1120.81,9.211,0
= 16,03 ( m/s)
2. Đờng kính nơi cửa bích hút vào bơm:
3.
Tốc độ cửa vào BCT :
C
D
=C
h
(1,3ữ1,5)= 16,03(1,3ữ1,5) =(20,839ữ24,04)
Chọn C
D
= 22 (m/s)
Cho tốc độ C
h
từ mặt bích hút đến C

====
h
t
h
C
Q
D

Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí

O
I
II
III
C
h
Bộ PHậN DẫN HƯớng vào
Ta có:
0010416,0
22.2
04586,0
2
3
===
p
t
C
Q
F
m

C
b
b
k
rd
dr
tg
2
'
2
3
2
3
1
3
==


.
Trong đó:
k
3
= 1,15; b
3
= 22 mm ; b
2
= 10 mm ; C
2r
,
=

0
18
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí

)sin1(
2
3
2



==
d
c
Z

102 =+= ZZ
d
(cánh)



623,0)2,5sin1(
10
14,3.2
02
==

0
Vậy

0
- Theo hớng trục:
4
=
ht

ữ6
0
, ta chọn
ht

=5
0

+ Xác định chiều dài phần ống khuếch tán:
l = (3 ữ 4).22

= 66 ữ 88 (mm).
- Chọn l= 80 (mm)
+ Xác định bán kính cung tròn phần xoắn ốc .

( )
3
3
cos2
1


ocn
Rr +=

2
5
o
2
0
o
1
5
o
1
0
o
5
o
D
3
/D
4
0,
45
0,
5
0,
6
0,
75
0,
95
Vì
3

4
)
a
0

3
r
4
r
3
d

c
2

/
z
n
d


a
0
a

3
dr

d
e

r
r
y
)
2
]



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


296
= 148 (mm) = 0,148 (m) ; u
2
= 45,75 (m/s).

( )
)(76)(076,0
75,452,671142.81,9.8
148,0.75,45
2
1
mmmr
y
==
+
=
20
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
+ Xác định chiều rộng khe hẹp
1

:
1

= 0,2ữ0,3 mm , chọn
1

= 0,2 ( mm) = 0,2.10
-3
,

à
+ Xác định lợng chất lỏng rò qua khe hở lót kín phía trớc BCT
1

là:
YY
ghfq 2.
1
à
=
. Trong đó:
à - là hệ số lu lợng khe hẹp,
- Diện tích tiết diện khe hẹp:
f
Y
= 2r
Y1

1
= 2.3,14.76.0,2= 95,456 mm
2
=95,456.10
-6
m
2
2,0
1
=

,là chiều rộng khe hẹp

2
2
2
2
2
2
2
2
1
82 r
r
g
u
u
gH
h
YLT
Y
- Chọn sơ bộ theo (hình 33 HDTK):
r
y
2

= r
0
=
2
0
d
=





+=
21
Nguyễn KHắC LĩNH -k53 - - Bản thuyết minh máy thuỷ khí
2

= 0,3 ữ 0,4 (mm), chọn
2

= 0,3 (mm) = 0,3.10
-3
(

m)


)/(10.23,126.81,9.210.3,0.058,0.14,3.2.5,0
333
2
smq

==
+ Xác định chiều dài khe hẹp: l
2
= l
1
= 20 (mm)

+ Xác định các kích thớc đợc chọn :
S = 2.b = 2.22 =44 (mm)
Chiều dài phần lót kín : L = (i + 0,5)b
Vì : p =
10
H
=
112
10
1120
=
at.
=> L = 2d= 2.86,3=172,6 mm


Số vòng lót : i =
34,75,0
22
6,172
5,0 ==
b
L

- Ta chọn : i = 8 (vòng lót).
+ Xác định lực ép vòng lót:

( )
BddpF
k
.
















=
2
222
2
22
2
1
8 r
rR
g
u
HrRF
oY
poYZng



m H2O

8912
2
154
2
1
=+=+= m
D
R
s
y
mm
r
0
=
)(58
2
116
2
0
mm
d
==

g.

=
= 1000.9,81= 9810(N/m











=
Zng
F
= - 5692(N)
Dấu (-) trong công thức của F
Zng
biểu thị lực này có chiều ngợc
trục z của bánh công tác.
b . Lực tác dụng bên trong của BCT:

oZtr
C
g
Q
AF

=
-Hệ số A = 1 với bánh công tác là hớng kính.
Nên:
)(25,24691,5.

75,45
3,14.9810 -
2
2
ln
8
2
22
2
2
22
2
22
2
2
2
22
2
2
2
2
22
2
2
2
22
2
2
2
*


=
r
Rr
R
r
Rr
r
Rr
g
u
F
Y
YY
YZng

-Tổng lực tác dụng lên toàn bộ bánh công tác của bơm là:
EMBED Equation.3
N)(84068
)5,2463,31245692.(81,9)(10
*
1

=+=++==

=
ZtrZngZng
n
i
i

= Q
tt
= 0,0458(m
3
/s)


= 9810 N/m
3
; H = 1120 (m) ; D
2
= 0,275 (m)
b
2
= b
2
+ 2m
2
= 10+ 2.8 = 26 (mm) = 0,026 (m)

)(763026,0.296,0.1120.9810.
0458,0
0417,0
1.1,0 NF
R
=






Từ đó ta có độ chênh áp:
)116,01856,0.(14,3.59,0
84068
).(.
222
0
2

=

=

rR
F
p
a
zi

=2161759 (N/m
2
)
Với
2
2
2
0
2
0
2

= 0,18 thay vào
phơng trình ta đợc
59,0=

: R
a
=185,6 mm ; r
e
= 116 mm
b. Tính lợng chất lỏng Q
S2
chảy chảy qua bộ phận giảm lực hớng
trục
độ lớn nhỏ nhất của khe hở. b
1
=0,001.R
a
= 0,001.0,1856 = 1,856.10
-4
m
)/(10.5,2
10000
2706475
.10.2
5,0625,0625,0.
10.856,1.2
116,0.06,0
10.856,1.116,0.14,3.2
2
5,0


=
++
=

++
=



c. Xác định kích thớc khe hở trên ống lót của đĩa và các kích thớc
của ống dẫn.
Chiều dài khe hở hớng trục L
0
:




x
S
pp
g
Q
b
L
br

=
+