MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 3
TỔNG QUAN VỀ BƠM HƯỚNG TRỤC ĐẢO NƯỚC SỤC KHÍ
PHỤC VỤ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN
1.1 Tổng quan 3
1.2 Về tình hình nghiên cứu 3
1.2.1 Máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt 3
1.2.2 Máy đảo nước sục khí kiểu thổi khí 6
1.2.3 Máy đảo nước dùng bơm 8
1.2.4 Máy đảo nước kiểu ly tâm văng 8
1.2.5 Máy sục khí kiểu chân vịt 9
1.2.6 Máy đảo nước sục khí kiểu bơm hướng trục 10
1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc bơm hướng trục 10
1.3.1 Phạm vi sử dụng 10
1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 10
1.3.3 Phương trình làm việc 13
1.3.4 Hình dạng cánh 14
1.3.5 Tính toán các thông số cơ bản trong bơm hướng trục 16
1.3.5.1 Chiều dài và bước cánh bánh xe công tác 16
1.3.5.2 Quan hệ giữa lực nâng và cột nước bơm, tam giác vận tốc 16
CHƯƠNG 2 18
XÂY DỰNG CÁNH BƠM HƯỚNG TRỤC BẰNG
CÔNG NGHỆ CAD (PRO/ENGINEER 2001)
2.1 Các kích thước của bánh công tác cánh bơm hướng trục 18
2.2 Dựng cánh bơm 19
2.2.1 Tạo các đường Datum Curve (xoắn ốc) từ hàm 19
2.2.2 Tạo sườn cánh bơm 22
2.2.3 Tạo các mặt bao sườn cánh bơm 24
2.2.4 Chuyển cánh bơm từ mặt sang khối rắn 25

4.1.1.2 Trình tự các bước 51
1) Nguyên công 1 51
2) Nguyên công 2 54
4.1.2 QTCN gia công tấm được tách ra 54
4.1.2.1 Thứ tự nguyên công 54
4.1.2.2 Trình tự các bước 55
1) Nguyên công 1 55
2) Nguyên công 2 55
4.1.3 QTCN gia công tấm khuôn dưới 56
4.1.3.1 Thứ tự nguyên công 56
4.1.3.2 Trình tự các bước 57
1) Nguyên công 1 57
2) Nguyên công 2 58
4.2 Gia công khuôn trên máy phay VMC 2216 59
4.2.1 QTCN gia công tấm khuôn trên 60
4.2.1.1 Nguyên công phay thô lòng khuôn 60
4.2.1.2 Nguyên công phay tinh lòng khuôn 69
4.2.1.3 Xuất file CNC 75
4.2.2 QTCN gia công tấm khuôn dưới 81
4.2.2.1 Nguyên công phay thô lòng khuôn 81
4.2.2.2 Nguyên công phay tinh lòng khuôn 91
4.2.2.3 Xuất file CNC 96
4.3 Lắp ráp khuôn 101
4.3 Tính toán sơ bộ chi phí gia công khuôn cánh bơm 102
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO 104


còn phải biết làm chủ và phổ biến chúng ra rộng rãi. Vì vậy việc đào tạo con người
là việc cấp bách trước mắt. Đối tượng dễ tiếp cận được với những công nghệ mới
này là sinh viên các trường Đại học Kỹ thuật, cán bộ trong các viện nghiên cứu, con
người trong các nhà máy, đặc biệt là trong các khu công nghiệp liên doanh với
người nước ngoài.
Trang -2-
Tự nhận thức được tầm quan trọng cộng với điều kiện cơ sở vật chất sẵn có
tại trường nên trong kỳ tốt nghiệp này được sự đồng ý của Ban lãnh đạo khoa cơ khí
trường Đại học Nha Trang em đã chọn đề tài “ Thiết kế - chế tạo khuôn đúc cánh
bơm hướng trục phục vụ nuôi trồng thủy sản bằng vật liệu composite ”.
Nội dung đề tài:
1. Tổng quan về bơm hướng trục đảo nước sục khí phục vụ nuôi trồng thủy sản
2. Đặc điểm cấu tạo và phương pháp xây dựng mô hình cánh bơm bằng công
nghệ CAD.
3. Xây dựng kết cấu khuôn và lập QTCN gia công nhờ công nghệ
CAD/CAM/CNC.
4. Chế tạo khuôn trên máy CNC.
5. Kết luận và đề xuất ý kiến.
Trong thời gian thực hiện đề tài mặc dù bản thân đã nỗ lực tìm hiểu và nghiên
cứu nhưng với trình độ và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô cùng các bạn.
Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể quý thầy cô đã
dạy dỗ chúng em trong suốt những năm qua. Đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy
Đặng Xuân Phương đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Duy Bảo Tịnh.
Đối với ngoài nước: đã nghiên cứu và chế tạo các loại bơm nước nông - công
nghiệp. Các bơm chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản cũng đã có nhưng chưa
được nghiên cứu chế tạo bằng vật liệu phi kim loại.
Đối với trong nước: các bơm nước chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản chủ
yếu chế tạo từ thép không gỉ và hợp kim đồng nên nặng và giá thành cao, các
Trang -4-
nghiên cứu thử nghiệm về bơm nước chuyên dụng từ vật liệu polimer và composite
chưa được triển khai.
Đa số các bơm chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản trong nước được chế
tạo bằng cách copy lại nguyên lý và mẫu mã của các bơm nhập khẩu ở nước ngoài
để giảm giá thành. Tuy nhiên nó vẫn chưa được cải tiến gì thêm về kết cấu và cách
sử dụng vật liệu. Dưới đây là một số thiết bị đảo nước sục khí đang sử dụng hiện
nay tại các trại nuôi trồng thủy sản trong nước:
1.2.1. Máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt
Là loại máy đảo nước được dùng tương đối rộng rãi ở các ao nuôi trên toàn
quốc. Nó làm việc theo nguyên lý cánh guồng quay hất nước lên thành những hạt
nhỏ, tiếp xúc và thẩm thấu không khí (có ôxy) làm giàu hàm lượng oxy hòa tan
trong nước.Cánh guồng làm bằng vật liệu nhựa hoặc kim loại. Ưu điểm của thiết bị
đảo nước kiểu guồng cánh là đơn giản và dễ chế tạo, do đó cơ khí công nghiệp địa
phương hoặc các cơ sở cơ khí nhỏ cũng có thể sản xuất được một cách dễ dàng.
Có hai loại máy đảo nước kiểu guồng cánh quạt:
- Máy đảo nước guồng cánh quạt kiểu trục ngắn:
Máy đảo nước trục ngắn do Đài Loan và do Thái Lan sản xuất, nhưng có cấu
ạo tương tự nhau.
Tuy nhiên chúng
khác nhau về kích
thước bề mặt cánh,
số lượng cánh và số
lượng guồng.
Máy đảo nước

+ Có khả năng khuếch tán ôxy vào nước tốt và giải phóng khí độc (H
2
S,
NH
3
…) ra ngoài nhanh chóng.
+ Tạo dòng chạy nhẹ, đều và luân chuyển thường xuyên trong ao (nếu bố trí
máy hợp lý). Ngoài ra đối với loại máy trục ngắn thì việc bố trí, lắp đặt máy trong
ao tương đối thuận tiện, dễ dàng. Còn loại máy trục dài tạo được dòng chảy rộng.
Thiết bị không phụ thuộc vào nguồn điện do sử dụng động Diesel.
- Nhược điểm:
+ Chi phí cho toàn bộ hệ thống khá cao.
+ Lượng ôxy khuếch tán không đều và dòng chảy không rộng (đối với loại
trục ngắn). Lượng ôxy chủ yếu hòa tan ở tầng mặt, ít hòa tan ở tầng đáy.
+ Chưa tập trung chất bẩn vào một nơi nhất định để dễ dàng xử lý.
1.2.2. Máy đảo nước sục khí kiểu thổi khí
Có hai loại:
- Loại thứ nhất hoạt động như một máy nén vô cấp, máy nén đặt trên bờ và
hơi được dẫn theo hệ thống ống có khoan lỗ đặt dưới đáy ao sục khí cho ao nuôi.
Máy sục khí kiểu khí nén được dẫn động từ động cơ Diezel hoạt động cung cấp
không khí có áp xuất cao vào bình chứa có áp suất thường từ 5-8 kgf/cm
2
. Từ bình
chứa, khí được dẫn theo ống xuống đáy ao và tỏa ra khắp ao như hình vẽ 1.3.
Trang -7-

- Loại thứ hai hoạt động như một cánh quạt thổi không khí vào nước qua ống
thổi. Các loại đảo nước-sục khí kiểu này sử dụng không phổ biến trong các ao nuôi
ở Việt Nam. Thiết bị này có ưu điểm cho năng suất hòa tan ôxy cao và thải khí độc
lớn. Nhưng không tạo được dòng chảy hợp lý và không gom được chất bẩn trong ao

1.2.4. Máy đảo nước kiểu ly tâm văng
Sử dụng chủ yếu trong các ao nuôi nước ngọt, chúng hoạt động theo nguyên
lý như sau: đĩa công tác quay hút ở giữa văng nước ra xung quanh tạo nên các tia
nhỏ trước khi rơi xuống chúng sẽ thẩm thấu ôxy trong không khí. Ở Việt Nam loại
này hầu như chưa được sử dụng vì hiệu quả sử dụng không cao. Ao nuôi
cửa hút
Các h ọng xả n ước
đường ống
Bơm
Trang -9-
1.2.5. Máy sục khí kiểu chân vịt
Loại máy đảo nước kiểu chân vịt đặt sâu vào trong nước. Chân vịt chế tạo
bằng hợp kim đồng được dẫn động bằng động cơ điện đặt chìm trong nước. Toàn bộ
hệ thống được treo trên khung phao nổi. Khi động cơ điện hoạt động làm quay
chân vịt, nhờ cấu tạo xoắn của cánh chân vịt nó đẩy nước qua mặt đạp làm khấy
động vùng nước sau chân vịt, áp suất ở vùng trước cánh chân vịt giảm xuống thấp
hơn áp suất khí quyển. Không khí được dẫn theo một ống đi xuống vùng áp suất
thấp trước và trong trục ống của cánh và làm khuếch tán ôxy vào nước.

Hình 1.6. Máy đảo nước sục khí kiểu chân vịt
Loại máy sục khí kiểu này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, lượng oxy hòa tan
ở tầng đáy cao. Tuy nhiên dòng nước mà chân vịt tạo ra có xu hướng chảy theo
hướng kính nên không tạo được dòng chảy tốt trong ao để gom chất bẩn, làm xói
mòn đáy ao nơi đặt máy.

Trang -10-
1.2.6. Máy đảo nước sục khí kiểu bơm hướng trục

Phần tĩnh là vỏ bơm có dạng hình trụ rỗng, phía trong có các cánh dẫn hướng
còn gọi là guồng khuếch tán và bộ phận đỡ trục. Phía trên bộ phận dẫn hướng thân
bơm uốn cong để tiện bố trí các bộ phận dẫn động trục bơm.
Trục của bơm hướng trục thường được nối trực tiếp với động cơ điện, khi bơm
làm việc bánh công tác quay trong môi trường chất lỏng và do có các cánh dẫn mặt
cong dạng công xôn (cong theo không gian ba chiều) nên chất lỏng được hút vào
bơm và chuyển động theo mặt hình trụ có bán kính quay không đổi nghĩa là chất
lỏng chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc có phương song song với trục bơm.
Trang -11-
Khi bánh công tác của bơm quay, qua các cánh dẫn cơ năng của động cơ
truyền cho chất lỏng, tạo nên dòng chảy liên tục qua bánh công tác. Đồng thời cũng
tạo cho dòng lưu thể một năng lượng động năng rất lớn, làm cho dòng chảy sau khi
qua bánh công tác không ổn định ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy.
Để khắc phục điều này, phía sau bánh công tác (guồng động) được đặt các
cánh hướng còn gọi là guồng khuếch tán có tác dụng biến động năng của dòng chất
lỏng lúc rời bánh công tác thành thế năng (áp lực) hình thành cột nước của bơm
hướng trục.

Hình 1.7. Nguyên lý cấu tạo bơm cánh nâng
1- guồng động; 2- guồng khuếch tán; 3- trục;
4- vỏ bơm; 5- ổ đỡ.
Cột áp trong bơm hướng trục được hình thành nhờ vào nguyên lý lực cánh
nâng. Đó là do sự chênh lệch về trị số của các thành phần vận tốc tương đối và tuyệt
đối ở các cữa ra và vào của bánh công tác. Hình vẽ thể hiện tiết diện ngang của
cánh, chiều chuyển động của lưu thể cùng các lực tác dụng lên cánh.
Trang -12-
Dòng chảy đến cánh với vận tốc
W
∞
. Do cánh đặt nghiêng một góc δ so


W
2
∞
(1.2)
Trong đó:
C
y
: hệ số tỷ lệ của lực nâng;
C
x
: hệ số tỷ lệ của lực cản;
S : diện tích bề mặt cánh, m
2
;
γ : trọng lượng riêng của lưu thể, N/m
3
;
g : gia tốc trọng trường, m/s
2
.
Hình 1.9 - thể hiện mặt cắt hình trụ quanh guồng động đi qua A-A ở hình 1.7
và khai triển ra ở hình 1.10 - thể hiện tam giác vận tốc ở cữa vào guồng động. Tam
giác vận tốc ở cữa ra thể hiện ở hình 1.9.
111
uwc  ;
222
uwc  (1.3)

Hình 1.9. Khai triển mặt cắt hình trụ Hình 1.10. Tam giác vận tốc

u
- vận tốc theo, có phương thẳng góc
với bán kính.

w
- vận tốc tương đối, có phương tiếp
tuyến với biên dạng cánh dẫn.


- góc giữa
u
và
c
- góc giữa
w
và
u
, biểu thị góc bố trí
cánh dẫn. Hình 1.11. Tam giác vận tốc kết hợp

1

- gọi là góc vào,
2

- gọi là góc ra


c
1u
= 0 ( vì ở cữa vào bánh công tác, dòng chất lỏng chưa có chuyển động quay).
g
cu
H
u2
1
.


(1.5)
hoặc :
g
cc
g
ww
H
22
2
1
2
2
2
2
2
1
1



là hệ số cột áp thực tế.
n
s
– số vòng quay đặc trưng, v/ph.
1.3.4. Hình dạng cánh
Cột áp tĩnh trong bơm hướng trục
được tạo nên nhờ vào độ mở rộng các máng
dẫn bánh công tác.

H
1∞t
=
g
ww
2
2
2
2
1

(1.8) Hình 1.12. Bánh công tác bơm hướng trục
Vì vậy các máng dẫn của bánh công tác phải có độ mở rộng đủ để tạo nên cột
áp tĩnh cần thiết cho bơm (w
1
> w
2
). Điều này gây nên các tổn thất phụ, vì lực quán

cotgβ
1
(1.11)
c
2u
= c
R
(cotgβ
1
– cotgβ
2
) (1.12)
)cot(cot
211

ggc
g
u
H
R


(1.13)
Hoặc:
)cot(cot.
30

211



dẫn càng lớn.
Nếu hai bơm làm việc có
cột áp như nhau, bơm nào có số
vòng quay làm việc ít hơn thì
cánh dẫn của bánh công tác của
bơm đó có độ cong lớn hơn. Hình 1.13. Tiết diện mặt cắt cánh dẫn
Điều kiện để phương trình (1.14) được đảm bảo khi:
R(cotgβ
1
– cotgβ
2
) = const
Do đó các cặp trị số (β
1
, β
2
) không cố định, chúng phải thay đổi theo bán kính
R, nghĩa là độ cong cánh dẫn không đồng đều ở mọi nơi, mà phía trong sát trục độ
cong cánh dẫn lớn nhất và giảm dần từ trong ra ngoài theo hướng kính. Độ cong
cánh dẫn nhỏ nhất ứng với bán kính lớn nhất. Vì độ cong thay đổi như vậy nên mặt
cánh dẫn là cong theo ba chiều không gian. Trang -16-

= 78 (1.17)
D
e
- đường kính ngoài của cánh
Z - số cánh
Trường hợp với các đường kính D ≠ D
e
thì hệ số ε là hệ số phụ thuộc vào
đường kính tại vị trí nghiên cứu:

e
i
e
ee
i
D
D
D
D
D
D



1
)1(


(1.18)


Khi bơm làm việc, lực do chất lỏng tác
dụng lên cánh là dR với thành phần theo
phương của vận tốc u là dR
u
và theo hướng
với trục quay dR
m
.




cos
)sin(
)sin(




dYdRdR
u
(1.21)



cos
)cos(
)cos(







uw
Hg
l
t
C
H
YG
(1.24)
Trong đó:
C
YG
- hệ số nâng ( hệ số ép lên cánh )
c
m
- vận tốc hướng tục của dòng chảy được tính từ lưu lượng cần có của bơm.

H

- hiệu suất hiệu dụng cột áp
g - gia tốc trọng trường, m/s
2

H - chiều cao cột áp, m
mQ
H



Hình 2.1. Bản vẽ bánh công tác của bơm
Trang -19-
2.2. Dựng cánh bơm
Để dựng được cánh bơm 3D có khích thước như trên chúng ta phải thực hiện
các bước chính sau đây:
 Tạo các đường Datum Curve từ hàm làm đường cơ sở để dựng sườn cánh
bơm.
 Tạo sườn cho cánh bơm
 Tạo các mặt bao sườn cánh
 Chuyển cánh bơm từ mặt sang khối rắn
 Tạo lỗ trục
 Cắt rãnh then
 Bo tròn các góc cạnh
Cụ thể các bước được tiến hành như sau:
2.2.1. Tạo các đường Datum Curve (xoắn ốc) từ hàm
Đầu tiên, khởi động chương trình bằng cách: Nhấp chọn Start > Programs >
Proe 2001. Khi màn hình làm việc của Proe 2001 xuất hiện, thực hiện các thao tác
nhấp chọn như sau:
Chọn New hoặc Create a new object. Hộp thoại New xuất hiện, ở khung Type
chọn Part còn trong khung Syb-type chọn Solid dùng tạo khối chi tiết.

Hình 2.2
Trang -20-
Từ Menu Manager nhấp chọn vào Set Up > Unit > mmNs > Set > Ok >
Close > Done thiết lập lại đơn vị tính cho hệ thống. Nhấp chuột vào Done của
Menu Manager hoàn thành việc thiết lập đơn vị tính. Thực hiện tiếp theo là tạo tọa
độ cho cánh bơm bằng cách nhấp chọn ba mặt phẳng trên màn hình làm việc sau đó
xác định tọa độ x,y,z
Hình 2.3


Hàm 3 và đường Curve tiếp theo.

Hình 2.7
r = 57.23
theta = t*114
z = t*7.7 + 19
r = 45
theta = t*114
z = t*14.7 + 15.8
Trang -22-
2.2.2. Tạo sườn cánh bơm
Các đường Datum Curve được tạo ra không trực tiếp dùng dựng cánh bơm,
mà tương ứng với mỗi đường Curve đó sẽ tạo ra hai đường Daum Curve là cạnh
trên và dưới của cánh bơm, tạo chiều dày cho cánh. Cách thực hiện như sau:
Nhấp chọn chuột tới vị trí Insert a datum curve trên thanh công cụ sau đó tiếp
tục chọn: On Curve > Add New > Actual Len > Add New > Pick.
Chọn vị trí các điểm trên đường Curve, sau đó nhấp vào Done Sel > Add New >
Done. Kết quả như hình

Hình 2.8
Các điểm được tạo ra trên đường Curve được dùng để dựng hai đường Curve
làm thành chiều dày của cánh bơm, bằng cách dùng lệnh Offset Point. Chỉ con trỏ ở
vị trí Insert a datum curve trên thanh công cụ sau đó chọn: