BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
ĐẶNG NGỌC TUYỀN
THIẾT KẾ KỸ THUẬT BƠM NƯỚC SỬ DỤNG
THỦY NĂNG CỦA SUỐI, DẪN ĐỘNG KIỂU
TUA BIN PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG
NGHIỆP VÙNG MIỀN NÚI TỈNH
KHÁNH HÒA
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CHẾ TẠO MÁY
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CHẾ TẠO MÁYCán bộ hướng dẫn: PGS.TS. PHẠM HÙNG THẮNG
NHA TRANG - 07/2013
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ, tên sinh viên: Đặng Ngọc Tuyền Lớp : 51CT
Chuyên Ngành : Chế Tạo Máy MSSV : 51131824
Tên đề tài: “Thiết kế kỹ thuật bơm nước sử dụng thủy năng của suối, dẫn động
kiểu tua bin phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa”.
Số trang: 100 Số chương: 3 Số tài kiệu tham khảo: 10
Hiện vật: 2
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
kiểu tua bin phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa”
Số trang: 100 Số chương: 3
Số tài kiệu tham khảo: 10 Hiện vật: 2
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Nha Trang, ngày … tháng… năm 2013.
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nha Trang, ngày … tháng năm 2013.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên) MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
LỜI CÁM ƠN 2
B. CHỌN BƠM LY TÂM. 23
C. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TĂNG TỐC 23
1. Xác định các thông số động học và động lực học trên các trục. 23
2. Chọn vật liệu chế tạo và phương pháp nhiệt luyện. 24
D. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 29
1. Thiết kế trục 1 29
2. Thiết kế trục 2 38
E. THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC 46
1. Chọn loại ổ lăn. 46
2. Tính ổ lăn trên trục 1. 46
3. Tính chọn ổ lăn trên trục 2. 48
4. Chọn cách bôi trơn cho ổ 50
F. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN NƯỚC VÀ BỆ MÁY 50
1. Xây dựng hệ thống đập ngăn dòng 51
2. Tính toán hệ thống đường ống dẫn nước vào buồng xoắn 52
3. Tính toán và thiết kế hệ thống buồng xoắn. 53
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 56
I. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC TUA BIN 56
1. Xác định dạng sản xuất. 56
2. Phân tích chi tiết gia công. 57
3. Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi 58
4. Thiết kế quy trình gia công trục tua bin. 58
5. Xác định lượng dư và kích thước trung gian 70
6. Xác định chế độ cắt. 82
II. QUY TRÌNH CHẾ TẠO BUỒNG XOẮN. 105
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 108
I. KẾT LUẬN 108
II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN. 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109
Hình 3-2: Bản vẽ đánh số 59
Hình 3-3: Sơ đồ gá đặt. 61
Hình 3-4: Mâm cặp 3 chấu tự định tâm. 62
Hình 3-5: Dao tiện ngoài thân cong 62
Hình 3-6: Mũi khoan tâm 63
Hình 3-7: Hình vẽ dao tiện mặt trụ ngoài. 66
Hình 3-8: Dao tiện ren 67
Hình 3-9: Dao phay rãnh then 69
Hình 3-10: Đá mài 70
Hình 3-11: Khung buồng xoắn ốc 106
Hình 3 -12: Buồng xoắn 107
DANH MỤC VIẾT TẮT
Ký hiệu Diễn giải
M
x
Mô men xoắn trên trục
R
a
Nhám bề mặt (µm)
N Công suất bơm (kw)
H Cột áp (m)
Q Lưu lượng
η
n Tốc độ vòng quay
1
1 LỜI NÓI ĐẦU
Từ hàng ngàn năm qua nước ta cơ bản là một nước nông nghiệp, trong đó
việc thâm canh trồng trọt là hoạt động chính. Nước ta có địa hình đa dạng nhiều
sông, suối ở những độ cao khác nhau. Bên cạnh đó khí hậu nhiệt đới gió mùa với
4 mùa khác nhau, nên lượng mưa và độ ẩm khác nhau. Do vậy việc tưới tiêu cho
trồng trọt là nhu cầu quan trọng hàng đầu để có được những vụ mùa bội thu.
Với đặc trưng của các vùng núi, vùng cao của tỉnh Khánh Hòa, có nhiều
các dòng suối tự chảy, vấn đề đặt ra dùng nước của những dòng suối đó để phục
vụ sản xuất cho đồng bào. Để góp phần giúp cho người nông dân tăng hiệu quả
canh tác và giảm thiểu chi phí sản xuất, Khoa Cơ khí trường Đại học Nha Trang
đã giao cho em thực hiện đề tài: “Thiết kế kỹ thuật bơm nước sử dụng thủy
năng của suối dẫn động kiểu tuabin phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng
miền núi tỉnh Khánh Hòa”. Đây cũng là cơ hội tốt cho sinh viên chế tạo máy
sắp tốt nghiệp tổng hợp lại tất cả kiến thức đã học ở trường Đại học và làm quen
với công việc của một kĩ sư chế tạo máy trong lĩnh vực thiết kế chế taọ máy công
tác. Đề tài gồm các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về bơm nước sử dụng thủy năng và nhu cầu
tưới nước cho sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa.
Chương 2: Thiết kế kỹ thuật bơm nước.
Chương 3: Thiết kế chế tạo các chi tiết điển hình.
Kết luận và đề xuất.
Tài liệu tham khảo.
Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã cố gắng học hỏi, tìm hiểu tài liệu
3
3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BƠM NƯỚC SỬ DỤNG
THỦY NĂNG VÀ NHU CẦU TƯỚI NƯỚC CHO SẢN
XUẤT NÔNG NGHIỆP VÙNG MIỀN NÚI TỈNH KHÁNH
HÒA.
I. TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU TƯỚI NƯỚC CHO SẢN XUẤT NÔNG
NGHIỆP VÙNG MIỀN NÚI TỈNH KHÁNH HÒA.
1. Sản xuất nông nghiệp ở vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa.
Tỉnh Khánh Hòa ở về phía khu vực duyên hải Nam Trung Bộ của Việt
Nam, phía Bắc giáp ba huyện Sông Hinh, Đông Hòa và Tây Hòa của tỉnh Phú
Yên, phía Tây giáp hai huyện M'Drăk và Krông Bông của tỉnh Đắk Lắk, phía
Nam giáp huyện Bác Ái và Thuận Bắc của tỉnh Ninh Thuận, phía Tây Nam giáp
huyện Lạc Dương của tỉnh Lâm Đồng, phía Đông giáp Biển Đông. Tỉnh lỵ của
Khánh Hòa là thành phố Nha Trang, cách Thành phố Hồ Chí Minh 447 km và
cách thủ đô Hà Nội 1.278 km đường bộ Khánh Hòa có diện tích tự nhiên là 5.197
km². Phần đất liền của tỉnh nằm kéo dài từ tọa độ địa lý 12°52’15" đến 11°42’50"
vĩ độ Bắc và từ 108°40’33" đến 109°27’55" kinh độ Đông. Là một tỉnh nằm
sát dãy núi Trường Sơn, đa số diện tích Khánh Hòa là núi non, miền đồng bằng
rất hẹp, chỉ khoảng 400 km², chiếm chưa đến 1/10 diện tích toàn tỉnh. Miền đồng
bằng lại bị chia thành từng ô, cách ngăn bởi những dãy núi ăn ra biển. Do đó để
việc tưới tiêu thì cần phải xây dựng đập chứa nước, thuận tiện cho việc bơm tưới.
3. Nhu cầu tưới nước cho sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh
Hòa.
Tỉnh Khánh Hoà có hai huyện miền núi là Khánh Sơn, Khánh Vĩnh và
một số xã miền núi của các huyện Cam Ranh, Diên Khánh, Ninh Hoà, Vạn Ninh,
có diện tích tự nhiên là 290.500 ha, chiếm 63,5% của tỉnh. Toàn tỉnh có 49 xã
thuộc khu vực miền núi, vùng cao, do điều kiện tự nhiên, những con suối được
hình thành tại các huyện miền núi này, hầu hết nước sinh hoạt của những người
dân vùng cao đều lấy tại các con suối này. Sông suối ở Khánh Hòa nhìn chung
ngắn và dốc, cả tỉnh có khoảng 40 con sông dài từ 10 km trở lên, tạo thành một
mạng lưới sông suối phân bố khá dày.
Ta thấy được rằng, mức nước cũng như tốc độ dòng chảy của suối vào
mùa mưa và mùa nắng là hoàn toàn khác nhau, về mùa mưa nước nhiều và chảy
5
5 mạnh, mùa nắng suối cạn, tốc độ dòng chảy chậm, để tăng dòng chảy của suối về
mùa nắng ta phải tiến hành ngăn dòng để trữ nước.
Một số hình ảnh về dòng suối ở xã Phước Đồng Nha Trang
Hình 1-1: Suối tại xã Phước Đồng – Nha Trang Hình 1-2: Suối tại Nam Cát Tiên – Khánh Sơn
6
6
này rất phù hợp với tình hình thực tế.
2. Giới thiệu chung về bơm va do viện Thủy lợi thiết kế và chế tạo.
a. Nguyên lý làm việc.
Bơm va (hay còn gọi là bơm nước va) là một thiết bị bơm nước lên
cao bằng cách dùng hiệu ứng nước va, trực tiếp biến năng lượng cột nước thấp
thành năng lượng cột nước cao (tối đa tới 130m). Dùng loại máy bơm này, người
sử dụng có thể đưa nước từ sông suối lên phục vụ cho các vùng đất dốc (có độ
cao 30- 80m). Bơm va có 10 bộ phận chính sau: đường ống nước vào, cụm van 1
chiều, cửa làm vệ sinh máy, bình tích áp, đường ống bơm lên, cụm van va, cần
khởi động, đế máy và thân bơm va. Hiện có 4 loại bơm va chính có ký hiệu:
HBIL 840, HBIL 630, HBIL 420 và BV 2000.
Hình 1-4: Cấu tạo bơm va
Về nguyên lý hoạt động, khi chưa khởi động, nước từ bể áp lực theo
đường ống áp lực vào bình điều áp, rồi ép không khí lại với áp lực ban đầu bằng
áp lực thuỷ tĩnh. Để khởi động, chỉ cần ấn cho van mở ra, dưới tác động của đầu
8
8 nước, nước sẽ trào ra khiến lưu lượng nước qua cửa van tăng dần. Khi tốc độ đạt
đến mức độ nhất định, nước kéo van va lên, van va đóng lại và trong hệ thống
van va sẽ xảy ra hiện tượng nước va. Lúc này, áp lực tăng lên, van được mở để
đẩy nước ra, nước theo quán tính và áp lực chảy vào bình điều áp ép không khí
lại, nước sẽ theo đường ống đẩy dâng lên và chảy ra bể xả. Cứ như vậy, sau một
thời gian, ở pha âm van đẩy đóng lại, van va mở ra, nước trào ra và tốc độ chảy
trong đường ống tăng dần. Khi tốc độ đạt đến mức nhất định, van va đóng lại,
van đẩy mở ra và quá trình được lặp lại tự động theo một chu kỳ nhất định
móc trên địa hình các tỉnh miền núi. Bơm có khả năng đưa nước lên độ cao 10-15m.
Hình 1-6: Bơm thủy luân
Cấu tạo: Bao gồm các cụm chính
- Cụm tuabin hướng trục – bánh công tác tua bin - buồng tua bin
- Cụm bơm ly tâm – bánh công tác bơm - buồng bơm
- Cụm ổ bi, ổ bạc đỡ trục
10
10 Nguyên lý làm việc: Bơm thủy luân thường làm việc ngập dưới nước.
Nước chảy qua tua bin làm quay bánh công tác tua bin đồng thời làm quay bánh
công tác bơm ly tâm (do nối liền trục) – bơm quay tạo sức ly tâm đưa nước lên cao.
b. Ưu và nhược điểm của bơm
- Ưu điểm:
Lưu lượng lớn
Dễ vận hành
Thích hợp với những dòng suối dốc và nhỏ
- Nhược điểm:
Giá thành khá cao so với các loại bơm tự chảy khác
Chế tạo phức tạp hơn so với các bơm tự chảy khác
Phải ngăn dòng chảy để tạo lực đẩy
Bảo trì khó và tốn kém
4. Giới thiệu về bơm xoắn ốc.
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Hình 1-7: Cấu tạo bơm bánh xe xoắn ốc
Máy bơm gồm các bộ phận: bánh xe bơm, cuộn ống, vòng xoắn ốc, gầu
Kinh phí thấp vì có thể chế tạo bằng những vật liệu rẻ tiền như gỗ, tre…
Tính cơ động cao.
- Nhược điểm:
Lưu lượng thấp hơn bơm va và bơm thủy luân.
To, cồng kềnh hơn các loại trên.
5. Yêu cầu cơ bản về thiết kế chế tạo bơm thủy năng phục vụ sản xuất
nông nghiệp của vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa.
Thông qua đặc điểm của các dòng suối tự chảy cũng như địa hình và yêu
cầu tưới tiêu của các huyện vùng núi tỉnh Khánh Hòa ta đưa ra được cách chọn
loại bơm sử dụng năng lượng dòng suối tự chảy tốt nhất, phù hợp nhất:
Giá thành bơm rẻ, vì người dân ở các khu vực miền núi thường có kinh tế
khó khăn.
Dễ lắp đặt, sử dụng và bảo trì, vì trình độ người dân còn hạn chế và các
thiết bị kỹ thuật ít .
Bơm phải có khả năng đưa được nước lên cao và lưu lượng ổn định.
⇒
Từ các yêu cầu trên chúng ta có thể chọn được loại bơm sử dụng năng
lượng dòng suối phù hợp nhất đó là bơm thủy năng.
13
14 Hình 2-1: Bơm thủy luân.
1- Trục bơm.
2- Cánh bơm.
3- Buồng xoắn.
4- Cánh tuốc bin.
- Ưu điểm:
Lưu lượng cao > 10m
3
/h.
Công suất lớn, thích hợp cho cấp nước sạch, tưới vườn đồi, tưới
ruộng bậc cao, diện tích tới vài chục hecta tại những nơi xa vùng điện lưới.
Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, công tác quản lý vận hành đơn giản,
tuổi thọ cao.
Thích hợp với những dòng suối dốc và nhỏ.
- Nhược điểm:
Cột áp khá thấp( h<10m)
Giá thành khá cao so với các loại bơm tự chảy khác.
Chế tạo phức tạp hơn so với các bơm tự chảy khác.
Phải ngăn dòng chảy để tạo lực đẩy.
Bảo trì khó và tốn kém.
1.2. Bơm xoắn ốc.
Hình 2-2: Bơm xoắn ốc.
15
15
4- Bánh răng bị động.
5- Bơm li tâm 3 cấp.
- Ưu điểm:
Cột áp cao.
Dễ vận hành.
Lưu lượng lớn, tương đương với bơm điện.
Thích hợp với nhiều địa hình.
Kinh phí thấp.
Hiệu suất tương đối cao vì sử dụng bộ truyền bánh răng.
- Nhược điểm:
Làm việc có tiếng ồn lớn.
Không truyền được các trục xa nhau.
1.4. Bơm theo kiểu kết cấu tuabin – bộ truyền bánh đai tăng tốc – bơm li
tâm.
4
1
2
3
5
Hình 2-4: Bơm thủy năng sử dụng bộ truyền bánh đai tăng tốc.
1- Tua bin.
2- Buồng xoắn.
Copyright: Tài liệu đại học ©