Đồ án máy thuỷ khí Lời nói đầu Ngành khí chế tạo máy chiếm vị trí quan trọng ®èi víi sù ph¸t triĨn cđa nỊn kinh tÕ qc dân Vì phải đẩy mạnh việc cải tiến kỹ thuật ngành chế tạo máy Đồ án môn học máy thuỷ khí VII đồ án có tầm quan trọng sinh viên khoa khí Đồ án giúp cho sinh viên hiểu kiến thức đà học môn thuỷ lực va máy thuỷ khí Đồ án giúp cho sinh viên đợc hiểu dần thiết kế tính toán thiét ké công cụ máy quan trọng máy bơm Đợc giúp đỡ hớng dẫn tận tình thầy giáo nguyễn đức sớng môn Máy thiết bị mỏ đến đồ án môn học em đà hoàn thành Tuy nhiên việc thiết kế đồ án không tránh khỏi sai sót em mong đợc bảo thầy bảo bạn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo nguyễn đức sớng, thày, cô giáo tổ môn Máy thiết bị mỏ bạn ®· gióp ®ì em hoµn thµnh ®Ị tµi nµy Hµ Nội, ngày tháng năm 2004 Sinh viên : Tạ Thị Thuỳ Linh Phần i : Tính toán I Tính chọn động phơng án kết cấu bánh công tác: Công suất yêu cầu trục bơm: Lu lợng định mức: Q=360 (m3/h) =0,1 (m3/s) Lu lợng tính toán: Qt = 1,5.01 =0,115 (m3/s) Công suất yêu cầu trục bơm: N= gQt H 1000 c N= 1000.9,81.0,115.46 = 69,2(kW ) 1000.0,75 Đồ án máy thuỷ khí Công suất động cơ: Nđ/c=1,1.69,2=76(kw) Chọn Nđ/c theo tiêu chuẩn: Nđ/c =75 (kW) n=1450 (v/ph) Số vòng quay đặc trng: ns = n Qt i / H 3/ y Trong ®ã: Lu lợng tính toán Qt =0,115 (m3 /s) Số cấp bánh công tác i=1 Số cửa hút bánh công tác y=2 VËy:ns=51(v/ph) n s = 3,65 1450 0,115.13 / 46 / 2 = 51(v / ph) ns=51, kiểu máy bơm miệng hút( phân đôi lu lợng) II Tính toán thông số cửa vào bánh công tác: Sơ đồ kết cấu bánh công tác qui ớc kích thớc D b2 b1 D2 Ds D1 d0 d Xác định đờng kính đầu trục bơm (đờng kính trục lắp khớp nèi) TÝnh theo c«ng thøc d r = ) Mx 0,2[τ ] / [τ ] / = B(200 − 250) = 1962 2452,5 Đồ án máy thuỷ khí Do máy bơm hai miệng hút nên: dr=(130ữ250) N 69,2 =(130÷250) =47,15÷90,1 (mm) n 1450 LÊy dr=50 (mm) Xác định đờng kính nơi lắp bánh công tác: Theo kết cấu bơm mẫu vẽ chi tiết bơm, chọn: d=75 mm Đờng kính moay BCT: d0 =d + (10ữ 25) , mm d0 =90 mm Xác định đờng kính Ds Ds = 4Qt + d 02 ∏ Cs Cs=kcs g H = 0,12 g H = 3,605 (m/s) i Ds = i 4.0,115 + (90.10 −3 ) ∏ 3,9.2 = 0,169mm Xác định đờng kính D1: Với ns < 60  D1 ≈Ds =1,05.0,169=0,174 (m) VËy: D1=174( mm.) Xác định chiều rộng mép vào b1: 0=900 C0 C0r C0= 1,1Cs=3,97 Vì bơm miệng hút nên lu lợng nớc qua b1 giảm nửa: Qt 0,115 = = 0,0265 (m) ∏ D1C r 3,14.0,174.3,97.2 20 Ta lÊy thªm: b1=0,026 =0,032 ( m) 100 t C1r = C0r =k1.C0 t1 − σ b1 = S¬ bé: k1= 1,15- 1,2 chän k1=1,2 C1r= 1,2.3,97= 4,32 (m/s) 8> Xác định góc vào cđa c¸nh β1 C C 1r 1r tgβ1,0 = u − C = u − C cos α 1u 1 C1r Víi α1=900  tgβ1.0= u Víi u1 = w D1 ∏ nD1 3,14.1450.0,160 = = = 13,203 (m/s) 30.2 30.2 Đồ án máy thuû khÝ tgβ1,0 = 3,97 = 0,31 130203 => β1.0=17o =>1=17o+4o=21o 9> Xác định chiều dày cánh dẫn S Theo (1) : Chọn vật liệu dùng để chế tạo cánh dÉn lµ thÐp nhĐ S = ë mÐp vµo BCT S = ë mÐp BCT III TÝnh toán thông số cửa BCT 1> Gãc cđa c¸nh dÉn β2 ns 40 100 β2 30- 36 25- 30 ns= 51 (vg/ph) o -Chän β2 =31 2> Tốc độ vòng mép cánh u2 Theo c«ng thøc thùc nghiƯm: u2 = ku2 2gH ku2= 3> 1 = =1 Ψ  u2= g.H = 1.2.9,81.46 = 30,04 (m/s) §êng kÝnh t¹i cưa BCT D2 D2 = 4> (m/s) 60u 60.30,04 = = 0,396 (m) ∏ n 3,14.1450 D2 = 396 mm ChiỊu réng BCT ë cưa b2 b2= Qt k ∏ D2 C r (cm) Víi C2r =(0,7 ÷ 1,0)C1r =(0,7 ÷ 1,0)4,32 =3,024 ÷4,32 (m/s) Chän C2r =3,802 (m/s) Chän s¬ bé: k2 =1,5 b2= 0,115.1,05 = 0,0127 (m) 3,14.0,396.3,802.2 b2= 0,0127( m) 5> Giá trị tốc độ tơng đối: C1r 4,32 = = 12,74 (m/s) sin β sin 21 C 4,32 = 7,3 (m/s) W2= r = sin β sin 310 W1= Đồ án máy thuỷ khí 6> Xây dựng tam giác tốc độ: _Tam giác tốc ®é ë cưa vµo BCT: C1=C1r=4,32 (m/s) α β α1 =900 1=210 w1=12,1 (m/s) _ Tam giác tốc độ cöa BCT: c w 2 c2r α2 β2 c2u 7> u2 β2=310 w2=7,4 (m/s) Sè c¸nh dÉn BCT Z= k D + D1 D2 − D1 β1 + β 2 sin 0,396 + 0,160 Z= 0,396 − 0,160 sin 21 + 30 = 8,02 Vậy: Z= cánh 8> Chiều dày đĩa BCT phần giáp với moay : m=10 mm Phía chiều dày nhỏ : m= mm IV.Kiểm tra kết tính toán 1> Kiểm nghiệm hệ số thu hẹp Đồ án máy thuỷ khí ∏ D1 3,14.174 z k1 = = = 1,147 ∏ D1 S1 3,14.174 0,4 − − sin 210 z sin Sơ bộ: k1= 1,2 Sai khác: δ = 1,2 − 1,147 100%=3,5% < 5% 1,2 ∏ D2 z 3,14.39,6 k2 = = = 1,049 ∏ D2 S2 3,14.39,6 0,4 − − sin 310 z sin Sơ bộ: k2 =1,05 Sai khác : δ= 2> 1,05 − 1,049 100% = 0,09% < 5% 1,05 Kiểm nghiệm tỷ số b2/D2 Vì bơm miệng hót, xÐt tû sè b2//D2 b2 12,7 = = 0,03207 D2 396 Theo công thức: Theo bảng sau ta có: ns 60 80 b2/D2 0,03 0,05 100 0,06 120 0,1 150 0,12 200 0,17 0,030207 − 0,03 0,000207 100% = 100% = 0,69% 0,03 0,03 D D 3>.KiÓm tra tû sè hc s D1 D2 =>δ= D2 396 = = 2,276 D1 174 Theo b¶ng: ns D2/D1 D2 =3 D1 60 80 2,55 100 2,2 120 1,8 150 1,54 Ta thấy kết tính toán nhỏ, thích hợp với bơm miệng hút 200 1,5 Đồ ¸n m¸y thủ khÝ 4> KiĨm tra tû sè w1 w2 w1 12,74 = = 1,745 w2 7,3 Theo b¶ng : w1 =1,75 w2 Sai kh¸c: δ = 1,75 − 1,745 100% = 0,5% DiƯn tÝch cđa tiÕt diƯn III (F3) F3= F4 = 3.3> DiƯn tÝch cđa tiÕt diƯn II (F2) 11 Đồ án máy thuỷ khí 57,5 = 28,87 (cm2) 4 57,5 =14,37 (cm2) F2= F4 = 3.4> DiƯn tÝch cđa tiÕt diƯn I (F1) F1= F4 = 3.5> DiƯn tÝch cđa c¸c tiết diện V, VI, VII Coi tốc độ dòng chảy cửa vào BCT biến đổi theo qui luật đờng thẳng Do xác định giá trị vận tốc ë cưa vµo nh sau: ë tiÕt diƯn F5 : Ch5 = 4,15 ( m/s) ë tiÕt diÖn F6 : Ch6 = 3,75 ( m/s) ë tiÕt diÖn F7 : Ch7 = 3,45 ( m/s) Qt 0,115 = =0,01369 m2=136,9 cm2 2.Ch 2.4,2 Q 0,115 F6 = t = =0,01533m2=153,3cm2 2.Ch 2.3,75 Q 0,115 F7 = t = =0,03333 m2=333,3 cm2 C h 3,45 F5 = 4> Xác định khoảng cách cửa vào : AE=2DS=2.16,9=33,8 (cm) 3 4 5 BO = DS= 16,9=14,08(cm) 6 OO = DS= 16,9=12,675 (cm) CO=DS=16,9 (cm) 7 6 5 EO = DS= 16,9=21,125 (cm) 4 DO = DS= 16,9=19,72(cm) 6 HO= DS= 16,9=25,35(cm) 5> Thiết kế hình dáng hình học tiết diện hình thang cửa vào Ta coi hình dáng tiết diện vào BCT có dạng hình thang cân đà biết (Fi), có đáy lớn cha biết đáy nhá b=b1= 3,2 (cm) , cã c¸c chiỊu cao hi dựa vào (H1) Sau tính dợc cac tiết diện hình thang ta thiết kế lại cho có hình dáng hình học phù hợp 5.1> tiết diện I (F1) F1= 14,37 (cm2); h1 = OB – DS/2 =14,08 – 16,9/2 =5,63 (cm) a1 = 2.F1 2.14,37 − b1 = − 3,2 = 1,90(cm) 5,63 h1 5.2> ë tiết diện II (F2) F2= 28,87(cm2); 12 Đồ án máy thuû khÝ h2 = OC – DS/2 = 16,9 – 16,9/2 =8,45 (cm) 2.F2 2.28,87 a2 = h − b1 = 8,45 − 3,2 =3,63(cm) 5.3> ë tiÕt diÖn III (F3) F3 = 43,12 (cm2); h3 = OD – DS/2 = 19,72 – 16,9/2 =11,27 (cm) 2.F3 2.43,12 2.F 2.57,5 a3 = h − b1 = 11,27 − 3,2 = 4,45 (cm) 5.4> ë tiÕt diÖn IV (F4) F4 = 57,5(cm2); h4 = OE – DS/2 = 21,125 – 16,9/2 =12,675(cm) a4 = h − b1 = 12,675 − 3,2 = 5,87 (cm) 5.5> ë tiÕt diÖn V (F5) F5= 136,9 (cm2); h5 = OH – DS/2 = 25,35 – 16,9/2 =16,9 (cm) 2.F 2.136,9 a5 = h − b1 = 16,9 − 3,2 = 13,0 (cm) II.Bé phËn dÉn híng Dùa vµo nhiệm vụ phận dẫn hớng vào vẽ chi tiết, yêu cầu kỹ thuật bơm, ta chọn phơng pháp thiết kế phận dẫn hớng bơm có kiểu xoắn ốc mở rộng dần, tiết diện máng xoắn hình thang 1> Chiều rộng máng xoắn ứng với bán kính BCT : Theo : b3 = b2 + (0,02 ÷ 0,05)D2 b3 = 1,3 + (0,02 ÷ 0,05)39,6 = 2,42 ÷ 3,68(cm) Lấy: b3= 3,6 (cm) 2> Bán kính đờng tròn sở đờng xoắn ốc : r D 39,6 D 39,6 + Theo : r3=r2 + = + = = 20,46(cm) 30 60 60 3> Tốc độ dòng chảy máng xoắn Cmx Với điều kiện tốc độ dòng chảy máng xoắn không thay đổi từ tiết diện đến tiết diện , ta chia máng xoắn thành điểm Cmx = Kmx gH Theo giản đồ H29 (1): Kmx= 0,47 Cmx = 0,47 2.9,81.46 = 14,112 (m/s) 4> DiÖn tích tiết diện máng xoắn: 4.1> Diện tích tiết diện máng xoắn: F8 = Q 0,115 = =0,00815 (m2) =81,5 (cm2) C mx 14,112 13 §å ¸n m¸y thủ khÝ 4.2> DiƯn tÝch c¸c tiÕt diƯn lại từ điểm đến : Chia máng xoắn làm phần, phần có góc i =450 Fi = ϕi F8 (cm2) 360 φi+1 = φi + 450 4.2.1> DiƯn tÝch tiÕt diƯn ë ®iĨm : F1 = 45 81,5 = 10,187 (cm2) 360 4.2.2> DiƯn tÝch tiÕt diƯn ë ®iĨm : F2 = 90 81,5 = 20,375 (cm2) 360 4.2.3> DiÖn tÝch tiÕt diƯn ë ®iĨm : F3 = 135 81,5 = 30,562(cm2) 360 4.2.4> DiƯn tÝch tiÕt diƯn ë ®iĨm : F4 = 180 81,5 = 40,75 (cm2) 360 4.2.5> DiƯn tÝch tiÕt diƯn ë ®iĨm : F5 = 225 81,5 = 50,94 (cm2) 360 4.2.6> DiÖn tÝch tiÕt diƯn ë ®iĨm : F6 = 270 81,5 = 61,125 (cm2) 360 4.2.7> DiƯn tÝch tiÕt diƯn ë ®iĨm : F7 = 315 81,5 = 71,312 (cm2) 360 5> Chiều cao hình thang có tiết diện máng xoắn: hi = − b3 + b32 + 4.tg (ξ i / 2).Fi 2.tg (ξ i / 2) Trong ®ã : Gãc më tiÕt diÖn ξi = 10 ξi+1 = ξi +50 (i = ữ 8) 5.1> Chiều cao hình thang tiết diện máng xoắn vị trí 1: h1 = − 3,6 + 3,6 + 40.tg 10,187 =2,6571 (cm) 2.tg 5.2> ChiỊu cao h×nh thang tiết diện máng xoắn vị trí 2: h2 = − 3,6 + 3,6 + 4.tg07,5 20,375 = 4,817 (cm) 2.tg 7,5 14 Đồ án máy thuỷ khí 5.3> Chiều cao hình thang tiết diện máng xoắn vÞ trÝ 3: h3 = − 3,6 + 3,6 + 4.tg10 30,562 = 6,452 (cm) 2.tg10 5.4> Chiều cao hình thang tiết diện máng xoắn vị trÝ 4: 12 h4 = − 3,6 + 3,6 + 4.tg0 ,5 40,75 = 7,683 (cm) 2.tg12,5 5.5> Chiều cao hình thang tiết diện máng xoắn vị trÝ 5: h5 = − 3,6 + 3,6 + 4.0tg15 50,94 = 8,62(cm) 2.tg15 5.6> ChiỊu cao h×nh thang tiết diện máng xoắn vị trí 6: h6 = − 3,6 + 3,6 + 4.tg17,5 61,125 = 9,34 (cm) 2.tg17,5 5.7> ChiỊu cao h×nh thang tiết diện máng xoắn vị trí 7: h7 = − 3,6 + 3,6 + 4.tg 20 71,312 = 9,899 (cm) 2.tg 20 5.8> ChiỊu cao h×nh thang tiết diện máng xoắn vị trí 8: h8 = − 3,6 + 3,6 + 4.tg 22,5 81,5 = 10,33 (cm) 2.tg 22,5 6> KiĨm nghiƯm chiỊu cao h8 theo c«ng thøc kinh nghiƯm: D2 D3 − k8KN =KP Víi : D3=KH.D2 Tra theo giản đồ H29 (1) : KP= 1,5 => k8KN =(KP- KH).D2/2 =(1,5 – 1,0).39,8/2= 9,9 Sai sè kiĨm nghiƯm : εKN = 10,33 − 9,9 100 % = 4,1% 10,33 Sai số nhỏ => giá trị h8 đạt yêu cầu Phần iv phận lót kín I Lót kín bánh xe công tác 15 KH=1,0 Đồ án máy thuỷ khí 1> ¸p st khe hĐp hY Theo (1):hY=0,6.46=27,6 (m) 2> Xác định thông số rY1 2 U  r2    ry1     1 −    Theo (1) : hΥ=HTA -   g  ry1    r2       U r2 => ry1= g ( H TA − h y ) + U Trong ®ã HTALT= H1 = η lt H1 η − (0,01 − 0,02) = 46 0,75 − (0,01 − 0,02) HTA=54 (m) U2 = 30,04 (m/s) r2 = 19,8.10-2 (m) => ry1= 30,04.19,8.10 −2 8.9,81(54 − 27,6) + 30,04 = 0,109 (m) = 10,9 (cm) 3> ChiỊu réng khe hĐp δ1: δ1= 0,2 (mm) 4> §êng kÝnh DY1 DY1=2 ry1=2.10,9 = 21,8 (cm) 5> ChiÒu dµi khe hĐp l1 Víi DY1= 21,8= (cm)= 218(mm) > 100 (mm) LÊy l1 =0,12 ÷0,15 DY => l1 = (0,12 ÷ 0,15).DY1 = (0,12 ÷ 0,15).21,8 =2,616 ÷ 3,27 (cm) LÊy: l1= 2,8 (cm) Khi ®ã, hƯ sè lu lỵng khe hĐp : μ= 0,55 6> DiƯn tÝch tiÕt diƯn khe hĐp fY fY = 2П.ry1δ1= 2.3,14.10,9.0,02 = 1,36 ( cm2) fY = 1,36.10-4 (m2) 7> Lỵng chÊt láng rß qua khe hë lãt kÝn phÝa tríc BCT: q1 =μ fY gh y = 0,55.1,36.10-4 2.9,81.27,6 =0,0017 (m3/s) Với bơm miệng hút mà ta xét lu lợng tăng gấp đôi, = q1/ = 2q1 = 0,0034 (m3/s) 8> KiĨm tra hiƯu st lu lỵng η ll = Q 0,115 100%= 100%=97,13 % Q + 2.q1 0,115 + 0,0034 16 Đồ án máy thuỷ khí II Lót kín trục bơm Để chống rò nớc từ bơm chống khí lọt vào buồng hút, buồng đẩy, ta dùng vòng phớt ( đợc làm từ sợi amiăng, bố trí phía cửa hút ) để lót kín trục 1> Chiều dày vòng phớt b : b = 0,25.d = 0,25.7,5 = 1,875 (cm) =18,75 (mm) Theo tiªu chn: b= 20 (mm) 2> ChiỊu dài phần lót kín : L = (i + 0,5).b = d = 75(mm) 3> Sè vßng lãt kÝn i Theo (1) : L = (i + 0,5).b L b => i= - 0,5 = 75 - 0,5 =3,25 20 Lấy: i= vòng Chiều dài phần lót kín: L= (3 + 0,5).20 = 70 (mm) Phần v- lực tác dụng máy bơm tính toán trục bơm I Tính toán lực tác dụng Do bơm miệng hút, dòng chất lỏng tác dụng đối xứng với qua BCT nên bơm làm việc thành phần lực hớng trục không xuất (Fz=0) Bơm chịu thành phần lực ®ã lµ lùc híng kÝnh (FR) Lùc nµy xt có thay đổi lu lợng máy bơm cấu tạo máng xoắn Lực đợc xác định: FR= KR  Q Qdm  .γ H D2 b2/   Theo giản đồ H37 (1), ta xác định đợc hƯ sè: KR= 0,25 Q= 0,1 (m3/s) Q®m=0,115 (m3/s) γ= 1000.9,81= 9810 (kg/m3) H= 46 (m) 17 Đồ án máy thuû khÝ D2= 39,6.10-2 (m) b2/ = b2 + 2m =1,277 + 2.0,8 =2,877.10-2 (m)  => FR= 0,25.1 −  0,1  .9810.46.39,6.10 −2.2,877.10 −2 0,115  = 167,6 ( KG) Gãc cđa lùc lËp víi trơc X mét góc 1000 II Tính toán trục bơm * Trục bơm đợc làm từ Thép 45, có chiều dài tối đa , tạo thành bậc trục (dựa vào vẽ máy) Đờng kính nơi lắp BCT d=75 mm Đờng kính nơi lắp ổ lăn 55 mm Đờng kinh nơi lắp khớp nối trục dr=50mm * Cố định trục bơm ổ lăn cầu đỡ chặn bít nắp ổ * bề mặt trục lắp ổ lăn BCT nh nơi lắp khớp nối phải làm nhẵn tới độ bóng để tạo điều kiện lắp ghép dễ dàng Phần VI Dựng vẽ lắp bơm kiểm tra sơ hiệu suất I Dựng vẽ lắp bơm Dựa vào vẽ máy bơm mẫu II Tính sơ hiệu st cđa b¬m 1> HiƯu st thủ lùc η tl = − 0,42 ( lg Dtd − 0,172) Dtđ1= Ds2 d 02 đờng kính tơng đơng cửa vào Dtđ1= 16,9 =13,95 (cm) η tl = − 0,42 ( lg13,23 − 0,172) ηtl = 0,955 = 95,5% 2> HiÖu suÊt lu lỵng η ll = Q 0,1 = =0,969 =96,9% Qdm + 2q1 0,115 + 2.0,0017 3> HiƯu st c¬ khÝ 820 = 1+ η ck ns 18 §å ¸n m¸y thủ khÝ => ns2 512 η ck = = =0,858 = 85,8% ns + 820 51 + 820 (1) Híng dÉn thiÕt kÕ M¸y Thủ Khí - Nguyễn Đức Sớng nhóm tác giả(2) Bài giảng Máy Thuỷ Khí - TS Nguyễn Đức Sớng- TS Vũ Nam Ngạn(3) Thiết kế Chi Tiết Máy - Phạm TuÊn- 19 ... tû sè hc s D1 D2 =>δ= D2 396 = = 2, 276 D1 174 Theo b¶ng: ns D2/D1 D2 =3 D1 60 80 2, 55 100 2, 2 120 1,8 150 1,54 Ta thấy kết tính toán nhỏ, thích hợp với bơm miệng hút 20 0 1,5 Đồ án máy thuỷ khí... 1.19351197 0.0 124 85 1.1681061 0.085 722 0.40 529 978 0.0 123 365 0 .24 0.005 4.1646 11.583 0.09 42 0.4 126 227 2 1.147 627 36 0.0 121 176 0 .26 2 0.005 4.1 128 11.014 0 .28 5 0.005 4.061 10.445 0.307 0.005 4.00 92 9.876... 16,9 /2 =5,63 (cm) a1 = 2. F1 2. 14,37 − b1 = − 3 ,2 = 1,90(cm) 5,63 h1 5 .2> ë tiÕt diƯn II (F2) F2= 28 ,87(cm2); 12 §å ¸n m¸y thuû khÝ h2 = OC – DS /2 = 16,9 – 16,9 /2 =8,45 (cm) 2. F2 2. 28,87 a2 = h