Tính toán thiết kế các cụm thiết bị

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CỤM THIẾT BỊ CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM BƠM HÚT BÙN - Cụm bơm bao gồm một động cơ điện là nguồn phát động truyền chuyển động cho một bơm ly tâm, ống hút, miệng hút, ống xả… - Nhiệm vụ của cụm bơm là hút hỗn hợp bùn sau khi được lưỡi phay tạo thành đem đổ đến nơi xả. Có thể nói cụm bơm là cum quan trọng nhất, là “con tim” của tàu hút bùn. Bơm ở đây là dạng bơm ly tâm nhận chuyển động từ động cơ điện. Toàn bộ cụm bơm được đặt trong lòng phao bằng hay thấp hơn mực nước một tí để tránh mồi bơm khi vận hành. - Việc tính toán tiến hành như sau: 1.1. TÍNH SƠ BỘ CỘT ÁP BƠM: Cột áp bơm có thể tính gần đúng theo công thức: (1.1) Trong đó: +: tổn thất riêng của dòng hỗn hợp chuyển động trong đường ống: (1.2) Với: : hệ số tính đến mức độ khoấy trộn hỗn hợp, theo thực nghiệm ta chọn . : tổn thất riêng của dòng nước sạch chuyển động với vận tốc bằng vận tốc của dòng hỗn hợp: (1.3) Với: : hệ số cản thuỷ lực, ta chọn . : đường kính ống vận chuyển (chủ yếu là đẩy), ta chọn . : gia tốc trọng trường. : vận tốc dòng hỗn hợp trong đường ống (m/s). Thế các số liệu vào (1.3) ta có: (1.4) Với: : trọng lượng riêng của hỗn hợp nước bùn với tỉ lệ 25%: : trọng lượng riêng của đất, chọn : trọng lượng riêng của nước, chọn Thế vào tính được: Thế số liệu vào (1.4) ta có: Thế các số liệu tìm được vào (1.2) tính được: Với cự ly đẩy lớn nhất , ta có: +: chiều cao từ mặt nước đến mặt xả bùn, chọn +: tổn thất áp lực bởi sức cản cục bộ trong đường ống vận chuyển, thường lấy theo kinh nghiệm: (1.5) Ta chọn: Thế các số liệu ở trên vào (1.1) ta tính được cột áp bơm: (m) 1.2. TÍNH LƯU LƯỢNG BƠM: Ta có: (Q = 60m3 hỗn hợp bùn/ giờ tỉ lệ 25%). Vận tốc dòng hỗn hợp trong đường ống : (1.6) Trong đó: 1.3. TÍNH CỘT ÁP BƠM: Từ số liệu lưu lượng bơm Q, cột áp H ta chọn tốc độ bơm . Ta tiến hành tính toán các thông số cơ bản của bơm: Hình 1.1 1.3.1. Vận tốc riêng: (1.7) 1.3.2. Tổn thất của bơm: a. Tổn thất thủy lực: (1.8) b. Tổn thất lưu lượng: (1.9) Trong đó: c. Tổn thất cơ khí: Chọn: d. Tổn thất toàn bộ: 1.3.3. Công suất động cơ bơm: (kW) (1.10) Trong đó: : hệ số dự trữ công suất, : trọng lượng riêng hỗn hợp, 1.3.4. Momen xoắn trên trục: (1.11) 1.3.5. Đường kính trục bơm: (mm) (1.12) Trong đó: : ứng suất tiếp cho phép của vật liệu trục, chọn vật liệu là thép 35 nên . 1.3.6. Đường kính ngoài mayơ bánh công tác: (1.13) 1.3.7. Đường kính trong bánh công tác: (mm) (1.14) : đường kính ống hút. 1.3.8. Đường kính ngoài bánh công tác: (1.15) Chọn 1.3.9. Vận tốc vòng ở cửa vào: (m/s) (1.16) 1.3.10. Vận tốc vòng ở cửa ra: (m/s) (1.17) 1.3.11. Bề rộng cánh: Ta chọn: nhằm dễ chế tạo. 1.3.12. Vận tốc tuyệt đối của lưu chất ở cửa vào: (1.18) : thành phần pháp tuyến của vận tốc tuyệt đối 1.3.13. Góc vào của guồng động: (1.19) 1.3.14. Thành phần vận tốc pháp tuyến ở cửa ra của lưu chất: (m/s) (1.20) 1.3.15. Thành phần vận tốc tiếp tuyến ở cửa ra của lưu chất: (m/s) (1.21) : gia tốc trọng trường, . 1.3.16. Góc ra của guồng động: (1.22) 1.4. THIẾT KẾ BUỒNG XOẮN CỦA BƠM: Hình 1.2 - Theo lý thuyết thiết kế bơm, kích thước buồng xoắn được xác định chính xác theo công thức sau: (1.23) Trong đó: : khoảng cách từ tâm trục bơm O đến một điểm của buồng xoắn có góc tương ứng là (hình 1.2). Hình 1.3 Với: : bề rộng cánh. : bề dày tấm sau của buồng xoắn bánh công tác. : bề dày tấm trước của buồng xoắn bánh công tác. : khe hở giữa tấm sau và mặt trong buồng xoắn. : khe hở giữa tấm trước và mặt trong buồng xoắn. : vận tốc tiếp tuyến của lưu chất ở cửa ra. : lưu lượng bơm. Thế các số liệu vào (1.7) ta có: Cho lần lượt các giá trị ta tính được tại các vị trí đó và lập bảng như sau: (độ) 0 90 180 270 360 (mm) 100 108,14 116,9 126,46 136,75 (mm) (làm tròn) 100 110 120 130 140 Nhìn vào bảng 3 ta nhận thấy lượng mở của buồng xoắn . Để đơn giản việc chế tạo buồng xoắn, ta xây dựng biên dạng của nó một cách gần đúng như sau: thay thế đường cong của biên dạng buồng xoắn bằng 4 cung tròn có bán kính các nhau ghép lại (hình 1.2). Từ tâm O của trục bơm vẽ một hình vuông ABCD có các cạnh bằng lượng mở . Lấy B làm tâm quay cung 1-2 có bán kính . Lấy C làm tâm quay cung 2-3 có bán kính . Lấy C làm tâm quay cung 3-4 có bán kính . Lấy C làm tâm quay cung 3-4 có bán kính . 1.5. THIẾT KẾ DẠNG CÁNH CỦA BÁNH CÔNG TÁC (GUỒNG ĐỘNG): - Với góc ra , dạng cánh của bánh công tác là dạng cong lui. Với các số liệu đã biết , đường kính ngoài , đường kính trong , ta tiến hành dựng biên dạng cánh như sau: (hình 1.4) Hình 1.4 - Lấy O làm tâm (O chính là tâm trục bơm) vẽ 2 vòng tròn đường kính . Từ một điểm A bất kỳ trên đường tròn , kẽ thường thẳng Ax tạo với AO một góc . Từ O kẽ Oy tạo với AO một góc , đường Oy cắt đường tròn tại B. Nối A và B cắt đường tròn tại C. Kẽ đường trung trực DE của đoạn AC cắt Ax tại E. Lấy E làm tâm quay một cung tròn AC đi qua hai điểm A và C. Cung tròn này chính là biên dạng của một cánh cong. 1.6. CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHO BƠM: Từ tính toán bơm, ta có số liệu yêu cầu về động cơ điện: - Công suất: - Tốc độ: Tra bảng 2p[02] ta chọn động cơ điện không đồng bộ ba pha có roto đoản mạch ký hiệu: A02-51-4 với các thông số kỹ thuật sau: - Công suất: - Tốc độ: - ; ; : momen mở máy : momen định mức : momen cực đại : momen cực tiểu - Khối lượng: - Đường kính trục động cơ: 1.7. CHỌN KHỚP NỐI: Từ các số liệu yêu cầu: - Momen xoắn: - Đường kính trục động cơ: - Đường kính trục khớp nối: Tra bảng (9-11)[02] ta chọn loại khớp nối trục vòng đàn hồi nhằm mục đích giảm va đập khi mở máy do thời gian động cơ tăng tốc từ rất mau chỉ khoảng vài giây. Các kích thước cơ bản của khớp nối: - Momen xoắn chịu được: - Đường kính lỗ trong: ; - Đường kính ngoài: - Số chốt: - Đường kính chốt: - Tốc độ giới hạn: . 1.8. KIỂM TRA THEN VÀ PHẦN LẮP BÁNH CÔNG TÁC: 1.8.1. Định kết cấu và kích thước trục: Hình 1.5 1.8.2. Lựa chọn then và kiểm tra then: a. Với đường kính trục nơi lắp then là , tra bảng ()[02], ta chọn then bằng với kích thước như sau: + l = 50mm + b = 10mm + h = 8mm b. Kiểm tra sức bền dập của then theo công thức: (1.24) Trong đó: : chiều sâu rãnh then Thế các số liệu vào tính được: (tra bảng (7-2)[02]) c. Kiểm tra sức bền của trục tại tiết diện có ren để lắp bánh công tác: - Theo phần “ma sát trên khớp ren vít” trang 105[03], với momen xoắn thì lực dọc trục Q sinh ra trên trục tính theo công thức sau: (1.25) Trong đó: : momen xoắn : đường kính trung bình của phần ren : góc nghiêng phần xoắn vít: (1.26) : bước ren : được tính như sau: : hệ số ma sát trượt giữa hai mặt vít (đai ốc và bulông) với ren hệ mét Thế vào ta có Thế tất cả các số liệu vào công thức (1.25) ta được: Với lực Q trên ta tiến hành kiểm tra trục tại tiết diện có gia công ren theo công thức: (1.27) Với: hệ số 1,3 là hệ số kể ảnh hưởng chịu xoắn của trục vì trục ở tình trạng chịu kéo và chịu xoắn. (ứng suất cho phép của vật liệu thép 35) Tại các tiết diện khác của trục ta khỏi cần tính toán kiểm tra lại do chúng đã quá bền (kích thước yêu cầu của trục bơm theo tính toán ở bảng 2 là còn ở trục kích thước nhỏ nhất đã là nên bảo đảm bền).