Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Mục Lục

1
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Đề Tài :
Thiết kế bơm hướng trục
Các thông số cơ bản:
Thông số

Giá trị

Đơn vị

Q

10000

m3/h

N

200

kW

n

285

v/ph

2
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Lời Nói Đầu
Bơm ngày nay không còn xa lạ với người dân, chúng ta đã quá quen thuộc với
hình ảnh chiếc máy bơm hàng ngày từ máy bơm dùng bơm nước trong các hộ gia
đình, máy bơm phục vụ công tác thủy lợi trong ngành nông nghiệp, cho đến những
máy bơm trong hệ thống cấp thoát nước cho thành phố, ngoài ra không thể không
kể tới những máy bơm trong hệ thống thủy lực …..

Với những yêu cầu khác nhau nên việc nhu cầu chế tạo những bơm phù hợp với
yêu cầu của thực tế như bơm hướng trục, bơm ly tâm, bơm piston, bơm hỗn lưu..
với những loại bơm khác nhau còn chia ra các loại theo các tiêu chí cột áp, lưu
lượng,… Vì vậy những loại bơm khác nhau cũng có cách chế tạo khác nhau cũng
như yêu cầu kĩ thuật khác nhau . Từ bỏ đặt ra là chúng ta phải đầu tư, nâng cấp, sửa
chữa và thay thế các bơm. Quan trọng nhất là phải tự chế tạo được các loại bơm
nhằm giảm chi phí và áp dụng rộng rãi hơn
Việt Nam là một nước nông nghiệp, cùng với hệ thống sông ngòi và các hệ thống
cấp thoát nước trong thành phố. Nhu cầu sử dụng Bơm Hướng Trục ngày càng
tăng. Với ưu điểm là bơm có lưu lượng lớn, cột áp không quá thấp nên. Việc chế tạo
cũng như sửa chữa, nâng cấp ngày càng cao.
Với tình hình này trong đồ án môn học này em được giao đề tài “ Tính toán, thiết kế
bơm hướng trục lớn Q = 10000 m3/h ”
Mặc dù được sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS Bùi Quốc Thái và các thầy các cô
trong bộ môn nhưng do còn thiếu kinh nghiệm thực tế trong quá trình thực hiện chắc
chắn em còn những sai xót rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để em có
thể hoàn thiện đồ án của mình.

Hà Nội, ngày 10 tháng 1 năm 2014

Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên
Trần Ngọc Dược

3
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :



Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Chương I : Tổng Quan Thiết Kế Bơm Hướng Trục
1. Bơm Hướng Trục lưu lượng lớn
Bơm hướng trục là loại bơm được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp, cũng
như trong các hệ thống cấp thoát nước trong thành phố , chủ yếu yêu cầu bơm cần
cột áp thấp và lưu lượng lớn
2. Các phương pháp tính toán Bơm Hướng Trục
Để tính toán bánh công tác và hướng dòng bơm hướng trục hướng trục người ta
có thể sử dụng một trong các phương pháp sau
Phương pháp tương tự hình học
Phương pháp một tọa độ
Phương pháp lực nâng
Phương pháp XTTZ
Phương pháp phương trình tích phân của Vozonhexenski – Pekin
Phương pháp phân bố xoáy của Lexonkhin- Ximonov
Phương pháp các điểm kỳ dị của Lêxonkhin
Phương pháp tương tự hình học .
Ưu điểm : đơn giản nhất, dựa vào bơm mẫu hoặc các bơm mô hình có n s
tương tự. Theo phương pháp này chỉ cần nhân các kích thước của bơm mẫu
với 1 hệ số xác định dựa vào các thong số làm việc của bơm thực và bơm
mẫu.
- Nhược điểm : để tính toán thiết kế theo phương pháp này thì cần phải có bản
thiết kế chuẩn của bơm mẫu hoặc mô hình kết hợp với các đường đặc tính
năng lượng để xác định hệ số chuyển đổi nếu không có bản thiết kế chuẩn thì
bản thiết kế mới sẽ không đạt được các thông số làm việc của bơm.
2.2 Phương pháp một tọa độ.

- Ưu điểm : Là phương pháp thiết kế đơn giản có hiệu quả. Prôfill cánh đảm
bảo góc vào góc ra của cánh phù hợp với với đặc tính dòng chảy nên được sử
dụng khá rộng rãi.
- Nhược điểm : Đòi hỏi người thiết kế phải có kinh nghiệm trong việc lựa chọn
các thông số hình học ban đầu của lưới cánh. Không những vậy việc thiết kế
lưới cánh chỉ có thể thực hiện bằng phương pháp thủ công khó lập trình.
2.3 Phương pháp lực nâng.
- Ưu điểm : Là phương pháp sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Bánh
công tác được tính toán cho một số tiết diện từ bầu cánh đến vỏ bơm. Phương
2.1
-

4
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

pháp này có đặc điểm là khối lượng tính toán đơn giản, sử dụng các profill tin
cậy có hiệu suất cao.
- Nhược điểm : Trên thực tế mỗi tiết diện là một profill, các profill khác nhau
sẽ có hệ số lực nâng khác nhau, nếu chọn các profill khí động thỏa mãn hệ số
lực nâng, lực cản tối ưu thì các tiết diện có profill khác nhau. Khi xâu cánh
khó đạt được đảm bảo sự xuôn đều của cánh, chính vì vậy trong quá trình
thiết kế phải vẽ và điều chỉnh các thông số này nhiều lần gây khó khăn cho

việc lập trình.
2.4 Phương pháp XTTZ
Là phương pháp dựa trên giả thiết là độ cong của đường nhân profill có
ảnh hưởng quyết định tới lưu số vận tốc hay cột áp do cánh tạo nên, do vậy
cũng ảnh hưởng quyết định đến lưu số vận tốc hay cột áp cũng như lực nâng
tác dụng lên profill cánh. Dựa vào quan hệ của hệ số lực nâng Cy với lưu số
vận tốc bao quanh profill và quan hệ đặc trưng của hệ số lực nâng Cy với góc
đặc trưng cho độ cong của profill β0 ta xác định được góc β0 theo các thông
số hình học và động học của cánh. Trong trường hợp này profill là một cung
tròn. Đây là một phương pháp khá khó, nó được sử dụng rộng rãi trong các
nhà máy chế tạo cánh ở Liên xô.
2.5 Phương pháp phương trình tích phân của Vôzơnhexenkin – Pêkin
Là phương pháp được sử dụng phổ biến ở lien xô cũ để thiết kế bơm
hướng trục phương pháp V – P coi đường nhân là một cung tròn, khi đó có
thể giải được phương trình tích phân của hàm dòng của đường dòng tạo ra
hàm song phẳng không nhiễu và dòng xoáy tạo bởi các lien hợp phân tố trên
đường nhân của các profill trong lưới theo phương pháp này, tác động của
profill lên dòng chất lỏng được thay thế bởi xoáy phân bố dọc đường nhân
theo 1 quy luật xác định. Dòng chảy tổng hợp được xác định bằng tổng dòng
song phẳng và dòng xoáy tạo bởi các xoáy dọc theo đường nhân profill, do
đó profill có chiều dày mỏng vô cùng. Để xác định chiều dày profill ta đắp độ
dày trên đường nhân theo một quy luật xác định bằng cách chọn các profill
thực nghiệm có đặc tính khí động tốt rồi lấy quy luật phân bố độ dày của nó
để làm mẫu chuẩn cho profill thiết kế mới.

5
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :



Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

2.6 Phương pháp phân bố xoáy của Lêxôkhin – Ximônôv
Phương pháp L – S coi đường nhân profill là một cung cong bất kì xác
định bởi dòng song phẳng không nhiễu và các xoáy phân bố trên đường nhân
của tất cả các profill, trường hợp này không thể giải phương trình tích phân
bằng phương pháp giải tích mà phải giải bằng phương pháp số gần đúng. Như
vậy việc giải phương trình tích phân khá phức tạp nhưng phương pháp này
cho kết quả phù hợp với bản chất dòng chảy. Theo phương pháp này tác động
của profill lên dòng chảy được thay thể bởi các xoáy dọc theo đường nhân
profill. Bằng cách xác định dòng tổng hợp ta xác định được đường nhân
profill, đó cũng là profill có chiều dày mỏng vô cùng.Ta dắpđộ dày bằng cách
chọn các profill thực nghiệm có đặc tính khí động tốt rồi lấy quy luật phân bố
độ dày của nó để làm mẫu chuẩn cho profill thiết kế mới.
2.7 Phương pháp các điểm kì dị Lêxôkhin.
Là phương pháp tính toán cánh có độ dày hữu hạn tương tự phương nháp
L – S. Theo phương pháp này, tác động của các profill được thay thế bởi các xoáy,
nguồn và tụ phân bố tại các điểm trên đường nhân profill. Đường cong khép kín của
dòng tổng hợp bởi dòng song phẳng và các dòng xoáy, nguồn và tụ sẽ là chu tuyến
profill.Phương pháp này khá phức tạp, khối lượng tính toán lớn.
Hai phương pháp xoáy trên cung mỏng L – S và phương pháp các điểm kì dị của
Lexokhin được sử dụng chủ yếu để tính toán tua bin hướng trục, vì tua bin có công
suất lớn đòi hỏi có độ chính xác để đạt hiệu suất cao.
Phương pháp phương trình tích phân của Vôzơnhexenski – Pekin là một phương
pháp được dùng phổ biến trên thế giới và ở Nga, đáng tin cậy và có kết quả tốt.
phương pháp này hiện đang được dùng phổ biến nhất trong nghành chế tạo bơm, vì

dạng tính toán cuối cùng của nó đơn giản, các bơm tính toán theo phương pháp này
đều có chất lượng cao. Vì vậy phương pháp này sẽ được chọn để thiết kế bơm
hướng trục cho đồ án Máy thuỷ lực cánh dẫn này.
3. Phương pháp thiết kế cánh của Voznhexenski-Pekin
2.1. Cơ sở lý thuyết
Nguyên tắc tính toán hệ thống cánh máy thuỷ lực loại hướng trục nhờ giải
phương trình tích phân chảy bao lưới các cung mỏng, đã được giáo sư trường đại
6
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

học bách khoa Leningrat (nay là Xanhpetecpua) có tên là I.N. Voznhexenxki lập nên
vào năm 1930 – 1935, sau đó dưới sự lãnh đạo của ông V.F. Pekin, A.F. Lexokhin
và I.A.Ximonov đã tiếp tục nghiên cứu. Hiện nay, phương pháp Voznhexenxki –
Pekin được N.A. Koloconxov chỉnh lí lại là phương pháp được dùng phổ biến nhất
trong nghành chế tạo bơm, vì dạng tính toán cuối cùng của nó đơn giản, các bơm
tính toán theo phương pháp này đều có chất lượng cao.
Sự phức tạp trong việc nghiên cứu dòng chảy qua lưới profin là do ảnh hưởng
tương hỗ của tất cả các profin. Khi làm việc, xung quanh mỗi một lá cánh của lưới,
có một lượng xoáy vận tốc. Sự tác dụng tương hỗ giữa lưới Profin với dòng song
phẳng ở vô cực, trong lần tính gần đúng lần thứ nhất có thể thay bằng sự tác dụng
tương hỗ của các điểm xoáy được phân bố trên đường nhân của profin. Nói chung,
lượng xoáy vận tốc xung quang một profin cho trước nào đó trong lưới, luôn luôn

khác với lượng xoáy xung quanh một profin đơn độc.
Trong phương pháp tính toán này, khi tính ảnh hưởng tương hỗ của profin lưới,
ta bỏ qua ảnh hưởng do chiều dày của các profin gây ra.
Để xây dựng cánh bánh công tác và cánh dẫn hướng phải tính toán xây dựng các
prôfin cánh ở các tiết diện khác nhau của lá cánh. Các tiết diện này được tạo bởi các
mặt trụ đồng tâm cắt các lá cánh. Trải các tiết diện này ra trên mặt phẳng và kéo dài
về hai phía ta sẽ có lưới thẳng vô hạn của các prôfin.
Trong phương pháp của Voznhexenski - Pekin đường nhân của các prôfin là các
cung tròn một bán kính, coi như các prôfin có chiều dày mỏng vô cùng. Tác dụng
của các đường nhân này lên dòng chất lỏng chảy bao được thay bằng các xoáy với
mật độ g(s) phân bố trên đường nhân xem hình 1.
Lưu số vận tốc trên phân tố đường nhân ds xác định bằng:
(1)
Lưu số vận tốc theo đường nhân prôfin:
(2)
Trong chảy bao prôfin có chiều dày mỏng vô cùng, đường nhân prôfin có thể xem
như đường dòng tổng hợp của dòng song phẳng không nhiễu và dòng cảm ứng tạo
bởi các xoáy phân bố trên đường nhân tất cả các profin. Vì vậy, hàm dòng ở tại một
7
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

điểm bất kỳ nào đó của cung đơn độc (hình 1) nằm cách đầu mút của nó một khoảng

cách là t được xác định bằng biểu thức:

Trong đó hàm dòng của các điểm xoáy của cung:

γ ( s )ds
2π ln γ ( s, t )
0
1

ψ 1 (t ) = ∫
Với γ(s)ds = dΓ(s) = dΓ
γ (s) = dΓ /ds : Mật độ phân bố xoáy.
t : Toạ độ điểm khảo sát

r(s,t) : Khoảng cách từ điểm khảo sát của prôfin tới điểm A, tại đó có lượng xoáy
dG.
dΓ : Lượng xoáy vận tốc.
Khi đó

Việc thực hiện định đề Traplưghin ở mép ra sẽ được đảm bảo bằng cách chọn:
γ(L)= 0
Khi chuyển sang chảy bao cung của lưới, trong phương trình tích phân (3) cần phải
đưa vào những thay đổi sau:
Hàm dòng của dòng chảy không bị nhiễu loạn y0 cần được xác định theo vận tốc
tương đối trung bình hình học trong lưới w∞.

8
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165


SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Hình 1. Sơ đồ lưới prôfin mỏng vô cùng và phân bố xoáy trên đường nhân

Bên trong dấu tích phân cần thay hàm dòng của dòng cảm ứng tạo bởi các xoáy
phân bố trên cung cho trước và được xác định theo công thức.

Bằng hàm dòng phức tạp hơn của dòng cảm ứng tạo bởi các xoáy liên hợp nằm trên
tất cả các cung của lưới (hình 1).

Trong đó:
rk : Khoảng cách giữa điểm z của dòng chảy mà tại đó xác định hàm số dòng và
điểm s trên cung thứ k của lưới.
Tổng vô cùng của các lôgarit có thể thay bằng tích vô cùng trong dấu lôgarit mà tích
đó lại có thể biểu thị bằng hàm lượng giác. Cuối cùng, hàm dòng trong trường hợp
lưới của các cung có chiều dài dây cung L0 = 1, khi bước tương đối T0 = T/L được
xác định bằng biểu thức

Ký hiệu biểu thức trong căn là K2, ta có
9
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :



Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Ngoài ra

Đáp số chung của phương trình tích phân (8) dưới dạng thông số là

Thay vào phương trình (2-54) ta được

Trong đó C* là hằng số tích phân bất kỳ, hằng số này có thể xác định bằng cách
dùng định đề Traplưgin thể hiện qua công thức (4).
Khi đó

Ký hiệu α1 là góc đặt cánh ở lần tính gần đúng thứ nhất lấy bằng β∞ là góc giữa trục
lưới và hướng vận tốc w∞ . Sự nhiễu loạn chảy bao cung cho trước do hệ thống
xoáy liên hợp ở tất cả các cung còn lại của lưới gây nên, sẽ làm cho góc đặt α khác
với α1 một lượng
Δα = α - α1

(11)

Cuối cùng biểu thức (2-55) có dạng

Công thức (12) là đáp số của phương trình tích phân.
Theo đề nghị của I.N. Voznhexenxki, hai ông V.F.Pekin và N.A. Koloconxov đã
hoàn thành hệ thống tính toán chảy bao lưới của các cung với điều kiện phụ
thêm: góc tới ν bằng không.
Điều kiện như thế được gọi là vào không va, và được viết bằng biểu thức

γ (0)= 0

(13)

10
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Điều kiện này sẽ làm cho chất lượng xâm thực và năng lượng của cánh bánh công
tác tốt hơn và sẽ giảm nhẹ công việc tính toán đi rất nhiều.
Khi đó đáp số của phương trình (8) có dạng

Tìm hàm số j1, j2 bằng cách tích phân phương trình (8) sẽ dẫn đến hệ thống (n + 2)
phương trình tuyến tính với (n + 2) ẩn số trong (n + 2) điểm của cung. Người ta đã
tính toán xong với n = 4,6,8.
Giải các phương trình hàm dòng ở trên với các giá trị khác nhau của bước lưới
tương đối T/L,góc đặt cánh α và góc đặc trưng cho độ cong của prôfin bo cho thấy
rằng, hàm L*(T/L,α ) = Γ1/(Wtb,L,βo) ít phụ thuộc vào góc βo. Với các giá
trị β o nhỏ, đại lượng (Wtb,L,βo) tỷ lệ với lưu số Γ 1. Trên hình 2-7 là các đường
cong để xác định giá trị hàm L* phụ thuộc vào bước lưới tương đối T/Lứng với các
giá trị α khác nhau của profin trong lưới.
Đối với bơm, đại lượng Da luôn dương.
Khi α < (350 – 400 ), gần đúng có thể coi rằng Da chỉ phụ thuộc vào T0 và βo.

Khi α > 450, nghĩa là tương ứng với các cánh của cánh hướng dòng ra và các tiết
diện ở sát bầu của cánh bánh công tác,lúc đó các giá trị Da sẽ lớn hơn. Trong những
trường hợp này Δα còn phụ thuộc vào cả a, xem hình 2.

11
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Hình 2: Biểu đồ xác định góc va

Để tính toán lưới cánh theo phương pháp Vonznhexenski - Pekin, cần xác định sơ
bộ trước các thông số kết cấu chính của phần dẫn dòng và các tam giác vận tốc.
Trước khi xây dựng đường nhân prôfin hoàn chỉnh cần phải tính bổ sung độ cong
khi kể tới ảnh hưởng của chiều dày của prôfin sao cho đặc tính tổng hợp của lưới
prôfin có độ dày sai khác không nhiều so với đặc tính của lưới tính toán. Giá trị độ
cong bổ sung cho prôfin xác định theo biểu đồ ở hình 4.
Trên đồ thị: = Df/L. Độ cong tương đối tính bổ sung thêm của cung tương đương so
với cung tính toán.
Với Df = ftđ - ftt : Độ cong tính bổ sung thêm của cung tương đương so với cung tính
toán
= dmax/L : Độ dày tương đối lớn nhất của prôfin
12
SVTH: Trần Ngọc Dược

20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

q2 = 90o - b2 : Góc tạo bởi phương của vận tốc W2 và trục lưới z
b2 = arctg(Wz/W2u)

Hình 3. Các đường cong biểu diễn quan hệ phụ thuộc của L* vào bước lưới tương đối T/L
và góc đặt của prôfin.

Đại lượng liên hệ với độ cong của cung bằng:

Hình 4. Đồ thị xác định bổ sung độ cong tính tới ảnh hưởng của chiều dày profil
13
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Từ đó ta có:


Độ cong của cung tương đương:
Trong đó:
bo - Độ cong tính toán.
Chiều dài cung và bán kính cong của cung tương đương được xác định bằng các
biểu thức:

Cung tương đương chính là prôfin có chiều dày mỏng vô cùng, là đường nhân của
prôfin.
Để nhận được prôfin có độ dày ta dùng quy luật phân bố độ dày của các profin mẫu
có đặc tính động học tốt và dựa vào chiều dày dmax chọn trước để đắp độ dày cho
cung tương đương.
Xâu các prôfin lại với nhau theo quy luật xác định ta sẽ nhận được lá cánh hoàn
chỉnh.

14
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Chương II : Tính Toán Thiết Kế Bơm
Tính toán thiết kế bánh công tác và cánh hướng dòng bơm hướng trục chia làm 4
bước sau :
1. Xác định các thông số tính toán ban đầu của bơm

2. Tính cánh bánh công tác
2.1 Tính toán độ dày của lưới profin cánh bánh công tác
2.2 Tính toán lưới cung mỏng cánh bánh công tác
2.3 Tính toán cung tương đương của profin cánh bánh công tác
2.4 Xây dựng profin có độ dày
3. Tính cánh hướng dòng
3.1 Tính toán độ dày của lưới profin cánh bánh công tác
3.2 Tính toán Lưới cung mỏng cánh hướng
3.3 Tính toán cung tương đương của profin cánh bánh công tác
3.4 Xây dựng profin có độ dày

1. Tính chọn các thông số cơ bản
Đề bài :
Cột áp bơm được tính theo công suất và lưu lượng yêu cầu của bơm:
H=

N dc .ηb
9,81.K .Q

( Kw )
Trong đó :
+ K là hệ số dự trữ công suất, thường lấy K = 1,051,15
Bảng 1: Hệ số công suất
C.suất trục bơm
(kW)
<2

2-5

5 - 10


10 - 50

50 - 100

>100

Với động cơ điện
(kW)
1,8

1,5 - 1,25

1,25 -1,15

1,15 - 1,10

1,10 - 1,05

1,05

Với máy nổ (kW)

1,3

1,20 -1,15

1,15 -1,12

1,12 -1,10


1,10

1,8

+ Chọn K =1,05
+ Chọn hiệu suất chung của bơm :

ηb = 0,8

15
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

H=

N dc .ηb
200.0,8
=
= 5,6
9,81.K .Q 9,81.1,05.2,78

Suy ra cột áp của bơm là:

•

(m)

Để chọn loại bơm và kích thước cơ bản phần dẫn dòng, trước hết số vòng quay
đặc trưng ns của bơm phải được xác định theo công thức:
3,65.n. Q

ns =

H

3
4

=

3,65.285. 2,78
5,6

3
4

= 476

Chọn ns = 476
Với ns 400 (v/ph), bơm thiết kế là bơm hướng trục.
•

Chọn:

ηQ = 0,95

+
+
+

ηtl = 0,9

ηck = 0,95

Vậy suy ra: η = ηck.ηtl.ηQ = 0.95
Lấy

×

0.9

×

0.95 = 0.81

ηb = 0,8
dtr ≥

•

3

M
0, 2.[ τ ]


Đường kính trục của bơm được xác định theo công thức :

Chọn vật liệu làm trục bơm là thép kết cấu định hình phôi cán C45 chất lượng cao,
có xử lý nhiệt, ta có :

[τ ] =
được

(150 ÷ 200)
kG/

[τ ]

= 160 kG/

cm 2

cm 2

. Với yêu cầu làm việc chịu mài mòn tốt, tính sơ bộ ta chọn
.

Trong đó Momen xoắn M được xác định theo công thức :
16
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :



Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

M = 97500.
dtr ≥

3

N
n

= 97500.

200
=
285

68421 (Ncm)

M
68421
=3
= 12,883(cm) = 128,83(mm)
0, 2.[ τ ] .
0, 2.160

Vậy :
Chọn dtr = 160 (mm)

•

Vận tốc tối ưu được xác định bằng công thức của S.S.Rutnep:

C0 = (0,06 ÷ 0, 08). 3 Q.n 2 = 0,06. 3 2,78.2852 ≈ 3,654 ( m / s )

Tỷ số bầu

•

db

( đường kính bầu tương đối ) được xác định theo công thức:

d b = 26,8.n s −0,603 = 26,8.476 −0,603 = 0,65
Chọn sơ bộ = 0,6, suy ra:
4Q
=
π .(1 − d b2 ).C0

D=

1,295 (m)

Chọn đường kính bánh công tác D = 1,3 (m)
Đường kính bầu cánh

db

=


db

.D = 0,6.1,3 = 0,78 (m)

Kiểm tra điều kiện không xâm thực :

[ n.D ] = 285.1,3 = 370,5
•

< (450530) => thỏa mãn không xâm thực

Hệ số cột áp được tính theo công thức
KH =

Tra đồ thị 8.2 với
•

ns

H
5,6
=
= 0,147
2
n .D
(285 / 60) 2 .1,32
2

= 476 ; ta có


K H −tu =

0,217 => KH < KHtư => thoả mãn

Hệ số lưu lượng được tính theo công thức

17
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

KQ =

•

Q
10000
=
= 0, 266
3
n.D
60.285.1,33


Xác định các thông số không thứ nguyên:

Để đảm bảo bơm tạo được các lưu lượng như yêu cầu, cột áp tính toán của tất cả
các tiết diện trừ tiết diện gốc sẽ được lấy bằng Hlt,t = (0,71,1).Hlt,0 :
- Ứng với cột áp Htt = H = 5,6 (m) :

nD 285.1,3
=
= 156,6
H
5,6

n' I =

(v/ph)
Q'I =

Q
D

2

H

2,78
= 0,697
1,32 5,6

=


(m3/ph)
-

Ứng với cột áp Htt = 1,1. H = 6,16 (m):
nD 285.1,3
=
= 133,18
H
6,16

n' I =

(v/ph)
Q'I =

•

Q
D

2

H

=

2,78
= 0,663
1,32 6,16


(m3/ph)
Số cánh bánh công tác : tra hình 8.14 [1] => z = 5
Z CT
l
≥ 2( )bien . 0,162. KQ 2 + 0, 247.η −2 tl . K H 2
Z CH
t

Mà
•

Z ch

không là bội số của

Z ct

nên chọn được số cánh hướng

Z ch

= 12

Chia mặt dòng :
r1 = (1, 02 ÷ 1, 04)

Mặt dòng sát bầu ( I )

db
=

2

r5 = (0,98 ÷ 0,99)

Mặt dòng ngoài biên ( V )
r3 =

Mặt dòng giữa ( III )

0,3978 0,4056 lấy r1 = 0,4 ( m )
D
= 0,637 ÷ 0,6435
2

r5 + r1 0, 4 + 0, 64
=
= 0,52
2
2

lấy

r5

= 0,64 ( m )

(m)

18
SVTH: Trần Ngọc Dược

20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

r2 =

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

r1 + r3
2

Mặt dòng ( II )
r4 =

Mặt dòng ( IV )

=

0, 4 + 0,52
= 0, 46
2

(m)

r5 + r3 0, 64 + 0,52
=
= 0,58

2
2

(m)

Mặt phẳng kinh tuyến :
640
580
520
460
400

2. Tính toán lưới cánh bánh công tác
2.1 Tính Toán Độ Dày Của Lưới Profin Cánh Bánh Công Tác
+ Để xác định độ mau

[ L /T]

ta cần tính các thông số :

Vận tốc dòng chảy theo phương hướng trục
VZi =

4QK z .K cd
π .D 2 .(1 − d b2).ηQ

Với : Hệ số chèn dòng ở cửa được xác định theo công thức
K1 =

T1

T1 − S1

Trong đó :
19
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

T1 =

Bước cánh lối vào :

π .D1
Z

Chiều dày cánh ở cửa ra theo phương u :
S1 =

δ1
1
= (1 − )T1
sin β1
K1
Ui =


Vận tốc vòng (Vận tốc theo phương u ) :

π .Ri .n
30

Vận tốc xoáy ở lối ra của bánh công tác
V2Ui =

g.H
ηtl .U i

Góc vào của dòng chảy ( dòng vào hướng kính ) :
tg β1i =

VZi
U1

Góc ra của dòng chảy :
tg β 2 =

Xác định độ mau thưa cho phép
∆β 0 = β 20 − β 01

[ L/T]

VZi
(U i − V2Ui )

theo đồ thị trong đó :


góc ngoặt của dòng chất lỏng khi chuyển động qua lưới cánh .

Độ mau cho phép của lưới cánh ở tiết diện biên
quan hệ phụ thuộc

[ L /T]
biên

=f(

K tu

[ L /T]
biên

còn được xác định theo đồ

) (Hình 8.12)

20
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

Giá trị


[ L /T]

[ L /T]
biên

biên

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

ở tiết diện tìm được theo biểu đồ trên cần so sánh với các giá trị

xác định bằng biểu thức :

[ L / T ] bien,tu
= 5,95.

K tu

Và cần lấy giá trị lớn nhất trong các giá trị đã chọn.
Dựa vào giá trị
còn lại .

[ L/T]
biên

đó, ta cần tra các giá trị

[ L /T]


thích hợp tại các tiết diện

2.2 Tính toán Lưới Cung Mỏng Cánh Bánh Công Tác
Trong bước tính này cần tính các thông số :
Bước lưới mỗi tiết diện :
T1 =

2.π .R1
Z ct

Chiều dài dây cung profin
 L
 L 1
L1 = T1.  ÷ = 2.π .Ri .  ÷ .
 T i
 T i Z ct

Lưu số vận tốc của Profin cánh :
Γ=

2.π .g.H lt 60.g .H ct
=
w
n

Lưu số vận tốc của profin cánh :
Γ1 =

Γ 60.g.H lt
=

Z ct
n.Z ct

Góc của dòng song phẳng không nhiễu :
β ∞ = arctg (

VZ
)
WU ∞

21
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Vận tốc dòng song phẳng không nhiễu :
W∞ =

Giá trị hàm quan hệ

L* = f (T0 , β ∞ )

WU ∞


Cosβ ∞
T0 =

theo đồ thị trong đó

T
L

Bảng 1. Tính toán độ dày lưới profil cánh bánh công tác

Th
ứ tự
1
2

3

4

5
6

7

8

9

Bán kính
Ri

Vz =

ui =

4×Q
π × ( D 2 − db2 )

π × ri × n
30

V 
β10 = arctan  z ÷
u
Vu 2 =

g×H
u ×η H

Đơn
I
vị
m 0.4

0.46

0.52

0.58

0.64


m/
s

3.274

3.274

3.274

3.274

11.932

13.722

15.511
6

17.3014

19.091
2

15.352

13.427

11.925


10.722

9.737

5.116

4.448

3.935

3.528

3.197

25.670

19.457

15.801

13.379

11.646

10.318

6.029

3.876


2.657

1.910

1.6

1.51

1.43

1.36

1.3
1.3

m/
s

3.274

III

IV

m/
s
Độ

∆β 0 = β 20 − β10


độ

5,59. KHtư

[l/t]I =

Góc đặc trưng cho độ cong của profin:
22
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

V

độ

 V 
β 20 = arctan  z ÷
 u − Vu 2 

l 
 ÷ =
 t bien

II

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn


PGS- TS: Bùi Quốc Thái

β 00 =

Góc va

∆α

theo đồ thị

∆α

=f (

β ∞ , T0 , β 0

57,3Γ1
W∞ .L.L*

)

Góc đặt của profin cánh :

β 0 = β ∞ + ∆α 0
Bảng 2 - Tính lưới cung mỏng các profin cánh bánh công tác

Tiết diện tính toán

TT


Thông số tính toán

Đơn
vị

I

II

III

IV

V

1

R

m

0.4

0.46

0.52

0.58

0.64


2

t=2

m

3

l/t

-

0.5024
1.6

0.578
1.51

0.653
1.43

0.728
1.36

0.804
1.3

4


l=

m

5

T0 = t/l

-

0.804
0.625

0.872
0.662

0.934
0.699

0.991
0.735

1.045
0.769

6

/l

-


0.090

0.073

0.053

0.036

0.025

7

Γ=

m2/s

12.851

12.851

12.851

12.851

12.851

8

= Γ/Z


m2/s

2.570

2.570

2.570

2.570

2.570

9

U

m/s

11.932

13.722

15.512

17.301

19.091

10


V2u = /t

m/s

11

U - V2u/2

m/s

5.116
9.374

4.448
11.498

3.935
13.544

3.528
15.537

3.197
17.493

13

= arctan (


độ

19.263

15.904

13.597

11.906

10.607

m/s

9.930

11.955

13.934

15.879

17.796

7.982

10.430

13.014


15.731

18.597

15
16

l

m2/s

23
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

17

L* =

-

18


lL*

độ

19

)

độ

20

+Δα

độ

2.300

2.700

3.000

3.400

3.800

8.025

5.232


3.77

2.755

2.085

0.850

0.510

0.350

0.240

0.160

20.113

16.414

13.947

12.146

10.767

2.3 Tính Toán Cung Tương Đương Của Profin Cánh Bánh Công Tác
Trong bước này ta cần tính các thông số :
Độ cong bổ sung của đường nhân do ảnh hưởng của profin có độ dày chọn
theo quan hệ


∆f / C = f ( L / T , θ 2 )

Trong đó

θ 2 = 90 − β 2

Góc đặc trưng cho độ cong bổ xung của đường nhân :
∆β 0i = 2arctg

2∆f δ max i
.
C
Li

Góc đặc trưng cho độ cong của cung tương đương :
βtdi = β 0i + ∆βi

Bán kính cung tương đương
Rc = L / (2sin( βtd ))

Chiều dài cung tương đương
Độ cong của đường nhân :
Độ cong tương đối

Lc = 0, 01745Lβtd / sin βtd

f = Rc − Rc .cos βtd

f = f i / Li


Bảng 3-3 tính lưới các profin cung tương đương bánh công tác :

24
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :


Đồ Án Máy Cánh Dẫn

PGS- TS: Bùi Quốc Thái

Tiết diện tính toán

TT

Thông số tính toán

Đơn
vị

I

II

III

IV


V

1

R

m

0.4

0.46

0.52

0.58

0.64

2

độ

25.670

19.457

15.801

13.379


11.646

3

độ

4

-

64.330 70.543 74.199 76.621 78.354
0.270
0.280
0.290
0.298
0.306

5

/l

-

6

-

7


độ

8

độ

9

độ

10

m

11

m

12

mm

13

-

14

m


16

rad

17

m= (1+)(1+)

-

18

m/s

19

m/s

0.090

0.073

0.053

0.036

0.025

0.024


0.020

0.015

0.011

0.008

2.784

2.342

1.762

1.230

0.877

8.025

5.232

3.774

2.755

2.085

13.593


9.916

7.297

5.214

3.839

1.711

2.534

3.679

5.454

7.808

0.812

0.877

0.937

0.993

1.046

47.877


37.823

29.761

26.093

17.501

59.560

43.354

31.866

26.337

16.748

0.072

0.064

0.049

0.036

0.026

0.237


0.173

0.127

0.105

0.067

1.379

1.282

1.203

1.141

1.101

9.930
13.692

11.955 13.934 15.879 17.796
15.327 16.768 18.117 19.593

25
SVTH: Trần Ngọc Dược
20100165

SHSV :