Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế tàu hút bùn
PHẦN 2:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CỤM THIẾT BỊCHƯƠNG 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:cnrHHHHH ++= . (1.1)Trong đó:+rH: tổn thất riêng của dòng hỗn hợp chuyển động trong đường ống: ( )asHkHr+= 1 05 (1.2)Với:5k: hệ số tính đến mức độ khoấy trộn hỗn hợp, theo thực nghiệm 15,11,15÷=k ta chọn 15,15=k.0H: tổn thất riêng của dòng nước sạch chuyển động với vận tốc bằng vận tốc của dòng hỗn hợp:gdVHhh 20λ= (1.3)Với: λ: hệ số cản thuỷ lực, ta chọn 015,0=λ. 20 d: đường kính ống vận chuyển (chủ yếu là đẩy), ta chọn md 1,0=.2/81,9 smg=: gia tốc trọng trường.hhV: vận tốc dòng hỗn hợp trong đường ống (m/s).Thế các số liệu vào (1.3) ta có:20.015,0hhVH ≈⇒nnhhasγγγ−= (1.4)Với:hhγ: trọng lượng riêng của hỗn hợp nước bùn với tỉ lệ 25%:10075.25.nđhhγγγ+=đλ: trọng lượng riêng của đất, chọn 33/10.19 mNđ=γnγ: trọng lượng riêng của nước, chọn 34/10 mNn=λThế vào tính được:3/12250 mNhh=γThế số liệu vào (1.4) ta có:225,0=asThế các số liệu tìm được vào (1.2) tính được:2.021,0hhrVH=Với cự ly đẩy lớn nhất mL 80max=, ta có:22.72,180 021,0.hhhhrVVLH==+nH: chiều cao từ mặt nước đến mặt xả bùn, chọn mHn5,1=+cH: tổn thất áp lực bởi sức cản cục bộ trong đường ống vận chuyển, thường lấy theo kinh nghiệm:( )LHHrc 1,005,0÷=(1.5)Ta chọn: 22.12,0.72,1.07,0 07,0hhhhrcVVLHH===Thế các số liệu ở trên vào (1.1) ta tính được cột áp bơm:5,1.84,12+=hhVH (m) 1.2. TÍNH LƯU LƯNG BƠM: 21 Ta có: hmQ /153= (Q = 60m3 hỗn hợp bùn/ giờ tỉ lệ 25%).Vận tốc dòng hỗn hợp trong đường ống 100φ:42dQVhhπ= (1.6)Trong đó:smhmQ /017,0/6033==mmmd 1,0100==smQ /2,241,0.14,3017,02==⇒)(4,105,12,2.84,122OmHH =+=⇒1.3. TÍNH CỘT ÁP BƠM:Từ số liệu lưu lượng bơm Q, cột áp H ta chọn tốc độ bơm phvgn /1450=. Ta tiến hành tính toán các thông số cơ bản của bơm:Hình 1.11.3.1. Vận tốc riêng: 22 43 65,3HQnns=15,1194,10017,0.1450.65,343==(1.7)1.3.2. Tổn thất của bơm:a. Tổn thất thủy lực: 98,060.68,011.1188,088,0=+=+=−−Qavη(1.8)b. Tổn thất lưu lượng:( )21172,0log42,01−−=adjDhη(1.9)Trong đó: 097,01450017,0.25,4.25,4331===nQadjD( )94,0172,0097,0log42,012=−−=⇒hηc. Tổn thất cơ khí:Chọn: 9,0=mηd. Tổn thất toàn bộ:83,09,0.94,0.98,0 ===mhvηηηη1.3.3. Công suất động cơ bơm:1000 ηγHQkNh= (kW) (1.10)Trong đó:k: hệ số dự trữ công suất, 15,1=khγ: trọng lượng riêng hỗn hợp, 3/12250 mNh=γkWN 31000.83,04,10.017,0.12250.15,1==⇒1.3.4. Momen xoắn trên trục:NmnNM 76,1914503.9550.9550===(1.11)1.3.5. Đường kính trục bơm: 23 [ ]32,0vlsMdτ= (mm) (1.12)Trong đó:[ ]vlτ: ứng suất tiếp cho phép của vật liệu trục, chọn vật liệu là thép 35 nên [ ]2/25 mNvl=τ.mmds52,1325.2,076,193==⇒1.3.6. Đường kính ngoài ma bánh công tác:mmddshb2052,13.4,1.4,1===(1.13)1.3.7. Đường kính trong bánh công tác:( )2001÷+=hutDφ (mm) (1.14)mmhut80=φ: đường kính ống hút.mmD 10020801=+=⇒1.3.8. Đường kính ngoài bánh công tác:( )12.5,25,1 DD÷=(1.15)Chọn mmD 200100.22==1.3.9. Vận tốc vòng ở cửa vào:59,7601450.1,0.14,360 11===nDuπ (m/s) (1.16)1.3.10. Vận tốc vòng ở cửa ra:34,10601450.2,0.14,360 22===nDuπ (m/s) (1.17)1.3.11. Bề rộng cánh:Ta chọn: mmBB 5021== nhằm dễ chế tạo.1.3.12. Vận tốc tuyệt đối của lưu chất ở cửa vào:smBDQVVn/08,105,0.1,0.14,3017,0 1111====π(1.18)nV1: thành phần pháp tuyến của vận tốc tuyệt đối1.3.13. Góc vào của guồng động: 24 ( )011153÷+=uVarctgβ(1.19)0113=⇒β1.3.14. Thành phần vận tốc pháp tuyến ở cửa ra của lưu chất:54,005,0.2,0.14,3017,0 222===BDQVnπ (m/s) (1.20)1.3.15. Thành phần vận tốc tiếp tuyến ở cửa ra của lưu chất:22.uHgVt= (m/s) (1.21)g: gia tốc trọng trường, 2/81,9 smg =.smVt/86,934,104,10.8,92==⇒1.3.16. Góc ra của guồng động:( )( )0222243÷+−=tnVuVarctgβ(1.22)( )0251386,934,1054,0=+−=⇒ arctgβ1.4. THIẾT KẾ BUỒNG XOẮN CỦA BƠM:Hình 1.2- Theo lý thuyết thiết kế bơm, kích thước buồng xoắn được xác đònh chính xác theo công thức sau: 25 =360 .3223.θθRVBQteRR (1.23)Trong đó:θR: khoảng cách từ tâm trục bơm O đến một điểm của buồng xoắn có góc tương ứng là θ (hình 1.2).mmRR 10010901023=+=+=432123CCCCBB ++++=Hình 1.3Với:mmB 502=: bề rộng cánh.mmC 81=: bề dày tấm sau của buồng xoắn bánh công tác.mmC 62=: bề dày tấm trước của buồng xoắn bánh công tác.mmC 13=: khe hở giữa tấm sau và mặt trong buồng xoắn.mmC 24=: khe hở giữa tấm trước và mặt trong buồng xoắn.smVt/5,112=: vận tốc tiếp tuyến của lưu chất ở cửa ra.smQ /022,03=: lưu lượng bơm.Thế các số liệu vào (1.7) ta có:360.131,0.100θθeR=Cho θ lần lượt các giá trò 00000306,270,180,90,0 ta tính được θR tại các vò trí đó và lập bảng như sau: 26 θ (độ) 0 90 180 270 360θR (mm) 100 108,14 116,9 126,46 136,75θR (mm) (làm tròn) 100 110 120 130 140Nhìn vào bảng 3 ta nhận thấy lượng mở của buồng xoắn mma 10=. 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 mma 10=.Lấy B làm tâm quay cung 1-2 có bán kính mmaR 10521010021001=+=+=.Lấy C làm tâm quay cung 2-3 có bán kính mmaRR 1151010512=+=+=.Lấy C làm tâm quay cung 3-4 có bán kính mmaRR 1251011523=+=+=.Lấy C làm tâm quay cung 3-4 có bán kính mmaRR 1351012534=+=+=.1.5. THIẾT KẾ DẠNG CÁNH CỦA BÁNH CÔNG TÁC (GUỒNG ĐỘNG):- Với góc ra 0222=β, dạng cánh của bánh công tác là dạng cong lui. Với các số liệu đã biết 21,ββ, đường kính ngoài 2D, đường kính trong 1D, 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 21, DD. Từ một điểm A bất kỳ trên đường tròn 2D, kẽ thường thẳng Ax tạo với AO một góc 2β. Từ O kẽ Oy tạo với AO một góc 21ββ+, đường Oy cắt đường tròn 1D tại 27 B. Nối A và B cắt đường tròn 1D 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: kWN 2,6=- Tốc độ: phvgn /1450=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: kWN 5,7=- Tốc độ: phvgn /1450=- 4,1=đmmMM; 2max=đmMM; 8,0min=đmMMmM: momen mở mámM: momen đònh mứcmaxM: momen cực đạiminM: momen cực tiểu- Khối lượng: kgG 3,9=- Đường kính trục động cơ: mmd 38=1.7. CHỌN KHỚP NỐI:Từ các số liệu yêu cầu:- Momen xoắn: NmMx8,42=- Đường kính trục động cơ: mmd 38=- Đường kính trục khớp nối: mmd 25=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 đmn→0 rất mau chỉ khoảng vài giây.Các kích thước cơ bản của khớp nối: 28 - Momen xoắn chòu được: NmM 240=- Đường kính lỗ trong: mmd 381=; mmd 252=- Đường kính ngoài: mmD 140=- Số chốt: 6=z- Đường kính chốt: mmdc14=- Tốc độ giới hạn: phvgn /4000max=.1.8. KIỂM TRA THEN VÀ PHẦN LẮP BÁNH CÔNG TÁC:1.8.1. Đònh kết cấu và kích thước trục:Hình 1.51.8.2. Lựa chọn then và kiểm tra then:a. Với đường kính trục nơi lắp then là 25φ, tra bảng (23−η)[02], ta chọn then bằng với kích thước như sau:+ l = 50mm+ b = 10mm+ h = 8mmb. Kiểm tra sức bền dập của then theo công thức:lkdMxd .2=σ (1.24)Trong đó:NmmMx42800=mmd 25=mml 50=mmk 2,4=: chiều sâu rãnh then 29 [...]... α : góc nghiêng phần xoắn vít: tgα = h π d (1. 26) h = 2mm : bước ren ⇒ α = artg h 2 = artg = 1, 58 0 π d 3 ,14 .23 ϕ ' : được tính như sau: tgϕ ' = λ f f = 0,2 : hệ số ma sát trượt giữa hai mặt vít (đai ốc và bulông) λ= 1 0 với ren hệ mét β = 30 ⇒ λ = 1, 155 cos β 0 Thế vào ta có tgϕ ' = 0,2 31 ⇒ ϕ ' = 13 Thế tất cả các số liệu vào công thức (1. 25) ta được: Q = 14 308,5 N Với lực Q trên ta tiến hành kiểm...Thế các số liệu vào tính được: σ d = 16 ,3 N / mm 2 < [σ d ] = 10 0 N / mm 2 (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 10 5[03], với momen xoắn M x thì lực dọc trục Q sinh ra trên trục tính theo công thức sau: Q= Trong đó: 2.M d tg ( α + ϕ ') (1. 25) M x = 42800 Nmm : momen xoắn d = 23mm : đường... liệu vào công thức (1. 25) ta được: Q = 14 308,5 N Với lực Q trên ta tiến hành kiểm tra trục tại tiết diện có gia công ren theo công thức: σ= 1, 3.Q.4 π d 2 (1. 27) Với: hệ số 1, 3 là hệ số kể ảnh hưởng chòu xoắn của trục vì trục ở tình trạng chòu kéo và chòu xoắn Q = 14 30,5 N d = 23mm 30 ⇒ σ = 44,77 N / mm 2 < [σ ] = 60 N / mm 2 (ứng suất cho phép của vật liệu thép 35) Tại các tiết diện khác của trục ta... 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 φ 20,4 còn ở trục kích thước nhỏ nhất đã là φ 25 nên bảo đảm bền) 31 . ở cửa vào:59,76 014 50 .1, 0 .14 ,360. .11 ===nDuπ (m/s) (1. 16 )1. 3 .10 . Vận tốc vòng ở cửa ra:34 ,10 6 014 50.2,0 .14 ,360..22===nDuπ (m/s) (1. 17 )1. 3 .11 . Bề rộng cánh:Ta. bơm:Hình 1. 11. 3 .1. Vận tốc riêng: 22 43..65,3HQnns =15 ,11 94 ,10 017 ,0 .14 50.65,343== (1. 7 )1. 3.2. Tổn thất của bơm:a. Tổn thất thủy lực: 98,060.68, 011 .11 88,088,0=+=+=−−Qavη (1. 8)b.
