Người gửi: Tống Bùi Sơn
Gửi tới: Ban Khoa học
Tiêu đề: Giải pháp hữu ích thoát nước cục bộ phố cũ phố cổ TP Hà nội (tiếp)
Thuyết minh tính toán thiết kế máy bơm nước thải đặt chìm
I. Phân tích lựa chọn thông số thiết kế:
Đặt vấn đề: Để tăng cường khả năng thoát nước cho các khu vực nội thành và không làm ảnh hưởng tới hệ thống thoát nước hiện có, một phương án đặt ra là sử dụng nguồn động lực tiêu cưỡng bức, tức là tăng tốc độ dòng chảy trong các cống (đường kính lớn hơn 0,5m) khi có mưa. Trong trường hợp này có thể đặt các máy bơm chìm trong lòng ống cống. Các máy bơm này sẽ tự động hoạt động khi có mưa với một lượng mưa nhất định.
Như vậy nhiệm vụ đặt ra là cần thiết kế một loại máy bơm có các thông số thiết kế phi phù hợp các yêu cầu sau:
- Bơm thiết kế sử dụng cho các khu vực nội thành có yêu cầu tiêu nhanh.
- Bơm có thể đặt ngay trong lòng các cống.
- Các máy bơm này phải có kết cấu đơn giản, dễ vận hành và bảo dưỡng sửa chữa.
- Mỗi máy bơm đảm bảo khả năng thoát cho một vùng có diện tích 1ha.
- Máy bơm sẽ tự động làm việc khi lượng mưa đạt đến một mức độ nhất định.
- Đảm bảo mỹ quan, không ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường.
Trên cơ sở đó và qua các kết quả tính toán sơ bộ, chúng tôi chọn thông số bơm thiết kế là:
- Cột áp máy bơm H = 0,8m
- Lưu lượng Q = 1.100m3/h
- Hiệu suất ? = 65 % đến 70%
- Động cơ đặt chìm có công suất N = 5,5kW
- Số vòng quay động cơ n = 980vg/ph
II. Thiết kế cánh phần dẫn dòng máy bơm
Trong máy bơm bộ phận quan trọng nhất quyết định tới chất lượng máy chính là phần dẫn dòng bao gồm cánh và cánh hướng.
1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp:
Để xây dựng cánh công tác và cánh dẫn hướng người ta 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 tận của các prôfin.
a. Chọn các kích thước cơ bản của phần dẫn dòng:
Để tính toán thiết kế bơm hướng trục cần cho trước các thông số làm việc sau:
- Lưu lượng Q, m3/s;
- Cột áp H, m;
- Độ ngập sâu cho phép của bơm (chiều cao đặt bơm cho phép), m;
- Đặc tính chất lỏng và nhiệt độ làm việc.
Để chọn loại bơm và các kích thước cơ bản của phần dẫn dòng, trước hết cần xác định số vòng quay đặc trưng (còn gọi là tỷ tốc):
Trong đó, n - số vòng quay làm việc của bơm, v/ph.
Trong tính toán thiết kế bơm hướng trục cũng thường sử dụng hệ số cột áp và hệ số lưu lượng để dựa vào đó chọn bơm mẫu và các chế độ làm việc tương tự. Đó là các hệ số:
- Hệ số cột áp:
- Hệ số lưu lượng:
Trong đó, D - đường kính bánh công tác, m.
n - số vòng quay, v/ph.
Đường kính bánh công tác được chọn theo thành phần vận tốc hướng trục VZ'.
Giá trị tối ưu của vận tốc VZ' có thể chọn theo công thức của S.S. Rutnep.
Vo = VZ' = (0,06 -:- 0,08) . m/s .
Đối với bánh công tác bầu trụ, vận tốc hướng trục VZ' có giá trị không đổi trong vùng bánh công tác.
Mặt khác vận tốc hướng trục có thể xác định theo lưu lượng và kích thước bánh công tác bằng :
4Q
VZ' = -------------------- ;
?.D2.(1 - db2)
Trong đó, = db/D - đường kính bầu tương đối .
Từ biểu thức trên ta xác định được đường kính bánh công tác:
b. Tính toán biên dạng cánh:
Lưới prôfin cánh bánh công tác và bánh dẫn hướng của bơm hướng trục có dạng loe (mở rộng về phía đuôi). Do vậy có thể sinh ra tách dòng khỏi bề mặt cánh trong vùng bánh công tác và bánh dẫn hướng. Điều đó dẫn tới tăng đáng kể tổn thất thuỷ lực, làm giảm lưu số bao quanh cánh, do đó làm giảm lưu lượng và cột áp của bơm.
Vì vậy khi thiết kế bơm hướng trục, lưới cánh bánh công tác và cánh hướng phi được thiết kế sao cho bảo đảm chảy bao không tách dòng trong phạm vi các chế độ làm việc.
Tam giác vận tốc được xây dựng dựa trên cơ sở các thông số đã chọn của bơm như đường kính bánh công tác D, đường kính bầu db số vòng quay n, số cánh của bánh công tác Zct.
Số cánh của bánh công tác có giá trị trong khong Z = 2 -:- 7 tương ứng với tỷ tốc ns = 3000 ? 450 v/ph.
Ngoài ra việc chọn số cánh còn phụ thuộc vào độ bền.
Chiều dầy tương đối cực đại của prôphin:
( ?max/L )gốc = 0,08 -:- 0,1;
( ?max/L )biên = 0,015 -:- 0,02.
Chiều dầy lá cánh có ảnh hưởng lớn tới đặc tính xâm thực của bơm. Để tăng cường đặc tính xâm thực cần giảm chiều dầy ? của prôfin.
Bầu cánh công tác có thể có dạng trụ hoặc côn. Để tăng cường đặc tính năng lượng và đặc tính xâm thực, người ta thường thiết kế bầu cánh dạng côn.
2. Tính toán biên dạng cánh với các thông số cho trước
Trên cơ sở các thông số cho trước ta tiến hành thiết kế biên dạng cánh máy bơm bằng phần mềm chương trình tính toán chuyên dụng.
Liên hệ với tác giả để có các thông số đầu vào và kết quả tính toán. Sau khi tính toán ta xây dựng được các biên dạng prôfin cánh công tác, trên cơ sở các biên dạng này ta thiết kế được hoàn chỉnh toàn bộ bánh công tác của bơm.
III. Thiết kế kết cấu máy bơm:
Nhằm đáp ứng yêu cầu tiêu thoát nhanh đồng thời làm việc trong môi trường nước thải độc hại, kết cấu máy bơm nước thải đặt chìm được thiết kế đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn sau:
- Kết cấu gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt vào lòng cống.
- Độ tin cậy khi làm việc và tuổi thọ của bơm cao.
Máy bơm nước thải đặt chìm có kết cấu của một máy bơm hướng trục đặt nằm ngang được dẫn động bằng một động cơ chìm có thể chịu ngập trong nước. Máy bơm có cấu tạo rất đơn giản:
- Phần thân vỏ bơm: có kết cấu là một ống trụ vừa là phần dẫn dòng vào, vừa là buồng làm việc của bánh công tác (vành mòn), đồng thời là bệ đỡ động cơ chìm. Do làm việc trong môi trường chất lỏng nguy hại (nước thải) nên toàn bộ phần thân vỏ bơm sau khi gia công được mạ Crôm với chiều dầy mạ không nhỏ hơn 0,03 mm.
- Bánh công tác: được thiết kế gọn nhẹ, đảm bảo các thông số thuỷ lực theo yêu cầu. Bánh công tác gồm có bầu cánh và các lá cánh. Bầu cánh có dạng côn và được thiết kế với trọng lượng nhỏ nhất nhằm mục đích giảm trọng lượng phần quay của bơm. Các lá cánh (cụ thể là 2 cánh) được đúc liền với bầu bằng thép không rỉ đảm bảo độ bền khi làm việc và tuổi thọ lâu dài cho bánh công tác.
- Động cơ chìm: đây là loại động cơ điện có khả năng đặt chìm trong nước với độ an toàn rất cao. Trục dẫn động của động cơ cũng chính là trục dẫn động của bánh công tác bơm. Động cơ chìm được cố định vào thân bơm bằng các bulông M12 bắt chặt vào 2 mặt bích định vị trên thân bơm.
- Chóp dẫn dòng ra và chóp dẫn dòng vào: được đúc bằng thép đúc và mạ Crôm toàn bộ các bề mặt sau khi gia công xong, làm nhiệm vụ ổn định dòng chảy làm giảm tổn thất trước và sau bơm.
Khi lắp đặt vào lòng cống, máy bơm được định vị và cố định vào thành cống bằng các bu lông định vị M16 bố trí trên 2 đầu thân bơm. Chỉ cần siết chặt các bu lông này vào thành cống là bơm đã được định vị rất chắc chắn. Các thao tác này rất dễ dàng đảm bảo cho việc lắp đặt cũng như tháo dỡ máy bơm ra khỏi lòng cống rất nhanh.
KS Tong Bui Son
KS Do Hong Vinh