Đồ án Thiết kế máy bơm chìm kiểu hỗn lưu trục đứng

= 80(m) Góc ôm buồng xoắn chọn là jô = 3600 3. Xác định kích thước của các tiết diện buồng xoắn a- Cơ sở lý thuyết Xác định khả năng thoát của tiết diện có kích thước cho trước giá trị của ống xả xoắn không đổi. Lưu lượng nguyên tố (II.66) Lấy tích phân theo tiết diện từ r3 đến R ta được lưu lượng của toàn bộ của tiết diện (II.67) Nếu chiều rộng của tiết diện b cho dưới dạng đồ thị phụ thuộc vào đường kính r thường dùng thì lấy tích phân bằng số. Ký hiệu phần hàm số trong tích phân . (II.68) Trong đó: Bi,Bi+1- Giá trị hàm số nằm trong tích phân khi r=ri. Giả thiết rằng toàn bộ tích phân từ r3 đến R được chia ra làm n phân tử khi đó : (II.69) Sự thay đổi lưu lượng của tiết diện của ống xả xoắn phụ thuộc vào góc có thể xác định được nhờ phương trình liên tục. Cắt một đoạn rãnh xoắn bằng hai tiết diện kinh tuyến đặt dưới một góc và , áp dụng phương trình liên tục khi chuyển động ổn định đối với thể tích đã cắt ra giới hạn bởi mặt cắt . Ta có : (II.70) Vì vận tốc vu theo mặt cắt fk của thành rẵnh xoắn bằng không. Tính : (II.71) Trong đó: và - Lưu lượng theo trọng lượng tại các tiết diện của rãnh xoắn theo đường tròn . Ta có: (II.72) Trong đó: - Lưu lượng toàn bộ của chất lỏng theo tiết diện kiểm tra hình trụ, , bằng lưu lượng theo trọng lượng của bơm G. Nếu tính góc từ điểm phân chia dòng chảy tại răng ống xả xoắn thì lưu lượng ở tiết diện nằm dưới góc sẽ là: (II.73) Hay có thể viết dưới dạng : (II.74) Hình II.7. Sơ đồ tính toán tiết diện giới hạn của buồng xoắn Diện tích tiết diện nằm trên vị trí dưới góc sẽ tỉ lệ với trị số góc và diện tích tiết diện ban đầu . Lấy một độ gia hữu hạn của bán kính . Dựng đường khả năng thoát nước của tiết diện được giới hạn ở phía ngoài bằng các mặt trụ có bán kính là ri.Tính toán được tiến hành bằng cách lập bảng II-2. Cộng tất cả các gia số nguyên tố của khả năng thoát của tiết diện tương ứng với độ gia bán kính sẽ xác định được khả năng thoát Q của tiết diện trong sự phụ thuộc vào bán kính mặt trụ khép kín tiết diện cách đều nhau, thì đặt trên trục Q lưu lượng toàn bộ của bơm , sau đó chia đoạn có được ra làm tám phần bằng nhau và xác định giá trị R ứng với lưu lượng và vv…Tiết diện cuối cùng của rãnh xoắn bắt đầu từ bán kính R4 cách vòng tròn cơ sở có bán kính r3 một khoảng bằng chiều dày của răng ống tháo xoăn. Điều ấy có thể tính đến khi dùng tiết diện cuối cùng bằng cách hiệu chỉnh một trị số bằng chiều dày của răng , muốn vậy phải đặt lưu lượng toàn bộ của bơm lùi khỏi gốc toạ độ từ điểm của đường cong khi r=R4.Tại giao điểm của đường thẳng với đường cong , ta nhận thấy gi á trị bán kính ngoài của ống xoắn . Sự chuyển đột ngột từ thành ngoài vào thành bên của ống xả xoắn sẽ làm tập trung ứng suất cục bộ.Vì vậy, đường viền lý thuyết của tiết diện cần biến đổi đều hơn nhưng phải làm khả năng thoát nước của tiêt diện không đổi. Muốn như vậy thì khả năng thoát nước của tiết diện thoát nước thêm vào và bớt đi so với tiết diện lý thuyết khi chuyển sang tiết diện cuối cùng phải bằng nhau: Trong đó : rx và ry – Bán kính của trọng tâm diện tích fx và fy b - Tính toán các thông số tiết diện buồng xoắn Hình II.8. Tính các tiết diện của buồng xoẵn Trước tiên ta tính toán buồng xoắn tiết diện 8- 8 là tiết diện lớn nhất, từ đó ta vẽ được đồ thị Q – r. Kết hợp với phương trình liên tục (II.74) ta có: Qq = (II.75) Từ đó, có thể xác định được các tiết diện còn lại ứng với các góc ôm đã chọn là: q =450, 900, 1350, 1800, 2250, 2700, 3150 Tính toán tiết diện buồng xoắn theo công thức (II.69). Qq = Lần lượt cho r3 một Dri và b3 một lượng Db, xác định được Qq cho đến giá trị Qq =Q8-8 = Qtt thì dừng lại và chọn được giá trị r và b tương ứng, tức là giá trị tại thành ngoài. Các số liệu tính toán được ghi trong bảng II-2. Sau khi tính toán ta vẽ được đồ thị Q theo r ta xác định được chiều cao của hình thang tiết diện tính toán là H = 252 mm. Hai đáy: bVIII = 94 mm ; b’VIII =370 mm. Diện tích của tiết diện tính toán là: SVIII = (II.76) SVIII = 60480 mm2 Biến hình thang tiết diện thành hình thang cong với các bán kính R1, R2 sao cho khả năng thoát của tiết diện không đổi. Một cách gần đúng có thể lấy fx = fy. Các tiết diện còn lại ở các vị trí khác cũng làm tương tự như tiết diện VIII-VIII. Để đơn giản, suy ra từ đồ thị rVIII á QVIII , ta có: - QI = = 0,0312 m3/s - QII = = 0,0625 m3/s - QIII = = 0,093 m3/s - QIV = = 0,125 m3/s - QV = = 0,156 m3/s - QVI = = 0,1875 m3/s - QVII = =0,218 m3/s Từ đó ta xác định được các hình thang của tiết diện tương ứng là: Tiết diện I: HI = 40 mm bI = 124 mm Tiết diện II: HII =72 mm bII = 170 mm Tiết diện III: HIII = 108 mm bIII = 208 mm Tiết diện IV: HIV = 136 mm bIV = 245 mm Tiết diện V: HV = 168 mm bV = 284 mm Tiết diện VI: HVI = 192 mm bVI = 325 mm Tiết diện VII: HVII = 222 mm bVII = 365 mm Diện tích tương ứng của các tiết diện đó là: FI = FII = FIII= FIV= FV = FVI = FVII = Sau đó, chuyển đổi các hình thang thành hình thang cong để được tiết diện của rãnh. c- Thiết kế phần loe của ống xả 1. Nhiệm vụ của phần loe của ống đẩy Phần loe của ống xả xoắn có nhiệm vụ biến động năng của dòng chảy thành áp lực khi vận tốc của dòng chảy chuyển động từ giá trị ở tiết diện tại cửa vào buồng xoắn đến giá trị ở ống dẫn và ta chế tạo góc loe . Yêu cầu vận tốc chất lỏng phải biến đổi đều từ đầu đến cuối ống xả là: diện tích tiết diện vào bằng diện tích tiết diện VIII - VIII của buồng xoắn. 2. Tính toán các thông số của phần loe + Chiều dài ống đẩy được chọn phù hợp theo kết cấu: + Ta chọn L= 200 mm. + Tiết diện ống đẩy thiết kế là hình tròn sau đó được méo hoá cho phù hợp với tiết diện lối vào giống như tiết diện buồng xoắn và lối là hình tròn. +Bán kính lối vào tính theo công thức: Fv = (II.77) Vậy: rv = 138 mm. + Bán kính lối ra: rr = rv + L.tg40 =138 + 200.0,069 =150 mm (II.78) + Diện tích lối ra của ống đẩy: Fr = p. = 3,14.1502 = 70636,21 mm2 (II.79) + Vận tốc lối vào ống đẩy : V1ôđ = (II.80) + Vận tốc lối ra ống đẩy: V2ôđ = (II.81) Lập bảng tính toán ống xả xoắn. Bảng II-2 .Bảng tính toán các tiết diện buồng xoắn II.2.6. ống hút của máy bơm chìm 1. Nhiệm vụ của ống hút ống hút máy bơm chìm là một bộ phận của phần dẫn dòng thuộc vỏ máy bơm có nhiệm vụ đưa nước bề hút đến cửa vào của bánh công tác. Do vậy, nó có ý nghĩa quan trọng đối với hiệu suất, chất lượng xâm thực và đặc tính năng lượng của bơm. ống hút cần đảm bảo: - Dòng chảy đối xứng với trục nhằm tạo khả năng phân bố vận tốc đều nhất trước cửa vào, tạo được chuyển động tương đối ổn định trong bánh công tác. - Loại trừ dòng quẩn (Vuo=0) hay giá trị ban đầu của mô men tốc độ bằng o được coi là cơ sở chủ yếu tính toán cột nước máy bơm. - Biến đổi trị số tốc độ từ giá trị ở ống hút đến giá trị khi vào bánh công tác đạt tổn thất nhỏ nhất. - Với các chế độ làm việc khác nhau với chế độ tính toán bình thường trong ống hút có xuất hiện dòng chảy ngược và tạo nên dòng chảy xoáy dọc trục làm ảnh hưởng xấu đến phân bố vận tốc và áp lực trong ống. Để đảm bảo dòng ổn định cần thiết kế ống hút có vận tốc tăng dần từ miệng hút cửa vào bánh công tác (khoảng 0/0). - Chọn ống hút kiểu côn thẳng theo trục, đảm bảo mô men vận tốc ở cửa vào bánh công tác bằng o và có khả năng triệt tiêu xoáy trục khi phụ tải nhỏ Q < Qtk, đảm bảo dòng chảy tốt nhất ,do vậy ,đem lại hiệu quả cao ,đặc biệt ưu thế đối với bơm chìm. 2. Tính toán các thông số ống hút Tính toán ống hút kiểu côn thẳng theo trục quan trọng nhất là chiều dài (L) và góc côn ().Chiều dài ống hút được xác định: (II.82) Trong đó: Dhut -Đường kính miệng hút Chọn : L=250 chọn Do đó : II.2.7. Tính lực dọc trục *Lực tác dụng lên bánh công tác Trong bơm hỗn lưu, khi làm việc bánh công tác chịu tác dụng của nhiều lực khác nhau. Trong một số bơm, nhất là các bơm cỡ lớn các giá trị này có thể đạt được giá trị rất lớn. Đối với các bơm chìm hỗn lưu, để đảm bảo cho bơm làm việc được thì các lực tác dụng lên bánh công tác phải được cân bằng, có nghĩa là phải có các biện pháp đặc biệt để cân bằng các lực đó. Các lực tác dụng lên bánh xe công tác của bơm bao gồm : - Lực khối gồm trọng lực và lực quán tính . - Lực bề mặt hay trọng lực: áp lực của chất lỏng tác dụng lên bề mặt bánh công tác và phản lực của trục bơm tại vị trí lắp bánh xe công tác trên trục . Muốn cân bằng lực phải xác định được chúng, do đó, cần xác định lần lượt các lực tác dụng lên bánh công tác. Hình II.9. Sơ đồ lực dọc trục tác dụng vào bơm Lực bề mặt xuất hiện do tác dụng của dòng chảy lên bánh công tác. Để tiện cho việc nghiên cứu, ta chia các lực tác dụng lên mặt ngoài và các lực tác dụng lên mặt trong của bánh công tác. Để tạo thành vùng lớn khi chia mặt trong của bánh công tác ra làm mặt ngoài (Fng) và mặt trong (Ftr) cần đưa vào thành phần của chúng những tiết diện kiểm tra của dòng chảy khi vào và khi ra khỏi bánh xe. Những tiết diện kiểu này trùng vào trong các phần của mặt ngoài và mặt trong. áp lực trên các mặt này có dấu khác nhau vì hướng của áp lực theo hướng pháp tuyến ngoài của bề mặt, do đó, khi tổng hợp lại các lực thì chúng triệt tiêu lẫn nhau. F = Fng + Ftr 1. Lực ngoài Mặt ngoài của bánh công tác có dạng một mặt quay, áp lực thuỷ động nếu bỏ qua ma sát sẽ hướng vuông góc với bề mặt , ở các đường kính tính toán sự phân bố áp lực mặt ngoài đối xứng so với trục do đó các lực cân bằng nhau . Vì vậy, tổng hợp lực của áp lực thuỷ lực trong chế độ tính toán nằm theo hướng chiều trục. Thành phần lực nằm ngang của áp lực động chỉ xuất hiện khi sự đối xứng qua trục của dòng chảy bị phá huỷ . Nghĩa là khi bơm làm việc không đủ phụ tải hoặc quá tải. Đại lượng hướng trục Fzng tác dụng lên mặt ngoài của bánh xe có thể xác định trực tiếp bằng tích phân. (II.83) Trong đó : n- Pháp tuyến của nguyên tố bề mặt. P- Đại lượng của áp lực thuỷ động. Lực mặt ngoài được phân tích đưa về dạng sau. (II.84) Hay : (II.85) r20 - Bán kính lớn nhất ở mép ra Lấy r20=153(mm) ri- Bán kính đệm Lấy r0=130(mm) r b=0,03(mm)- Bán kính bầu Ta có : g = 1000 Kg/m3 Thay số: . 2. Lực mặt trong Thành phần lực hướng trục của áp lực thuỷ động lên mặt lên mặt trong không thể nhận được một cách trực tiếp như lấy tích phân đối với lực mặt ngoài. Vì không biết được quy luật phân bố của áp lực thuỷ động của mặt trong bánh công tác. Có thể tìm được lực hướng trục Fztr nhờ phương trình liên tục, cũng giống như khi tính momen tổng hợp của sự tác dụng tương hỗ giữa bánh công tác và dòng chảy khi chứng minh phương trình cơ bản của các loại máy cánh. Bỏ qua các kết luận trung gian làm phức tạp thêm tính chất không ổn định của chuyển động tuyệt đối trong vùng bánh công tác, có thể lập phương trình. (II.86) Trong đó : G- Lưu lượng tính theo trọng lượng bánh xe công tác . G = g.Qtt (II.87) - Giá trị trung bình của các thành phần hướng trục của vận tốc tuyệt đối khi dòng chảy đi ra và đi vào bánh công tác. Trong thành phần động lượng có lực tác dụng lên dòng chảy. Trong biểu thức trên ta đưa vào lực mà dòng chảy tác dụng bánh xe công tác, nghĩa là có hướng ngược lại. Đối với bánh xe công tác kiểu dòng chéo thì dòng chảy khi ra khỏi bánh xe công tác có chiều gần như hướng tâm Vz2 = 0, thì phương trình trên có dạng : (III.88) Vì V01 = Vz1: Vận tốc dòng chảy khi vào bánh xe. Lực hướng trục dương nghĩa là hướng của lực Fztr trùng với hướng vận tốc V01. Qtt- Lưu lượng tính toán trong bánh xe Qtt =0,252 m3/s V01 = 6,58 m/s Thay số vào ta tính được: KG Do lực hướng trục tác dụng lên mặt trong làm thay đổi động lượng của dòng chảy ở vùng bánh xe nên được gọi là thành phần động của lực hướng trục. Ngược lại, lực hướng trục tác dụng lên mặt ngoài gọi là thành phần thế của lực hướng trục. Đại lượng toàn phần của lực hướng trục Fzbx bằng tổng thành phần động và thế. Coi hướng của thành phần Fzng có giái trị tuyệt đối lớn hơn là dương, ta được: Fzbx = Fzng - Fztr = 391,5 – 169 = 222,47 KN Fzbx = 222,47 KN Như vậy, vị trí của bánh công tác như (hình II.9), lực sẽ có hướng từ phải sang trái. 3.Lực F*zng Lực F*zng là lực chiều trục sinh ra khi một lót kín phía bên kia buồng hút bị phá hỏng hoàn toàn và lót kín phía bên kia còn tốt. Lực F*zng được tính như sau : (II.89) Vậy: Lực hướng trục phụ F*zng xuất hiện dần dần với sự tăng khe hở trong các đệm chống thấm. Toàn bộ đại lượng của lực hướng trục khi đệm chống thấm bị hỏng vì mòn là: Fzbx = Fzng - Fztr + F*zng Fzbx = 222,47 + 38,42 = 260,89(Kg) 4. Trọng lực và lực quán tính a.Trọng lực Trọng lực của bánh xe công tác đặt ở trọng tâm của nó, khi trong bơm chứa đầy chất lỏng thì trọng lượng của bánh công tác bị giảm đi do áp lực thuỷ tĩnh trên mặt bánh công tác. Theo định luật Acximet thì lực này bằng trọng lượng của thể tích chất lỏng mà bánh công tác đã chiếm, lực này có chiều hướng thẳng đứng từ dưới lên và điểm đặt cũng đặt ở trọng tâm bánh công tác. Trọng lực của bánh công tác: Gbct = V.g (II.90) Trong đó: V: thể tích bánh xe công tác g: khối lượng riêng của vật liệu vì bánh xe công tác chế tạo bằng gang có trọng lượng riêng g = 7.800 kg/m3 . Lực hướng trục tác dụng lên bánh công tác sẽ tỉ lệ với một hệ số k : (II.91) Trong đó: Ta chọn k=1,16 Vậy b.Lực quán tính Hình II.10.Sơ đồ không cân bằng động học của đĩa khi lỗ khoan bị nghiêng Mômen quán tính L xuất hiện ở chỗ gắn bánh công tác vào trục khi trục quán tính không trùng với trục quay. Mômen này làm xuất hiện thêm phản lực ở các gối đỡ và làm trục bị uốn. Véc tơ mômen L vuông góc với mặt phẳng xoz (hình II.10) là mặt phẳng được tạo bởi sự giao nhau giữa trục quay và trục quán tính chính. (III.92) Trong đó : mômen quán tính (III.93) Về lý thuyết, bánh công tác được chế tạo đối xứng tuyệt đối so với trục quay, do đó : rtt =0 trục quán tính trùng với trục quay. Vì vậy, các lực ly tâm Fc và mômen quán tính Jxz bằng không. Khi chế tạo bánh xe công tác chính xác thì các lực quán tính bằng không. Thực tế khi chế tạo bánh công tác, trục khoan có thể không trùng với trọng tâm, hướng của nó tạo với trục quán tính một góc nào đó. Để đưa trọng tâm bánh công tác về trùng với trục của lỗ khoan, người ta phải cân bằng tĩnh. Muốn đảm bảo cho trục quán tính trùng với trục lỗ khoan nghĩa là mômen quán tính bằng không thì phải cân bằng động trên một loại máy công cụ đặc biệt. II.2.8.Tính toán rò rỉ thể tích trong bánh công tác 1. Lựa chọn các thông số chính của đệm chống thấm Hình II.11.Sơ đồ tính toán đệm chông thấm Hình II.11 trình bày đệm chống thấm, nhằm giảm lực hướng trục cũng như giảm áp suất trước bộ phận làm kín. - Chọn - l=25(mm) - b=0,003.ri=0,003.130=0,39 (mm) - Từ đó, lấy b=0,4 (mm) Cột nước của bánh xe cánh H1 sẽ bằng hiệu số năng lượng E2 và E1 dòng chảy khi ra và khi vào. (II.93) Cột nước thế năng (II.94) Cột nước động năng (II.95) Hệ số phản lực (II.97) Biểu thị hệ số phản lực qua cột nước động năng (II.98) Biểu thị giá trị bình phương của vận tốc tuyệt đối là tổng bình phương của thành phần kinh tuyến và quay, ta có: (II.99) Cột nước thế năng tương ứng là: (II.100) Thay số : 2. Cột nước tổn thất trong đệm chông thấm Trong trường hợp đệm chống thấm bị mòn khá nhiều hay bị phá hoại do sự cố thì có thể bỏ qua ma sát của chất lỏng với thành và ta sẽ dùng phương trình năng lượng để xác định áp lực. Lấy tiết diện dòng chảy khi ra khỏi bánh công tác làm tiết diện đầu tiên không kể đến sự phân bố của áp lực tĩnh, sẽ có : (II.101) Phân tích vận tốc tuyệt đối ra các thành phần (II.102) Thay công thức (II.101) vào công thức (II.102), ta có: (II.103) Sử dụng phương trình (III.34) ta có (II.104) Lấy gần đúng ,khi đó (II.105) Hay: (II.106) Thay số : 3. Xác định hệ số lưu lượng Cột nước tổn thất trong đệm chống thấm tiêu hao vào việc khắc phục sức cản tương ứng từng giai đoạn. (II.107) Trong đó : -Tổn thất do sự co hẹp tia vào khe với mép cạnh hình chữ nhật, hệ số này có thể lấy =0,5. Tổn thất ma sát ở khe hở trên đoạn dài l và có bán kính thuỷ lực của tiết diện . Tổn thất do vận tốc ra ,. Trong đó : l- Độ dài trung bình của đường dòng trong khe hở vs – vận tốc trung bình thực trong khe hở vs= (II.108) Vậy: (II.109) Theo (II.108) vào (II.109) ta có : (II.110) Do đó: - Vận tốc trong khe hở (II.111) - Vận tốc quay trong đệm chống thấm (II.112) -Độ nhớt động học lấy đối với nước ở 20 0c là -Số Rây nôn (III.113) - Độ dày tương đối của màng tầng (II.114) - Độ nhám tuyệt đối K=0,05 mm , Trong đó: - Là độ dày của màng tầng - Khi đó : (III.115) Trong lần gần đúng thứ hai Do đó : Từ lưu lượng Qs, thiết kế 1 đường ống để dẫn lượng chất lỏng Qs về buồng hút nhằm đảm bảo duy trì áp suất sau đệm chống thấm ở giá trị nào đó làm giảm lực hướng trục. II.2.9.Lực hướng kính Lực thuỷ động hướng kính xuất hiện do sự tác dụng của dòng chất lỏng không ổn định ở cửa vào và đặc biệt ở cửa ra của bánh công tác. Trị số của lực hướng kính phụ thuộc vào chế độ làm việc của bơm. Lực hướng kính (lực ngang) sinh ra khi bơm làm việc ở chế độ khác với chế độ tính toán. Khi đó trường phân bố vận tốc và áp suất xung quanh bánh công tác sẽ thay đổi tạo ra lực ngang. Hình II.12. Biểu đồ trong tọa độ cực của trường áp lực P2 khi ra khỏi bánh xe có ống xả xoắn. Phân bố áp lực thủy động theo vòng tròn bánh xe công tác Phương của lực nằm ngang. F1- Chế độ không đủ tải F2 – Chế độ quá tải Lực hướng kính tác dụng lên bánh xe công tác được tính theo công thức thực nghiệm là: (II.116) Trong đó: Qtt- Lưu lượng tính toán Q- Lưu lượng tại đó sinh ra lực hướng kính lớn nhất H- cột áp của bơm D2- Đường kính ngoài của bánh công tác b- Chiều rộng lối ra của bánh công tác Hệ số lực hướng kính phụ thuộc vào hệ số tỷ tốc - Đạt giá trị cực đại với hệ số Q=0 II.2.10. Tính toán vòng làm kín cơ khí 1- Biện pháp làm kín a- Nguyên lý làm việc của vòng làm kín cơ khí kiểu đầu mút Hình II.13. Sơ đồ kết cấu vòng làm kín Vòng làm kín đầu mút có nhiều dạng khác nhau nhưng về kết cấu có chung một sơ đồ như sau: +Trục quay 1 có liên hệ chặt với vòng làm kín cơ khí theo nguyên lý đàn hồi 4 và vòng chặn 2. Bề mặt đầu mút của vòng kín cơ khí 4 tiếp xúc vòng chặn 2 và ép chặt vào vòng kim loại 3 nối với vỏ máy 5.Vòng kim loại 2 và 3 tạo thành cặp ma sát phẳng. Khe hở giữa chúng xác định trị số rò rỉ của chất lỏng nằm trong vỏ máy với áp suất P. Chi tiết 4 chính là chi tiết đàn hồi và được gọi là vòng làm kín cơ khí càn đảm bảo độ chặt khít và ép đều cố định lên các vòng kim loại 2 và 3 ngay cả khi có sự rung động lớn, trục quay và sự ăn mòn của cặp ma sát. + Vòng làm kín cơ khí là các vòng lò xo kết hợp với các vòng cao su, các xi phông hay các màng cao su. + Vòng làm kín cơ khí được chia thành các kiều vòng làm kín với các chi tiết đàn hồi quay và các chi tiết đàn hồi tĩnh. + Vòng làm kín cơ khí với chi tiết đàn hồi quay thường là loại kết cấu trong có bề mặt trong lắp chặt với trục và bề mặt ngoài tiếp xúc với chất lỏng. +Vòng làm kín cơ khí với chi tiết đàn hồi tĩnh là loại kết cấu được lắp chặt với phần phía ngoài vỏ máy. + Vì vòng làm kín có rất nhiều loại khác nhau cho lên tuỳ theo các yếu tố ảnh hưởng đến từng loại vòng làm kín cơ khí để mà có thể chọn được vòng làm kín phù hợp. b- Xác định đặc tính lực và đặc tính thuỷ động lực của cặp ma sát với trục tĩnh + Đảm bảo độ kín khít của vòng làm kín cơ khí kiểu đầu mút với trục tĩnh là yêu cầu quan trọng nhất khi làm việc. Khi trục tĩnh sẽ không có mài mòn, không thoát nhiệt trong cặp ma sát, cũng như không xuất hiện lực và mô men phụ tác dụng lên các chi tiết của vòng làm kín. + Khi ấy chỉ có một phần lồi của bề mặt các chi tiết sẽ tiếp xúc nhau và không gian còn lại sẽ được chứa đầy chất lỏng. + Bằng cách này, lực ép chặt bề mặt này lên bề mặt khác được tiếp nhận do phần lồi và áp suất chất lỏng được nạp đầy khe hở cặp ma sát.Với sự tăng lên của lực ép, diện tích tiếp xúc của mặt nhám sẽ tăng lên còn khe hở trung bình trong cặp ma sát giảm. Khi đó độ kín của cặp ma sát tăng lên. + Nếu chấp nhận rằng lực cản dòng chảy của lớp chất lỏng đẳng nhiệt và không nén theo chiều hướng tâm và bỏ qua độ cong của bề mặt vòng làm kín thì sẽ nhận được đường tụt áp suất p theo bán kính r. + Từ áp suất trong khe hở xác định đại lượng lực thuỷ tĩnh. Lực này cũng được tiếp nhận do bề mặt tiếp xúc nhám được chia thành diện tích tiếp xúc chuẩn và bằng áp suất riêng trung bình trong cặp pr. Diện tích tiếp xúc khô rất ít so với diện tích phủ nước trong cặp tiếp xúc của vòng làm kín đầu mút do đó có thể chấp thuận chất lỏng phân bố theo toàn bộ bề mặt tiếp xúc. Cần biết trị số pr vì nó cùng với vận tốc trượt xác định chế độ ma sát trong vòng làm kín, bởi vậy, xác định cường độ mài mòn, độ rò rỉ.. + Tác dụng lên vòng làm kín quay của cặp ma sát là áp suất p, lực lò xo F, lực ma sát vòng cao su theo trục Tr và áp suất riêng trung bình pr xác định phương trình cần bằng lực: Pr= (II.117) Trong đó : d, D1,D2: Đường kính trục và diện tích tiếp xúc . Hình II.14. Sơ đồ xác định lực tác dụng trong cặp ma sát không phân tải lực Mục tiêu của thiết bị giảm tải thuỷ lực của vòng làm kín cơ khí là giảm áp suất đơn vị riêng trong cặp ma sát làm tăng khả năng làm việc của nó. Về kết cấu thiết bị giảm tải thuỷ lực được thực hiện nhờ trục nhiều cấp đường kính, ở đó D1 nhỏ hơn d. Do đó, công thức sẽ thay đổi một chút đối với vòng làm kín cơ khí kiểu đầu mút, khi ấy áp suất không tác dụng vào vòng làm kín quay theo chiều ngược lại với cặp ma sát áp suất ở khe hở giảm từ đường kính trong D1 đến đường kính ngoài D2. Hình II.15.Sơ đồ xác định lực tác dụng của cặp ma sát phân tải lực 2.Tính toán cặp ma sát của vòng làm kín cơ khí Có thể tính toán cặp ma sát thuỷ động lực và thuỷ tĩnh theo nguyên lý công suất nhỏ nhất. Cân bằng thuỷ động lực và thuỷ tĩnh các cặp ma sát nhằm đạt mục đích tăng khe hở giữa các bề mặt tiếp xúc, từ đó làm giảm tổn thất do ma sát và làm giảm sự mài mòn của chúng.Tuy nhiên, khi ấy sẽ làm tăng đáng kể sự rò rỉ chất lỏng. Tổn thất công suất do rò rỉ chất lỏng sẽ tỉ lệ thuận với lưu lượng rò rỉ và sự sụt áp suất của chất lỏng trong vòng làm kín. Tổng công suất so tổn thất trong cặp ma sát của vòng làm kín cơ khí đầu mút xác định theo công thức: Nr= (II.118) Trong đó : - Ar,Aq Hệ số phụ thuộc vào kết cấu của vòng làm cơ khí. + Số hạng đầu xác định công suất ma sát chất lỏng tỉ lệ nghịch với trị số khe hở. + Số hạng thứ hai-công suất rò rỉ, tỉ lệ bậc ba của khe hở.Từ đó tính được trị số công suất nhỏ nhất với: H= (II.119) +Trong các vòng làm kín cơ khí đầu mút công suất rò rỉ nhỏ hơn nhiều so với công suất ma sát,trị số khe hở trong cặp ma sát là thay đổi và không điều chỉnh. 3.Chi tiết lò xo của vòng làm kín cơ khí trong bơm chìm Phần lớn các chi tiết đàn hồi của vòng làm kín cơ khí đầu mút bao gồm chi tiết lò xo. Lò xo đảm bảo độ kín khít tiếp xúc ,điều hoà sự mài mòn cặp ma sát. Thay cho lo xo, đôi lúc sử dụng lực kéo từ trường của cặp vòng, nhưng đều làm phức tạp và tăng giá thành kết cấu của vòng làm kín cơ khí và vật liệu đôi lúc không phù hợp với yêu cầu. Lực lò xo nói chung phải lớn hơn rất nhiều so với lực ma sát của vòng làm kín vòng đệm, lực của siphong, màng đàn hồi và các chi tiết làm kín khác .khi lắp ráp thì chú ý kiểm tra chuyển động tự do của vòng cặp ma sát dưới tác dụng của lò xo và tính chuyển động của nó ở độ lệch tương đối. + Vật liệu làm lò xo Nói chung, tuỳ theo điều kiện làm việc của của bơm mà chúng ta có biên pháp chọn vật liệu phù hợp.Ví dụ, làm việc trong môi trường hoá học cao thì cần có biện pháp cách ly lò xo co thể như, dùng nhựa protô-4 rất có hiệu quả bảo vệ lò xo. Khi lựa chọn làm việc trong môi trường chứa tạp chất cứng, hỗn hợp muối thì cần bảo vệ bằng vỏ cao su. Khi đó khoảng không gian bên trong được lắp đặt lò xo và các chi tiết khác làm kín được bôi trơn bằng dầu đặc, dầu bảo vệ chi tiết làm kín khỏi han rỉ, giảm ma sát và mài mòn do rung động. Khi làm việc trong môi trường nước mặn thì chọn vật liệu làm lò xo là vật liệu chống rỉ như brôm hay crôm–niken.Tuỳ theo môi trường nó làm việc mà chọn vật liệu phù hợp. 4. Làm mát vòng làm kín cơ khí Giảm nhiệt độ sẽ tăng tính chống mài mòn của vòng làm kín, trong một số trường hợp sự tuần hoàn của chất lỏng tạo bởi các thiết bị đặc biệt như qua các van tiết lưu, qua các buồng làm mát, từ đó làm giảm nhiệt độ của các vòng làm kín. Có thể làm mát vòng làm kín với hệ thống tuần hoàn bên trong, được thực hiện nhờ làm giảm áp suất trong bơm hoặc làm kín với hệ thống tuần hoàn bên ngoài. Nói chung tính kinh tế và hiệu quả của hệ thống làm mát cho vòng làm kín cơ khí phụ thuộc cụ thể điều kiện sử dụng tổ máy. II.2.11. Xác định kích thước trục và kiểm tra độ bền trục Hình II.16. Sơ đồ lực tác dụng lên trục 1. Xác định phản lực ở gối tựa 1,2 Mô men ở bên phải điểm 1 Phản lực tại điểm 2 2.Xác định momen uốn và xoắn tại các tiết diện nguy hiểm Hình II.17