Ch¬ng I Tæng quan chung I.1.§Æt vÊn ®Ò B¬m lµ mét lo¹i m¸y thñy lùc biÕn c¬ n¨ng thµnh n¨ng lîng ®Ó vËn chuyÓn chÊt láng hoÆc t¹o thµnh ¸p suÊt cÇn thiÕt trong hÖ thèng truyÒn dÉn thñy lùc. Trªn thÕ giíi, b¬m ®îc ¸p dông trong mäi lÜnh vùc cña ®êi sèng nh trong sinh ho¹t, ph¸t triÓn n«ng nghiÖp , trong c«ng nghiÖp. B¬m ®îc øng dông nhiÒu hay Ýt, tïy theo ®Æc ®iÓm khÝ hËu, tù nhiªn, kinh tÕ, x· héi vµ tr×nh ®é khoa häc kü thuËt cña mçi níc. §èi víi níc ta, do ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh phøc t¹p, m¹ng líi s«ng ngßi dµy ®Æc, khÝ hËu nãng Èm, diÔn biÕn bÊt thêng, mïa ma th× g©y ngËp óng, mïa kh« thêng bÞ h¹n h¸n kÐo dµi . Do vËy ,trong lÜnh vùc n«ng nghiÖp b¬m cã ý nghÜa hÕt søc quan träng trong viÖc ®iÒu tiÕt nguån níc mét c¸ch cã hiÖu qu¶ nh»m c¶i t¹o ®Êt,t¨ng vô, t¨ng n¨ng suÊt ,t¨ng s¶n lîng c©y trång nh»m gãp phÇn xo¸ ®ãi gi¶m nghÌo,n©ng cao ®êi sèng nh©n d©n.Trong c«ng nghiÖp, b¬m còng ®îc ¸p dông kh¸ nhiÒu ë níc ta nh trong c«ng tr×nh khai th¸c má,c«ng nghiÖp ho¸ chÊt. VÊn ®Ò m¸y b¬m ch×m vÉn lµ mét lÜnh vùc míi mÎ ë nuíc ta. MÆc dï b¬m ch×m ®îc øng dông kh¸ nhiÒu trong tíi tiªu phôc vô n«ng nghiÖp, nhng trong c«ng nghiÖp th× nã vÉn cßn cã nh÷ng h¹n chÕ nhÊt ®Þnh, ®Æc biÖt lµ nh÷ng b¬m cã c«ng suÊt lín. Võa qua, Trung t©m nghiªn cøu, t vÊn c¬ ®iÖn vµ x©y dùng (Remeco) thuéc Tæng c«ng ty c¬ ®iÖn - x©y dùng n«ng nghiÖp vµ thñy lîi ®· nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o mét sè lo¹i m¸y b¬m ch×m c«ng suÊt N=37,55KW vµ 75KW, tuy nhiªn,cho ®Õn nay ,m¸y b¬m ch×m vÉn ph¶i nhËp khÈu tõ níc ngoµi kh¸ nhiÒu. NhiÒu c«ng ty khai th¸c níc ngÇm chñ yÕu chØ quan t©m ®Õn tÝnh to¸n lùa chän c¸c b¬m giÕng s©u vµ nhËp khÈu thiÕt bÞ níc ngoµi. C¸c c«ng ty ë Hµ Néi, Hå ChÝ Minh ®· chÕ t¹o c¸c b¬m ch×m giÕng s©u kiÓu ly t©m nhiÒu cÊp vµ c¸c chi tiÕt lµm phô tïng söa ch÷a, thay thÕ cho c¸c b¬m ngo¹i nhËp, nhng chÊt lîng vµ hiÖu qu¶ cßn thÊp. B¬m ch×m cã nh÷ng u viÖt h¬n c¸c lo¹i b¬m kh¸c nh: cã thÓ lµm viÖc ®îc nh÷ng n¬i cã mùc níc thay ®æi lín (kh«ng cè ®Þnh), kh«ng cÇn måi níc, gi¶m thêi gian khëi ®éng. NhiÖm vô ®èi víi ngµnh chÕ t¹o m¸y b¬m hiÖn nay lµ tõng bíc hoµn thiÖn lý thuyÕt tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c lo¹i b¬m ch×m. Trªn c¬ së ®ã, n©ng cao n¨ng suÊt cña m¸y b¬m , t¨ng ®é bÒn, tuæi thä cña m¸y vµ thiÕt bÞ, trong ®ã kh©u tù ®éng ho¸ vµ c¬ giíi ho¸ qu¸ tr×nh lµm viÖc cã ý nghÜa rÊt lín vµ gi÷ vai trß hµng ®Çu. Thùc hiÖn ®Ò tµi “ThiÕt kÕ m¸y b¬m ch×m kiÓu hçn l u trôc ®øng “ sÏ gãp phÇn ®¸p øng nhu cÇu nªu trªn cña s¶n xuÊt. I.2.T×nh h×nh nghiªn cøu, chÕ t¹o vµ sö dông b¬m ch×m trªn thÕ giíi Ngµnh c«ng nghiÖp chÕ t¹o m¸y b¬m trªn thÕ giíi d· ®¹t ®îc nhiÒu thµnh tùu trong nghiªn cøu lý thuyÕt c¬ b¶n, thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ ¸p dông vµo s¶n xuÊt kho¶ng 1500 lo¹i m¸y b¬m. M¸y b¬m ch×m ®· ®îc nghiªn cøu s©u vµ ®¹t ®Õn tr×nh ®é cao 1 vÒ c¬ së lý thuyÕt tÝnh to¸n, thiÕt kÕ, chÕ t¹o, ®Æc biÖt lµ c¸c b¬m ch×m phôc vô n«ng nghiÖp vµ tho¸t níc th¶i. VÊn ®Ò quan träng ®èi víi ngµnh chÕ t¹o m¸y hiÖn nay cÇn quan t©m lµ n©ng cao hiÖu suÊt, t¨ng ®é bÒn , tuæi thä cña m¸y vµ thiÕt bÞ, trong ®ã, kh©u tù ®éng ho¸ vµ c¬ giíi ho¸ qu¸ tr×nh lµm viÖc cã ý nghÜa quan träng.Nhîc ®iÓm c¬ b¶n cña phÇn lín c¸c m¸y b¬m c¸nh dÉn kiÓu li t©m , dßng chÐo hay híng trôc lµ t×nh tr¹ng kh«ng kÝn cña gio¨ng sÏ lµm gi¶m kh¶ n¨ng lµm viÖc hoÆc lµm háng thiÕt bÞ. C¸c m¸y b¬m ch×m sÏ kh¾c phôc c¸c nhîc ®iÓm nªu trªn, ®¶m b¶o ®é bÒn vµ tuæi thä cao. HiÖn nay, c¸c m¸y b¬m c¸nh dÉn trôc ®Æt ngang thêng lµm viÖc víi chiÒu cao hót ®Þa h×nh (6-7)m, ®èi víi b¬m c¸nh dÉn trôc ®øng còng bÞ h¹n chÕ chiÒu dµi cña trôc. Trong thùc tÕ, c¸c mùc níc s«ng suèi thay ®æi rÊt lín H (6-7)m vµ nhanh ®ét ngét g©y nhiÒu khã kh¨n cho viÖc vËn hµnh sö dông khai th¸c thiÕt bÞ. §· cã mét sè biÖn ph¸p kü thuËt gi¶i quyÕt t×nh tr¹ng trªn: dïng tr¹m b¬m næi (thuyÒn, phao), tr¹m b¬m di ®éng trªn ®êng ray nh»m tr¸nh cho sù óng ngËp ®éng c¬ ®iÖn.Tuy nhiªn, c¸c biÖn ph¸p ®ã ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cha cao do kÕt cÊu thiÕt bÞ vµ c«ng tr×nh phøc t¹p, khã ®iÒu khiÓn theo nguyªn lý tù ®éng. Do vËy, kh«ng chñ ®éng trong vËn hµnh vµ khai th¸c. M¸y b¬m ch×m ®· kh¾c phôc tèt c¸c nhîc ®iÓm nªu trªn. Víi c¸c níc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn, m¸y b¬m ch×m ®· ®îc chó ý ®Çu t nghiªn cøu, chÕ t¹o vµ ¸p dông vµo s¶n xuÊt phôc vô n«ng nghiÖp, c«ng nghiÖp, x©y dùng, giao th«ng tõ nh÷ng n¨m 1940 -1950. C¸c b¬m ch×m ®· ®¹t ®îc chÊt lîng cao víi c¸c th«ng sè kÜ thuËt kh¸c nhau vµ c«ng suÊt N = 0,1 – 5.000 KW H= 1,0 –500 m l¾p víi c¸c m¸y ®éng c¬ ch×m kiÓu kh«, kiÓu nöa ít vµ kiÓu ít. C¸c ®éng c¬ ®iÖn ph©n thµnh ®éng c¬ ®iÖn ch×m lo¹i mét pha hoÆc ba pha kiÓu lång sãc vµ d©y quÊn. Phæ biÕn nhÊt lµ c¸c m¸y b¬m ch×m kiÓu giÕng s©u trôc ®øng hay trôc ngang mét tÇng hay nhiÒu tÇng c¸nh phôc vô cho cÊp níc trong n«ng nghiÖp ,sinh ho¹t ®êi sèng d©n sinh. C¸c m¸y b¬m ch×m trôc ®øng kiÓu ly t©m, kiÓu hçn l u (dßng chÐo ) hay b¬m híng trôc ch×m ®îc nghiªn cøu, thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ ¸p dông réng r·i trong n«ng nghiÖp vµ c¸c môc ®Ých kh¸c. HÇu nh c¸c h·ng s¶n xuÊt b¬m cã uy tÝn cña c¸c níc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn ®Òu quan t©m nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn m¸y b¬m ch×m c¸c lo¹i. C¸c h·ng næi tiÕng víi c¸c s¶n phÈm m¸y b¬m ch×m - ®éng c¬ ch×m nh: Flygt (Thôþ§iÓn), ABS, KSB, Mona(§øc), ¤mªga (T©y Ban Nha), Kubota, EBARA, Hitachi(NhËt), energomash(Nga), Huyndai (Hµn Quèc), c¸c h·ng b¬m cña Ph¸p, Hungary, Anh. H·ng ABS cña céng hoµ liªn bang §øc ®îc thµnh lËp cuèi thÕ kû 19 vµ b¾t ®Çu chÕ t¹o m¸y b¬m ch×m tõ nh÷ng n¨m 1950. ABS cã doanh thu hµng n¨m nhiÒu tØ ®«la do cung cung cÊp sè lîng rÊt lín m¸y b¬m cho h¬n 100 níc trªn thÕ giíi. ABS s¶n xuÊt hµng tr¨m lo¹i b¬m ch×m (c¶ ®éng c¬ vµ b¬m ch×m) víi c«ng suÊt N 2 = 0.16 – 15.000 KW, lu lîng ®¹t tíi = 25.000 m3/h vµ cét ¸p = 220 m. ABS lu«n ®îc xÕp trong hµng ngò nh÷ng h·ng ®øng ®Çu thÕ giíi vÒ chÕ t¹o m¸y b¬m ch×m. C¸c h·ng s¶n xuÊt b¬m ch×m ®ang chó ý ®Çu t nghiªn cøu s©u vµ n©ng cao tuæi thä, ®é bÒn, kh¶ n¨ng lµm viÖc theo nguyªn lý tù ®éng ho¸ cña thiÕt bÞ còng nh n©ng cao chÊt lîng thuû lùc phÇn dÉn dßng cña b¬m ch×m, nghiªn cøu c¸c kÕt cÊu míi nh»m t¨ng c«ng suÊt cña mçi tæ m¸y b¬m N =10,000 KW, cét ¸p H = 600 – 800 m, lu lîng Q =40.000 m3/ h. Lý thuyÕt tÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y b¬m ch×m ®· ®¹t ®îc nhiÒu thµnh tùu lín, ®Æc biÖt vÒ phÇn tÝnh to¸n kÕt cÊu cña lo¹i m¸y b¬m kiÓu li t©m, dßng chÐo vµ híng trôc (kÓ c¶ trôc ngang vµ trôc ®øng) víi cÊu t¹o gèi ®ì chÞu lùc hÖ thèng lµm kÝn c¬ giíi, b«i tr¬n vµ lµm m¸t. Lý thuyÕt tÝnh to¸n ®ang ®îc tiÕp tôc hoµn thiÖn vµ ®îc ph¸t triÓn. Nãi chung, lý thuyÕt tÝnh to¸n phÇn dÉn dßng m¸y b¬m ch×m kh«ng cã g× kh¸c biÖt so víi tÝnh to¸n thiÕt kÕ phÇn dÉn dßng cña m¸y b¬m c¸nh dÉn th«ng thêng.Tuy nhiªn, do ®Æc ®iÓm ®Æt ch×m trong m«i tr- êng chÊt láng (cã thÓ lµ níc s¹ch, chÊt láng th¶i, ho¸ chÊt, níc bïn c¸t …víi nhiÖt ®é kh¸c nhau) hay trong ®iÒu kiÖn thùc tÕ kh¸c nhau nh b¬m tõ c¸c giÕng khoan s©u hµng vµi tr¨m mÐt (b¬m giÕng s©u), b¬m níc phôc vô lµm m¸t ë c¸c nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö, b¬m ch×m phôc vô cho c«ng t¸c khai th¸c dÇu khÝ … sÏ ®ßi hái c¸c ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®Æc biÖt kh¸c nhau víi nh÷ng lu ý ®Æc thï. VÝ dô, ®èi víi b¬m ch×m dïng cho cÊp níc lµm m¸t ë nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö yªu cÇu ®é bÒn ®Æc biÖt cao, chØ l¾p ®Æt mét lÇn nÕu cã h háng dï chi tiÕt nhá còng bÞ lo¹ bá toµn bé c¶ b¬m vµ ®éng c¬ (sau khi l¾p b¬m ®éng c¬ xong sÏ hµn kÝn toµn bé c¸c mèi l¾p ghÐp ®Ó ®¶m b¶o kÝn tuyÖt ®èi ). §èi víi c¸c b¬m ch×m cét ¸p cao tíi vµi tr¨m mÐt th× vÊn ®Ò tÝnh to¸n chÝnh x¸c lùc däc trôc cña b¬m vµ gi¶i ph¸p kÕt cÊu ®Ó c©n b»ng lùc hay biÖn ph¸p lµm gi¶m lùc däc trôc còng nh kÕt cÊu chi tiÕt chÞu ®îc lùc däc trôc sÏ lµ vÊn ®Ò quan träng bËc nhÊt còng víi ®¶m b¶o ®é kÝn tuyÖt ®èi cña b¬m, Ngoµi ra, ®èi víi mçi kiÓu b¬m ch×m sÏ cÇn quan t©m vÒ ®Æc trng riªng trong tÝnh to¸n. VÝ dô, ®èi víi b¬m ch×m kiÓu ly t©m cét ¸p kh«ng qu¸ lín ( H 70 m) phôc vô n«ng nghiÖp vµ tho¸t níc th¶i th× cÇn chó ý nhiÒu ®Õn t¸c ®éng cña lùc híng t©m vµ chän vßng bi chÆn, vßng bi ®ì ®Òu thiªn vÒ chÞu lùc däc trôc. §èi víi b¬m ch×m kiÓu hçn lu th× quan t©m c¶ hai lo¹i lùc ®· nªu. ë Nga vµ Uc¬ren cã c¸c nhµ m¸y lín chuyªn thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸c lo¹i m¸y b¬m ch×m d· nªu trªn vµ ®¹t chÊt lîng tèt. C¸c b¬m ch×m phôc cho n«ng nghiÖp vµ tho¸t níc th¶i lo¹i b×nh thêng (®é axit thÊp, kÝch thíc c¸c vËt cøng trong níc th¶i kh«ng qu¸ lín …) sÏ cho phÐp sö dông lo¹i b¬m ch×m kiÓu c¸nh dÉn truyÒn thèng vµ phÇn tÝnh to¸n lý thuyÕt sÏ ®¬n gi¶n h¬n so víi b¬m ch×m phôc vô c¸c môc ®Ých ®Æc biÖt. C¸c níc Asean vµ ch©u ¸ ®· cã nhiÒu liªn doanh, liªn kÕt víi c¸c h·ng b¬m lín trªn thÕ giíi trong nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o c¸c kiÓu b¬m ch×m víi c¸c 3 lo¹i c«ng suÊt kh¸c nhau vµ ®¹t kÕt qu¶ tèt. Rót kinh nghiÖm cña c¸c níc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn, c¸c níc asean vµ ch©u ¸ còng sö dông réng r·i c¸c m¸y b¬m ch×m , ®Çu t cho nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o c¸c lo¹i b¬m ch×m phôc vô néi ®Þa vµ xuÊt khÈu ®¹t hiÖu qu¶ cao. VÝ dô ®iÓn h×nh lµ ë Malaixia ®· sö dông c¸c lo¹i m¸y b¬m ch×m víi tØ lÖ ®Æc biÖt lín (chiÕm tíi 90% toµn bé sè lîng b¬m ®ang ho¹t ®éng) phôc vô cho tíi tiªu trong n«ng nghiÖp vµ tho¸t níc th¶i. Nguyªn nh©n dÉn ®Õn t×nh tr¹ng trªn lµ do u viÖt cña b¬m ch×m: c«ng tr×nh tr¹m ®¬n gi¶n, rÊt phï hîp víi c¸c vïng cã sù thay ®æi mùc níc nhiÒu, nhanh ®ét ngét vµ ®Æc biÖt lµ kh«ng g©y tiÕng ån (nguyªn nh©n quan träng nhÊt lµ ®Ó Malaixia sö dông b¬m ch×m víi tØ lÖ cao). Ngoµi ra, b¬m ch×m cho phÐp sö dông víi møc ®é tù ®éng ho¸ cao thuËn lîi cho Malaixia khi lùc lîng lao ®éng rÊt thiÕu. I.3. T×nh h×nh nghiªn cøu, chÕ t¹o vµ sö dông b¬m ch×m ë ViÖt nam M¸y b¬m ch×m c«ng suÊt lín, cét ¸p ë d¹ng b¬m giÕng s©u cÊp níc cho c¸c khu d©n c phôc vô ®êi sèng d©n sinh hoÆc c¸c nhµ m¸y, xÝ nghiÖp ®· dîc sö dông ë viÖt nam tõ nh÷ng n¨m 1960 - 1970. C¸c m¸y b¬m ch×m kiÓu giÕng s©u lu lîng nhá, cét ¸p cao thêng nhËp cña níc ngoµi (Nga, Bungary, Céng hoµ SÐc…). Cho ®Õn nay, m¸y b¬m ch×m sö dông ë viÖt nam phôc vô tíi tiªu cho n«ng nghiÖp cßn qu¸ Ýt ( cha ®Õn 100 tæ m¸y c¸c lo¹i) víi c«ng suÊt N = 10 - 320 KW. Nguyªn chÝnh dÉn ®Õn t×nh tr¹ng trªn lµ do gi¸ thµnh c¸c b¬m ch×m qu¸ cao trong khi gi¸ trÞ s¶n phÈm n«ng nghiÖp thÊp, nguån vèn ng©n s¸ch nhµ níc l¹i h¹n chÕ. Ngoµi ra, b¶n th©n c¸c nhµ qu¶n lý, nh÷ng ngêi khai th¸c m¸y b¬m vµ tr¹m b¬m cha ®îc chuÈn bÞ ®Çy ®ñ kiÕn thøc cho viÖc tiÕp nhËn lo¹i b¬m nµy nh»m ®¹t hiÖu qu¶ cao. Nh÷ng n¨m võa qua, Bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n ®· b¾t ®Çu chó ý nhËp c¸c b¬m ch×m kiÓu li t©m, dßng chÐo vµ híng trôc mét cÊp c«ng suÊt lín = 320 KW, lu lîng lín = 16000 m3/h phôc vô tíi tiªu trong n«ng nghiÖp tõ c¸c níc: Thôy §iÓn, §øc, Ên ®é, Hµn quèc … Sau mét sè n¨m ®a vµo sö dông trong thùc tÕ, cã thÓ rót ra mét sè kÕt luËn vÒ m¸y b¬m ch×m: c¸c m¸y b¬m ch×m lµm viÖc tèt, æn ®Þnh; c«ng tr×nh tr¹m rÊt ®¬n gi¶n, ®Æc biÖt hiÖu qu¶ vµ phï hîp víi vïng s«ng hå cã sù thay ®æi mùc níc nhiÒu vµ nhanh ®ét ngét. Kinh nghiÖm còng chØ râ chÊt lîng m¸y cña mçi níc cã kh¸c nhau, C¸c thiÕt bÞ m¸y b¬m ch×m cña Thôy ®iÓn, Hungary, §øc ®îc ®¸nh gi¸ cao. M¸y b¬m ch×m cña Hµn Quèc cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n h¬n, nhng cÇn ph¶i chó ý ®Õn mét sè nhîc ®iÓm khi sö dông. Tuy vËy, nh÷ng n¨m qua còng thÊy râ nhiÒu vÊn ®Ò tån t¹i víi ngµnh chÕ t¹o m¸y b¬m. B¬m ch×m c«ng suÊt lín, lu lîng níc lín phôc vô n«ng nghiÖp vµ tho¸t níc th¶i cßn qu¸ míi mÎ ®èi víi ViÖt nam, kÓ c¶ c¸n bé kÜ thuËt chuyªn ngµnh m¸y thuû khÝ ®Õn c¸n bé qu¶n lý, l¾p ®Æt vµ sö dông hay c«ng nh©n vËn hµnh, söa ch÷a … HÇu nh cha cã tµi liÖu kÜ thuËt nµo vÒ b¬m ch×m chÝnh thøc ®îc c«ng bè vµ 4 phæ biÕn mét c¸ch bµi b¶n cã tÝnh ph¸p quy, mÆc dï sè lîng vµ chñng lo¹i m¸y b¬m ch×m ®îc nhËp khÈu vµ sö dông ë ViÖt nam lµ rÊt ®¸ng kÓ (hµng ngµn tæ m¸y c¸c lo¹i ). NhiÒu c«ng ty khai th¸c níc ngÇm chñ yÕu chØ quan t©m ®Õn tÝnh to¸n lùa chän c¸c b¬m giÕng s©u vµ nhËp khÈu m¸y cña níc ngoµi. Mét sè hîp t¸c x· (Hµ nam, Nam §Þnh …), c¸c c«ng ty ë thµnh phè Hå ChÝ Minh, Hµ Néi ®· chÕ t¹o c¸c b¬m giÕng s©u kiÓu ly t©m nhiÒu cÊp vµ c¸c chi tiÕt lµm phô tïng phôc vô söa ch÷a, thay thÕ cho c¸c b¬m ngo¹i nhËp, nhng chÊt lîng vµ hiÖu suÊt cßn thÊp. C¸c m¸y b¬m ch×m ®· vµ ®ang sö dông rÊt réng r·i ë ViÖt nam phôc vô cho viÖc tho¸t níc th¶i (níc sinh ho¹t vµ níc th¶i c«ng nghiÖp). Tuy nhiªn, c¸c b¬m ch×m dïng cho tho¸t níc th¶i c«ng suÊt lín N > 30KW ®îc sö dông víi sè lîng Ýt h¬n nhiÒu so víi lo¹i b¬m ch×m c«ng suÊt nhá, ®Æc biÖt ë ph¹m vi c«ng suÊt N = 4,5 - 22KW. Thêi gian gÇn ®©y, vÊn ®Ò vÒ m«i trêng ë níc ta ®ù¬c quan t©m h¬n dÉn ®Õn viÖc sö dông nhiÒu h¬n c¸c b¬m ch×m hót nø¬c th¶i ë thµnh phè vµ ë c¸c nhµ m¸y c«ng nghiÖp còng nh phôc vô cho c¸c ®µi phun níc trang trÝ c¶i t¹o c¶nh quan m«i trêng . VÒ m¸y b¬m ch×m ë ViÖt Nam, cã thÓ t¹m thêi ph©n ra 2 lo¹i b¬m ch×m dùa theo c«ng suÊt ®éng c¬ phôc vô cho c«ng t¸c nghiªn cøu, lùa chän sö dông m¸y: + M¸y b¬m ch×m c«ng suÊt lín N 75KW. + M¸y b¬m ch×m c«ng suÊt võa vµ nhá N < 75 KW. C¸ch ph©n chia rÊt t¬ng ®èi nµy dùa trªn c¬ së thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸c ®éng c¬ ®iÖn vµ kÕt cÊu c¸c m¸y b¬m kÌm theo, ®Æc biÖt lµ bé phËn lµm kÝn c¬ giíi cña b¬m ch×m. Còng nh c¸c b¬m c¸nh dÉn th«ng thêng ®ang sö dông, b¬m ch×m còng cÇn ph¶i ®îc nghiªn cøu theo c¸c gam b¬m ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ cao trong thêi gian ng¾n vµ tiÕt kiÖm kinh phÝ ®Çu t. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, trung t©m nghiªn cøu, t vÊn c¬ ®iÖn vµ x©y dùng (REMECO) thuéc Tæng c«ng ty c¬ ®iÖn – x©y dùng n«ng nghiÖp vµ thñy lîi. §· ®îc giao thùc hiÖn c¸c ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc vµ c¸c dù ¸n s¶n xuÊt thÝ nghiÖm vÒ thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸c m¸y b¬m ch×m vµ ®éng c¬ ®iÖn ch×m c«ng suÊt N=37,55 vµ 75KW phôc vô tíi tiªu trong n«ng nghiÖp vµ tho¸t níc th¶i. C¸c ®Ò tµi vµ dù ¸n ®îc hoµn thµnh ®¹t kÕt qu¶ tèt vµ ®· ®îc øng dông thµnh c«ng vµo s¶n xuÊt. C¸c s¶n phÈm m¸y b¬m ch×m vµ ®éng c¬ ®iÖn ch×m cña Trung t©m REMECO ®· ®îc s¶n xuÊt víi sè lîng lín. Víi c¸c m¸y ch×m vµ ®éng c¬ ch×m ®îc thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o trong níc ch¾c ch¾n sÏ h¹ gi¸ thµnh s¶n phÈm tæ m¸y vµ cho phÐp chñ ®éng cung cÊp thiÕt bÞ, phô tïng thay thÕ. §©y lµ gi¶i ph¸p tèi u ®Ó ¸p dông réng r·i c¸c m¸y b¬m ch×m vµo s¶n xuÊt phôc vô n«ng nghiÖp còng nh c¸c nghµnh kinh tÕ kh¸c. Ngoµi ra, ®©y còng lµ biÖn ph¸p cÇn thiÕt ph¸t huy néi lùc ViÖt Nam, gãp phÇn lµm gi¶m kinh phÝ nhËp khÈu, t¨ng ngo¹i tÖ xuÊt khÈu nhanh chãng hoµ nhËp víi AFTA trong thêi gian tíi, ®Æc biÖt tham gia vµo viÖc thùc hiÖn c¸c dù ¸n x©y l¾p c¸c tr¹m b¬m ch×m míi, c¸c 5 dù ¸n c¶i t¹o c¸c b¬m li t©m, híng trôc cò b»ng c¸c b¬m ch×m theo nguån vèn cña ng©n hµng thÕ giíi WB2, ADB vµ ODA. C«ng tr×nh l¾p m¸y b¬m ch×m còng lµ vÊn ®Ò rÊt cÇn ®îc quan t©m . Níc c¸c s«ng suèi ë ViÖt Nam vµo mïa ma thêng cã nång ®é phï sa rÊt lín. HiÖn tuîng båi l¾ng ®èi víi c¸c cöa s«ng, ®¸y s«ng hay c¸c kªnh m¬ng, bÓ hót, bÓ x¶ tr¹m b¬m ®· g©y nhiÒu phøc t¹p cho c¸ c«ng ty qu¶n lý vËn hµnh khai m¸y b¬m vµ tr¹m b¬m phôc vô n«ng nghiªp. Sö dông b¬m ch×m c«ng suÊt lín trong ®iÒu kiÖn t¸c ®éng båi l¾ng cña phï sa sÏ khã kh¨n h¬n nhiÒu. Kinh nghiÖm vËn hµnh sö dông c¸c b¬m ch×m c«ng suÊt lín ( N = 320 KW) ë c¸c tr¹m b¬m phï sa (Hµ T©y), §¹i §×nh (VÜnh Phóc ) ë bªn bê s«ng Hång ®· cho thÊy ph¶i ph¶i cã gi¶i ph¸p kü thuËt ®Æc biÖt khi thiÕi kÕ, chÕ t¹o b¬m vµ ph¶i lu ý ®Õn kÕt cÊu c«ng tr×nh, cÇn quan t©m ®Õn quy tr×nh khëi ®éng, ®ãng më m¸y. §©y lµ vÊn ®Ò rÊt quan träng ®Ó ®¶m b¶o b¬m lµm viÖc b×nh thêng vµ n©ng cao tuæi thä, ®é bÒn cña thiÕt bÞ, lµm t¨ng hiÖu qu¶ sö dông c«ng tr×nh. B¬m ch×m phôc vô cho tho¸t níc th¶i cã cÆn b· hay vËt cøng, bïn l¾ng ®äng còng gÆp nhiÒu khã kh¨n khi sö dông nhng cã thÓ kh¾c phôc nhê thiÕt bÞ khuÊy. Tuy vËy, hiÖn tîng cña phï sa båi l¾ng vµo mïa lò ë c¸c s«ng lín thêng phøc t¹p vµ khã xö lý h¬n nhiÒu so víi t¸c ®éng cña bïn c¸t l¾ng ®äng cña níc th¶i. Tãm l¹i, cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng, m¸y b¬m ch×m lµ thiÕt bÞ c¬ ®iÖn thuéc lo¹i c«ng nghÖ cao ®· ®îc sö dông víi sè lîng kh«ng nhá vµ ®ang cã nhu rÊt lín ®èi víi nhiÒu ngµnh, ®Æc biÖt víi n«ng nghiÖp vµ tho¸t nøíc th¶i. Tuy nhiªn, vÒ lÜnh vùc b¬m ch×m, ViÖt Nam ®· bÞ tôt hËu kh¸ xa so víi c¸c níc kh¸c trong khu vùc (Sinhgapo, Th¸I Lan, Malaixia, In®«nªxia ) vÒ hiÓu biÕt chuyªn s©u trong lý thuyÕt tÝnh to¸n thiÕt kÕ, c«ng nghÖ chÕ t¹o, quy tr×nh c«ng nghÖ vÒ l¾p ®Æt, vËn hµnh khai th¸c qu¶n lý vµ söa ch÷a m¸y b¬m ch×m, c¸c kiÕn thøc vÒ kÕt cÊu c¸c lo¹i m¸y b¬m ch×m vµ c¸c kiÓu c«ng tr×nh l¾p ®Æt m¸y b¬m ch×m, c¸c tµi liÖu th«ng tin, c¸c tµi liÖu kÜ thuËt, c«ng t¸c båi dìng ®µo t¹o chuyªn ngµnh vÒ b¬m vµ tr¹m l¾p b¬m ch×m ®èi víi c¸c c¸n bé kÜ thuËt, qu¶n lý, c«ng nh©n, lµnh nghÒ vÒ chÕ t¹o, l¾p ®Æt, söa ch÷a b¬m ch×m. Ch¬ng II ThiÕt kÕ m¸y b¬m ch×m kiÓu hçn lu trôc ®øng II.1. Lùa chän th«ng sè kü thuËt II.1.1.X¸c ®Þnh lu lîng cña b¬m (II.1) Trong ®ã : - C«ng suÊt cña ®éng c¬ ®iÖn - C«ng suÊt trªn trôc 6 - HiÖu suÊt ®éng c¬ ®iÖn - HiÖu suÊt m¸y b¬m (dù tÝnh ) - HÖ sè an toµn cña ®éng c¬ - Cét ¸p thiÕt kÕ cña m¸y b¬m Tõ ®ã lu lîng thiÕt kÕ cña m¸y b¬m lµ : (II.2) Thay sè : II.1.2.Sè vßng quay ®Æc trng cña b¬m (ns) (II.3) Trong ®ã : n=1450(v/ph) Thay sè : Sè vßng quay ®Æc trng sÏ ®Æc trng cho hÖ thèng líi c¸nh m¸y b¬m kiÓu dßng chÐo. II.1.3.HÖ sè hiÖu suÊt thÓ tÝch cña m¸y b¬m (II.4) Thay sè: II.1.4. HiÖu suÊt c¬ khÝ cña b¬m ( ) a) HiÖu suÊt néi c¬ khÝ cña b¬m (II.5) Thay sè: 7 b) HiÖu suÊt ngo¹i c¬ khÝ cña b¬m Cã thÓ lÊy Ta cã : (II.6) II.1.5. HiÖu suÊt thuû lùc cña b¬m theo c«ng thøc L«makin (II.7) Trong ®ã : - §êng kÝnh tÝnh ®æi t¹i mÐp vµo b¸nh c«ng t¸c (II.8) Thay sè: Ta cã : II.1.6. HiÖu suÊt cña m¸y b¬m ( ) (II.9) VËy ta cã thÓ chän hiÖu suÊt ®óng nh dù tÝnh lµ II.2. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n b¬m ch×m kiÓu hçn lu II.2.1. X¸c ®Þnh ®êng kÝnh trôc vµ bÇu H×nh II.1. C¸c kÝch thíc c¬ b¶n cña b¸nh c«ng t¸c M« men xo¾n t¸c dông lªn trôc b¬m lµ: 8 Mx = (II.10) Chän vËt liÖu lµm trôc lµ thÐp CT5 cã th=150 kg/cm2 Díi t¸c dông cña m« men xo¾n Mx trong trôc sinh ra øng suÊt xo¾n = (II.11) Trong ®ã : Wo –m« men c¶n xo¾n cña trôc D- §êng kÝnh cña trôc Theo ®iÒu kiÖn = (II.12) TÝnh ®îc ®êng kÝnh trôc d (II.13) §êng kÝnh cña bÇu db=1,2.do=1,38.4,34=54 (cm)=0,06(mm) (II.14) II.2.2.X¸c ®Þnh kÝch thíc mÐp vµo b¸nh c«ng t¸c Q1= (II.15) §êng kÝnh mÐp vµo c¬ b¶n phô thuéc vµ sè vßng quay cña b¸nh xe. Gi¸ trÞ tiÕt diÖn vµo b¸nh x¸c ®Þnh thµnh phÇn kÝnh tuyÕn cña vËn tèc ë toµn bé r·nh b¸nh xe, bëi v× c¸c tiÕt diÖn cßn l¹i ®îc chän dùa theo tiÕt diÖn vµo. 1.§êng kÝnh tiÕt diÖn häng t¹i cöa b¸nh c«ng t¸c (D0) (II.16) Chän l¹i VËn tèc tuyÖt ®èi cña dßng ch¶y t¹i tiÕt diÖn häng ë cöa vµo b¸nh c«ng t¸c cã ¶nh hëng rÊt lín ®Õn chÊt lîng x©m thùc vµ hiÖu suÊt cña m¸y b¬m. 2. VËn tèc Vo cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (II.17) 9 Chän r1=0,96. W1,0 Vm1=Wm1 W1 V’m1=V’1 W’1  1  1,0 '1 1 Vu1 U1 §å vËn tèc tríc khi dßng ch¶y ®i vµo b¸nh c«ng t¸c tr×nh bµy trªn (h×nh H×nh II.2. §å vËn tèc cña dßng ch¶y t¹i cöa vµo b¸nh c«ng t¸c II.2).Thµnh phÇn kÝnh tuyÕn v’m cña vËn tèc tuyÖt ®èi ®îc x¸c ®Þnh tõ ph¬ng tr×nh liªn tôc. (II.18) MÐp vµo cña c¸nh b¸nh c«ng t¸c phÇn lín ®îc bè trÝ ë vïng dßng ch¶y bÞ ngoÆt tõ híng kÝnh sang híng t©m.TiÕt diÖn f1 th¼ng gãc víi híng cña dßng ch¶y sÏ cã d¹ng mÆt quay vµ trong trêng hîp gÇn ®óng cã thÓ thay mÆt ®ã b»ng mÆt c¹nh cña h×nh nãn côt cã ®êng sinh b1, b»ng ®êng kÝnh ®êng trßn cã t©m n»m trªn ®êng mÐp vµo cña c¸nh vµ tiÕp gi¸p víi ®êng biªn giíi h¹n tiÕt diÖn kÝnh tuyÕn cña r·nh b¸nh c«ng t¸c. (II.19) Trong ®ã : r1 -B¸n kÝnh t©m vßng trßn b1 Tõ c«ng thøc (II.18) vµ (II.19) v’m= (II.20) LÊy v’m1=vo=6,58 (m/s) 3. VÞ trÝ nµy øng víi chiÒu réng b1 vµ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (II.21) Thµnh phÇn kinh tuyÕn cña vËn tèc khi vµo c¸nh sÏ t¨ng lªn v× tiÕt diÖn bÞ co hÑp do th©n c¸nh g©y ra nªn: Vm1=K1.V’m1 (II.22) Trong ®ã: K1-HÖ sè co hÑp 10 Chän K1=1,07 VËy Vm1=1,07.6,58=7 (m/s) 4.VËn tèc vßng t¹i cöa vµo b¸nh c«ng t¸c (U1) u1= (II.23) 5.X¸c ®Þnh gãc vµo b¸nh c«ng t¸c ( ) Do sù xuÊt hiÖn thµnh phÇn quay cña vËn tèc khi dßng ch¶y vµo b¸nh c«ng t¸c lµ do t¸c ®éng nhiÔu lo¹n cña c¸nh lªn dßng ch¶y vµ do ®ã kh«ng lµm gi¶m cét níc do b¸nh xe t¹o ra. Sù biÕn ®æi ®ét ngét cña vËn tèc tuyÖt ®èi tõ trÞ sè v’ 1 tríc khi vµo c¸nh ®Õn trÞ sè v1 sau khi ®i vµo c¸nh ®îc ®Æc trng b»ng vÐc t¬ vs1,trêng hîp ®ang xÐt b»ng vu1. Dßng liªn tôc bao quanh l¸ c¸nh víi vËn tèc t¬ng ®¬ng W1 cña dßng ch¶y sau khi vµo khu vùc b¸nh c«ng t¸c sÏ cã híng trïng víi tiÕp tuyÕn cña l¸ c¸nh t¹i cöa vµo ngîc víi vËn tèc vßng U1 t¹o thµnh . (II.24) (II.25) Trong ®ã : Gãc tíi ®èi víi dßng ch¶y cã va . Thay sè: II.2.3. X¸c ®Þnh kÝch thíc ra khái b¸nh xe 1.Cét ¸p tÝnh to¸n x¸c ®Þnh theo c«ng thøc W W’2 V2 V’2 W2 2' 2 V Vu' 2  u 2 1 P Vu2 U2 H×nh II.3. §å thÞ vËn tèc t¹i mÐp ra cña b¸nh c«ng t¸c (Cã tÝnh ®Õn ¶nh hëng cña sè c¸nh h÷u h¹n) 11 H1= (II.26) 2.§êng kÝnh lín nhÊt t¹i mÐp ra cña l¸ c¸nh b¸nh c«ng t¸c D20max §êng kÝnh lín nhÊt mÐp ra cña l¸ c¸nh b¸nh c«ng t¸c D 20m©x b¬m dßng chÐo x¸c ®Þnh theo c«ng thøc do nhiÒu t¸c gi¶ ®Ò xuÊt. Thùc tÕ cho thÊy cã thÓ øng dông c«ng thøc ®¬n gi¶n mµ cho kÕt qu¶ hîp lý nhÊt. (II.27) 3. §êng kÝnh lín nhÊt t¹i mÐp ra cña b¸nh c«ng t¸c D20min (II.28) Trong ®ã : HÖ sè gi¶m níc va HÖ sè lµm gi¶m c«ng suÊt Ta cã: 4. §êng kÝnh h÷u Ých trung b×nh ë mÐp ra cña c¸nh b¸nh c«ng t¸c Dm2 (II.29) 5. Thµnh phÇn kinh tuyÕn cña vËn tèc dßng ch¶y khi ra khái b¸nh c«ng t¸c (II.30) Ta cã : K2 -HÖ sè co hÑp cña tiÕt diÖn do c¸c c¸nh g©y ra t¹i mÐp ra cña b¸nh xe LÊy K2=1,05 Tõ ®ã: 12 (II.31) 6. X¸c ®Þnh gãc ra b¸nh c«ng t¸c( ) C¸c bé phËn b¸nh c«ng t¸c ®îc thiÕt kÕ tõ ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o cét níc tÝnh to¸n lý thuyÕt vµ ®é æn ®Þnh cña dßng ch¶y trong r·nh b¸nh c«ng t¸c, tøc lµ x¸c ®Þnh tû sè cña vËn tèc t¬ng ®èi khi vµo vµ khi ra nh»m t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi nhÊt cho dßng ch¶y kh«ng bÞ t¸ch rêi khái bÓ mÆt cña c¸nh. chän Tõ gi¶n ®å vËn tèc (H×nh II.3) ta cã : (II.32) VËn tèc t¬ng ®èi khi vµo b¸nh c«ng t¸c. (II.33) Theo tØ sè ®· chän vµ theo (III.32) vµ (III.33) Ta cã: (II.34) Z - Lµ sè c¸nh dÉn cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: (II.35) Trong ®ã: Kz – HÖ sè ¶nh hëng cña sè l¸ c¸nh Thay vµo ta cã : chän Z=6 7. Cét níc lý thuyÕt cña b¬m ch×m kiÓu hçn lu trôc ®øng §èi víi c¸nh nhiÒu v« h¹n th× chuyÓn ®éng chÊt láng ë r·nh gi÷a c¸c c¸nh b¸nh c«ng t¸c víi sè lîng c¸nh kh¸ nhiÒu vµ chiÒu réng b¸nh c«ng 13 t¸c t¬ng ®èi bÐ, trong trêng hîp gÇn ®óng cã thÓ kh¶o s¸t nh chuyÓn ®éng cña dßng tia. Khi ®ã gi¸ trÞ trung b×nh cña vËn tèc t¬ng ®èi víi tõng tiÕt diÖn cã thÓ x¸c ®Þnh tõ ph¬ng tr×nh liªn tôc cßn híng cña nã tiÕp tuyÕn víi ®êng trung b×nh. Khi chuyÓn trêng hîp cã nhiÒu c¸nh v« h¹n vµ chiÒu dµy c¸nh máng v« cïng th× dßng ch¶y ë vïng b¸nh c«ng t¸c trë nªn ®èi xøng qua trôc. Sù ph©n bè thùc tÕ cña vËn tèc t¬ng ®èi ë r·nh b¸nh c«ng t¸c cã kÝch thíc h÷u h¹n kh«ng thÓ ®èi xøng qua trôc v× cã lùc t¸c dông t¬ng hç gi÷a c¸nh vµ dßng ch¶y.VËn tèc ë phÝa hót cña c¸nh cÇn ph¶i lín h¬n so víi vËn tèc ë phÝa cã ¸p. Cét chÊt láng cña b¸nh c«ng t¸c tÝnh theo s¬ ®å sè c¸nh nhiÒu v« h¹n, kh«ng phï hîp l¾m víi c¸c trÞ sè thÝ nghiÖm cña cét chÊt láng lý thuyÕt H lt. Khi c¸c c¸nh ®îc bè trÝ t¬ng ®èi dµy th× cã thÓ nãi ®Õn c¸c r·nh gi÷a chóng víi nhau, sÏ kh«ng lín vµ cã thÓ tÝnh b»ng ®é hiÖu chØnh ®Æc biÖt vÒ sù kh«ng phï hîp gi÷a tÝnh to¸n víi thùc tÕ : (II.36) Trong ®ã : p-HÖ sè hiÖu chØnh cho trêng hîp sè c¸nh h÷u h¹n Trªn c¬ së gi¶ thuyÕt cña G.F.Praxcura,®· x¸c lËp ®îc d¹ng hµm sè liªn hÖ gi÷a H1 vµ , ®a d¹ng hµm sè tæng hîp ®îc c¸c sè liÖu thÝ nghiÖm. (II.37) TÝnh ®Õn ph¬ng tr×nh (III.36), ta cã hÖ sè hiÖu chØnh cho sè c¸nh h÷u h¹n. (II.38) Hay theo c«ng thøc thùc nghiÖm : 14 (II.39) Víi líi c¸nh ë mÐp lÊy Cét níc khi tÝnh ®Õn sè c¸nh v« h¹n 8.VËn tèc vßng ë mÐp ra khái b¸nh c«ng t¸c U2 (II.40) 9.ChiÒu réng cña r·nh c¸c l¸ c¸nh b¸nh c«ng t¸c b2 (II.41) 10.KiÓm tra l¹i Ta cã hÖ sè co hÑp K b»ng tØ sè gi÷a diÖn tÝch dßng ch¶y tù do (kh«ng cã tiÕt diÖn c¸nh) vµ tiÕt diÖn thùc cña dßng ch¶y. (II.42) Trong ®ã : s’-chiÒu dµy c¸nh ë tiÕt diÖn trô. (II.43) t - Ký hiÖu cña c¸nh (kho¶ng c¸ch trªn cung mét vßng trßn gi÷a nh÷ng ®iÓm cïng tªn cña c¸nh kÕ tiÕp). ChiÒu dµy c¸nh s ë tiÕt diÖn trô cã thÓ biÓu thÞ qua chiÒu dµy th¼ng gãc vµ gãc . s= (II.44) Bëi v× bíc c¸nh , nªn biÓu thøc cña hÖ sè co hÑp K sÏ cã d¹ng. (II.45) Tõ ®ã: 15 V× K1, K2, tÝnh ®îc trong lÇn gÇn ®óng thø hai t¬ng ®¬ng víi trÞ sè cã ë lÇn gÇn ®óng thø nhÊt, nªn lÊy c¸c trÞ sè ®ã lµm kÕt qu¶ cuèi cïng. 11.VËn tèc t¬ng ®èi cña dßng ch¶y vµo b¸nh c«ng t¸c (II.46) 12.VËn tèc t¬ng ®èi cña dßng ch¶y ë cöa ra b¸nh c«ng t¸c (II.47) Cã thÓ x¸c ®Þnh vËn tèc W2 th«ng qua quan hÖ øng víi hÖ sè tû tèc lµ 489. Tõ ®ã: II.2.4.ThiÕt kÕ h×nh d¹ng cña c¸nh 1.ThiÕt kÕ h×nh d¹ng r·nh b¸nh c«ng t¸c ë tiÕt diÖn kÝnh tuyÕn 65 85 228 16 H×nh II.4. Dùng r·nh ë tiÕt diÖn kinh tuyÕn H×nh d¹ng r·nh ë tiÕt diÖn kinh tuyÕn ®îc tiÕn hµnh thiÕt kÕ thÕ nµo ®ã ®Ó thµnh phÇn kinh tuyÕn cña vËn tèc biÕn ®æi ®Òu tõ trÞ sè khi vµo ®Õn trÞ sè khi ra . §Ó ®îc nh vËy thêng cho ®å thÞ biÕn ®æi phô thuéc vµo b¸n kÝnh r hay chiÒu dµi ®êng trung b×nh cña r·nh S, ®êng nµy ®îc ph¸c häa trªn c¬ së thiÕt kÕ s¬ bé. Tõ ®å thÞ t×m ®îc cho tõng gi¸ trÞ cña S, tõ ph¬ng tr×nh liªn tôc sÏ x¸c ®Þnh ®îc chiÒu réng cña r·nh. (II.48) T×m ®îc chiÒu réng r·nh b phô thuéc vµo chiÒu dµi ®êng trung b×nh tõ mét lo¹t ®iÓm n»m trªn ®êng S lÊy lµm t©m vÏ hµng lo¹t vßng trßn ®êng kÝnh b. §êng bao c¸c vßng trßn chÝnh lµ ®êng bao cña r·nh . 2. ThiÕt kÕ h×nh d¹ng cña c¸nh T¨ng sè vßng quay cña b¬m cho phÐp gi¶m kÝch thíc vµ träng lîng cña ®éng c¬ vµ m¸y b¬m. Do ®ã, nã lµm gi¶m gi¸ thµnh tæ m¸y.Tuy nhiªn , khi ®ã sÏ lµm t¨ng hÖ sè tû tèc ns cña b¬m vµ gi¶m tû sè ®êng kÝnh D20/D0 .Do gi¶m kÝch thíc nªn bè trÝ c¸nh theo phÇn híng t©m cña dßng ch¶y vµ c¶ phÇn chuyÓn tiÕp tõ híng trôc sang híng t©m. NghÜa lµ, b¸n kÝnh mÐp vµo cña c¸nh b¸nh c«ng t¸c gi¶m dÇn ®Õn vËn tèc quay vµ gi¸ trÞ vËn tèc t¬ng ®èi khi dßng ch¶y vµo b¸nh c«ng t¸c gi¶m dÇn vµ gi¸ trÞ vËn tèc t¬ng ®èi khi dßng ch¶y vµo b¸nh c«ng t¸c sÏ gi¶m lµm cho gi¶m tæn thÊt thuû lùc vµ ®ång thêi lµm cho ®Æc tÝnh khÝ thùc cña b¬m tèt h¬n. MÐp vµo cña c¸nh sÏ cã kho¶ng c¸ch kh¸c nhau so víi trôc b¬m vµ cã vËn tèc quay U1 kh¸c nhau. C¸c gãc vµo c¸nh kh«ng va cña dßng ch¶y ®îc x¸c ®Þnh theo ph¬ng tr×nh : (II.49) vµ sÏ thay ®æi däc theo mÐp vµo.C¸nh sÏ cã d¹ng cña mÆt hai ®é cong. HÖ thèng c¸nh cña b¸nh c«ng t¸c b¬m dßng chÐo ®îc bè trÝ ë vïng ngoÆt tõ híng trôc sang híng t©m (cßn gäi lµ t©m trôc ).ViÖc xuÊt hiÖn trêng vËn tèc kh«ng ®ång nhÊt khi ngoÆt dßng ch¶y sÏ t¹o nªn sù kh¸c nhau vÒ ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng cña chÊt láng vµ t¬ng tù sù kh¸c nhau cña hÖ thèng c¸nh ë phÝa bÇu vµ mÐp ngoµi c¸nh b¸nh c«ng t¸c. Khi Êy, ph¶i dïng s¬ ®å tæng hîp dßng ch¶y ®èi xøng qua trôc tøc s¬ ®å cã sè c¸nh nhiÒu v« cïng gièng nh tÝnh cho b¸nh c«ng t¸c d¹ng híng t©m. S¬ ®å nµy ®a bµi to¸n ba chiÒu dßng ch¶y bao hÖ thèng c¸nh sang bµi to¸n chuyÓn ®éng theo bÒ mÆt cho tríc, thêng x¸c ®îc x¸c ®Þnh theo hai to¹ ®é. 17 Gi¶i bµi to¸n x¸c ®Þnh h×nh d¹ng c¸c mÆt ®êng dßng dùa theo c¬ së lµ gi¶ thuyÕt ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng kh«ng xo¸y cña dßng ch¶y ( ) ë tiÕt diÖn kinh tuyÕn. Khi Êy ®¶m b¶o tån t¹i dßng ch¶y kh«ng xo¸y ë phÇn dÉn dßng cña b¬m, ®Æc biÖt lµ sù tån t¹i cña dßng ®¼ng tèc (vËn tèc b»ng nhau).Trong trêng hîp nµy, vËn tèc theo tiÕt diÖn ngang cña dßng ch¶y ®îc lÊy gièng nhau. Thùc nghiÖm cho thÊy trêng vËn tèc tríc vµ sau hÖ thèng c¸nh cã thÓ ®¹t ®îc gÇn dßng ch¶y ®¼ng tèc ë chÕ ®é tÝnh to¸n nhê thay ®æi kÕt cÊu cña hÖ thèng c¸nh. H×nh d¹ng mÆt c¸nh lóc ®ã sÏ cong nhiÒu h¬n. §iÒu ®ã dÉn ®Õn hiÖu suÊt cña hÖ thèng c¸nh cao h¬n. Dßng ®¼ng tèc ®îc dùng b»ng ph¬ng ph¸p gÇn ®óng liªn tiÕp ë tiÕt diÖn kinh tuyÕn cho tríc cña b¸nh c«ng t¸c. BÒ mÆt cña ®Üa b¸nh c«ng t¸c ®îc xem nh c¸c ®êng dßng. Tríc hÕt, x¸c ®Þnh ®êng dßng S trong lÇn gÇn ®óng thø nhÊt. Muèn vËy ph¶i chia tiÕt diÖn vµo b¸nh c«ng t¸c f o thµnh c¸c diÖn tÝch b»ng nhau. B»ng m¾t cña vÞ trÝ c¸c ®êng dßng S vµ c¸c ®êng ®¼ng thÕ x ë phÇn gi÷a dßng ch¶y. Lu lîng theo tiÕt diÖn x¸c ®Þnh : (II.50) Theo tiÕt diÖn th× Vmi=const VËn tèc ë tiÕt diÖn sÏ lµ : (II.51) Trong thùc tÕ, ph¬ng ph¸p tÝnh ®¬n gi¶n dùa trªn dßng ®ång tèc t¹i tiÕt diÖn kinh tuyÕn, trong ®ã c¸c tèc ®é cña dßng ch¶y ë tiÕt diÖn vu«ng gãc víi ®êng dßng sÏ lµ mét h»ng sè. BÒ mÆt cña c¸nh tÝnh cho tõng ®êng dßng riªng biÖt sao cho b¶o ®¶m ®îc ®Òu tõ tiÕt diÖn nµy ®Õn tiÕt diÖn kia. ThiÕt kÕ h×nh d¹ng cña c¸nh cÇn ph¶i tiÕn hµnh thÕ nµo ®Ó t¹o ®îc kh¶ n¨ng cã nh÷ng ®iÒu kiÖn thuËn lîi nhÊt cho dßng ch¶y bao kh«ng bÞ t¸ch khái c¸nh vµ nh vËy sÏ cã ®îc tæn thÊt thuû lùc nhá nhÊt.Víi ý ®ã ta cho vËn tèc t¬ng ®èi biÕn ®æi ®Òu phô thuéc vµo chiÒu dµi ®êng trung b×nh cña r·nh tõ trÞ sè w1 ®Õn w2 kh«ng cã ®iÓm cùc ®¹i vµ cùc tiÓu. Cã liªn hÖ hµm sè cña w’ vµ v’ m vµo S, cho tríc chiÒu dµy cña c¸nh phô thuéc vµo S, ta cã thÓ x¸c ®Þnh gãc nghiªng c¸nh .Tõ ph¬ng tr×nh (II.32) vµ (II.33) ta t×m ®îc : (II.52) Tõ ®ã : 18 (II.53)     H×nh II.5.Dùng c¸nh h×nh trô theo ®iÓm ChiÒu dµy c¸nh ®îc chän hoÆc b»ng nhau, hoÆc máng h¬n ë c¸c mÐp. Khi chiÒu dµy thay ®æi th× gi¸ trÞ cña chóng ë phÇn gi÷a nªn lÊy cho phï hîp víi chiÒu dµy cña ®Üa b¸nh xe. Ph¬ng tr×nh trung b×nh cña ®êng viÒn c¸nh ë mÆt b»ng cã d¹ng : (II.54) Tõ ®ã suy ra : (II.55) Gãc cho b»ng ph¬ng tr×nh (II.54) nh lµ hµm sè cña r, do ®ã ph¬ng tr×nh (II.55) lµ ph¬ng tr×nh vi ph©n cã biÕn sè chia cho nhau. Gi¶ thiÕt khi . Sau khi tÝch ph©n tõ r1 ®Õn rk ta cã. (II.56) Do gi¸ trÞ vµ phô thuéc vµo r thêng cho kh«ng ph¶i ë d¹ng gi¶i tÝch mµ ë d¹ng ®å thÞ hoÆc lËp b¶ng, nªn ph¶i tiÕn hµnh tÝch ph©n ë d¹ng sè. Ký hiÖu hµm sè bªn trong tÝch ph©n , khi ®ã : (II.57) Trong ®ã : - Gia sè gãc ë t©m - Gia sè b¸n kÝnh vµ - Gi¸ trÞ cña hµm sè bªn trong tÝch ph©n ë ®Çu vµ cuèi Tæng céng: 19 (II.58) TiÕn hµnh lËp b¶ng II.1 B¶ng II.1 . TÝnh to¸n l¸ c¸nh b¸nh c«ng t¸c =(7)+(10) k V'mQ1 /2..r.b k i (Bi+Bi+1)/2 s k1 K S rk b w vm/w t  t  tg B=1/tg   sin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 10 108 85 7,000 18 0,389 113 4 0,035 14 0,424 25 0,466 0,020 0,019 0,076 0 0 2 24 112 83 6,742 17,45 0,386 117,2 6 0,051 14 0,438 25,9 0,490 0,018 0,018 0,072 0,057 3,268 3 38 116 81 6,484 16,9 0,384 121,4 7 0,058 14 0,441 26,16 0,491 0,018 0,017 0,052 0,129 7,369 4 52 119 79 6,226 16,35 0,381 124,6 8 0,064 14 0,445 26,42 0,497 0,017 0,017 0,050 0,180 10,33 5 66 122 77 5,968 15,8 0,378 127,7 8 0,063 14 0,440 26,1 0,490 0,017 0,017 0,051 0,231 13,23 6 80 125 75 5,710 15,25 0,374 130,8 7 0,054 14 0,428 25,3 0,472 0,017 0,017 0,051 0,281 16,12 7 94 128 73 5,452 14,7 0,371 134 6 0,045 14 0,416 24,58 0,457 0,017 0,017 0,069 0,332 19,05 8 108 132 65 5,200 14,2 0,366 138,2 4 0,029 14 0,395 23,57 0,434 0,017 0,401 23,01 II.2.5. TÝnh to¸n buång xo¾n cña m¸y b¬m ch×m 1.NhiÖm vô c¬ b¶n cña buång xo¾n B¶o ®¶m sù chuyÓn ®éng t¬ng ®èi æn ®Þnh ë b¸nh c«ng t¸c, dßng ch¶y ë èng x¶ xo¾n cÇn ph¶i ®èi xøng so víi trôc. §Ó thùc hiÖn ®iÒu ®ã ph¶i t¹o ra ®îc chuyÓn ®éng tù do theo qu¸n tÝnh b»ng c¸ch cho èng x¶ mét h×nh d¹ng t¬ng øng víi c¸c mÆt ®êng dßng cña dßng ch¶y ®ã. §Ó ®¹t ®îc yªu cÇu ®ã th× m« men t¸c dông t¬ng hç gi÷a chÊt láng vµ thµnh buång xo¾n ph¶i b»ng kh«ng. 2. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña buång xo¾n T¸ch riªng nguyªn tè chiÒu dµi cña buång xo¾n cã tiÕt diÖn bëi 2 tiÕt diÖn kinh tuyÕn a, b. Dïng ph¬ng ph¸p m« men ®éng lîng t¬ng øng víi trôc b¬m cho thÓ tÝch c¾t ra. M« men cña ngo¹i lùc t¸c dông vµo bÒ mÆt nguyªn tè cña tia f. (II.59) 20