BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN BIÊN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ BẢN MỘT SỐ CHI TIẾT CHÍNH CỦA MÁY BƠM LY TÂM CỘT ÁP CAO DÙNG CHO THOÁT NƯỚC PHỤC VỤ KHAI THÁC XUỐNG SÂU Ở MỎ THAN HÀ LẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN BIÊN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ BẢN MỘT SỐ CHI TIẾT CHÍNH CỦA MÁY BƠM LY TÂM CỘT ÁP CAO DÙNG CHO THOÁT NƯỚC PHỤC VỤ KHAI THÁC XUỐNG SÂU Ở MỎ THAN HÀ LẦM Nghành :Kỹ thuật khí động lực Mã số : 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Nguyễn Văn Bầy PGS.TS Vũ Nam Ngạn HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Người cam đoan Nguyễn Văn Biên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VÀ YÊU CẦU SỬ DỤNG MÁY BƠM LY TÂM CỘT ÁP CAO ĐỂ THOÁT NƯỚC PHỤC VỤ KHAI THÁC THAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo nhu cầu sử dụng máy bơm ly tâm cột áp cao phục vụ khai thác than giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình nghiên cứu chế tạo máy bơm phục vụ thoát nước khai thác mỏ giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu thiết kế kế, chế tạo máy bơm cơng suất lớn phục vụ nước khai thác mỏ Việt Nam 15 1.1.2.1 Quy hoạch khai thác than Việt Nam 15 1.1.2.2 Tình hình chế tạo bơm ly tâm nhiều cấp cột áp cao cho khai thác mỏ Việt Nam 23 1.1.2.3 Các sở chế tạo máy bơm nước 26 1.2 Tổng quan tình hình yêu cầu sử dụng máy bơm ly tâm cột áp cao để thoát nước phục vụ khai thác xuống sâu mỏ than Hà Lầm mỏ khác 31 1.2.1 Quan điểm phát triển ngành than Việt Nam 31 1.2.2 Định hướng khai thác than phương pháp khai thác hầm lò 32 1.2.3 Xu hướng phát triển mỏ than hầm lò tương lai 32 1.2.4 Phương án kỹ thuật sử dụng bơm ly tâm nhiều cấp để thoát nước hầm lò 36 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ BẢN MỘT SỐ CHI TIẾT CHÍNH CỦA MÁY BƠM LY TÂM NHIỀU CẤP CỘT ÁP CAO 38 2.1 Nghiên cứu sở lý thuyết tính tốn, thiết kế số chi tiết 38 2.1.1 Lựa chọn thông số kỹ thuật máy bơm nguyên hình 38 2.1.2 Lựa chọn thơng số tính tốn máy bơm mơ hình 41 2.1.3 Lựa chọn kết cấu 45 2.1.4 Phân tích khả làm việc phương pháp tính tốn thủy lực phần dẫn dòng 51 2.1.6.1 Kết cấu nhiệm vụ 51 2.1.6.2 Cơ sở lý thuyết buồng hút nửa xoắn ốc 52 2.1.6.3 Phân tích khả làm việc chọn kích thước tính tốn thuỷ lực buồng hút nửa vỏ xoắn 54 2.2 Nghiên cứu tính tốn, thiết kế số chi tiết máy bơm ly tâm cột áp cao 60 2.2.1 Tính tốn thủy lực xác định kích thước phần dẫn dòng 60 2.2.1.1 Vai trò nhiệm vụ 60 2.2.1.2 Kết cấu 60 2.2.1.3 ảnh hưởng phần dẫn dòng đến đặc tính lượng bơm 61 2.2.1.4 Phương pháp tính tốn thuỷ lực phần dẫn dịng 64 2.2.2 Xác định số vòng quay đặc trưng 66 2.2.3 Xác định đường kính quy dẫn cửa vào (cm) 67 2.2.4 Sơ xác định thành phần hiệu suất hiệu suất toàn phần 67 2.2.5 Xác định công suất lớn bơm (kW) 68 2.2.6 Xác định mômen xoắn lớn trục bơm 69 2.2.7 Xác định kích thước bánh công tác 69 2.2.7.1 Xác định đường kính trục bơm ví trí bánh cơng tác 69 2.2.7.2 Xác định đường kính maiơ bánh cơng tác 69 2.2.7.3 Xác định đường kính cửa vào bánh cơng tác 70 2.2.7.4 Xác định đường kính D1 bề rộng b1 bánh công tác 71 2.2.7.5 Xác định thông số bánh công tác cửa 72 2.2.8 Xây dựng mặt cắt kinh tuyến bánh công tác 75 2.2.9 Xây dựng phần mềm tính tốn 80 2.2.9.1 Xây dựng chương trình tính tốn thiết kế bánh công tác 80 2.2.9.2 Xây dựng chương trình tính tốn thiết kế buồng xoắn 82 2.3 Tính tốn, thiết kế số chi tiết máy bơm ly tâm cột áp cao 83 2.3.1 Nghiên cứu máy bơm mô hình phịng thí nghiệm 83 2.3.1.1 Thiết kế chế tạo máy bơm mơ hình 83 2.3.1.2 Tính tốn, thiết kế số chi tiết máy bơm mơ hình 85 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU SỰ MÀI MÒN TRONG BƠM LY TÂM CỘT ÁP CAO PHỤC VỤ KHAI THÁC XUỐNG SÂU Ở MỎ THAN HÀ LẦM VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ 96 3.1 Kết phân tích nước ba mỏ điển hình 96 3.1.1 Kết phân tích 96 3.1.2 Nhận định sơ 96 3.2 Các dạng mài mịn số chi tiết 99 3.2.1 Bánh công tác 99 3.2.2 Trục bơm 101 3.2.3 Vành làm kín, ống lót trục, vành chia nước ổ túp 101 3.2.4 Thân bơm 102 3.3 Nguyên nhân gây mài mòn chi tiết bên máy bơm biện pháp khắc phục 103 3.3.1 Nguyên nhân gây mài mòn chi tiết máy bơm 103 3.3.2 Các biện pháp nâng cao tuổi thọ chi tiết bị mài mòn 103 3.3.2.1 Khắc phục lực hướng trục, hướng tâm tác dụng lên bánh công tác 103 3.3.2.2 Sử dụng phương pháp bảo vệ chi tiết bị mài mòn 105 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sản phẩm máy bơm ly tâm nhiều cấp hãng Sulzer 10 Hình 1.2 Hệ thống cân kiểm tra độ võng roto máy bơm ly tâm cấp công suất 900kW hãng Sulzer 11 Hình 1.4: Mặt cắt dọc bơm ly tâm nhiều cấp công suất 900Kw 12 phục vụ khai thác mỏ hãng Neptuno (Chi Lê) 13 Hình 1.6: Mặt cắt dọc bơm ly tâm nhiều cấp (750Kw) hãng Neptuno (Chi Lê) 13 Hình 1.7: Máy bơm ly tâm nhiều cấp cột áp cao H = 3.300m Nga sản xuất 14 Hình 1.8 Bơm hai miệng hút công suất lớn 24 Hình 1.9 Máy bơm ly tâm nhiều cấp Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương 24 Hình 1.10 Hệ thống thử xuất xưởng máy bơm 28 Hình 1.11 Sản phẩm điển hình Cơng ty CP chế tạo bơm Hải Dương 28 Hình 1.12 Kết cấu đặc thù máy bơm ly tâm hai miệng hút 29 Hình 1.13 Vỏ cánh bơm cát gang chống mài mịn 30 Hình 1.14 Vỏ bánh công tác máy bơm bùn Cơng ty Cơ khí Hà Nội chế tạo 30 Hình 2.1 Kết thí nghiệm Nicuratsơ 44 Hình 2.2 Kết cấu chung máy bơm   500 – 180 47 Hình 2.3 Kết cấu chung máy bơm 8KCÄ5x3 48 Hình 2.4 Kết cấu chung máy bơm 10HMKx2 48 Hình 2.5 Mặt cắt bơm ly tâm nhiều cấp mơ hình LTC120-20x6 49 Hình 2.6 Kết cấu ổ lăn bôi trơn dầu, làm mát nước 50 Hình 2.7 Kết cấu ổ túp làm kín bơi trơn nước 51 Hình 2.8 Sơ đồ kết cấu tiết diện buồng hút nửa vỏ xoắn 53 Hình 2.9 Tam giác vận tốc vào với lưu số 53 Hình 2.10 Sơ đồ chảy bao trục dịng song phẳng có khơng có lưu số  54 Hình 2.11 Biểu đồ biến đổi tiết diện buồng hút nửa vỏ xoắn 55 Hình 2.12 Sơ đồ buồng hút nửa vỏ xoắn 56 buồng hút nửa vỏ xoắn 57 Hình 2.14 Sơ đồ ngun lý tính tốn kích thước tiết diện 58 Hình 2.15 Cân nâng lương bơm ly tâm ns thấp 62 Hình 2.16 Tổn thất thuỷ lực bánh cơng tác vỏ xoắn 62 Hình 2.17 Đặc tính khơng thứ ngun bơm với ba vỏ xoắn khác 63 Hình 2.18 Tia bơm thay đổi bánh công tác 64 Hình 2.19 Tia bơm thay đổi vỏ xoắn có khả khác 64 Hình 2.20 Sự phụ thuộc hiệu suất vào tỷ tốc lưu lượng 67 Hình 2.21 Sự phụ thuộc Q vào ns  = const 68 Hình 2.22 Các kích thước bánh cơng tác mặt cắt kinh tuyến 70 Hình 2.23 Tam giác vận tốc cửa vào bánh công tác 72 Hình 2.24 Tam giác vận tốc cửa bánh công tác 74 Hình 2.25 Biến đổi hình dạng mặt cắt kinh tuyến bánh công tác 75 Hình 2.26.a- Biên dạng mặt cắt kinh tuyến 76 Hình 2.26.b- Qui luật biến đổi Vm,W,   theo R Biên dạng cánh trụ bánh công tác (ns