Giáo trình Thiết bị mỏ hầm lò: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 1 của giáo trình Thiết bị mỏ hầm lò cung cấp cho học viên những nội dung về: máy thủy khí; kiến thức cơ bản về thủy lực; mặt chuẩn, vận tốc trung bình, phương trình liên tục của dòng chảy; máy bơm nước; quạt gió mỏ; thiết bị nén khí; máy khai thác mỏ hầm lò; búa chèn; máy khoan; máy vơ;... Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

TS Bùi Thanh Nhu (Chủ biên) ThS Đào Đức Hùng

GIÁO TRÌNH THIẾT BỊ MỎ HẦM LÒ DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC

(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

QUẢNG NINH - 2017

BÀI MỞ ĐẦU

Khai thác than, khoáng sản, vật liệu xây dựng là một trong những ngành công nghiệp nặng Các công việc trong quá trình khai thác phải được cơ giới hoá nhằm đạt được sản lượng và năng suất cao, đảm bảo an toàn và giảm nhẹ sức lao động cho con người

Giáo trình “ Thiết bị mỏ hầm lò” đề cập những vấn đề chính về các loại thiết

bị công nghệ trong lĩnh vực này, bao gồm giới thiệu công dụng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phương pháp tính toán chung cũng như các bộ phận chủ yếu của mỗi loại thiết bị

Giáo trình này dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành kỹ thuật mỏ, cũng có thể làm tài liệu học tập và tham khảo cho sinh viên các ngành có liên quan đến khai thác mỏ, xây dựng công trình ngầm và mỏ Giáo trình còn có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ giảng dạy, cán bộ kĩ thuật, kĩ thuật viên công tác trong lĩnh vực khai thác mỏ

Cấu trúc của Giáo trình gồm:

Phần I Máy thủy khí

Phần II Máy khai thác mỏ hầm lũ

Giáo trình này do Tiến sĩ Bùi Thanh Nhu(chủ biên) và Thạc sĩ Đào Đức Hùng giảng viên bộ môn Cơ máy biên soạn

Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học công nghiệp Quảng Ninh, lãnh đạo khoa Điện, bộ môn Cơ máy cùng các Phòng, Khoa nghiệp

vụ và các cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên để hoàn thành tốt cuốn Giáo trình này Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã cố gắng bám sát đề cương, chương trình môn học đã được phê duyệt, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy môn học này trong nhiều năm, đồng thời có chú ý đến đặc thù đào tạo các ngành của nhà trường Do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn rằng cuốn Giáo trình còn có thiếu sót Rất mong bạn đọc góp ý

Xin chân thành cảm ơn!

Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh

Các tác giả

PHẦN I MÁY THỦY KHÍ Chương 1 KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ THỦY LỰC 1.1 Khái niệm chung về máy và thiết bị thuỷ khí

Máy thuỷ khí là một danh từ chung để chỉ các máy làm việc bằng cách trao đổi năng lượng với dòng lưu thể theo các nguyên lý cơ bản của thuỷ khí động lực học

Nó thường được chia thành hai nhóm:

- Nhóm máy công tác: là các máy cung cấp năng lượng cho dòng lưu thể như máy quạt gió, máy bơn nước, máy nén khí

- Nhóm động cơ công tác ( hay còn gọi là nhóm máy phát lực): loại này nhận năng lượng từ dòng lưu thể như các Tuabin thuỷ lực tại các nhà máy thuỷ điện, các cánh quạt của cối xay gió, các động cơ thuỷ lực

Thiết bị thuỷ khí : là phương tiện truyền dẫn, tích trữ, hay biến đổi năng lượng của dòng lưu thể, như các bình chứa khí nén, các hệ thống ống dẫn, các van khoá trên đường ống dẫn

1.2 Kiến thức cơ bản về thuỷ lực

1.2.1 Phương trình cơ bản của thuỷ lực học

Xét một bình thuỷ tinh đựng nước, tại vị trí điểm A cách mặt thoáng với độ sâu lá h Xung quanh điểm A ta lấy một tiết diện vô cùng bé d chiếu dlên mặt thoáng ta được một hình hộp cũng có đáy trên là d , như hình vẽ 1-1

x y 0

z

d 

A t

Xét các lực tác dụng lên khối chất lỏng này gồm có:

- Lực P0 là áp lực tác dụng lên mặt thoáng do tác dụng của áp suất khí trời:

P0 = pa d ;

- Lực Pt là áp lực thuỷ tĩnh có chiều đẩy khối nước lên: Pt = pt d ;

cột chất lỏng đang xét :

G =  g. W = .h d

Hình 1.1 Các thành phần lực tác dụng

Trong đó :  - Là khối lượng riêng của chất lỏng

pt d - pa d - .h d = 0;

Hay là

h p

Đây là phương trình cơ bản của thuỷ tĩnh học, ta có thể phát biểu thành lời như sau: Áp suất thuỷ tĩnh tại một điểm bất kỳ trong lòng chất lỏng bằng áp suất trên mặt thoáng (p0) cộng với trọng lượng cột chất lỏng có diện tích đáy bằng một

đvdt; và chiều cao là từ điểm đang xét đến mặt thoáng ( h ) của chất lỏng

1.2.2 Mặt chuẩn, vận tốc trung bình, phương trình liên tục của dòng chảy

+Mặt chuẩn: Là một mặt phẳng nằm ngang bất kỳ được chọn làm gốc,

để nghiên cứu các mặt cắt khác của dòng chảy Mặt chuẩn có thể chọn bất kỳ

nhưng nên chọn làm sao để dễ tính toán nhất, và thường chọn là mặt thoáng của chất lỏng

+ Vận tốc trung bình: Là tỷ số giữa lưu lượng và mặt diện tích mặt cắt ướt

của dòng chảy, ký hiệu là: v, đơn vị: m/s; m/phút

+ Phương trình liên tục của dòng chảy: xét dòng

chảy qua đoạn ống có tiết diện thay đổi, như hình vẽ

Gọi Q là lưu lượng nước chảy qua ống, ta có:

2 2

Suy ra, ta có phương trình:

2 2 1

1.2.3 Các dạng năng lượng của dòng chảy, phương trình Becnuli

a Các dạng năng lượng của dòng chảy: Như hình vẽ ( Hình- 1.3)

- Vị năng và tỷ vị năng: Vị năng tại một mặt cắt là năng lượng của dòng chảy, sinh ra do sự chênh lệch vị trí của mặt cắt đó so với mặt chuẩn Vị năng chính là độ cao hình học của mặt cắt đó so với mặt chuẩn Vị năng tính cho một đơn vị trọng lượng của chất lỏng được gọi là tỷ vị năng, ký hiệu là : z , đơn vị: m

- Áp năng tỷ áp năng: là năng lượng tạo nên áp suất cho dòng chảy Nếu tính cho một đơn vị trọng lượng của chất lỏng được gọi là tỷ áp năng, ký

Becnuli là nhà bác học người Nga,

ông đã nghiên cứu sự chuyển động

của chất lỏng và tìm ra được quan

hệ giữa vận tốc, áp suất và độ cao

hình học của chất lỏng Quan hệ đó

được biểu diễn bằng một phương

trình được gọi là phương trình

Tại mặt cắt 1- 1’ các thành phần năng lượng gồm có: vị năng( z1), áp năng (

1

z1

O' O

E

E' E

2'

2

1 1'

p v

Hình 1.3 Các dạng năng lượng của dòng chảy

const g

v p z g

v p z g

v p

2 2 2 1 1

+ Phương trình Becnuli với chất lỏng thực tế

Trên thực tế thì bất cứ chất lỏng nào cũng có tính nhớt, vì vậy trong quá trình chuyển động xuất hiện nội ma sát, gây ra tổn hao năng lượng của dòng chất lỏng chuyển động Do đó, khi dòng chất lỏng chuyển động từ mặt cắt 1-1’ đến mặt cắt 2-2’ sẽ bị tổn hao một phần năng lượng, giả sử là hw

Phương trình Becnuli viết cho chấtlỏng thực là:

2 1

2 2 2 2

2 1 1 1

v p

Câu hỏi bài tập chương 1

1 Phương trình cơ bản của thuỷ lực học?

2 Mặt chuẩn, vận tốc trung bình, phương trình liên tục của dòng chảy?

3 Các dạng năng lượng của dòng chảy, phương trình Becnuli?

Chương 2 MÁY BƠM NƯỚC 2.1 MÁY BƠM NƯỚC LY TÂ M

2.1.1 Cấu tạo

Máy bơm nước đầu tiên do nhà vật lý người Pháp Denis Papin thiết kế năm

1869 Từ đó máy bơm nước ly tâm được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành kinh tế quốc dân Ngày nay, về cấu trúc nó được phát triển rất đa dạng để đáp ứng các nhu cầu bơm các loại chất lỏng khác nhau

Trong ngành công nghiệp mỏ, máy bơm ly tâm giữ vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ thoát nước cho các hầm lò, các công trường mỏ lộ thiên nhằm đảm bảo

an toàn cho người và thiết bị trong quá trình khai thác Bên cạnh đó bơm còn cấp nước cho các thiết bị làm mát bằng nước, dập bụi, làm sạch thiết bị và cấp nước sinh hoạt Cấu tạo chung của máy bơm nước ly tâm được thể hiện trên hình vẽ Hình 2.1

1 - Trục của máy bơm;

9 - Khoá diều chỉnh năng suất, áp suất;

10, 11- Ống và khoá để mồi nước cho bơm khi trên đường ống đẩy có nước

12 – Đường ống đẩy

13 – Ống và khoá để xả nước khi sửa chữa

14 – Phễu mồi nước nằm ngay trên vỏ bơm

M - Áp kế đo áp suất ở cửa đẩy của máy bơm,

B - Chân không kế, đo độ chân không ở cửa hút của máy bơm,

Hh - Chiều cao hút nước của máy bơm, là khoảng cách từ mặt nước trong bể hút đến tâm trục máy bơm, (m)

Hđ - Chiều cao đẩy nước của máy bơm, là khoảng cách từ tâm trục máy bơm đến tâm đường ống đẩy nằm ngang cao nhất Nếu trường hợp máy bơm – bơm nước vào một bể chứa mà mực nước trên mặt thoáng cao hơn miệng đường ống đẩy, thì chiều cao đẩy nước là khoảng cách từ tâm trục máy bơm đến mặt thoáng của bể xả

HH – Chiều cao thoát nước hình học của máy bơm và:

HH = Hh + Hđ , (m)

H×nh 1.4 CÊu t¹o cña hÖ thèng m¸y b¬m nuíc ly t©m

Hình 2.1 Cấu tạo cơ bản của hệ thống máy bơm nước ly tâm

2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy bơm nước ly tâm

Để trình bày nguyên lý làm việc của máy bơm nước ly tâm, ta xét sơ đồ nguyên lý của máy bơm nước như hình vẽ 2.2

Trước khi cho máy bơm nước ly tâm làm việc ta phải mồi đầy nước cho máy bơm Việc mồi nước có thể thực hiện bằng hai phương pháp: trực tiếp hoặc gián tiếp Mồi nước trực tiếp là đổ nước trực tiếp qua van mồi số 14 nằm ngay trên vỏ bơm (phương pháp này thường chỉ áp dụng cho các máy bơm có công suất nhỏ); Mồi nước gián tiếp (khi trên đường ống đẩy có nước) bằng cách mở khoá số 10 để cho nước từ đường ống đẩy chảy vào bơm Cả hai phương pháp trên được coi là mồi đủ nước, khi nước chảy qua van mồi số 14 thành dòng liên tục, không có lẫn bọt khí Hiện nay, ở các trạm bơm có công suất lớn, quan trọng người ta thường máy bơm phụ để thực hiện mồi nước cho các bơm chính

Khi động cơ máy bơm làm việc, chuyển động quay từ trục động cơ được truyền đến bánh công tác của máy bơm Khi bánh công tác quay cùng với trục, sẽ làm xuất hiện lực ly tâm trong các máng dẫn của bánh công tác ( BCT), chất lỏng trong BCT dưới tác dụng của lực ly tâm đó sẽ bị văng từ trong ra ngoài, do đó tạo thành một khoảng trống có áp suất rất thấp( áp suất chân không) ở cửa vào s của BCT Dưới tác dụng của áp suất trên mặt thoáng bể hút, nước được nén qua hộp lọc, qua đường ống hút rồi vào chiếm chỗ ở cửa BCT, sau đó đi vào BCT rồi lại bị văng ra ngoài theo máng cánh dẫn, đi theo phần ống mở rộng ra phía cửa đẩy, tạo nên một vùng có áp suất cao để đi ra đường ống đẩy, cứ thế tạo thành một dòng chảy liên tục đi từ bể hút qua ống hút, qua máy

bơm đi ra đường ống đẩy, lên bể chứa

Trong quá trình chất lỏng bị văng từ trong

cửa hút ra phía ngoài BCT, chất lỏng tham gia

chuyển động tương đối dọc theo cách dẫn với vận

tốc tiếp tuyến w, chuyển động tròn quay theo BCT

với tốc độ u và chuyển động tuyệt đối với vận tốc

c Các thành phần vận tốc được biểu thị trên các

tam giác vận tốc hình 2.3, với:

c uw

Trong đó - được gọi là góc cấu trúc của BCT, là góc hợp bởi véc tơ vận tốc u

và véc tơ vận tốc w; - là góc hợp bởi vận tốc vòng u và vận tốc tuyệt đối c

2.1.3 CHIỀU CAO HÚT NƯỚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU CAO HÚT NƯỚC TỚI CHẾ ĐỘ CÔNG TÁC CỦA MBN

2.1.3.1 Chiều cao hút nước lý thuyết

4 4

+ Giếng hút đủ lớn, để trong quá trình máy bơm nước làm việc mực nước trong giếng hút không đổi, nghĩa là coi vận tốc chuyển động của nước trên bề mặt giếng hút bằng không

+ Nước là chất lỏng lý tưởng, vì vậy có thể coi không có tổn thất trong quá trình chuyển động

+ Số cánh dẫn của BCT là nhiều vô cùng, bề dầy của cánh dẫn vô cùng bé,

để dòng chảy trong các máng dẫn là dòng nguyên tố và không có sự mở rộng hoặc thu hẹp đột ngột tiết diện dòng chảy, nên có thể bỏ qua tổn thất năg lượng

+ Chiều cao thoát nước hình học: Là khoảng cách thẳng đứng từ mặt nước trong giếng hút đến tâm đường ống đẩy nằm ngang cao nhất, hay chính là tổng chiều cao hút nước và chiều cao đẩy nước, ký hiệu là HH , đơn vị: m

3 Phương trình chiều cao hút nước lý thuyết

Để xác định phương trình chiều cao hút nước lý thuyết của MBN, ta xét hình

vẽ 2.4

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán chiều cao hút nước của MBN ly tâm

Do giả thiết nước là chất lỏng lý tưởng nên dòng chảy không có tổn thất năng lượng, ta áp dụng phương trình định luật Becnuli viết cho dòng chảy của chất lỏng

lý tưởng, trước hết ta chọn:

- Mặt chuẩn là mặt 0- 0 trùng với mặt nước trong bể hút

- Chọn mặt cắt ướt thứ nhất 1-1 trùng với mặt chuẩn 0- 0; mặt cắt ướt thứ hai

là 2 -2, đi qua cửa hút của máy bơm

Viết phương trình định luật Becnuli cho dòng chảy của chất lỏng lý tưởng, khi chuyển động từ mặt cắt 1 -1 đến mặt cắt 2 -2 ( với giả thiết hw = 0):

v p z g

v p z

22

2 2 2 1 1

p

h a

2

2 2

h

2

2 2

- Khi mặt thoáng của nước trong giếng hút tiếp xúc trực tiếp với khí trời, thì

độ lớn của hh chỉ phụ thuộc vào giá trị

- Từ biểu thức (2.4), ta suy ra giá trị chiều cao hút nước lớn nhất( hh max) đạt được khi

= 0, khi đó chiều cao hút nước lớn nhất theo lý thuyết của MBN, để máy bơm có thể làm việc được là:

)/(10.81,9

1

3 3

2 4





m N

m N g

at

2.1.3.2 Chiều cao hút nước thực tế của MBN

Do các giả thuyết lý tưởng không thực hiện được, nên dòng chảy của nước trong BCT có tổn hao năng lượng, vì vậy chiều cao hút nước thực tế của bơm bao giờ cũng nhỏ hơn 10 m, thật vậy:

2 1

2 2

10.[

8,0

3 4

n – là tốc độ quay của bơm, v/ph;

Q – là lưu lượng của MB, m3/h;

Hiện nay đã chế tạo được MBN có chiều cao hút nước Hh = ( 4,5 5,5) m

2.1.3.3 Ảnh hưởng của H h tới chế độ công tác của MBN

2 2 2

a Hiện tượng hơi nước xâm thực

Khái niệm về “xâm thực” ta có thể hiểu rằng đó là việc tạo ra một vùng hơi( bọt khí) cục bộ ở trong chất lỏng đang chảy, nếu như áp suất tĩnh tuyệt đối đạt trị

số áp suất bốc hơi của chất lỏng đó

Khi chiều cao hút nước Hh của máy bơm lớn hơn chiều cao hút nước cho phép, làm cho áp suất tại cửa hút của MBN giảm xuống thấp, đạt đến trị số áp suất bốc hơi của nước, làm cho nước sôi ngay ở nhiệt độ bình thường khi đi qua cửa hút Nước sôi làm giải phóng các chất khí, tạo ra các bọt khí lẫn trong dòng chảy của nước, làm giảm diện tích dòng chảy, do đó vận tốc của dòng chảy tăng rất lớn; mặt khác khi các bọt khí này bị cánh quạt đập vỡ, thì nước ở xung quanh chảy đột ngột vào chiếm chỗ với vận tốc rất lớn gây nên sự va đập thuỷ lực trong BCT, làm gãy vỡ BCT Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng hơi nước xâm thực

b Tác hại hiện tượng hơi nước xâm thực

Khi các bọt khí tạo thành đi qua BCT, sẽ bị các cánh quạt đập vỡ nước xung

quanh chảy vào chiếm chỗ với vận tốc rất lớn, tạo ra chuyển động xoáy của nước

trong BCT, làm phát sinh các xung lực tác dụng lên BCT và trục máy bơm, bơm bị

t0 bốc hơi 90 100 110 120 140 160 180 200

rung động mạnh làm cho các chi tiết chóng mòn, BCT có thể bị phá vỡ trong một vài giờ, hiệu suất máy giảm Tuy nhiên khi hiện tượng xâm thực xảy ra rất nhỏ thì lại có tác dụng làm nhẵn bề mặt cánh

Lưu lượng của bơm bị giảm đáng kể, cộng với tác dụng của chuyển động xoáy làm cho nước bị nóng lên, làm đẩy nhanh quá trình ăn mòn, quá trình han gỉ các chi tiết kim loại của MBN

c Một số biện pháp để tránh xâm thực

- Giảm chiều cao hút nước bằng cách hạ thấp bệ máy bơm, hoặc sử dụng các thiết bị cảm biến mức nước( cảm biến phao) để tự động cắt điện cho động cơ MB khi chiều cao hút nước lớn hơn chiều cao hút nước cho phép

- Chọn ống hút phù hợp, ít gãy khúc, ít nhám, hạn chế việc bố trí các van trên đường ống hút

- Tính toán vận tốc của nước trong ống hút trong khoảng 1,0  1,5 m/s, hạn chế dùng tốc độ dưới 0,8 m/s

- Nếu chiều cao hút nước qua lớn có thể đặt thêm bơm phụ như bơm phun tia đường ống hút, hoặc ghép nối tiếp các bơm làm việc về phía bể hút

- Hạn chế việc thay đổi hướng dòng chảy ở cửa vào BCT, thành cánh dẫn và BCT phải nhẵn

2.1.4 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG MBN

H = HT + HĐ , mH20

2.1.4.3 Công suất

Nếu gọi lưu lượng của một máy bơm nước là Q, thì công suất của máy bơm được định nghĩa là công sinh ra để đưa lưu lượng nước Q, từ mặt nước trong bể hút đến điểm có chiều cao bằng chiều cao thoát nước hình học (HH của máy bơm đó Công suất ký hiệu là N, đơn vị: W, kW

Công suất được chia thành hai thành phần: công suất hữu ích ( Ni ) và công suất tổn hao, tổng của hai thành phần đó là công suất toàn phần N Công suất toàn phần là công suất trên trục động cơ điện của MBN, trừ đi công suất tổn hao do truyền động qua múp nối

cơ điện lai máy bơm đó

2.1.5 ÁP SUẤT CỦA MÁY BƠM

2.1.5.1 Các giả thuyết lý tưởng

Để đơn giản cho quá trình nghiên cứu dòng chảy của nước qua BCT máy bơm ly tâm, người ta đưa ra giả thuyết có tính chất lý tưởng như sau:

- BCT có số cánh dẫn nhiều vô cùng (z = ), dể dòng chảy trong các máng dẫn là dòng nguyên tố, không có chuyển động xoáy

- Cánh dẫn vô cùng mỏng( có thể coi là chiều dày s tiến tới 0), để không làm thay đổi đột ngột tiết diện dòng chảy khi vào và khi ra khỏi máng cánh dẫn

- Dòng chảy trtong BCT là dòng chảy ổn định và lý tưởng, nghĩa là dòng chảy không có tổn thất trong quá trình chuyển động, hay nói cách khác chất lỏng làm việc của máy bơm( nước) được coi là chất lỏng lý tưởng( chất lỏng đồng nhất, liên tục, đẳng hướng và không nhớt)

2.1.5.2 Áp suất lý thuyết

Khi máy bơm nước làm việc, nước được hút vào

trong máy bơm tạo thành một dòng chảy liên tục qua BCT

Trong quá trình chất lỏng chuyển động trong BCT từ điểm 1

đến điểm 2, chất lỏng được gia tăng một phần năng lượng

Đây chính là năng lượng làm cho chất lỏng chuyển động

có vận tốc lên cao và đi xa ( áp suất động và áp suất tĩnh),

phần năng lượng được gia tăng khi chất lỏng chuyển động

từ điểm 1 đến điểm 2 được gọi là áp suất của máy bơm ly

tâm

Bằng phương pháp chứng minh lý thuyết trên cơ sở các giả thuyết lý tưởng, người ta đã tìm ra phương trình áp suất lý thuyết của máy bơm nước ly tâm là:

LT

b D g

g u g

u

.

cot

2 2

2 2

2 2

Hình 2.5 Sơ đồ tính toán áp suất lý thuyết của MBN ly tâm

Trong đó:

Hlt - áp suất lý thuyết của MB,

u2 – vận tốc vòng của nước khi ra

QLT - lưu lượng lý thuyết : Là lượng

chất lỏng đi qua BCT trong một đơn vị

thời gian

Đặt

g

u2 2

= A ,

2 2

2 2

cot

b D g

g u



 = B , ta được :

+) 2 > 900 đặc tính đồng biến đi lên ;

+) 2 = 900 Đặc tính nằm ngang;

+) 2 < 900 đặc tính nghịch biến đi xuống

2.1.5.3 Áp suất thực tế của máy bơm

Trên thực tế các giả thuyết lý tưởng không thể thực hiện được, do đó trong quá trình chất lỏng chuyển động qua BCT thì sinh ra các tổn hao năng lượng như: Tổn hao do dòng xoáy và va đạp thuỷ lực, tổn hao do ma sát, tổn hao do số lượng cánh dẫn khác vô cùng vì vậy,đường đặc tính áp suất thực tế không còn là một đường thẳng, như hình vẽ 2.7

u2H

- Đường số 1: Là tổn thất năng lượng do số cánh dẫn khác vô cùng,

- Đường số 2: [hms = f(Q2)]- Là biểu diễn tổn thất do ma sát (đó là ma sát sinh

ra do tính nhớt của chất lỏng và ma sát giữa chất lỏng và đường ống)

- Đường số 3: [hvđ = f(Q2)]- Là đường biểu diễn tổn thất do dòng xoáy và va đập thuỷ lực

Để xác định đặc tính áp suất thực tế H = f(Q), ta lấy tung độ của đặc tính HLT lần lượt trừ đi tung độ của các đặc tính tổn hao h MS, h vd như đã kể ra ở trên Kết quả ta được đường đặc tính thực tế của máy bơm nước là một phần của Parabol Parabol này có đặc điểm là quay bề lõm xuống phía dưới và có một điểm cực đại phân chia đặc tính làm hai phần: phần bên trái đặc tính là phần máy bơm làm việc không ổn định, thường ứng với trạng thái máy bơm khởi động; phần phía phải điểm cực đại là phần máy bơm làm việc ổn định

2.1.6 HỆ THỐNG ỐNG DẪN - TÍNH TOÁN

2.1.6.1 Hệ thống ống dẫn

Để đáp ứng được yêu cầu cấp thoát nước, thì mỗi một máy bơm phải có một

hệ thống ống dẫn phù hợp Ống dẫn có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, nhưng trong nghành công nghiệp mỏ ống dẫn chủ yếu được sử dụng là loại ống kim loại và ống cao su lõi thép Đường kính của ống được chế tạo theo quy chuẩn, vì vậy việc tính toán, lựa chọn đường ống dẫn phải đảm bảo yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật và an toàn

Bằng cả tính toán và thực nghiệm, người ta đã chứng minh được rằng vận tốc của nước chảy trong đường ống có lợi nhất là :

+ Vận tốc trong ống hút: [ vh ] = ( 11,5) m/s;

+ Vận tốc trong đường ống đẩy: [ vđ ] = ( 1,52,5) m/s;

2.1.6.2 Tổn thất áp suất trong đường ống dẫn

Trong quá trình chất lỏng chuyển động do có ma sát giữa chất lỏng và thành

trong của ống, ma sát trong của chất lỏng, do đường ống bị biến dạng – uốn cong

nên gây ra các tổn hao về năng lượng, làm cho áp suất của máy bơm bị giảm đi các tổn hao đó gồm có: 0 H Tæn thÊt do z Tæn thÊt do ma s¸t Tæn thÊt do va ®Ëp h ms = f ( Q 2 )

2

( )

f Q

=

v®

h

Q 0 Q gh Q )

(

f

=

H

H×nh 2.7 §Æc tÝnh ¸p suÊt thùc tÕ MBN ly t©m

 2 < 90 0

2

 : hệ số tổn thất thuỷ lực( thông số này được tra bảng)

L : chiều dài đoạn đường ống đang xét,

v hw hw

hw

2

2 3 2

.4

d

Q v

.16

4 2 2

Với một hệ thống ống xác định thì thành phần :

tan1

2

16

0 4

d

l d

2.1.6.3 Phương trình áp suất yêu cầu của hệ thống đường ống

Để một máy bơm có thể làm việc tốt trong một hệ thống ống dẫn nào đó, thì máy bơm đó phải tạo ra được một áp suất thắng được trọng lượng bản thân chất lỏng và đưa chúng từ bể hút lên đến bể chứa( bằng chiều cao thoát nước hình học của MB), đồng thời phải tạo ra được một lượng áp suất khác để thắng được mọi trở

lực của đường ống Hay nói khác đi đó chính là áp suất yêu cầu của hệ thống ống,

ký hiệu là H .c:

Nhận xét: Đồ thị của phương trình áp suất yêu cầu của hệ thống ống, là một nhánh phải của Parabol cắt trục tung tại vị trí HH

2.1.6.4 Các chế độ công tác của may bơm nước

1 Đường đặc tính độc lập hoàn toàn MBN

Với mỗi một máy bơm trước khi xuất

xưởng, nhà chế tạo đã tính toán và vẽ sẵn

các đường đặc tính như: Đặc tính áp suất Hb

= f(Q), công suất Nb = f(Q), hiệu suất

)

(Q

f



 , cho từng loại máy bơm riêng biệt

trong catalog Các đường đặc tính đó được

gọi là đặc tính độc lập hoàn toàn, chúng có

dạng như hình vẽ 2.8

2 Các chế độ làm việc của MBN

a) Xác định điểm công tác và các thông số

làm việc của máy bơm

Để xác định được chế độ công tác của

MBN, ta vẽ đường đặc tính áp suất yêu cầu

của hệ thống ống lên trên đường đặc tính độc lập hoàn toàn của MBN Tìm giao điểm của đặc tính HTO và đặc tính Hb là điểm M, được gọi là điểm làm việc của

MB Từ điểm M bằng phương pháp gióng đồ thị ta tìm được các thông số làm việc của MB như : Qlv ,Nlv ,Hlv , lv Tập hợp các thông số đó ta xác định được chế độ công tác của MBN

*Chú ý:

Q 0

Q

f ( )

=

b N

 = f ( Q ) 0

Hình 2.8 Đặc tính độc lập

hoàn toàn

- Khi xây dựng bốn đường đặc tính Hb, Hyc ,Nb , b trên cùng một hệ trục toạ độ, thì phải vẽ cùng một tỷ lệ xích

- Khi vẽ đặc tính áp suất yêu cầu lên trên đặc tính độc lập hoàn toàn, có thể xảy ra

3 trường hợp:

+ Đặc tính Hb cắt đặc tính H , tại hai điểm , trường hợp này máy bơm làm yc

việc không ổn định Ta phải tính chọn lại hệ thống đường ống

+ Đặc tính Hb không cắt đặc tính H , nghĩa là áp suất do hệ thống yêu cầu yc

lớn hơn áp suất do máy bơm toạ ra, ta phải tính toán và chọn lại

+ Đặc tính Hb cắt đặc tính H tại một điểm duy nhất, trường hợp này máy yc

bơm làm việc ổn định với hệ thống ống đã chọn

b) Vùng công tác kinh tế và điều chỉnh chế độ làm việc của bơm

Vùng công tác kinh tế, là vùng mà máy bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, thông thường thì hiệu suất phải đạt trong khoảng CT (0,850,95).MAX Khi điểm làm việc ( công tác) của máy bơm nằm trong vùng công tác kinh tế thì máy làm việc ít tổn thất năng lượng nhất, do vậy đạt hiệu quả kinh tế cao nhất

Thông thường vùng công tác kinh tế đã được nhà chế tạo xác định sẵn trong

lý lịch máy, ta chỉ việc tính toán và điều chỉnh sao cho điểm làm việc nằm trong vùng này là được Ta có thể điều chỉnh bằng cách đóng bớt khoá chặn trên đường ống đẩy, nếu điểm làm việc nằm bên phải vùng công tác kinh tế, tuy nhiên phương pháp này sẽ phát sinh tổn thất năng lượng trên van điều chỉnh; hoặc thay đổi tốc độ quay cho trường hợp điểm công tác nằm bên trái vùng công tác kinh tế, phương pháp này tuy giá thành cao nhưng do tính chất bền lâu và dễ sử dụng nên thường được áp dụng

2.2 Máy bơm nước trục xoắn

2.2.1 Công dụng

Bơm trục xoắn dùng để thoát nước ở đáy lò giếng, các trạm khu vực và quá trình đào các đường lò

2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm trục xoắn

Bơm trục xoắn có cấu tạo từ một trục xoắn, hoặc hai, ba trục xoắn ăn khớp với nhau, trong đó một trục dẫn còn lại là các trục bị dẫn Chúng được đặt ép sát khít vào nhau và vào khoang của thân bơm sao cho đỉnh các trục xoắn với vỏ bơm

là nhỏ nhất Hai ren của một trục xoắn, vỏ và một ren của trục xoắn kia sẽ tạo thành một khoang kín chứa chất lỏng di chuyển dọc trục từ cửa hút đến cửa đẩy lúc trục xoắn quay Thông dụng nhất là bơm hai trục xoắn, một trục có ren trái và trục còn lại có ren phải Trục xoắn thường có một hoặc hai mối ren và biên rạng ren thường có ba loại: ren chữ nhật, hình thang, và hình xicolit Tải trọng dọc gây ra do

áp suất chất lỏng, còn tải trọng hướng kính rất nhỏ và các khoang bơm hầu như chiếm toàn bộ xung quanh trục xoắn nên chúng tự cân bằng

a Bơm một trục xoắn

Trên hình 2-10 là sơ đồ cấu tạo của máy bơm một trục xoắn do nước CHLB

Đức chế tạo, Loại này có ưu điểm là ngoài việc bơm nước còn bơm được cả dung

dịch đặc như bùn, mật, rỉ, đường, hoa quả nghiền, thịt nghiền, bột nhão, v.v nó

được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

Hình 2.10 Sơ đồ cấu tạo máy bơm một trục xoắn

1 - Vỏ; 2 - Giá; 3 - Cửa hút; 4 - Xylanh; 5 - Trục xoắn; 6 - Trục các đăng; 7,8 -

Khớp nối; 9 - Hộp đệm kín; 10 - Đệm kín; 11 - Hộp chèn; 12 - Ống lót; 13 - Thân

ổ dỡ; 14, 16 - Ổ bi; 15 - Trục chính

Trước khi cho bơm làm việc ta phải mồi cho bơm Khi động cơ điện làm việc,

truyền mô men quay qua múp nối đến trục trung gian làm cho trục trung gian quay,

trục cát đăng quay theo và thông qua khớp nối cát đăng làm cho trục xoắn bằng

thép quay Do cấu tạo trục xoắn và áo cao su nên giữa chúng có các khoang trống

Khi trục xoắn quay theo chiều rãnh xoắn, các khoang trống có xu hướng chuyển

dịch từ phía cửa hút sang phía cửa đẩy, vì thế nước nằm trong các khoang trống

cũng được dồn ép từ phía cửa hút sang phái cửa đẩy Các khoang trống mới lại

hình thành và do các khoang trống này có áp suất nhỏ hơn áp suất khí trời (Pa) Vì

vậy áp suất khí trời lại đẩy nước từ giếng hút vào bơm và cứ như vậy động cơ làm

việc liên tục thì bơm hút và đẩy nước lên liên tục

Lưu lượng lý thuyết của bơm một trục xoắn có thể tính theo công thức sau:

Qlt = 0,05 3 nd3

m (2.10) Trong đó : n - Tốc độ quay của trục xoắn;

Dm - Đường kính trung bình của trục xoắn

b Bơm hai trục xoắn

Trên hình 2.11a- Giới thiệu sơ đồ cấu tạo của một bơm hai trục xoắn ren chữ nhật Trục xoắn chủ động 1 có ren chữ nhật, chiều ren phải, ăn khớp với trục xoắn

bị động 2 có chiều ren trái Các trục xoắn được định vị bằng các ổ trục đặt ở trong

vỏ bơm 4 vỏ bơm có miệng hút A và miệng đẩy B ở phía cuối hai trục xoắn có hai bánh răng 3 ăn khớp với nhau

- Nguyên lý làm việc:

Ta tưởng tượng có một đai ốc ăn khớp với ren trục xoắn, nếu giữ cho đai ốc không quay thì trục xoắn quay, nó sẽ chuyển động tịnh tiến dọc theo trục xoắn Như vậy ta có thể hình dung xoay quanh ren trục xoắn có một “ đai ốc chất lỏng” Nếu có một tấm chắn (H 2 11b) giữ cho “đai ốc chất lỏng” không quay theo trục xoắn khi trục xoắn quay thì khối chất lỏng giữa các mắt ren sẽ chuyển động tịnh tiến dọc theo trục xoắn

Chất lỏng chuyển động trong bơm trục xoắn cũng theo nguyên tắc này Khi hai trục xoắn ăn khớp với nhau, rãnh ren trục xoắn này ăn khớp với thân ren trên trục xoắn kia, có tác dụng như một tấm chắn không cho chất lỏng quay theo trục

mà chỉ chuyển động tịnh tiến dọc trục, từ bọng hút đến bọng đẩy

a, b,

Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo máy bơm hai trục xoắn

Chất lỏng ở miệng hút A (H 2.11) lấp đầy rãnh ren ở vị trí a, khi trục xoắn quanh một vòng, thân ren b của trục xoắn kia ăn khớp với rãnh ren a và đẩy khối chất lỏng trong đó từ vị trí a đến vị trí a’ và từ a’ đến vị trí a” khi trục xoắn quay thêm một vòng nữa Cứ như vậy, chất chất lỏng được truyền từ miệng hút sang miệng đẩy của bơm

Lưu lượng thực tế của bơm hai trục xoắn được tính theo công thức sau

Qt =  ( D2 - d2 ) t.n.ll/ 240 (2.11)

Trong đó : D, d - Đường kính đỉnh và chân trục của xoắn nằm giữa;

t- Bước xoắn;

n- Số vòng quay;

ll - Hiệu suất thể tích của bơm

Từ biểu thức trên ta thấy rằng muốn chỉnh lưu lượng bơm trục xoắn chỉ có

một phương pháp là thay đổi tốc độ quay n của trục bơm

Hoặc ta cú thể tính theo công thức tổng quát sau:

Qlt = D t K6p n

2

10 4

.

Trong đó: D,( mm) - Đường kính trục xoắn dẫn động;

t, (mm) - Bước xoắn, t = dm tag;

Kp - Hệ số biến dạng;

Đối với bơm hai trục xoắn, lấy KP = 2,16; bơm ba trục xoắn, lấy Kp = 1,8;

bơm bốn trục xoắn, lấy Kp = 3,6

dm - Đường kính trung bình của trục xoắn chủ động

 - Góc nghiêng của xoắn, có thể lấy  = 26,60

- Lưu lượng thực tế

Khi tính lưu lượng lý thuyết của bơm trục xoắn theo biểu thức trên, thì ta có

thể tích lưu lượng thực tế như sau;

Qt = Qlt - Q

Ở đây: Q là lượng tổn thất lưu lượng của dỏng chảy đi qua khe hở trong

bơm, và sẽ tăng khi áp suất tăng, độ nhớt v giảm và bước xoắn t tăng Nó hầu như

không phụ thuộc vào tốc độ quay n của bơm Từ các trường hợp cụ thể đối với mỗi

D t t 34 7

3

10 4

3 2

, 1/ ph (2.12)

Trong đó: p là độ tăng áp suất của bơm, bar;

v - Độ nhớt động học, mm2 / s

c Bơm ba trục xoắn

Trên hình 2.12 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của bơm ba trục xoắn có dạng ren đặc biệt xicolit

Hình 2.12 Sơ đồ cấu tạo bơm ba trục xoắn

Nhìn chung loại bơm này cũng có cấu tạo và nguyên lý làm việc giống như bơm hai trục xoắn Chỉ khác là trục xoắn chủ động 1 ăn khớp với hai trục xoắn bị động 2 và thân bơm 3 có hai lần vỏ để tản nhiệt tốt hơn Ta thấy so với bơm hai trục xoắn thì loại bơm này có thể tích làm việc được làm kín tốt hơn (do diện tích làm kín giữa các mặt ren khi trục xoắn)

Lưu lượng thực tế của bơm ba trục xoắn có thể xác định theo công thức gần đúng sau:

20

k k

v

kt k

D p

 1/ph, khi p < 20 bar (2.14a)

Và Q = ( 0,025 p + 0,5 ) 2

3

1

20 k k

v

kt k

D

1/ ph, khi p > 20 bar (2.14b)

Ở đây: - Hệ số k = 0,025 - 0,05;

- khi D < 75 mm thì k1 0,5 và k3 = 1

7 , 34

p t

tự động nhờ vào các bơm mồi hoặc bằng tay

Có thể dùng tay hoặc đòn bẩy quay thử trục máy bơm để tránh bị kẹt, cho máy bơm khởi động nhẹ vài giây để kiểm tra chiều quay của động cơ Phải khoá chặt khoá điều chỉnh năng suất áp suất trên đường ống đẩy khi khởi động, để máy bơm khởi động ở chế độ không tải 1,5 đến 2 phút, sau đó mở từ từ khoá để dần đưa máy bơm vào làm việc bình thường Các thao tác cụ thể như sau:

+ Khi khởi động bơm:

- Mồi đầy nước cho bơm;

- Đóng van điều chỉnh năng suất, áp suất;

- Đóng tay dao trên thân khởi động từ, sau đó ấn nút khởi động trên hộp điều khiển và quan sát chiều quay của động cơ Nếu động cơ quay thuận( cùng chiều với mũi tên quy định), thì từ từ mở khoá điều chỉnh để đưa bơm vào làm việc Nếu động cơ quay ngược thì lập tức : Ấn nút dừng máy và đảo lại chiều đóng của tay dao trên khởi động từ, sau đó khởi động lại

+ Dừng máy: Quá trình dừng máy làm các thao tác ngược lại quá trình khởi động:

- Đóng chặt van điều chỉnh,

- Ấn nút ngắt ” OFF” trên hộp điều khiển đẻ cắt điện cho động cơ máy bơm

- Đóng tay dao trên khởi động từ về vị trí cắt điện, khoá an toàn,

- Kiểm tra, vệ sinh công nghiệp thiết bị

2.2.3.2 Sửa chữa, bảo dưỡng

Để đảm bảo cho máy bơm có thể làm việc được tốt, kéo dài tuổi thọ của máy, thì phải thường xuyên kiểm tra, phát hiện các hư hỏng để sửa chữa Bên cạnh

đó phải lập kế hoạch định kỳ bảo dưỡng, sửa chữa cho bơm Các sửa chữa có tính chất định kỳ gồm có ba cầp độ: Tiểu tu, trung tu, đại tu

Trong quá trình sử dụng hoặc sau mỗi lần dừng bơm phải theo dõi, kiểm tra

số lượng và chất lượng dầu, mỡ bôi trơn, nếu thiếu phải bổ xung đúng chủng loại

và đúng kỹ thuật

Khi tra dầu mỡ cần chú ý chỉ đổ vừa đủ như yêu cầu, nếu đổ ít quá sẽ sinh ra

ma sát nửa khô nửa ướt rất có hại, làm mòn nhanh các gối đỡ trục; nếu đổ quá nhiều sẽ gây lãng phí không cần thiết, đặc biệt là còn gây ra áp lực trong các gối

đỡ

2.2.3.3 Một số yêu cầu an toàn

- Không được phép vận hành bơm khi chưa được học quy trình vận hành- an

Câu hỏi bài tập chương 2

1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của MBN ly tâm?

2 Chiều cao hút nước, ảnh hưởng của chiều cao hút nước tới chế độ công tác của MBN?

3 Các thông số cơ bản của hệ thống MBN?

4 áp suất của MBN?

5 Tính toán hệ thống ống dẫn?

6 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của MBN trục xoắn?

7 Kỹ thuật vận hành, sửa chữa MBN?

CHƯƠNG 3 QUẠT GIÓ MỎ 3.1 Công dụng và phân loại

3.1.1 Vai trò công tác thông gió với các mỏ hầm lò

Đối với các xí nghiệp khai thác khoáng sản hầm lò nói chung thì công tác thông gió có vai trò rất quan trọng Thiết bị phục vụ cho công tác thông gió là các loại máy quạt gió, nhiệm vụ của chúng là cung cấp khí tươi sạch vào trong hầm lò

để cung cấp oxi, tạo môi trường mát mẻ cho công nhân làm việc; đồng thời làm hoà loãng nồng độ khí cháy, khí độc, bụi nổ và đẩy chúng ra khỏi đường lò, nhằm đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình khai thác

Theo phạm vi thông gió người ta chia hệ thống thông gió ra làm hai loại là:

hệ thống thông gió chính và hệ thống thông gió cục bộ

+ Hệ thống thông gió chính: là hệ thống đảm bảo thông gió cho toàn mỏ hoặc cho một khu vực khai thác của mỏ Máy quạt gió sử dụng cho thông gió chính

là các máy quạt có công suất lớn, đặt tại các trạm cung cấp gió cố định ( hay còn gọi là trạm quạt cố định);

+ Hệ thống thông gió cục bộ: là hệ thống thông gió cho những đường lò cụt(

lò độc dạo) hoặc những nơi mà thông gió chính không đến được

3.1.2 Phân loại máy quạt gió mỏ

1/ Căn cứ vào nguyên lý làm việc ta chia thành hai loại:

- Máy quạt gió hướng trục: Là loại quạt có hướng gió vào và hướng gió ra khỏi bánh công tác của quạt đồng phương với trục quạt Quạt hướng trục có các loại một cấp hoặc hai cấp Ưu điểm của loại quạt này là hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi lưu lượng gió cung cấp vào mỏ, nên hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các mỏ Than của Việt Nam; Tuy nhiên nhược điểm chính của loại quạt này là tiếng ồn lớn, cấu tạo phức tạp, bảo quản và sửa chữa khó khăn

- Máy quạt gió ly tâm: Là loại quạt có hướng gió ra khỏi bánh công tác vuông góc với trục quạt Quạt ly tâm có các loại một hoặc hai mặt hút Ưu nhược điểm của loại quạt này ngược với máy quạt gió hướng trục

2/ Căn cứ theo nhiệm vụ công tác có:

- Máy quạt gió dùng cho thông gió chính: là quạt gió làm nhiệm vụ thông gió cho toàn mỏ hoặc một khu vực lớn có tính chất gần như độc lập Quạt gió chính thường đặt trong các trạm quạt trên mặt đất Quạt gió chính thường là quạt

có công suất lớn từ vài trục đến hàng ngàn kW, có lưu lượng đến hàng trăm m3/s

- Quạt gió phụ : làm nhiệm vụ tăng cường lưu lượng gió cho một khu vực nào đó đã được thông gió bằng quạt gió chính, nó có ý nghĩa điều chỉnh lưu lượng gió do quạt chính tạo ra cho phù hợp với yêu cầu sản xuất trong một giai đoạn nào

đó

- Máy quạt gió cục bộ: dùng để thông gió cho các đường lò cụt hay các đường lò chuẩn bị đang đào

3/ Căn cứ vào áp suất do quạt tạo ra ta chia thành các loại sau:

- Máy quạt có áp suất thấp đến 1000 N/m2 (100 mm H20);

- Quạt trung áp đến 3000 N/m2 (300 mm H20);

- Quạt cao áp, đến 10000 N/m2 (1000 mm H20)

4/ Căn cứ vào vòng quay riêng n người ta chi chúng thành các nhóm:

- Quạt quay chậm: n = 100  200 (vòng/ phút);

- Quạt quay vừa: n = 200  600 (vòng/ phút);

- Quạt quay nhanh: n = 600  1200 (vòng/ phút);

- Quạt quay đặc biệt nhanh: n = 1200  4000 (vòng/ phút);

3.2.2 Áp suất của quạt

- Áp suất của quạt gió là phần năng lượng mà không khí được gia tăng khi đi qua BCT của máy quạt Áp suất của quạt bao gồm 2 thành phần: Áp suất động và

áp suất tĩnh:

+ Áp suất tĩnh là phần năng lượng mà máy quạt truyền cho dòng không khí,

để thắng được mọi sức cản của hệ thống đường lò, hay nói cách khác là phần năng lượng cần thiết để dòng không khí di chuyển trong đường lò, kỳ hiệu HT, đơn vị: mmH20

+ Áp suất động là phần năng lượng tạo cho dòng không khí chuyển động có vận tốc trong đường lò, ký hiệu HĐ , đơn vị: mmH20

3.2.3 Công suất quạt

Công suất đặt lên trục quạt được tính theo công thức:





.1000

k g Q H

Trong đó:

Q- Lưu lượng của quạt, m3/s;

Hk - áp suất của quạt tính theo mmH20;

k

 - khối lượng riêng của chất khí ở điều kiện làm việc của quạt, kg/m3;

g – gia tốc trọng trường, m/s2;

- hiệu suất làm việc của quạt ( = 60  75 %)

3.2.4 Hiệu suất của quạt

Là tỷ số giữa công suất có ích với công suất toàn phần mà quạt nhận được trên trục của động cơ điện, ký hiệu 

p t

i h

3.2.5 Tốc độ quay của quạt

Tốc độ quay của quạt chính là tốc độ quay trên trục động cơ điện, ký hiệu là

n (v/ph)

3.3 MÁY QUẠT GIÓ CỤC BỘ

3.3.1 Nguyên lý làm việc chung của máy quạt gió hướng trục

Để tìm hiểu nguyên lý làm việc của máy quạt gió hướng trục người ta bố trí thí nghiệm minh hoạ bao gồm: một ống trụ rỗng bên trong có đặt một BCT, BCT

có thể quay quanh một trục cố định nhờ vào hai gối đỡ hai đầu trục; góc định vị cánh dẫn là ố, như hình vẽ 3.1

Đầu tiên, người ta giữ cố định BCT và thổi không khí qua quạt theo hướng

từ trái qua phải, không khí muốn đi sang được bên phải thì phải chuyển động men theo chiều nghiêng của cánh dẫn với thành phần vận tốc tương đối là w Sau đó, ngừng thổi không khí và cho

BCT quay, khi đó các phần tử không khí sẽ bị

cánh quạt gạt cho quay theo với thành phần vận tốc vòng là u

Trên thực tế khi quạt làm việc, thì các phần tử không khí chuyển động với cả hai thành phần vận tốc như đã nêu trên Khi tổng hợp hai thành phần vận tốc đó, ta thu được thành phần vận tốc tổng hợp( hay còn gọi là thành phần vận tốc thực tế)

là c , vận tốc thực tế có phương song song với trục của quạt, nên tất cả các máy quạt làm việc theo nguyên lý trên được gọi là máy quạt gió hướng trục

3.3.2 Sơ đồ lắp đặt, nguyên lý làm việc của một số máy quạt hướng trục cụ thể

Hiện nay ở các mỏ khai thác khoáng sản của Việt Nam có sử dụng các loại quạt hướng trục do Liên Xô cũ chế tạo để thông gió chính cho mỏ

Các loại quạt hướng trục có cấu tạo và kí hiệu khác nhau thì có công dụng khác nhau.Thí dụ: Quạt вод-16п là quạt hướng trục hai cấp, có hai BCT quay ngược chiều nhau và có hai động cơ dẫn động, dùng để thông gió chính cho mỏ hầm lò và các xí nghiệp mỏ có công suất vừa và nhỏ Các quạt ВОД -21M, ВОД -

Hình 3.1 Nguyên lý quạt Hướng trục

u C

w C



30M , ВОД -40M , ВОД -50M là những quạt hướng trục có hai cấp, có BCT đảo

được chiều quay, dùng để thông gió chính cho mỏ Thứ tự bố trí các tầng cánh dẫn trên roto của nhóm quạt này như sau:

BCT 1 + DHTG ( có điều chỉnh được góc nghiêng) + BCT 2 + DHR

DHR: Bộ dẫn hướng ra là bộ nắn dòng chảy ở nối ra, nó bao gồm các cánh

dẫn hướng có thể xoay bằng cơ cấu chuyên dùng để thay đổi góc ra của dòng không khí

BCT: Bánh công tác của hầu hết cá quạt hướng trục hiện nay có 12 cánh dẫn

xoắn “ kiểu vỏ đỗ” Riêng quạt вод-16п có 10 cánh dẫn trên BCT

Thiết bị dẫn hướng và thiết bị nắn dòng chảy trong các quạt hướng trục có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chỉ tiêu kinh tế của thiết bị thông gió Các cánh dẫn của thiết bị dẫn hướng và thiết bị nắn dòng chảy của các quạt hướng trục:

ВОД -20M, ВОД -30M , ВОД -40M và ВОД -50 là được cấu tạo theo dạng cong hình cầu, không bị vặn xoắn

Hiện nay các nhà máy chế tạo quạt của Liên Xô cũ đã chế tạo được những loại quạt hướng trục khá hiện đại, có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tương đối cao, điển hình là hai loại quạt вод-16п và ВОД -50

Quạt ВОД -50 ( hình vẽ 3.3) là loại quạt hướng trục tương đối hiện đại và lớn hiện nay, nó dùng để thông gió chính cho mỏ khai thác hầm lò Thiết bị gồm động cơ dẫn động 1; cơ cấu hãm; trục truyền động 3; ống nối dạng răng cưa 4; rôto

5 có hai bánh công tác; mỗi BCT có 12 cánh dẫn kiểu vặn xoắn là 6 và 9; thiết bị dẫn hướng trung gian 7, cơ cấu điều chỉnh góc nghiêng của bộ phận dẫn hướng 8;

bộ phận DHR 10; các ổ đỡ trục 11, 14; đường ống mở rộng 12; Bệ để bắt giữ chân

Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo của quạt gió ВОД -50 , dùng cho thông gió chính

Quạt вод-16п là quạt hướng trục công suất lớn, dùng để thông gió chính cho các mỏ hầm lò, quạt вод-16п là quạt đảo chiều thông gió bằng cách đảo chiều quay của động cơ quạt, cấu tạo cơ bản của quạt được trình bày trên hình 3.3

1,14 - động cơ; 2,13 – khớp nối trục đồng thời là cơ cấu hãm điện từ; 3,12 - trục truyền động từ động cơ đến BCT; 4,10 - khớp nối trục; 5 – mặt trượt có hình khí động học; 6 – cơ cấu điều chỉnh góc cấu trúc BCT thứ nhất và góc dẫn hướng cho bộ DHV; 7,8 – hai bánh công tác của quạt; 9 - cơ cấu điều chỉnh góc cấu trúc BCT thứ hai và góc của bộ DHR; 11- bộ dẫn hướng ra ( DHR); 15 – bulông bắt giữ chân đế quạt

Hình 3.3 Sơ đồ cấu tạo của quạt gió вод- 16 п

Bánh công tác 7 và 8 quay ngược chiều nhau và đều được lắp côngxôn vào trục Rô to của quạt được nối với trục truyền động 3, 12 và động cơ dẫn động 1,

14 bằng các khớp nối dạng ống lồng 2, 4 và 13, 10 Ở cơ cấu 2 và 13 được lắp đặt thêm cơ cấu hãm điện từ, bảo đảm dừng nhanh roto trước lúc đảo chiều quay của BCT

Thiết bị thông gió chính cho mỏ bao gồm: quạt làm việc, quạt đảo chiều và các bộ phận phụ kèm theo Tuy nhiên ở những mỏ không có khí , bụi nổ hoặc nồng

độ thấp thì luật an toàn cho phép dùng một quạt để thông gió nhưng phải có động

cơ đảo chiều được Theo luật an toàn quy định thì khi đổi chiều thông gió, lưu lượng không khí sạch ở những khu vực khai thác không được nhỏ hơn 60% lưu lượng không khí lúc bình thường, thời gian đảo chiều gió không được lớn hơn 10 phút

3.3.3 PHƯƠNG TRÌNH VÀ ĐẶC TUYẾN ĐƯỜNG LÒ

Ta đã biết áp suất mà máy quạt cần tạo ra là H và :H = Ht + Hđ. (3.2) Trong đó:

Ht =  

2

2

 là thành phần áp suất động để tạo vận tốc cho dòng không khí

di chuyển

Do đó phương trình (3.2) có thể viết lại là:

H =  

2

Từ phương trình đặc tuyến đường lò,

nhận thấy rằng đồ thị biểu diễn của phương

trình là một nhánh của Parabol đi qua gốc toạ

độ và nằm trong góc phần tư thứ nhất (hình

3-5) Độ dốc của đặc tính phụ thuộc hệ số sức cản

của đường lò R0: nếu hệ số sức cản lớn thì đặc

tính dốc đứng và ngược lại khi hệ số này nhỏ

thì đặc tính thoải

3.3.4 PHƯƠNG PHÁP ĐỔI CHIỀU THÔNG GIÓ

Để đảm bảo an toàn trong quá trình khai thác thì thiết bị thông gió chính của các mỏ bao gồm quạt làm việc và quạt đảo chiều Trong trường hợp mỏ không có khí bụi nổ, luật an toàn cho phép dùng một quạt để thông gió nhưng phải có động

cơ đảo chiều được

Theo quy định an toàn thì các mỏ khai thác than hầm lò có khí bụi nổ, bắt buộc phải sử dụng phương pháp thông gió hút hoặc thông gió hỗn hợp Nhưng khi xảy ra hoả hoạn trong đường lò thì ngay lập tức cần đẩo chiều thông gió từ thông gió hút thành thông gió đẩy Thực chất của việc đảo chiều gió là ngăn ngừa những rủi ro có thể xảy ra phát sinh từ mỏ Việc đổi chiều thông gió là thay đổi hướng chuyển động của không khí cho phép con người có thể di chuyển theo luồng không khí sạch đến vùng an toàn hơn

Theo luật an toàn mỏ, khi đổi chiều thông gió thì lưu lượng không khí sạch ở những khu vực khai thác không được nhỏ hơn 60 % lưu lượng không khí lúc bình thường và thời gian đảo chiều gió không được lớn hơn 10 phút Để thực hiện đổi chiều gió thì có thể tiến hành một trong các phương pháp sau:

a Phương pháp đổi chiều quay của động cơ quạt gió

Để đổi chiều thông gió, người ta tiến hành đổi chiều quay của động cơ Với phương pháp này, thì lưu lượng gió cung cấp cho đường lò sau đảo chiều luôn đảm bảo được lưu lượng yêu cầu, nhưng thời gian đảo chiều quá lâu, nên thường không

đảm bảo an toàn Mặt khác, với động cơ quạt có công suất lớn thì việc đảo chiều quay là rất khó khăn và phức tạp, nên ít được áp dụng trong thực tế

b Phương pháp thay đổi góc định vị

Động cơ vẫn được giữ quay theo chiều như cũ, nhưng sẽ thay đổi góc định

vị đi 900 so với chiều cũ Phương pháp này có thời gian đảo chiều lâu, không đảm bảo được thời gian theo quy định an toàn, nên ít được sử dụng Người ta thường chỉ sử dụng phương pháp này để điều chỉnh lưu lượng của máy quạt

c Phương pháp dùng quạt hút và quạt đảo chiều

Với phương pháp này người ta dùng riêng hai loại quạt là: quạt làm việc và quạt đảo chiều Quạt đảo chiều chỉ dùng khi cần đảo chiều thông gió, khi có sự cố hoả hoạn trong đường lò Với phương pháp này, thì lưu lượng gió cung cấp sau khi đảo chiều và thời gian đảo chiều đảm bảo được quy định an toàn Nhưng chi phí đầu tư ban đầu rất cao nên thường ít được áp dụng, hoặc nếu có cũng chỉ sử dụng ở các mỏ lớn

d Phương pháp dùng mương gió phụ

Để minh hoạ cho phương pháp, dùng hình vẽ 3-6 bên cạnh

Khi làm việc bình thường, các của chắn gió số 1 và số 3 được đóng lại; các cửa chắn gió số 2 và số 4 được mở ra, hướng gió đi từ trong đường lò ra ngoài trời như hướng mũi tên nét liền Khi tiến hành đảo chiều, thì các cửa chắn gió 1 và 3 đựơc mở ra, cửa chắn gió số 2 và số 4 được đóng lại, gió sạch từ ngoài trời vào trong lò như chiều mũi tên nét đứt

1

4

mu¬ng giã phô

Hình 3-6 Đảo chiều dùng mương gió phụ

Mương gió phụ

loại trừ tối đa bầu không khí độc này và thay vào đó là bầu không khí sạch tự nhiên cho mọi vị trí công tác của mỏ

Thông gió nhờ sự khuếch tán rối và dòng đối lưu chỉ cho phép khi chiều dài đường lò chưa đến 10m Khi chiều dài đường lò lớn hơn 10m, thì theo quy định an toàn nhất thiết phải thông gió nhân tạo, tức là chủ yếu nhờ quạt gió cục bộ và đường ống

Nhiệm vụ của thông gió cục bộ là đưa gió sạch đến các khu vực mà thông gió chính không đến được, như vị trí các gương lò cụt (lò độc đạo), thông thường

là các đường lò chuẩn bị

Quạt cục bộ được đặt trên đường lò cái có gió sạch đi qua Quạt làm việc để đẩy hoặc hút gió sạch vào gương lò cụt thông qua đường ống dẫn gió Đường ống dẫn gió có thể là đường ống kim loại hoặc đường ống bằng vải

Đường ống kim loại thường được chế tạo bằng tôn lá, dày từ 0,73mm, đường kính ống từ 4001000mm, mỗi đoạn ống có chiều dài và đường kính theo quy chuẩn Ở đầu các đoạn ống đều có mặt bích để nối các ống với nhau bằng bulông -đai ốc, đôi khi được hàn với nhau Ưu điểm của loại ống này là bền, dễ nối , dễ sửa chữa và có thể sử dụng cho cả thông gió hút và thông gió đẩy, loại ống này

có khả năng chịu được áp lực mỏ; nhược điểm là nặng nề, đắt tiền, sử dụng không linh hoạt khi đường lò có nhiều uốn khúc và dễ han gỉ khi tiếp xúc với nước, chiếm nhiều diện tích của dường lò

Ngoài ra đường ống dẫn gió có thể được chế tạo bằng vải cao su hoặc vải sơn dầu Loại này được sử dụng rộng rãi cho các đường lò chuẩn bị đang đào, nó là ống vải, hai mặt bọc cao su dày từ 0,81,2mm, đường kính ống 300, 400, 500, 600mm, mỗi đoạn chính dài 20m, các đoạn phụ dài 5m, 10m Các ống nối với nhau bằng các vòng lò xo thép ở đầu ống Ưu điểm của loại ống gió này là khối lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt, rẻ tiền, ít chịu tác dụng của nước mỏ, đường ống có thể được treo trên nóc lò nên chiếm ít diện tích lắp đặt; Tuy nhiên loại ống này có độ bền thấp, dễ bị rách hỏng khi va chạm với các vật cứng và sắc nhọn, trở lực của đường ống lớn và chỉ sử dụng cho thông gió đẩy

Ở các nước Tư bản hay sử dụng ống gió mềm có xương kim loại Đó là những ống gió làm bằng vật liệu mềm vải cao su ở giữa có những vòng lò xo kim loại, bước của lò xo khoảng 150mm ống gió loại này có thể sử dụng làm ống gió hút hoặc đẩy đều tốt

Trong khi lắp đặt đường ống dẫn gió cần chú ý: nên chọn những đoạn ống

có chiều dài lớn nhất và có đường kính thích hợp, để hạn chế tối đa những chỗ nối,

do đó sẽ hạn chế được sức cản của đường ống và sự rò rỉ gió; khi lắp đặt đường ống phải bắt đầu từ phía máy quạt trở đi, nếu là ống vải cao su thì đầu đoạn ống trước phải được luồn vào đầu đoạn ống tiếp theo và cố định lại (theo chiều di chuyển của dòng không khí trong ống); đường ống dẫn gió phải được treo gọn gàng vào một phía của vách lò, nếu là đường ống kim loại thì phải được treo hoặc đặt trên giá đỡ

3.3.6 VẬN HÀNH, SỬA CHỮA, AN TOÀN

3.3.6.1 Quy trình vận hành (máy quạt cục bộ)

a Kiểm tra quạt trước khi vận chuyển vào lò

Trước khi vận chuyển vào lò, máy quạt cục bộ phải được lắp đặt trọn vẹn và phải đảm bảo các chi tiết được lắp đủ và đúng kỹ thuật;

Kiểm tra và phát hiện những hư hỏng phần cơ như: sự nguyên vẹn của bánh công tác; tình trạng bôi trơn của các ổ đỡ trục; sự nguyên vẹn, kín khít của các chi tiết; tình trạng làm việc của thiết bị che chắn…

Kiểm tra phần điện: điện trở cách điện giữa các pha với nhau, điện trở cách điện giữa các pha với vỏ của động cơ điện phải nằm trong giới hạn an toàn cho phép Sau khi kiểm tra nếu không phát hiện thấy hư hỏng gì thì cho phép vận chuyển quạt vào lò

b Lắp đặt quạt

Với thông gió cục bộ cũng có thông gió đẩy và thông gió hút, tuỳ theo điều kiện khí bụi nổ của mỏ Quạt có thể được đặt trực tiếp xuống nền lò hoặc treo trên nóc lò Nếu là thông gió đẩy thì đặt quạt về phía A; còn đặt quạt về phía B nếu sử dụng phương pháp thông gió hút Quạt phải được đặt ở lò cái nơi có gió sạch đi qua, vị trí của nó phải đặt cách cửa lò cụt một khoảng cách nhất định để cho quạt tránh hút phải gió thải, tránh vị trí có nước dột trực tiếp vào quạt, tránh vị trí vách-trụ-nóc lò không ổn định… vị trí lắp đặt quạt cục bộ có thể tham khảo theo hình vẽ 3-7 sau đây:

èng giã

Lß côt

Giã th¶i Giã s¹ch

Hình 3-7 Hình mô tả cách lắp đặt quạt thông gió cục bộ

Chú ý khoảng cách từ quạt đến miệng đường lò cụt là L10 m; khoảng cách từ miệng ống dẫn gió đẩy cách gương lò cụt một khoảng cách a = 35 S, với phương pháp thông gió đẩy; và a = 1,5 S, với phương pháp thông gió hút Trong đó, S – là diện tích gương lò độc đạo (m2)

Sau khi đã lắp đặt xong phần cơ, ta cần hoàn thành công việc lắp đặt phần điện: nối cáp để cấp điện vào khởi động từ điều khiển quạt, nối cáp từ cực đầu ra khởi động từ đến các cực của động cơ điện, lắp đặt dây nối đất, hộp điều khiển…

c Khởi động quạt

Sau khi lắp đặt xong, cần kiểm tra lại tình trạng quạt một lần nữa, nếu không

có hư hỏng gì thì cho phép đưa quạt vào làm việc Người sử dụng vận hành quạt phải là công nhân cơ điện, có hiểu biết về cấu tạo, nguyên lý làm việc và đã học quy trình vận hành an toàn, qua kiểm tra đạt kết quả theo quy định Để khởi động quạt người vận hành cần làm các thao tác sau:

- Mở khoá an toàn, đóng tay dao cấp điện vào khởi động từ;

- Ấn nút mở máy trên hộp điều khiển (trường hợp điều khiển từ xa) hoặc nút

mở máy trên thân khởi động từ (nếu điều khiển tại chỗ), để động cơ quạt khởi động

và quan sát chiều quay của quạt, nếu quạt quay ngược phải khắc phục ngay Chú ý,

để áp suất trong đường lò không tăng đột ngột, thì cần khởi động – tắt vài lần, rồi mới cho quạt làm việc ổn định

d Dừng quạt

Quá trình dừng quạt, thực hiện các thao tác ngược với qúa trình khởi động

3.3.6.2 Những yêu cầu an toàn chính với trạm quạt

Trong quá trình khai thác khoáng sản, chiều dài, chiều sâu các đường lò ngày một tăng thêm, kèm theo đó là sự cơ giới hoá quá trình khai thác ngày một phát triển Do đó, nồng độ bụi ở các gương lò, sự xuât hiện khí Mêtan và nhiệt độ không khí cũng tăng lên Vì vậy, cần phải tăng cường độ tin cậy của công tác thông gió mỏ, muốn vậy máy quạt và các thiết bị thông gió phải đáp ứng được các nhu cầu đặt ra như sau:

1/ Ở những mỏ có khí bụi nổ phải thông gió hút, nếu thông gió đẩy phải được cơ quan an toàn cho phép

2/ Đối với mỏ nguy hiểm về khí bụi nổ, thiết bị thông gió phải bảo đảm được hạ áp cần thiết và có hệ số dự trữ lưu lượng khoảng 20%

3/ Trạm quạt thông gió chính cần có hai quạt cùng loại để thay nhau làm việc, đảm bảo cho thông gió liên tục Hoặc với các mỏ nhỏ, không có khí bụi nổ,

có thể dùng một quạt nhưng phải có hai động cơ

4/ Thiết bị thông gió phải đảm bảo cung cấp không khí cần thiết một cách liên tục và ổn định trong thời gian dài và phải đảm bảo hiệu quả kinh tế (hiệu suất tối thiểu của thiết bị là 0,6)

5/ Thiết bị thông gió phải được trang bị cơ cấu điều chỉnh chế độ làm việc thuận lợi và ổn định trong suốt quá trình làm việc

6/ Thiết bị thông gió cần phải được trang bị cơ cấu đổi chiều gió, sao cho vừa đảm bảo đựơc thời gian và lưu lượng gió sạch theo đúng yêu cầu an toàn khi thực hiện đảo chiều

7/ Thiết bị thông gió đặt trên giếng có trục tải thùng skíp, cần phải có đường dẫn gió độc lập để hạn chế bụi than và có cơ cấu định kỳ làm sạch thiết bị khỏi bụi than

8/ Để đảm bảo thiết bị thông gió làm việc ổn định, an toàn và liên tục cần có các thiết bị đo lường, giám sát thường xuyên trong suốt quá trình làm việc, đồng

thời phải có các thiết bị báo tín hiệu về phòng chức năng, thiết bị tự động cắt máy quạt sự cố và đóng quạt dự phòng

9/ Mỗi trạm quạt phải được cung cấp bằng hai đường dây điện độc lập từ hai nguồn khác nhau, để đảm bảo cho quạt được cung cấp điện liên tục 24/24h hoặc cho phép mất điện nhưng thời gian mất điện bằng thời gian đóng nguồn dự phòng

10/ Nhà trạm của thiết bị thông gió phải đảm bảo tiện nghi, đủ ánh sáng và

có các thiết bị phòng chống cháy nổ

11/ Việc tính chọn, sử dụng vận hành và bảo quản thiết bị thông gió cần phải được tuân theo luật an toàn mỏ

Câu hỏi bài tập chương 3

1 Vai trò của công tác thông gió đối với mỏ hầm lò?

2 Các thông số cơ bản của máy quạt gió?

3 Nguyên lý làm việc của MQG hương trục?

4 Phương trình và đặc tuyến đường lò?

5 Phương pháp đổi chiều gió?

6 Vận hành, sửa chữa MQG?

7 Những yêu cầu an toàn chính với trạm quạt?

Chương 4 THIẾT BỊ NÉN KHÍ

4.1 Khái niệm và phân loại

Máy nén khí ( MNK) và thiết bị cung cấp khí nén là một tổ hợp thiết bị dùng

để sản xuất, tích luỹ và truyền dẫn năng lượng khí nén có áp suất cao đến các hộ tiêu thụ khí nén Hiện nay các máy nén khí được sử dụng rất nhiều loại khác nhau

và được chia thành hai loại nhóm chính: Nhóm MNK thể tích và nhóm MNK tua bin

Nhóm MNK thể tích làm việc theo nguyên tắc thể tích Thuộc nhóm này gồm có: Máy nén khí pittong, máy nén khí trục vít, máy nén khí rôtor hướng trục -hướng kính, ưu điểm của nhóm máy này là làm việc êm, chắc chắn và tạo được áp suất cao khi lưu lượng không lớn Nhược điểm cơ bản của chúng là cấu tạo phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao, nên giá thành đắt

Nhóm MNK tua bin : MNK ly tâm làm việc theo nguyên lý ly tâm, và máy nén khí hướng trục làm việc theo nguyên lý cánh nâng, ưu điểm của của các máy thuộc nhóm máy này là lưu lượng lớn, cậu tạo đơn giản hơn so với nhóm máy thể tích Chúng làm việc ở tốc độ quay lớn, do đó có thể truyền động trực tiếp bằng động cơ điện mà không cần hộp giảm tốc Nhược điển của nhóm máy này là làm việc ồn, hiệu suất không cao và đạt áp suất thấp

Trong các xí nghiệp mỏ khai thác than nói riêng và trong ngành công nghiệp nói chung năng lượng khí nén có vai trò rất quan trọng, do nó có những ưu điểm nổi bật như: Trong các mỏ than hầm lò có nồng độ khí cháy, bụi nổ cao thì năng lượng khí ép an toàn hơn các dạng năng lượng khác, hoặc với các khu vực khai thác có độ cứng đất đá lớn thì không thể sử dụng khoan điện (do việc sử dụng khoan điện đạt hiệu quả thấp, hoặc có thể không làm việc được), mà phải sử dụng khoan khí ép; trong công nghiệp xây dựng khí nén được sử dụng trong các máy phun sơn, vôi; trong công nghiệp chế tạo máy thì được sử dụng để sơn các chi tiết, máy móc…

4.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MNK PITTONG

9 – Van an toàn,

1

2 3 4 5

6 7 8

9 10 11

12

§CT

§CD

10 – Bình chứa khí nén,

11 – Khoá để đóng mở đường ống dẫn khí nén tới các hộ tiêu thụ,

12 – Khoá để xả nước và dầu dư,

Giả sử xét 1/2 vòng quay đầu tiên của trục khuỷu, khi đó pittong di chuyển từ ĐCT xuống ĐCD, thì thể tích làm việc ở khoang trên của xilanh 4 tăng lên, làm cho áp suất ở đó giảm xuống, đến khi nhỏ hơn áp suất khí quyển thì do sự chênh lệch áp suất, van hút số 2 được mở ra, không khí từ ngoài trời được hút qua hộp lọc1, qua ống hút vào khoang trên của xilanh, máy nén thực hiện quá trình hút không khí Khi pittong tịnh tiến đến điểm chết dưới của xilanh, thì MNK kết thúc quá trình hút không khí

Xét 1/2 vòng quay tiếp theo của trục khuỷu, lúc này pittông di chuyển từ ĐCD vè ĐCT, thì thểt tích làm việc giảm đi, không khí trong khoang đó bị nén lại nên áp suất tăng dần lên, lúc này cả hai van hút và đẩy vẫn ở trạng thái đóng, máy nén thực hiện quá trình nén không khí Pittong tiếp tục đi lên, đến một thời điểm nào đó áp suất trong khoang trên đủ lớn( bằng áp suất yêu cầu) thì van đẩy số 8 được mở ra, không khí nén theo đường ống đẩy để vào bình chứa,máy nén thực hiện quá trình đẩy, khi pittông trượt đến ĐCT thì kết thúc quá trình đẩy không khí nén Các quá trình trên diễn ra liên tục, lặp đi lặp lại tạo thành các chu kỳ làm việc liên tiếp của MNK

Hình 4-1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy nén khí Piston 1 cấp

4.2.1.3 Chu trình làm việc lý thuyết của MNK pittông một cấp

a) Các giả thuyết lý tưởng:

- Áp suất và nhiệt độ của không khí trong suốt quá trình hút là không thay đổi và bằng áp suất, nhiệt độ của không khí ngoài trời;

- Áp suất và nhiệt độ của không khí

trong suốt quá trình đẩy là không thay đổi

và bằng áp suất, nhiệt độ của khí nén trong

b) Biểu đồ chu trình làm việc lý thuyết

Trong một vòng quay của trục khuỷu,

tương ứng một hành trình đi lại của pittông

trong xilanh – gọi là một hành trình làm

việc của pittông, gồm có ba quá trình như

sau:

- Hút không khí với áp suất p1,

- Nén không khí từ áp suất p1 lên áp

suất p2,

- Đẩy không khí nén có áp suất p2 vào

bình chứa

Tương ứng với các quá trình đó ta vẽ

được đồ thị biểu thị quan hệ giữa áp suất với

thể tích làm việc của MNK như hình 4.2

4.2.1.4 Chu trình làm việc thực tế của

MNK pittông một cấp

Trên thực tế do cac giả thuyết lý

tưởng không thể thực hiện được, nghĩa là

trong quá trình máy nén khí làm việc thì có

tổn thất năng lượng; không khí không được

đẩy ra hết khỏi xi lanh ở cuối thời kỳ đẩy; do tác dụng cản trở của lá van hút và van đẩy làm cho đồ thị chu trình làm việc thực tế khác so với đồ thị chu trình lý thuyết( Hình vẽ 4.3), cụ thể:

- Để không khí được hút vào trong xi lanh ( trong thời kỳ hút) thì áp suất trong xi lanh phải nhỏ hơn áp suất không khí ngoài trời để khắc phục tính ì của van hút ; Tương tự như vậy thì áp suất trong xi lanh cuối thời đẩy phải lớn hơn áp suất của khí nén trong bình chứa để khắc phục tính ì của van đẩy

- Do ảnh hưởng của thể tích có hại trong xi lanh, làm cho thể tích làm việc( thể tích hút) của xi lanh bị giảm đi

C D

Hình 4-2 Chu trình làm việc lý thuyết

của MNK Piston 1 cấp

Hình 4-3 Đồ thị chu trình làm việc thực tế của MNK Piston 1 cấp

- Bề mặt tiếp xỳc của pittụng và xi lanh khụng thể tuyệt đối nhẵn, nờn cú ma sỏt khi làm việc

- Áp suất của khớ nộn luụn thay đổi

4.2.2 Mỏy nộn khớ pittụng hai cấp

H20 H20

1

2 3 4

5

6

5

9 8 7

Hình 2.3 Sơ đồ nguyênlý MNK pittông hai cấp

1- Hộp lọc khụng khớ,

2, 3 - Pittong và xi lanh của cấp nộn thứ nhất,

4 – Tay biờn của cấp nộn thứ nhất,

5 – Trục khuỷu,

6 – Van an toàn cấp một,

7 – Tay biờn cấp hai,

8, 9 – Pittong và xi lanh của cấp nộn thứ hai,