Máy Bơm Nước - Đại Học Thuỷ Lợi.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TS Nguyễn Anh Tuấn (chủ biên) ThS Nguyễn Ngọc Minh MÁY BƠM NƯỚC NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC Tự NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ Hà Nội 2014 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 11 Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM cơ BẢN VỀ[.]

TS Nguyễn Anh Tuấn (chủ biên) ThS Nguyễn Ngọc Minh

MÁY BƠM NƯỚC

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC Tự NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ

Hà Nội - 2014

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 11

Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM cơ BẢN VỀ MÁY BƠM 13

1.1 Định nghĩa 13

1.2 Phân loại 14

1.2.1 Phân loại theo nguyên ỉỷ hoạt động 14

1.2.2 Phân loại theo công dụng của máy bơm 17

1.3 Các thông số cơ bản của máy bơm 17

1.3.1 Lưu lượng (Q) 17

1.3.2 Cột áp của mảy bơm 18

1.3.3 Công suất (N) 19

1.3.4 Hỉệu suất (rj) 20

1.4 Công dụng và lĩnh vực sử dụng của máy bơm 23

CÂU HÒI ỒN TẬP 24

BÀI TẬP 24

Chương 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÁY BƠM CÁNH DẪN 26

2.1 Giới thiệu 26

2.2 Sơ đồ kết cấu và nguyên lý tác dụng của bơm cánh dẫn 27

2.2.1 Sơ đồ kết cấu của máy bơm cánh dân 27

2.2.2 Nguyên lý tác dụng của máy bơm cảnh dân 28

2.3 Các lý thuyết cơ bản về máy cánh dẫn 28

2.3.1 Lý thuyết dòng xoáy của Gỉucopski 28

2.3.2 Lý thuyết dòng tỉa của ơle 30

2.4 Phương trình cơ bản của máy cánh dẫn 30

2.5 Ý nghĩa năng lượng của phương trình cơ bản 36

2.6 Anh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn tới cột áp của bơm 38

2.7 Ảnh hưởng của chiều dày cánh dẫn tới sự phân bố vận tốc của dòng chất lỏng trong máy bơm 42

2.8 Anh hưởng của kết cấu cánh dẫn tới cột áp của bơm 45

2.8.1 Anh hưởng của góc Ị3ỉ 45

2.8.2 Anh hưởng của góc p2 45

2.9 Hệ số phản lực của cánh dẫn 50

2.10 Cột áp thực của bơm 51

2.11 Đường đặc tính cột áp lỷ thuyết của bơm 52

2.11.1 Đường đặc tỉnh lý thuyết Hitn-Qỉt của bơm 52

2.11.2 Đường đặc tỉnh làm việc (H-Q) lý thuyết của bơm 54

CÂU HỎI ÔN TẬP 56

BÀI TẬP 57

Chương 3: LUẬTTƯƠNG TỤ TRONG BƠM HIỆN TƯỢNGXÂM THỤC

VÀ ĐIÈU KIỆN TƯƠNGTựXÂM TH ực 59

3.1 Điều kiện tương tụ 59

3.1.1 Diêu kiện tương tự hình học 60

3.1.2 Diều kiện tương tự đụng học 60

3.1.3 Diêu kiện tương tự động lực học 61

3.2 Các phương trinh tương tự cùa bơm cánh dẫn 62

3.2 ! Phương trình tương tự lưu lượng 62

3.2.2 Phương trình tương lự cột áp 64

3.2.3 Phương trình tương tự còng suat 65

3.2.4 Hệ sô vận lốc 66

3.3 Số vòng quay đặc trưng cùa máy bơm 67

3.4 Hiện tượng xâm thục trong máy bơm 73

3.4.1 Bân chát vật lý cùa hiện tượng xâm thực 74

3.4.2 Chiêu cao hút vờ CỘI úp dự trữ chõng xâm thục 77

3.4.3 Một sò biện pháp hạn ché hiện tượng xàm thực 83

CÀU HỎI ÔN TẬP 86

BẢI TẬP 86

Chương 4: BƠM LY TÂM 89

4.1 Kết câu vã nguyên lý làm việc cùa bom ly tâm 89

4.1.1 Kết câu cùa bơm ly lâm 89

4.1.2 Nguyên lý hoạt dộng 90

4.2 Phân loại bơm ly tâm 91

4.3 Phương trinh cột áp vả lưu lượng của bơm ly tâm 93

4.3 / Cột áp cùa bơm ly tâm 93

4.3.2 Lưu lượng của bơm ly tâm 94

4.4 Tôn thât và hiệu suất trong bom ly tâm 94

4.4.1 Tốn thất cơ khi AN.i 94

4.4.2 Tồn that lưu lượng 99

4.4.3 Ton thất thủy lực 107

4.5 Lực tác dụng len bánh công tác cùa bơm ly tâm và cân băng lực Ill 4.5.1 Trọng lực và lire quán linh Ill 4.5.2 Lực hướng trục lác dụng lên bánh công tác cùa bơm ly tâm 113

4.5.3 Càn bang lực hướng trục 117

4.5.4 Lực hướng kinh tác dụng lên bánh còng lác 126

4.5.5 Phương pháp càn bang lực hưởng kinh 135

4.6 Các vân de lien quan dèn việc sư dụng bom ly tâm 136

4.6.1 Các yêu cầu dõi vửi việc chọn và sứ dụng bơm 136

4.6.2 Bien pháp thay dôi thõng sô hình học cua bành công tác đáp ừng nhu cáu sứ dụng bơm 138

4.6.3 Nhùng sự cố thường xày ra trong quà trinh vận hành bơm

và nguyên nhãn /39

CÂU HOI ÔN TẠI’ 140

BÀI TẠP 141

Chirong 5: TÍNH TOÁN TH1ÉTKÉ BÁNH CÓNG TÁC CỦA BƠM LYTÂM 142 5.1 Tinh loan ihiêl ké bánh công lác cùa bơm ly lâm dạng cánh trụ 142

5.1 1 Tinh toán các thông số làin việc cơ bán của hãnh công tác 142

5.1.2 Tính các kích thước lôi vào cùa bánh còng tác /44

5.1.3 Tinh các kich thước tỏi ra cua bánh cóng tác 147

5.1.4 Xây dựng tiết diện kinh tuyên bành cõng tác 15/

5 /.5 Tính toán xây dựng biên dựng cánh bành cõng túc bơm ly tàm dạng cành trụ /52

5.2 '1 inh toán xây dụng biên dộng cánh bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh cong hai chiêu 155

5.2.1 Phương pháp xây dựng dòng dáng tổc /56

5.2.2 Phương pháp xảy dựng đường dáng thè /58

5.2.3 Xây dựng biên dụng cánh bánh công tác bơm ly tâm dụng cánh cong hai chiêu bâng phương pháp diêm /60

5.2.4 Xây dựng biên dọng cánh bánh công tác bơm /y lãm dụng cánh cong hai chiêu hãng phương pháp biên hình bào giàc 162

BÀI TẬP 190

Chuông 6: TÍNH TOÁN CÁC cơ CÁUDẢN DÒNG CÙA BƯMLYTÂM 192

6.1 Kêl cấu và công dụng cùa cơ câu dân dòng ra 192

6 / I Két câu và công dụng cùa cơ câu dẫn dòng ra /92

6.1.2 Anh hưởng cùa cơ càu dàn dòng tới thòng sô làm việc cùa buông dẩn xoan 196

6.1.3 Chuyên dộng cũa chát lõng trong buông xoăn 199

6.1.4 Quan hí' cùa lưu lượng chài lòng qua cảc tiết diên cùa buông xoăn với góc bao cùa buông xoán 200

6.1.5 Lưu lượng chài lóng qua buông xoàn có tiêt diên hát kỳ 20/

6.1.6 Thiêl kè buông xoăn tiẻt diện hình thang (hình quạt) 202

6.1.7 Tính toán buồng xoắn tiết diện tròn (hình 6.10) 207

6.1.8 Tính toán cơ câu dãn dòng ra kiêu cánh 209

6.1.9 Anh hưởng cùa buông xoàn 214

6.2 Co cấu dần dỏng vảo cùa bơm ly tâm 215

6.2.1 Kết cảu và còng dụng 2/5 6.2.2 Tinh toán cơ call dan dòng vào nứa xoan 217

6.3 Các ví dụ tinh toán 224

6.3.1 Tinh toán buồng xoan liet diện tròn 224

6.3.2 Tinh toán buồng xoắn tiêt diện hình thang 226

8 ti

6.3.3 Thiềl kế buồng hút kiểu nữa xoàn 232

CÂU HỎI ÔN TẠP 237

BẢI TẠP 237

Chương 7: BOM HƯỚNG TRỤC 238

7.1 Kết cẩu và nguyên lý làm việc của bom hướng ir\ic 238

7.1.1 Kêt cảu cùa ham hưởng trục 238

7.1.2 Phân loại bơm hường trục 239

7.1.3 Nguyên lý hoạt động cùa ham hưởng trục 240

7.1.4 Phạm vi ứng dụng cùa ham hường trục 241

7.2 Lưới thảng các prôphin; tam giác vận tốc cùa dõng chất lòng ở lối vào và lôi ra cùa bánh cõng tác 242

7.3 Lưu số vận lốc bao quanh prôphin trong lưới 245

7.4 Lực nâng tác dụng lẽn prõphin lưới trong cháy bao cùa dòng chát long lý tưởng, định lý Giucopski về lực nàng 246

7.5 Lực nâng tác dụng lèn prôphin lưới trong cháy bao cùa dòng chát lòng thục 24')

7.6 Đặc tinh khí động lực học cùa cánh don 250

7.7 cỏt ãp cùa bơm hướng trục 254

7.7 ì Phương trinh cơ hán của máy cảnh dân áp dụng cho bơm hường trục 254

7.7.2 Sự phân hố cột áp theo hãn kinh 255

7.8 Quan hệ giữa cột úp của bom với lưu sổ vận tốc và với đặc tinh khi động cùa cánh 257

7.9 Hiệu suất cùa lưới cảnh 259

7.10 Tôn thât và hiệu suất trong bom hường trục 260

7.10.1 Tôn thài thủy lực và hiệu suâi thây lực cùa bơm hường trục 260

7.10.2 Tồn thất lưu lượng 261

7.10.3 Tồn thất cơ khi 261

7.11 Đường dộc tinh thực nghiệm cùa bom hướng trục 261

7.11.1 Dường dặc linh làm việc cũa bơm 261

7.11.2 Dường đặc tinh tòng hợp cùa hom hướng trục 264

7.12 Hiện tượng xâm thực và chọn so võng quay làm việc cho phép cùa bom hướng trục 264

7.12.1 Hiện tượng xâm thực trong bơm hướng trục 264

7.12.2 Xác dinh số vòng quay làm việc giới han cua ham hướng trục 267

7.13 Khe hờ hướng kinh giữa hành còng tác và võ bơm 268

7.14 Lực hướng trục tác dụng lẽn rôto trong bom hướng trục 270

7.15 Cơ cấu dẫn dỏng ra cùa bom hướng trục 271

CÀU HOI ÔN TẠP 273

BÀI TẠP 273

Chương 8: THIÉTKÊ BƠM HƯỞNGTRỤC 275

8.1 Các phương pháp thiết ké bom hướng trục 275

8.2 Thict kê cánh bom hướng trục theo phương pháp Vozonhcxcnski-Pckin 277

8.2.1 Cư sứ lý thuyết cùa phương pháp 277

8.2.2 Nội dung tính toán cảnh hành cóng lác theopp Vôzơnhexenskĩ-Pêkin 284

8.2.3 Tinh cánh hường dòng bơm hường trục theo pp Ỉ'ò:ơnhexenski-Pêkin 296 8.2.4 Dành giá đặc tính xâm thực cùa bánh công tác 298

8.3 Thiết kế bánh cánh bánh cóng tác theo phương pháp lực nâng 310

8.3.1 Cơ sỡ lý thuyêt của phương pháp 310

8.3.2 Trinh tự tinh toàn bành còng lức bơm hưởng trục theo pp lực nàng 313

8.3.3 Tính cánh hưởng cùa bơm hướng trục 317

CÂU HOI ỎN TẠI’ 322

BẢI TẠP 323

Chuông 9: BƠM XOÁY 324

9.1 Kết cấu và nguyên lý làm việc cùa bơm xoáy 324

9.2 Phân loại bơm xoáy 326

9.2 ! Theo vị trí tương dõi cứa lói vào và lôi ra cùa hãnh công tác 327

9.2.2 Phân loại theo kiêu kênh dần dòng rư 328

9.2.3 Theo hình dạng cùa kênh dãn dòng rư, và kiêu bánh công tức 328

9.3 Bom ly tâm xoáy 329

9.4 Các thòng số làm việc cùa bơm xoáy 332

9.5 Các đường đặc tinh cua bơm xoáy 335

9.5 / Dường đặc tinh lý thuyêt của bơm xoáy 335

9.5.2 Đường dặc linh thực nghiệm cùa bơm xoáy 337

9.6 Thiết kế bơm xoáy 338

9.6.1 Tinh toán thúy lực 338

9.6.2 Cột ãp lởn nhất, xác định còng suắt lỏn nhắt và tinh lực hướng kính cua bánh công tác 345

CÂU HOI ÔN TẬP 348

BÃI TẬP 349

Chương 10: BƠM LÀM VIẸC TRONG HẸ TIIÓNG VÀ ĐIÊU CHINH BƠM.350 10.1 Diêu kiện làm việc cùa bơm trong hộ thong 350

10.1.1 Lưu lượng yêu câu củư lưới 351

10.1.2 CỘI áp cùa lười 35 ì 10.2 Điêu chinh sự lãm việc của bơm 355

/ 0.2.i Diều chinh bưng khóa 355

10.2.2 Diêu chinh bứng thay đôi sô vòng 1/uay làm việc cúư trục bơm 356

10.2.3 Diêu chinh thõng sổ làm việc cùa bơm băng cách xoay các cánh dán i/uưnh trục cùa nõ 358

10.3 Sự lảm viộc ôn đinh cùa bơm trong hộ thõng 359

10.4 Bơm làm việc ghép trong hệ thống 361

10.4 ! Bom ghép song song (khi hê thõng cò yêu câu lưu lượng lớn hơn lưu lượng của một bơm) 361

10.4.2 Bơm ghép nòi tiêp 362

10.5 ửng dụng luật tương tụ đê xác định các chê độ lảm việc mới cua bơm 363

/ở 5 ỉ Xác định đường đặc linh làm việc mời cùa bơm ừng vời sô vòng quay tàm việc mời 364

10.5.2 Xây dựng dường biêu diên các chẽ độ lãm việc tương tự 364

10.5.3 Xác định sù vòng quay làm việc cùa bơm ừng vời diều kiện him việc cho trườc 365

10.6 Chọn bơm theo các điêu kiện lãm việc cho trước 366

10.6.1 Cãc diêu kiện làm việc cùa bơm 366

10.6.2 Xây dựng dường đặc tinh lii-Ọ cùa tưới 366

10.6.3 Chọn bơm T 7 7 367

CÂU HOI ÔN TẠI’ 371

BẢI TẠP 371

Chương II: KÉT CẢU MỘT SÓ LOẠI MẢY BƠM KHÁC 373

11.1 Bơm thông dụng 373

11.1.1 Bom ly lãm côngxỏn 3 73 11.1.2 Bom hai miệng hút 376

11.1.3 Bơm nhieu cấp 378

11.2 Bơm giếng 381

11.2.1 Bơm giếng chim 382

11.2.2 Bơm giếng treo 382

11.3 Bom năng lượng 3X4 11.3.1 Bơm cấp 384

ỉ 1.3.2 Bơm ngưng 388

11.3.3 Bơm hoàn lưu 388

11.4 Bơm dầu mo 391

11.4.1 Bơm vận chuyên dấu 391

11.4.2 Bơm dùng trong công nghiệp che biên dâu 392

11.4.3 Bom dê diên dày các via dâu mõ 393

11.5 Bơm hóa chất 393

11.5.1 Bom hóa chắt dạng côngxôn 394

11.5.2 Bom vận chuyên hóa chát loại trục dứng 395

11.5.3 Bom kín tuyệt dối 396

11.6 Bơm chất lóng lần tạp chất 397

11.6.1 Bom nước thãi 399

11.6.2 Bom hột giấy loại B.M 400

11.6.3 Bom hút bùn 401

11.7 Bơm hướng trục 403

Tàlliệu tham khảo 405

“Máy bơm ntrức” là một trong những món học chuyên ngành quan trọng cùa sinh viên ngành Kỹ thuật cơ khí Cuồn sách nãy được biên soạn nhăm đáp ứng nhu cầu cùa sinh viên vả học viên khoa Co khi trường Dại học Thúy lợi vẻ sách tãi liệu chuyên ngành.

Cuốn sách "Mảy bom nước" gồm 11 chương cõ nội dung đề cập đen các khá) niệm cơ bán VC máy bơm nước, các loại mảy bơm dùng (rong dân dụng, nóng nghiệp, thúy lợi và công nghiệp Trong tài liệu nảy cùng dưa ra các bãi tập cơ bán về máy bơm nước cũng nhu các phương pháp tính toán và thiét kẽ một sô loại máy bơm dién hĩnh

Cuốn sách "Mây bơm nước" sè phục vu tốt cho việc học tập, giáng dạy vả nghiên cửu cùa sinh viên, học viên cao học, giáo viên khoa Cơ khi nói ricng và sinh viên trường Dại học Thúy lợi nói chung

Nhóm tác già xin chân thành câm ơn các bạn dõng nghiệp và các cán bộ giáng dạy Bộ môn Máy Xây dựng - truòng Đại học Thủy lọi dà dọc vả góp ý cho lài liệu này

Nhóm tác gia xin chân thành cám ơn các độc gia, các bựn đỏng nghiệp tiếp tục góp ỷ kiên

đê tài liệu ngày càng hoán chinh hon đáp ứng yêu cầu học tập vả tìm hiểu cùa bạn dọc

Nhóm tác già

CÁC KHÁI NIỆM Cơ BẢN VÈ MÁY BƠM

HỌC XONG CHƯƠNG NÀY SINH VIÊN CÂN NÁM ĐƯỢC

1 Hiểu rõ định nghĩa máy bơm là gi

2 Phân loại co bán máy bơm nước

3 Năm được các thõng số cơ bán cùa máy bom như lưu lượng CỘI áp, công suất, hiệu suất

1.1 Định nghĩa

Định luật một cùa Newton nói răng "nãng lượng không tự sinh ra cùng không tự mât

đi, nhtmg nó có the chuyên từ một dạng nâng lượng này sang dụng khác.”

Các dạng nãng lượng khác nhau tỏn tại cụ the là: điện, co khí chât lóng, thúy lực và khi nén ãp lực thẻ năng, động nâng sóng gió đìa nhiệt, nâng lượng mặt trời, hóa năng Mây được câu thành tử nhiều chi tiết khác nhau nhảm mục đích chuyên đỏi một dạng nàng lượng này sang dạng khác Dộng cơ diện chuyền dời nâng lượng điện thành nâng lượng

cơ học Dộng cơ dòt trong chuyên đòi nhiệt nàng sang nàng lượng cơ học

Máy bơm nước là một loợi máy thúy lực nhận nãng lượng từ bên ngoài (cơ nàng cua động cơ) và truyền nảng lượng cho dỏng chat long, nhở vậy đưa chắt long lèn một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ổng

Phân chủ yêu nhài cũa nàng lượng trong các máy thúy lục lả áp suãt, thè nâng vả động nàng

Dê làm còng việc, áp nâng và thè nâng phái được chuycn dói thành dộng nãng Trong luabin hơi nưởc vã khí nãng lượng áp suảt hoi nước hoặc khi dược chuyên đôi thành dộng núng trong vòi phun Trong tuabin thúy lục thẻ năng được chuyên thành động năng trong vòi phun Dỏng chát lóng tốc độ cao tữ vôi phun cùa tuabin đập vảo dày cánh và cánh di chuyên,

do đó nâng lượng chat lõng được chuyên thành cơ nâng

Tuy nhiên, trong máy bơm, quá trinh này là ngược lại, sự chuyên động cứa hệ thông cánh dan làm dịch chuyền các chât long luôn luôn tièp xúc với cánh dan, do dó chuyên dôi năng lượng cơ học cua hệ thong cánh dan thành động năng

1.2 Phân loại

1.2.1 Phân loại theo nguyên lý hoạt dộng

Bơm được phân loại theo nhiêu cách khác nhau Theo nguyên lý hoạt động có hai loại: bơm cánh dần và bơm the tích

Bơm cảnh dần bao gồm các loại bom ly tâm bơm hướng trục, bơm xoáy Bộ phận lảm việc chính cùa máy bom là bánh công tác (hình l.l vã hình 1.2) Bánh cõng tác cỏ chuyên động quay nên còn gọi là ròlo Bánh công tác gổm các lá cánh, gắn giữa hai đìa cùa bánh công tãc hoặc găn lên bầu cánh

Dòng chât lòng chuyên động qua bánh công lác là dòng liên tục, vận tôc và áp suâl cùa dỏng chất lóng không thay đổi đột ngột Trong chế độ lãm việc ồn định thi lưu lượng vã ãp suât cùa máy là hàng sô

b Bơm thể tích

Thực hiện trao đòi năng lượng với dông chát lỏng theo nguyên lý chên ẽp chãt long trong một thê lích kin dưới ãp suất thủy lỉnh Nàng lượng cùa dòng chat lóng trao đỏi với máy chú yếu là thành phần âp nâng (p'V), cỏn thành phẩn dộng nâng khùng đáng ke

a) 01

Hình 1.2 Sơ đô bơm hướng trục (a) và dặc tinh làm việc cùa bơm hước trục (b)

Bơm thê tích bao gồm các loại bơm pittông, bơm cánh gạt bơm bánh răng Bộ phận làm việc chinh lã píttông hoặc rôto chuycn động tịnh tiên hoặc chuyên dộng quay, hoặc vừa

có chuyên đỏng tịnh tiên vừa cỏ chuyên dộng quay

Hình 1.3 Bơm pittông: 1 - xilanh, 2 - pittông, 3 - õng dây 4 - van dây, 5 - buông làm việc,

6 • van hút, 7 - ỏng hút, 8 - thũng chứa chât lóng 9 - tay quay, 10 - thanh truyền

Hình 1.4 Sơ đô kết câu bơm róto bánh răng: I - bánh rãng chu dộng, 2 - ống dần 3 - ông hút.

4 - vo hay thân bom 5 - bánh rủng bị đông 6 - ông xá 7 - van an toàn

Dóng chắt lóng chuyền động qua mây lã dông chất lỏng không liên tục lưu lượng vã

áp suất thay đòi theo thôi gian Mức độ không đều cùa lưu luợng vã áp suất phụ thuộc vào kết cấu của máy

Ngoài ra côn một sớ loại máy bơm đặc biệt không thuộc hai loại trcn, làm việc theo nguyên lý khác nhau như bơm phun tia, bơm nước va bơm dũng khi nén Các loại máy bơm này có hiệu suat và tinh năng kỳ thuật tháp nén phạm VI sứ dụng chúng trong công nghiệp bị hạn chế

Hĩnh 1.5 Phản loại máy bơm

1.2.2 Phân loạitheocông dụng cùamáy bơm

• Bơm cấp nước nồi hơi (trong các nhã máy nhiệt điện)

• Bom dâu (trong các hệ thông truyẽn động thúy lực)

• Bom nhiên liệu

1.3 Các thông sổ cơ bàn cùa máy bơm

Cảc thông số lảm việc cùa bom là những số liệu kỳ thuật biếu thị kha nàng và đặc tinh lãm việc cùa máy Các thõng sô lãm việc cơ bán cùa máy bơm lã:

Lã lượng chất lòng mà bom vận chuyến được trong một đơn vị thời gian

Tùy thuộc vào đơn vị đo cỏ ba loại lưu lượng: Lưu lượng thê tích Q cỏ đơn vị đo lã m’/s 1/s, m ‘/h ; lưu lượng khôi lượng G có đơn vị đo lã kg/s, kg'h, g/s ; lưu lượng trọng lượng Ci có đon vị đo là N/s, N/h, daN/s Giũa G và ọ liên hệ với nhau bàng biêu thức:

y

Trong dó:

y = trọng lượng riêng cùa chất lóng:

I’ = — = the tích riêng cùa chắt lóng

Y

Neu bớ qua rỏ ri qua khe hờ thi luu lưọng tinh ờ điều kiện hút vả đày như nhau Luu lượng thé tích ờ điêu kiện hút và đây như nhau khi chât lòng không bị nén (p = const) Lưu lượng cùa mày bơm phụ thuộc vào kích thước hình học vặn tôc chuycn động cùa bộ phận làm việc và phu thuộc vào tinh chat thúy lực cùa hệ thong mã máy bơm lãm việc trong dó.Lưu lượng cua mây bơm được xãc định băng các dụng cụ đo trung binh láp trẽn ổng dây như õng Venturi, lưu lượng ke kiêu mãng chân, cảc dụng cụ đo trung binh bang thủng

lường hoặc cân đặt ờ cuôi õng đây Các dụng cụ do này chi xác định dược giã trị trung binh cua lưu lượng trong một đon vị thời gian não dó.

1.3.2 Cột áp cũamáy bơm

Lã nủng lượng mà bom cung cấp cho I kg chất long khi vận chuyền qua máy I lay nôi cách khác cột ảp lã nàng lượng đơn vị cùa dỏng chắt lóng khi vào vả ra khới mảy

Hỉnh 1.6 Sơ đồ lãm việc cua bơm

Cột áp đuọc đo bằng đon vị m cột nước, về mặt hĩnh học có thê coi cột áp như chiêu cao dâng cùa 1 kg chất lóng do có nàng lượng máy cung cấp cho nó Dựa theo sư đồ trong hình 1.6, ta xác định cột áp cùa mây

Nâng lượng dơn vị ớ tiết diện vào:

V|, v? = vận tỏc cua chãt long tại mặt cãt 1-1 và mặt căt 2-2, (m/s)

y = trọng lượng riêng cùa chất lóng (N/m1):

g gia tốc trọng trưởng, (nvs;)

(1.2)

(1.3)

Theo định nghĩa ta có cột áp lý thuyết của mảy bom bủng:

//u — e,_= £1- + < _-2_ (1.4)

Đôi với máy bơm do chât lóng không nén dược hoặc ít bi nén, khi dó Ỵ| - tì, a lã hệ sô

vận tòc theo tiét diện, coi 01 = 02= I ta có:

7/w = - — + Z.-Z,- cột áp tĩnh lý thuyết cùa máy (m)

Đối với chat long không chịu nên ta có I> = yll trong đó p là áp suât toàn phản máy tạo nên đó lã nâng lượng máy cấp cho I m' chắt lỏng

Ví dụ 1.1

Một máy bơm ly tâm dũng de bơm dầu với tỹ trọng 0,72 Công suất trẽn trục yêu cầu

lá 15,3 kw khi lưu lượng là 87,4 m 7h vói hiệu suât cùa bơm 83% Xác định ãp suât và cột áp cùa bơm tụo ra

CỘI áp cua bơm tạo ra khi bơm nước xác định lữ cóng thức p = pgH = ỵH

CỘI ảp của bom tạo ra khi bom dầu:

1.3.4.1 Tôn thắt thủy lực /1,v„ và hiệu suẳt thủy lực rju

Tổn thất thủy lực AN(| là phần năng lượng liêu hao để khác phục các cán Irơ thúy lực gây nén bời ma sát cùa dòng châl lóng và các cán trờ cục bộ khi dòng châl lòng chuyên động qua máy bơm

1.3.4.2 Tổn thắt lưu lượng AN» và hiệu suắt lưu lượng tìt,

Tôn thắt lưu lượng AN|| lá phần năng lượng tiêu hao do rõ ri chất lững từ vũng có ãp suat cao đẻn vùng có áp suat thấp cùa máy hoặc ra ngoài Ta cỏ:

Trong dó AỌ là lưu lượng rò ri cua chát lòng

Tôn thát lưu lượng dược đánh giá bâng hiệu suat lưu lượng T]ir

Trong dó /Ọ,.//,, = >Vự A'V_, tức là băng hiệu cùa công suầt Iron trục và lỏn that công suất cơ khi.

Như vậy lưu lượng rò ri đặc trưng chơ tốn thất lưu lượng trong máy Vì vậy hiệu suất lull lượng qn côn ki hiệu bảng qợ

1.3.4.3 Tổn thắt cơ khi ANC và hiệu suát cơ khi qcll

Tón thát cơ khí ANci là phàn nãng lượng tiêu hao do các loại ma sát trong ô trục ô đệm ma sát giừa các bộ phận chuyến động và không chuyển động, giữa các bộ phận không chuyển động với chất lóng Tốn thắt co khí được đánh giã băng hiệu suất cơ khi q.1-

Ỵ 2g

Vói vận tỏc V| Vỉ được xác định tử phương trinh liên tục:

Qi®V|Fi = V2Fj(với F) F1 là diện tích mật cắt cùa ong hút và ống dấy tính bang m*)

1 F, ỉrdĩ' 2 F, nd2

Thay các giá trị vào ta được phương trinh:

/z A7; 2O.IOOO.O.75 _ 1,53

”/Ổ 9.81.1000.0 “ ỌKêt hợp hai phương trinh cột áp ta thu được phirong trinh bậc ba:

1192.20' + 44£? -1.53 = 0 -> ọ - 0.034 mVsVậy cột áp cùa máy bom H ■ 45.38 m

Ví dụ 1.3

Một bơm ticu hao công suât trên trục N = 70 kW, bơm mrớc tù bè A có áp suât nho hơn khi trời p,v'y = 4 m lên be kin B có áp suảt áp kc Pav'y = I0 m Dộ chênh giũa hai bê lã

z = 35 m Tính lưu lượng và cột áp cùa bơm Biết hiệu suãt cùa bơm H = 75% tỏn thãt loàn

bộ trong hệ thống h.„ lo m đưởng kinh ống hút vã ống đầy búng nhau

Hình 1.7 Hình vỗ ví dụ 1.3

Bài giãi

Phương trinh cột áp:

=Z + £fiJl£i + ±2Ỉ + Ar

1.4 Công dụng và lĩnh vực sừ dụng cùa máy bơm

Máy bơm có ứng dụng rât rộng rãi trong nên kinh te quôc dàn, trong công nghiệp, nòng nghiệp cũng nhu dời sòng

Máy bơm cỏ rát nhiều loại khác nhau, chúng được dùng đế vận chuyển mọi loại chất lỏng như chat lóng đạc chất lóng có độ nhót lớn chat lỏng nóng, chát lỏng dễ bay hơi , ke

cả hỗn hợp nước với chất rằn Trong các loại bom thì máy bơm ly tủm lã loại máy bom dược

sứ dụng phô biên nhát

Trong công nghiệp, máy bơm ly tâm dược dùng de càp nước cho các nhu câu kỹ thuật của nhà máy như câp nước nổi hơi trong các nhà máy nhiệt điện, cap nước cho các hệ thông làm mát vã các nhu cầu vệ sinh công nghiệp

Mây bơm ly tâm còn được dũng trong cõng nghiệp khai thác mõ vâ xảy dựng đê hút nước từ giếng sâu hút các hỏn hợp nước với đất và vận chuyên hỏn hợp bùn quặng

Trong công nghiệp dâu mó, mảy bơm ly tâm được dùng đê hút dâu từ giêng và vận chuyên các sán phẩm cua dâu mo Ngày nay việc vận chuyên dâu mo theo dường õng được su dụng khá phổ biển và VỚI khoang cách rất xa đền hàng nghìn km

Thực tế tinh toán và SŨ dụng cho thấy ràng, việc vận chuyền theo dưỡng ống kinh tế hơn rất nhiêu so với các phương tiện vận chuyên khác Do hiệu quã kinh tê cao của việc vận chuyền bảng dường ống nen người ta đang nghiên cửu sữ dụng hệ tilling đường ống đê vận chuyên các loại nguyên liệu hạt rời và các hàng hóa khác

Trong công nghiệp hóa chat, máy bơm ly tâm cũng dược úng dụng rộng rãi de vận chuyển các dung dịch hóa chất nhu axil kiềm muối Trong cóng nghiệp và trong đời sổng, máy bơm ly tâm được dũng đê tưới tiêu, cung cãp nhu câu nước trong sinh hoạt

Máy bom hưởng trục có lưu lượng lớn và cột áp nhỏ, nó được dùng chủ yểu trong nòng nghiệp đê tưới tiêu Máy bơm hướng trục được dũng trong còng nghiệp dê càp nước cho nòi hơi có lưu lượng lớn và áp suất không lớn lãm Trong công nghiệp dóng tàu, máy bơm hướng trục là một trong sô các thiết b| phụ cua tàu thúy, được dùng trong các hộ thống lãm lạnh vã tiêu nước trong tàu

Mồi loại bom có các thông số làm việc (Q Il> xãc định Phạm vi làm việc cua chúng được giởi hạn bởi các thông sổ làm việc đỏ Dựa vào cảc thông số lãn) việc đó người ta xây dựng trong hệ tọa độ logarii biêu đô phạm vi sử dụng cùa cảc loại bom khác nhau (hĩnh 1.8).Dựa vào biêu đồ phạin vi sứ dụng cùa bom càn cử vào các thông số làm việc (Ọ II)

ta chọn dược các loại máy bơm thích hợp cho việc tính toán, thict kê vã sừ dụng bom

CÀU HÒI ÔN TẬP

I I Định nghía máy bom là gi? Nêu các ứng dụng cơ hán cùa máy bơm?

1.2 Ncu các chi ticu phân loại máy bom?

1.3 Phân biệt máy bơm cánh dan và máy bom thè tích? Ung dụng cua moi loại máy bom nãy?

1.4 Trình bảy các thông số cơ bán cũa máy bơm?

1.2 Một máy bơm ly tâm dũng de bom dâu vói tý trọng 0.8 Còng suất trên trục yêu cầu là

10 kW khi lưu lượng là 90 m’/h với hiệu suất cùa bom 90% Xác định áp suất và cột áp cùa bơm tạo ra

1.3 Một máy bơm có các thông số sau: Q - 50 nì/h; II - 54 m; p - 1,0 kg'dm’; n - 70% Xác định công suât dan động bơm

1.4 Một mây bơm cỏ các thõng số sau: Q - 200 m’/h; H - 90 m; p - 1.0 kg/dmJ;

p 64.5 kW Xác đinh hiệu suất cùa bơm

1.5 Xác định cột áp cùa bơm ly tâm dùng đề bơm nước nếu biết: lưu lượng ọ = 0,01514 mJ/s còng suầt tiêu thụ N = 4,48 kw vã hiệu suất cua bom TJ = 62%

Hình 1.8 Hình vẽ dùng cho bài tập 1.5

Chương 2

Cơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÁY BƠM CÁNH DẰN

HỌC XONG CHƯƠNG NÀY SINH VIÊN CÂN NÁMDƯỢC

1 Nắm được lý thuyết cơ ban về máy cánh dan (lý thuyết dòng xoáy và lý thuyết dõng tia)

2 Biẽt cách thành lập phương trinh cơ bàn của máy cảnh dẫn

3 Nấm được ý nghía nâng lượng cùa phương trinh cơ ban trong máy bơm cánh dần

4 1 liêu rõ tại sao có sự khác biệt giữa cột áp lý thuyết và cột áp thực tê cùa bơm

5 Biết cách xây dựng đường đặc tinh lý thuyết cua bơm

2.1 Giới thiệu

Máy bơm cánh dan là loại bơm thực hiện trao đôi năng lượng với dỏng chât long chuyển động qua máy nhờ tác dụng tương hỗ giừa hệ thống cánh dẫn với dỏng chắt lóng.Mây Bưin cánh dần bao gôm cảc loại bơm ly lãm bơm hướng trục, bơm hướng chéo

2 Cỏ phạm vi sử dụng rộng, lưu lượng vã cột áp thay đỏi trong phạm vi lỡn

3 Rôto của máy có the quay với vận tốc lởn, từ 300 + 3000 vòng/phút Trong trường hợp đặc biệt vận tôc quay cùa rôto có the đạt đen 7550 võng/phút Vi vậy rôto có the noi trực tiẽp với dộng cơ có vận tỏc quay lớn như dộng cơ điện, tuabin hơi tuabin khi

4 Dóng chất lóng chuyển động qua máy lã dỏng lien tục nên lưu lượng và ãp suắt khi máy lảm việc òn định không dao động

5 It nhạy câm với bụi bân và các hạt cứng, vi vậy chúng có thê dùng đé vận chuyên mọi loai chat lóng khác nhau kè cá hon hợp nước với chât răn, cãc chât lòng dặc chât lỏng có độ nhớt lớn và chát lỏng de bay hơi

2.2 Sơ đồ kết Cấu và nguyên lý tác dụng cùa bơm cánh dẫn

2.2.1 Sơ đồ kếtcấucúamày bơm cánh dằn

Bộ phận làm việc chú yếu cua chúng là bánh cõng tác có chuyến động quay Bánh cõng tảc láp trẽn trục tạo thành rỏto của mây Ròto được đủi trong vỏ cô đinh gọi lã stato, vỏ cùa bom có thê được nổi với ống hút và ồng đây Bánh công tác của bơm ly tâm (hĩnh 2.I, a) gôm các đỉa cỏ cánh, đĩa trước và đỉa sau (có thê chi có một đỉa sau) vã các lá cánh gân giữa hai đìa (hoặc chi gân lèn dĩa sau) Bánh công tác dược lăp trên trực bâng then hoặc bulóng

Vó cứa bom có dạng xoăn ỏc nó tạo thảnh buông xoàn cỏ hĩnh dang phũ hợp với đường dòng Buồng xoăn làm nhiệm vụ dần chắt long sau khi ra khỏi bánh cõng tác vào ống đẩy sao cho tôn thất sinh ra trong chuyên động cùa dòng chãi lóng là nhó nhát Nhiệm vụ cúa ống hút và ống đầy cùng là dàn chất lóng vào và ra khỏi mốy sao cho tổn thất sinh ra trong chuyền động cùa dõng chât long là nhò nhàt Trong bơm nhiêu cap thi bộ phận dán dõng vào có dạng nưa xoăn

1 Bánh cõng (ác 2 vỏ xoẳn 3 Cánh hưóng dõng.

Hình 2.1 Sư dỏ kct câu bơm cánh dần: ợ) Bom ly tâm; b) Bơm httớng trục.

Bánh cõng tác cua bom hường trục (hĩnh 2.1 b) gôm cỏ các lá cánh gân trên bâu cánh (thân của bánh cõng tãc) Bánh công tảc được láp trẽn trục bủng then và bulông, và thưởng bố trí cõngxõn trên trục Trục cua bom thường dược bố tri nằm ngang hoặc thảng đứng Dòng chât lóng sau khi ra khói bánh công tác sẽ chuyên dộng qua bộ phận dan hướng trước khi vào ông dây Bó dan hướng bao gôm các cánh hướng cò dịnh một dàu gàn vào vo, dâu khác găn lẽn moayơcủa bộ dan hướng Các cánh hướng làm nhiệm vụ uốn thăng dóng, khứ thành phân chuyên động xoáy cua dòng chãt long sau khi ra khoi bánh công tãc Trong moayo cùa bộ dẫn hưởng cỏ dật ò trục chịu lái hướng kinh, đê khừ dao dộng ngang cùa rôlo trong quã trình lủm việc Vò cùa bom thưòng là một ống hình trụ, dược gắn với ống hút và ống đây Óng hút vã ông dây lâm nhiệm vụ dan dòng vào và ra khoi mảy Động cơ dan dộng bom có thê dật trong hoặc ngoài vo tủy theo kẽt câu cua chúng

Bánh cõng tác cùa bom xoáy (hình 2.2) tương lự như bánh còng tác cùa bơm ly tâm gôm đìa vã cành dần Bánh công tác cùa bơm xoáy có dạng như một đìa phúng, ở mép ngoài

1 Banh công tác 2 vỏ 3 Ranh bèn hinh khuyên.4 Của đảy 5 Cùa hút.6 Cânh dản

Hình 2.2 Sơ đôcấu tạo cùa bơm xoáy

của đỉa được phay thành các cánh dản phảng ngàn trên cùng một bân kính Bánh công tác được lăp trên trục và bó tri giũa hai ô trục Vó bơm ơ phân cung AB (hình 2.2) dược chè tạo dạng rảnh hình xuyến, thông với óng hút và ỏng đây đè dàn chất lóng vào và ra khói máy

2.2.2 Nguyên lý tác dụng cùamáy bơm cánh dắn

Nguyên lý tác dụng cũa máy bơm cánh dẫn lả sụ tác dụng lương hồ giữa các cánh dẫn với dõng chất lòng cháy bao cánh

Khi bánh cõng tác quay, cãc cánh dan tác dộng lẽn dòng chay và tniyển cơ nãng cho dòng cháy

Trong bánh cõng tác cùa máy bơm động nâng cua dòng chất long thay đổi rắt lớn Ò

bộ phận dần dỏng ra một phan động nâng biến tliãnh áp nàng đỗ hạn che tôn thát cũa dỏng chất lóng khi vận chuyên trong đường ổng

Trong bánh còng tác cua bơm ly tâm, dông chât lóng cháy bao cảnh dan chuyên dộng

ly tâm theo phương hướng kinh do dó lợi dụng được công cùa lực ly tàm Trong bánh còng tác cua bơm hướng trục, dỏng chat lóng chay bao cánh giữ một khoáng cách không đôi so với trục, do vậy không lọi dụng được còng cua lực ly tâm

Khi máy bom lãm việc ỏn định, bảnh cóng lác của chúng quay vói vận tỏc không đỏi dõng chất lóng trong máng dần cùa bánh còng tác cùng như buồng lưu thông luôn chuyền động ôn định Vi vậy vận tôc quay cùa bánh công tác cỏ thê tâng tới giá trị rât lớn

2.3 Các lý thuyết cơ bàn về máy cánh dẫn

Hiện nay tôn tại hai lý thuyêt cơ bán vé máy cánh dan đó là lý thuyêl dòng xoáy và lý thuyẽt dòng tia Dựa trẽn cơ sớ hai lý thuyct dó người ta lập ra các phương pháp tinh toán xây dựng các cánh dan cùa bánh công tác

2.3.1 Lý thuyết dòng xoáycủaGiucopski

Lý thuyết này được xây dựng vảo năm 1906 lã co sò cùa ngành khi động lực học nõ cho khá năng tinh toán bằng toán học lực nâng tác dụng lèn pròphin cánh Dựa trẽn lý thuyết

a) b) c)

Hình 2.3 Sơ đỗ dòng chất lóng chày hao pròphin cánh

dõng xoáy cùa Giucopski các nhã khoa học như Lcxokhin, Pckin dã xây dựng các phương pháp tinh toán, xây dựng bánh công tác cua bơm quạt cánh dan

Nội dung cùa lý thuyết dòng xoáy:

Giá sứ chúng ta có một prôphin dạng khi động học đặt trong một dông chảt lõng phàng, thê trọng không gian không giói hạn thì dõng cháy bao prôphin này gồm hai dỏng:

- Đông chất lõng lý tướng chây bao pròphin vói vận tôc ỡ vô cùng là V, (hình 2.3 a)

- Dòng chay thuân tuý với lưu số vận tốc băng lưu sô vặn tòc cùa các xoáy tạo trcn vỏng khép kin của prỏphin do tác dụng cua lực nia sát (hình 2.3.b)

Cộng hĩnh học hai chuyên động đó ta có vận tốc phía trẽn prỏphin lớn hon vận tõc phía dưới prôphin (hĩnh 2.3 c) Vi dõng chat lóng chây bao lả dòng thế không xoáy nên âp dụng phương trinh Bccnuli vói dòng chất long

L = chiêu dài cùa cánh;

r= lưu sổ vận tóc bao quanh prôphin;

p = khối lượng riêng cùa chắt long

Trong trường họp môi trưởng chất lóng không chuyền dộng mà prõphin chuyên dộng thì prôphin sẽ tãc dụng lèn chát long một lực dứng bảng lực cùa chàt lóng tác dụng lèn prỏphin

Nhở có lực tác dụng tương hồ đó mà máy có thẻ thực hiện việc trao đôi nđng lượng với dõng chắt lóng Lý thuyết dõng xoáy phân ánh đủng bàn chãt vật lý cùa hiện tượng xây ra trong cháy bao cánh dần Trong trường hợp dòng chây có chuyên dộng phức tạp, cảc kết luận rút ra từ lý thuyềt dòng xoáy khá phức tạp không thuận tiện cho việc sứ dụng trong thục lê

Trong máy hướng trục dòng chàt long chuyên động chú yêu theo phương hướng trục Nen lý thuyết dòng xoáy dược sư dụng phó biên trong tính toán và xây dụng bánh công tác cùa máy Trong máy ly tâm dõng chất lóng chuyền động phức tạp theo các mãng dần cong tạo bói cánh dẫn và đĩa bánh cóng tác Nên trong tinh toán người ta không sứ dụng lý thuyết dõng xoáy mà sừ dụng lý thuyết dòng tia.

2.3.2 Lý thuyết dỏng tia cùa ƠLE

Lý thuyct này dược Olc lập nen vào nãm 1751 và dược sứ dụng rộng rãi trong tính toán máy cánh dần ly tâm dặc biệt là bơm và quat ly tàm

IB 6

I lình 2.4 Sư đồ chuyến động cua dòng chất lóng qua các máng

dân cùa bánh công tác

Theo thuycl này với những giá thief: dỏng chât lỏng chuyên dỏng qua các rãnh cong rết phức tạp được xem như tập hợp cùa các dòng nguyên tố như nhau, quỹ đạo cua mồi dỏng nguyên tố đó trũng khít với biên dạng cánh dần

- Quỹ đạo chuyên động cũa các phan tú chất lõng riêng biệt không thay đôi theo thời gian và trừng với đường dòng ứ những diem tương ứng có cùng phương vận tỏc

- Sô cánh dan là nhicu vô cùng và chiêu dày cánh dần mong vô cùng

- Chát long làm việc là chât lóng lý tướng Moi phân tư cháy qua máng dan bánh cõng tãc đỏng thôi tham gia hai chuyên động:

' Chuyên động quay cúng bánh công tãc: chuyên động theo

+ Chuyền động dọc theo mảng dàn cùa bánh cóng tác: chuyên động tương dối

Cộng hai chuyên động này ta có chuyên động tuyệt dõi cùa phân tứ chát long Trẽn cơ

sờ cùa lý thuyết dòng tia xây dựng được phirong trinh cơ ban cua máy cánh dan

2.4 Phương trình cơ bàn cùa máy cánh dẩn

Phương trình cơ ban cua máy cảnh dan dược xây dụng trên cơ sớ lý thuyèt dòng tia Xẽt tam giác vận tóc cùa các phàn tứ chất lóng chuyên dộng trong máng dan cua bánh công tác tại diêm vào A và diêm ra B khỏi bánh công lác

Các véctơ vận lòe ũ, M', ĩ hợp thành mội tam giác khép kin gọi là tam giác vận tỗc Nên ta có tại một diêm bát kỳ:

Hình 2.5 Tam giác vận lôc dõng chày tạĩ lòi vào và lôi ra cùa bánh còng lác.

Hình chicu cùa vận tốc c, w trẽn phương li ký hiệu lã Cu, »fu trcn phương hướng kính

ký hiệu là »v„ Góc giữa vận tóc c với phương u là a giữa vận tỏc w VỚI hướng ngược lại của u lả |1 (gốc đật cánh) Giã trị cùa các vận tốc thành phan cu cm xảc định nhu sau:

Vận tõc Cm có thê xác dịnh theo lưu lượng và kích thước cùa mây

Đối với máy bom ly tám:

<•„=-^7 (2-6>

ỉĩDb

Trong đó:

nDb = f = diện tích vuông góc với tict diện cùa dòng cháy, (m );

D l> đường kinh vã chiêu rộng mảng dẫn tại vị trí tinh toán vận tốc, (111):

u ■ góc giừa vận tỏc c với phương u

Đôi với máy bom hướng trục:

" - n(D:-d'-)

Trong đó D, d là đường kính ngoài và đường kinh bẩn cứa bánh còng tác

Hình 2.6 Dỏng chất lòng nguyên tố trong máng dẫn cùa bánh còng tác

Đe thành lập phương trinh cột áp máy cánh dần ta áp dụng định luật biến thiên niômcn dộng lượng dôi với chât lóng chuyền động qua máng dan cùa bánh công tác: "Biền

thiên mòmen động htợng cùa khỏi chắt long chuyên đụng qua máng dan cua bánh cõng tác trong một don vị thòi gian, ứng vói trục quay cùa bánh công tác thì bang tông mômen cùa các ngoại lực tác dụng lẽn khôi chài lóng cùng ứng vời cũng trục dỏ".

Tách một dõng chất lòng nguyên tố trong dõng chất lòng chuyên động qua máng dần cùa bánh còng tác Trong thời gian dt khôi lượng cua dòng nguycn tô cháy vào và ra khói máng dan là:

dK: - pdqc.r: cosơ,

Biên thiên mỏmen động lượng cùa khối chai lòng dm là:

dK; - dK, = pdqcs, cos a; - pdqc/ị cos «!

Trong dó:

p - khôi lượng riêng cua chất lóng;

dq ■ lưu lưọng dỏng nguyên tỏ;

dm = khối lượng cùa dõng nguycn tố cháy qua máng dẫn cùa bánh công tác;tlK.1 - mòmcn dộng lượng cùa khôi chàt lóng nguyên tô khi cháy vào bánh công tác;

dK_' = inỏmen động lượng cùa khối chát lòng nguyên tò khi chay ra bánh cõng lác; f| Ti bân kinh tại lối vào và lõi ra cùa bánh cõng tác

Mômcn của ngoại lực tác dụng lèn khối chất lõng nguyên tố là AM Theo định luật biên thiên động lượng ta có:

= w = mômcn cùa ngoại lực tác dụng lên toàn bộ khối chắt lóng;

lưu lượng lý thuyết cùa dòng chắt lóng chuyến động qua bánh công

dt

tác;

í/r/COTữ/ vò OKCOSCtỉ = niômcn vận tỏc cua dòng chât long ó lòi vào và lõi ra cùa

bánh còng tác xem như cỏ giá trị không đói theo tiết diện

Vậy ta có:

M = pQx ịcirì CtìS «í - cirì tos "|) (2-8)Trong trường hợp lý tường, tỏn thát dòng châl long băng không, toàn bộ công suảt bẽn ngoải truyền hết cho chát long nên ta có:

(2.9)

//Vt là cột áp lý thuyết cùa cua bánh cóng tác có sò cánh dan nhiêu vô cùng và móng

vỏ cũng

(2.12)

s

Phương trình (2.12) gọi là phương trinh cơ ban cua mây cánh dan nó thief lập quan hộ giữa năng lượng cung câp cho dỏng chat lỏng vã vận tỏc cùa dòng chat long vận chuyên qua bánh công tác Phương trinh cơ bán đũng VÓI mọi loại mảy cánh dan như bơm quạt cánh dần máy nén cảnh dần (khi chãi lỏng bị nén không đãng kẽ) vả tua bin cánh dần Phương trinh cơ bán của máy cánh dẫn do ơlc tim ra nên côn được gọi là phương trinh Olc

Trong phương trinh (2.12), thành phàn xoáy cua vận tôc tuyệt đòi cùa dòng chày ờ trước lỏi vào cùa bành công tác Q xác định bớt điêu kiện dan dòng vào bánh cóng tác Trường hợp có lợi nhắt cua cột áp cùa bánh cõng tác là khi c/„ = 0 («I = 90") khi đó phương trinh cột áp có dạng:

(2.13)

£Trong bơm ly tâm một càp dạng côngxôn và trong bơm hướng trục, thường ỡ lôi vào cua bánh công tác không có các cánh dan hướng, dòng chay trước khi vào bánh công tác không xoáy C|U - 0 vi vậy cột áp của bánh cóng tác sỗ có giá tạ lớn nhai Ngày nay nhỡ có các phương pháp chế tạo hoãn háo người ta đà sán xuất được nhừng bơm ly tâm một cắp có CỘI áp khá lớn, cột áp cùa chúng có thê đạt đền 250 * 300 m và có hiệu suất tương đối cao

Đê xây dụng tam giác vận tóc cân phái xác định các vận tôc thành phân

+ Vặn tỏc kinh tuyên theo công thức (2.6):

Từ các thông số C1„, U|, 01 và c-a, Uỉ, Pỉ xây dựng tam giác vận tốc:

+ Xác định thành phàn vận tôc C|U, Cju và các góc «I ữì’

q, -w c1Mcotgfl ■ 7,693 - 4,246cotg30° ■ O.338m/s

2.5 Ý nghĩa năng lượng cùa phương trình cơ bàn

Phương trinh co bán (2.12) và (2.13) cho ta môi quan hệ giữa cột áp của dòng chất lõng với các thành phần vận tốc u và Cu của dỏng chắt lóng ớ lối vào và lối ra cùa bánh công tác Bây giờ ta xét môi quan hộ giũa cột áp máy cánh dán với các thành phân vận tòc u, w và c

ớ loi vào và lỏi ra cùa bánh cõng tác

Từ lam giác vận lốc AA|B|C| (hình 2.5) ta có:

W|2 = cr + ur‘ - 2 U| C| cos Ơ|

Hừ' — Htixt + Hìtní Nhận xèt: Thành phần cột áp tinh cua máy được tạo nên do có độ tăng áp cua chãi lỏng trong bánh cóng tãc cùa máy cảnh dẫn:

Py-Pvt I

r 2g 2g

(2.14,a)

Trong dó:

Píừ vã Pĩit là áp suât lý thuyct cùa dòng chât lóng ở trước và sau bánh công tác;

lã thành phản cột áp tĩnh tạo nên do có cóng cùa lực ly tâm quán lính: 2g

' là thành phàn cột áp tình tạo ncn do có sự bicn đôi dộng nàng trong 2g

chuyên dộng tương doi cùa dòng chat lóng trong máng dan cùa bành công tác;

y là trọng lượng riêng cùa chất lóng (coi như không bị nén)

Ta có thê chứng minh phương trinh (2.14.a) bủng phương (rinh báo toàn năng lượng trong chuyên động tương đối cùa dỏng chất lõng không nhớt và không bị nén trong không gian quay.

Phương trinh bao toàn nãng lượng trong thúy lực có dạng:

Côn thành phân cột úp động của máy dược tạo nên do có sự biên đỗi động năng trong chuyên động tuyệt dôi cùa dòng chât lòng ờ lôi vào và lôi ra cùa bánh công tác

Đẽ tăng cột áp lý thuyết cua bơm ta phái láng các hiệu số binh phương vận tỏc C’2 - C|? U’’ - U| và W|? - W’2 tức là phái tăng gia số vận tốc (Av Au và Aw) cua dỏng cháy

ở lối vào vả lối ra cứa bánh cõng tác

về phương diện thuy lực rò ràng là khi gia số vận tốc cứa dõng chải lóng chuyển động trong máng dần cứa bành công tác câng lớn tức lã khi sự thay đồi vận tốc cua dóng cháy trong máng dẫn cùa bánh cõng tác câng lớn thi tón thắt trong quá trinh biến đối động năng thành thê núng càng lớn Vi vậy đê tăng hiệu suãt cứa bơm ly tâm người ta thưởng chê tạo máng dần cùa bánh cõng tác sao cho đạt được các giá trị W| = Wj Trong bơm hưởng trục

do các vận tòc vỏng U| = Uỉ, đẽ cho cột áp tĩnh lớn hơn không, thi băt buộc Aw* > 0 tức là phai có W| > Wj

Trong bơm ly tâm người ta tảng thành phản cột áp tinh cùa máy băng cách tăng gia số vận tốc vỏng Au2 chu yếu là tăng Uỉ

Thành phân cột ãp dỏng cua máy cỏ thê táng băng cách lãng vận tóc tuyệt đoi C’

Trong thực tê đê đám báo hiệu suât làm việc tòi uu của bơm quạt cánh dẩn, người ta thưởng thiêt kẽ chúng sao cho đàm háo tỳ lệ:

/4-=(0,7+0,8)//ftB>

Hay

//^=(0.2 ^0.3)//^

2.6 Ành hường cùa số cánh dẫn hữu hạn tới cột áp cùa bơm

Phương trinh cơ ban cùa máy cánh dan dược hĩnh thành trôn cở sớ lý thuyct dòng tia Điều kiện để có các giã thiết theo thuyết dòng tia như ta đà biết là số cánh dần nhiều vó cùng

vã chiều dầy cánh dẫn lã móng vó cùng, chất lỏng làm việc lã chất lóng lý tường (không nhớt) Nhưng trong thực tê so cánh dẫn của bánh công tác là cỏ hạn, cánh dẫn cỏ chiêu dày và ehât lóng làm việc có độ nhót, vi vậy cột áp thực tê cùa máy sè khác cột áp lý thuyèt tính theo phương trinh cơ ban

Hỉnh 2.7 a Biêu đò phân bồ vận tốc cùa dòng chất lõng trong máng dẫn

của bánh công tác theo thuyết dỏng tia

Theo các giá thief cùa thuyòt dòng tia thi vận tốc sẽ phân bó đêu theo tiêt diện cùa máng dan cùa bánh còng lác (hình 2.7, a), do dó áp suât ơ những diêm tương ứng ờ phia trước (mặt AB) vã phía sau (mặt ED) cùa cánh dần sè như nhau Sự cân bằng áp suất ơ hai phía cùa cảnh dần lâm mãt tãc dụng lực tương hỗ giừa cảnh dần vói dỏng chát lỏng Dòng chây chi có thè nhận được nâng lượng bánh cóng tác truyền cho nó trong trưởng hợp áp suât ở phía tnrớc cánh dan lớn hơn ãp suàt ớ phía sau Vi vậy trong thực tê, đôi với các bánh công tác có sô cánh dần hữu hạn việc vận tóc phân bõ dêu theo tict diện cùa máng dan là không thê

Hĩnh 2.7, h Biểu đồ thực phân bố vận tốc cùa dỏng chất lóng

trong máng dân cùa bảnh còng tảc

Hình 2.8 Chuyền động xoáy cùa dõng chất lòng trong máng dần cúa bánh còng tác

có Biêu dô phàn bô vận tôc tương đôi trong các tièt diện cua mãng dản phái có dạng tương tự như trên hình (2.7 b) Tức lã trèn củng một bán kinh r vận tỏc tương dôi w phai tảng dần từ mặt trước cua cánh dần nãy đèn mặt sau cùa cánh kia

Vì dỏng cháy trong máng dần lã dỏng liên tục do có độ chênh áp vả sự thay đôi vận tốc nên tạo thành dòng xoáy trong máng dẫn, hình 2.S

Hình 2.9 Tam giác vận tốc cùa dỏng chắt lóng ở lổi vào cùa bánh công tác kế đến ánh hương cùa sổ cánh dẫn hừu hạn.

Vận lốc trong chuyên động xoáy cũa dòng chất lòng ở lối ra cùa bảnh còng tác hương ngược chiêu với vận tôc quay (I), vì vậy khi ra khói bánh công tác dòng chất lóng sè lệch vê phía ngược với chiêu quay Kct quá lã làm giám thành phàn vận tóc xoáy C2n< Ciu (hĩnh 2.10) Còn ơ lôi vào cùa bánh còng tác dòng chât lõng SC lệch vê phia cùng với chiều quay Ket qua

lã lãm xuắt hiện thành phần vận tốc xoáy C|u f 0 (hình 2.9)

Hĩnh 2.10 l am giác vân tòc cùa dỏng chât lòng ơ lòi ra cùa bánh còng tác

kê đen ánh hương cua so cánh dan hừu hạn

Thành phần xoáy 4 xuất hiện không làm giám cột áp cùa bánh công tác nhưng nỏ làm tảng tổn thất thủy lực và do đỏ lủm giám hiệu suất cua bánh công tác

Thành phần 4 sê làm giâm cột áp cúa bánh cõng tác Cột áp cùa bánh công tác có số cánh dan hữu hạn và dòng chãt long chay vào bánh công tác theo phương hương kính (4=0) là:

sin^+ÍẶ sin/7.

(2.17)

Hệ sỏ K|> xác dinh theo cóng thức cua Karl Píliderer dược áp dụng với hãnh còng tác cùa bơm ly tâm có đường kinh trung binh cua cánh dần trong tiểt diện kinh tuyến cua bánh công tãc theo phương hướng kinh:

2.7 Ánh hường cúa chiều dày cánh dán tới sự phân bố vận tốc cùa dòng chất lỏng trong máy bơm

Hình2.11 Cánh dần của bánh công tác có mép vào tiện tròn và mép ra vát nhọn

Trong lập luận ớ nhũng phàn trẽn chúng ta giá thiêt rồng cánh dản mong vò cùng Nhưng trong thực tế cánh dẫn có chiều dày nhắt định (3+6)mm vỉ vậy ớ tiết diện vào cùa máng dẫn dòng cháy bị co hẹp vận tỏc vảo cùa dõng chây tâng lên vã ánh hưởng đến vận tỏc dõng cháy theo tiết diện Chiều dảy của cánh «lần trcn vòng tròn bản kính n càng kin thi ờ tiết diện vào vận tôc phàn bó càng không đêu, mức độ mờ rộng cua dòng cháy khi ra khói máng dần càng lớn gây nên tòn thát cua dõng chat lòng khi cháy qua máng dan vả lâm giam hiệu suất cua bánh cõng tác Đẽ tăng hiệu suẩt cua bánh công tác cằn phái giám mức độ phân bổ không đều của dông chắt lóng ở cá lối vào vã lổi ra cũa bánh công tác Với mục đích đó người

ta thướng che tạo mép vào cùa cánh dẫn có chiều dày nhỏ và tiện tròn còn mép ra của cảnh được vát nhọn (hình 2.11)

Đê xác dinh anh hường cua chiều dày cánh dan, ta khao sát chuycn dộng cùa dòng chãt long qua máng dan cua bánh công tác có cánh dần vói chiểu dãy xác dinh

Trên hình 2.12 các kích thước có chi sỏ "1" ứng với vị trí vào cùa mãng dan chi sô

"2" ứng với vị trí ra cùa mãng dẫn chi sô “0” ứng với vị tri ngay trước khi vào mãng dần

Ta lập phưong trình liên tục cho tiết diện ngay trước mép vảo của cảnh dần vả tiết diện chứa mép vào cánh

Đòi vói tier diện quay ngay tnrởc mép vào cùa cánh phương trinh liên tục cõ dạng:

Trong đó:

Qn - lưu lượng lý thuyết cùa bánh cõng tac.lm'.'h):

b| chiêu rộng máng dẫn của bánh công tác ở lôi vảo (m);

Cto = thành phần vận tốc kinh tuyến cùa dòng chất lòng trước khi vào máng dần.(m/s)

Trên hình 2.13 ta có cXhn = C(|, vì 2nr =zt, nên:

(2.21)

Trong dó:

7 = sô cánh dẩn của bánh công tác;

t|=——^-= bước cánh tại lối vào cùa máng dần (m)

Dôi vói tiẻt diện chúa mép vào cùa cánh, ta có phương trinh:

Trong đó:

S| = chiêu dày cùa cánh dần theo vòng tròn bán kinh n, (m);

C|Q - thành phần vận tốc kinh tuyến cua dõng chất lòng khi bắt dầu chay vào máng dan cua bánh còng tác (m/s)

So sánh hai phương trinh (2.21) và (2.22) ta có:

Rút ra

^=^Y^-r = cOvk, (2.23)

Trong đó k,lã hệ số co hẹp dõng ớ lối vảo của máng dẫn

t|-í>i

Chiều dày Ồ1 xác dịnh theo chiêu dày S| vã góc 01 băng:

sin 4

ờ'Ệ=-ậ-S| lã chiều dày cùa cánh dẫn đo theo phương vuông góc vói tiếp tuyến prỏphin cánh.Thay ò| bằng biêu thức cùa nó ta có hệ số k| băng:

*,= -(2.24)G Arsin /?t

Vởi bom ly tâm hệ số ki thưởng cố giá trị tữ 1.15 - 1.25

Hình 2.13 Tam giác vận tốc cùa dòng chất lóng ớ lối vào cùa bánh công lác

kc den ánh hường cua chiêu dày cánh dan

Hình 2.14 l am giác vận tổc cùa dỏng chắt lỏng ở lổi ra cùa bánh công tác

kề đen ánh hưởng cùa chiều dãy cánh dẫn