CƠ LƯU CHẤT: MÁY BƠM

CHƯƠNG 6. MÁY BƠM 1. KHÁI NIỆM Bơm là thiết bị chính cung cấp năng lượng cho dòng chảy nhằm thắng tất cả trở lực trên đường đi hoặc nâng chất lỏng lên một độ cao nào đó Các chú ý khi chọn và sử dụng bơm: Bơm hoạt động bình thường, ít xảy ra hư hỏng Dễ điều chỉnh các thông số kỹ thuật, như áp suất, lưu lượng Dễ thay thế phụ tùng khi cần thiết Giá cả chấp nhận được Ngoài ra phải xét tới các lý tính và hóa tính của lưu chất tại nơi đặt bơm nữa. 1. Phân loại bơm Theo nguyên lý hoạt động bơm chia làm hai nhóm chính sau đây: Bơm thể tích Bơm động lực

CHƯƠNG 6 MÁY BƠM

1 KHÁI NIỆM

Bơm là thiết bị chính cung cấp năng lượng cho dòng chảy nhằm thắng tất cả trở lực trên đường đi hoặc nâng chất lỏng lên một độ cao nào đó

Các chú ý khi chọn và sử dụng bơm:

- Bơm hoạt động bình thường, ít xảy ra hư hỏng

- Dễ điều chỉnh các thông số kỹ thuật, như áp suất, lưu lượng

- Dễ thay thế phụ tùng khi cần thiết

- Giá cả chấp nhận được

- Ngoài ra phải xét tới các lý tính và hóa tính của lưu chất tại nơi đặt bơm nữa.

1 Phân loại bơm

Theo nguyên lý hoạt động bơm chia làm hai nhóm chính sau đây:

- Bơm thể tích

- Bơm động lực

2 Các thông số chính của bơm

 Áp suất toàn phần còn gọi là cột áp – ký hiệu H; m cl

 Chiều cao hút của bơm – Ký hiệu Z h ; m cℓ

 Công suất của bơm – Ký hiệu N; kW

Công suất của bơm được xác định theo công thức:

hoặc

 Hệ số quay nhanh – Ký hiệu n s ;v/phút

 Dựa vào hệ số quay nhanh ta có thể chọn bơm như sau

• Bơm piston và bơm rotor n s = 50; v/phút

• Bơm ly tâm n s = (50 ÷ 500); v/phút

• Bơm hướng tâm n s = (500 ÷1200); v/phút

II BƠM THỂ TÍCH

Đặc điểm chung:

• Lưu lượng cung cấp không đều

• Bơm được lưu chất có độ nhớt cao hoặc rất cao

• Làm việc áp suất cao, lưu lượng nhỏ

• Dễ hư hỏng, sự cố

1 Bơm piston

a Phân loại bơm piston

Có các cách phân loại như sau:

Theo cơ cấu truyền động; theo số lượng cấp; theo số lần tác động; theo vị trí piston; theo áp suất làm việc; theo năng suất

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

c Tính lưu lượng (năng suất)

Công thức tính là

Nguyên lý làm việc của máy bơm hai tác động (Hình 6 3)

d Quy luật chuyển động của piston trong xilanh

e Đồ thị cung cấp lưu lượng

f Tác dụng của bầu khí

- Ở hình (H6.2) ta thấy có hai bầu khí là 9 và 6 Do có hiện tượng mạch nhảy như đã nói ở trên nên lưu lượng của bơm cung cấp không đều, dễ sinh ra lực quán tính Lực này làm tăng ma sát, khiến cho năng lượng vận chuyển của dòng yếu đi.

- Vậy để khắc phục lực quán tính đó, trên bơm piston người ta thường gắn thêm hai bầu khí, nhờ các bầu khí này mà lưu lượng của dòng chảy được điều hòa hơn.

g Chiều cao hút của bơm

;m cl

h Đường đặc tính của bơm piston

i.Công suất chỉ thị – N i ; kW

j Các phụ kiện kèm theo hệ thống máy bơm

• Crêpin: Vừa đóng vai trò như van một chiều gắn cuối đường ống hút, vừa đóng vai trò như lưới chắn rác tránh lọt vào đường ống.

• Van một chiều: Gắn trên đường ống đẩy giúp bơm khởi động dễ hơn.

• Áp kế: Nên gắn đầy đủ trên ống hút và ống đẩy để kiểm soát tính ổn định của bơm

• Van xả gió: Giúp hệ thống tránh va đập thủy lực.

2 Bơm rotor

Bơm roto là một loại bơm thể tích, bơm roto có nhiều loại khác nhau gồm bơm bánh răng, bơm cánh trượt, bơm trục vít

a. Bơm bánh răng

Năng suất xác định theo: : m 3 /s

b. Bơm trục vít

Năng suất được tính theo:

III BƠM ĐỘNG LỰC

1. Bơm ly tâm

2. Bơm động lực gồm các loại sau đây: bơm ly tâm, bơm hướng trục, bơm turbin,

… dùng rộng rãi trong các ngành kinh tế và trong dân dụng.

- Lưu chất khi đi qua bơm được nhận thêm công do lực ly tâm sinh ra nhờ rôto trong thân bơm hoạt động

- Ưu điểm: dễ sử dụng, dễ điều chỉnh các thông số kỹ thuật, trong quá trình làm việc không hư hỏng lặt vặt, có thể bơm lưu chất có độ nhớt khá cao, chi tiết rôto rất ít hao mòn do lực ma sát cơ học không đáng kể, đặc biệt không cần nhập ngoại và giá thành chấp nhận được.

a Phân loại bơm ly tâm

Như các loại bơm khác, bơm ly tâm cũng được phân loại theo nhiều cách khác nhau:

 Phân loại theo áp suất

 Phân loại theo số cấp

 Phân loại theo phương thức chuyển chất lỏng vào

 Phân loại theo hệ số quay nhanh n s

 n s = (40 ÷ 80) v/phút → bơm quay chậm

 n s = (80 ÷ 150) v/phút → bơm quay vừa

 n s = (150 ÷ 500) v/phút → bơm quay nhanh

 n s = (500 ÷ 1200) v/phút → bơm hướng trục

b. Cấu tạo và nguyên lý

c Phương trình cơ bản của bơm ly tâm

Ký hiệu:

 Điểm (1) – Lưu chất vào rôto, bán kính r 1 ; m

 Điểm (2) – Lưu chất ra khỏi rôto, bán kính r 2 ; m

 U: vận tốc vòng của lưu chất cùng với rôto; m/s

 W: vận tốc tương đối của lưu chất từ điểm (1) ra điểm (2)

 C: vận tốc tuyệt đối của lưu chất đi qua rôto;

 α: góc tạo bởi véc tơ và

 β: góc tạo bởi véc tơ và

Mối quan hệ giữa cánh và sơ đồ vận tốc chuyển động trong cánh bơm biểu diễn ở hình sau:

Phương trình bơm ly tâm có dạng tổng quát

Ý nghĩa vật lý các số hạng

- (a): Là sự biến thiên áp suất do lực ly tâm tác dụng lên lưu chất để làm cho nó chuyển động từ điểm (1) ra điểm (2)

- (b) Là sự thay đổi áp suất do sự thay đổi áp suất khi đi qua rôto

- (c) Sự biến thiên động năng của dòng lưu chất từ điểm (1) ra điểm (2)

Phương trình cơ bản của bơm ly tâm do Euler tìm ra:

Để tránh sự va đập làm hư bơm, cho α 1 = 90 0 , do vậy

d Áp suất toàn phần

Trong đó hệ số tuần hoàn lưu chất

e Tính năng suất (lưu lượng)

Năng suất bơm ly tâm xác định bằng công thức thực nghiệm:

Q = η.π.D.B.Cr ; m 3 /s

f Đường đặc tính của bơm ly tâm

Về mặt lý thuyết quan hệ giữa (H – Q) là quan hệ bậc nhất, còn thực tế thì mối quan

hệ này thuộc loại bậc 2, có dạng : H = f (Q)

g Điểm làm việc của bơm

Hai đường cong (H – Q) và trở lực Σh cắt nhau tại điểm (A) hình (H6.11) Điểm (A) đó gọi

là điểm làm việc của bơm, có thể điều chỉnh điểm (A) này theo yêu cầu kỹ thuật

A [Q A ; H A ; ηA ]

h Đường đặc tính tổng hợp

i Đường đặc tính khi bơm gắn vào mạng ống

H = Const + KQ 2 ; m cl

j Định luật tỉ lệ

k Bơm ghép song song và nối tiếp

 Nếu cần lưu lượng lớn, thì ghép song song hai bơm hoặc nhiều bơm lại với nhau, đường đặc tính sẽ thay đổi Ứng dụng trường hợp này để tưới tiêu trong nông nghiệp hoặc nhập liệu vào các thiết bị cần lưu lượng lớn

 Ngược lại, nếu cần tạo áp suất cao thì ghép nối tiếp chúng lại với nhau

 Sơ đồ ghép song song hai bơm và đường đặc tính ghép

 Sơ đồ ghép nối tiếp hai bơm và đường đặc tính ghép

m Hiện tượng xâm thực và cách khắc phục

Hiện tượng: Tại một nơi nào đó trong thân bơm làm việc, áp suất giảm đột ngột làm cho

lưu chất bay hơi, tạo nên các túi (khí + hơi), các túi này chuyển động hỗn lọan nhưng có xu hướng tập trung ra phía vỏ bơm, tại đây trong điều kiện nào đó thì các túi (khí + hơi) ngưng tụ lại và tạo nên các khoảng trống, lưu chất các nơi khác dồn về khoảng trống đó với động năng lớn dễ làm hư bơm Nếu lưu chất có tính ăn mòn kim lọai thì bơm càng dễ

bị hư hại Hiện tượng như vậy gọi là hiện tượng xâm thực

Cách khắc phục:

• Tăng áp suất hút lên, bằng cách hạ tâm bơm xuống gần hoặc thấp hơn mặt thóang

• Ống hút phải kín tuyệt đối tránh bọt không khí vào

• Kiểm định lại áp suất bão hòa tại nơi gắn bơm có phù hợp không

n Chiều cao hút của bơm ly tâm

;m cl

p Bơm ly tâm nhiều cấp

2.Bơm hướng trục

Bơm hướng trục là một loại bơm động lực, đặc điểm của nó là lưu lượng lớn, mà tạo áp suất không cao, số vòng quay nhanh khoảng (600 ÷ 1200) v/phút

Được dùng trong các thiết bị cần bơm với lưu lượng lớn

KẾT LUẬN

Khi sử dụng bất kỳ loại bơm nào, ta nên xét đến phạm vi hoạt động của nó để tránh sự quá tải của bơm theo hình sau đây:

4 BÀI TẬP

Bài 1 Tính chiều cao hút Zh của một máy bơm có các thông số sau đây:

• Lưu lượng Q = 10 ℓ/s

• Chiều dài ống hút ℓ = 4m

• Đường kính ống hút

d = 75mm

• Hệ số ma sát λ = 0,03

• Trở lực cục bộ Σξ = 6

• Lấy g = 10 m/s 2 ; α = 1

• Áp suất chân không vào bơm P ck = 0,6 at

GIẢI

Bài 2 Một máy bơm có các thông số sau đây:

- Lưu lượng Q = 5 ℓ/s

- Áp suất chân không vào bơm

P ck = 0,4 at

- Áp suất dư ra khỏi bơm Pd = 4 at

- Hiệu suất η = 85%

- Đường kính ống hút bằng ống đẩy

- g = 10 m/s 2

- Lưu chất là nước có ρ = 1000 kg/m 3

- Bỏ qua trở lực qua bơm

Tính công suất của bơm và thời gian bơm đầy bể chứa V = 20 m 3 , biết hệ số chứa đầy ϕ = 90%

GIẢI

Bài 3 Bơm ly tâm làm việc với số vòng quay n1 = 1200 v/phút có đường đặc tính cho dưới đây Bảng 1: n 1 = 1200 v/phút

Bơm nước từ bể (A) lên bể (B) đều thông với khí trời với ∆Z = 8m Chiều dài đường ống hút ℓ h = 10m, đường kính ống hút d h = 100mm, chiều dài ống đẩy l đ = 30m, đường kính ống

d đ = 75mm, hệ số ma sát λ = 0,03, tổn thất cục bộ ξh = ξđ = 6, g = 10 m/s 2 , α = 1

Tính công suất của bơm Nếu số vòng quay giảm 10% tức là n 2 = 1080 v/phút thì công suất thay đổi như thế nào?

H1 ( m

Trước hết dựa vào số liệu bảng 1 – dựng trên đồ thị (H – Q):

GIẢI