Slide tài liệu máy thủy khí

mép trước vào bánh công tác 1.. trên mép vào bánh công tác 2.. trên mép ra bánh công tác 3... Có hai phương pháp điều chỉnh: Phương pháp tiết lưu Phương pháp thay đổi số vòng qua

PHẦN 2: MÁY THỦY KHI

Biên soạn: Lê Minh Đức-Bộ môn Thủy khí- Máy thủy khí

Nội dung chính:

I Chương 1: Mở đầu

1 Khái niệm

2 Các thông số cơ bản

3 Hiện tượng xâm thực

II Chương 2: Máy cánh dẫn-Bơm ly tâm

1 cấu tạo-nguyên lý làm việc Bơm ly tâm

2 Đặc điểm thủy lực

3 Sử dụng bơm

4 Lực dọc trục trong Bơm ly tâm

5 Những lưu ý về Bơm hướng trục

Đặc điểm chung của các loại máy sau?

1 Khái niệm MTK:

- Là các máy làm việc bằng cách trao đổi năng lượng với chất lỏng.

Ví dụ: Bơm, Quạt, Máy nén, Turbine.

THẾ NÀO LÀ MÁY THỦY

Phân loại theo chiều biến đổi năng lượng:

Động

CƠ NĂNG

NĂNG LƯỢNG CHẤT LỎNG

NĂNG LƯỢNG CHẤT LỎNG

Phân loại:

2 Các thông số cơ bản:

a Cột áp H [m]; năng lượng đơn vị e [j/kg]; áp suất p [N/m2].

MTK

mc vào 1-1 mc ra 2-2

Năng lượng tại mặt cắt vào:

Năng lượng tại mặt cắt ra:

Nếu Wv>Wr : Chất lỏng trao năng lượng cho máy: ĐC thủy

lực: tuốc bin nước, tuốc bin gió.

Nếu Wv<Wr : Chất lỏng nhận năng lượng từ máy: Bơm, Quạt,

Máy nén.

g 2

v

p z

W

2 1

1 1

v

p z

W

2 2

2 2

v v

p p

) z z

( H

2 1

2 2 1

2 1

2

− +

γ

− +

−

=

 Năng lượng đơn vị e [j/kg]

H g

e =

H g

p = ρ

b Lưu lượng Q:

Lưu lượng thể tích:

Lưu lượng khối lượng:

Q

] s / m [

gQH

N N

NTL <

N

NTL >

- Bơm, Quạt, Máy nén

- Động cơ thủy lực, tuốc bin

d Hiệu suất: (η<1)

Bơm, Quạt, Máy nén:

Động cơ thủy lực, tuốc bin:

 η MTK phụ thuộc vào các hiệu suất thành phần:

ηck - hiệu suất cơ khí (ηckmax=95%)

ηQ - hiệu suất lưu lượng

ηH - hiệu suất thủy lực

TL

N

N

= η

N

N

TL

= η

HQ

ck η η η

= η

3 Hiện tượng xâm thực: (khí thực)

toO

Gioüt loíng

Gioüt loíng

Mô

tả

hiị́n

tượng Xuđ́t hiị́n bọt khí, V bọt khí>>Vgiọt lỏng Chđ́t lỏng thu nhiị́t,

chđ́t lỏng chảy tới nơi có p>pbhtolv

Bọt khí trở thành giọt lỏng, thí̉ tích giảm, chđ́t lỏng tỏa nhiị́t Xuđ́t hiị́n những khoảng trống cục bộ, ngay lập tức chđ́t lỏng xung quanh chuyí̉n động tới lđ́p đđ̀y khoảng trống đó, gđy va đập tại tđm →Âp suđ́t tăng lín hàng ngàn at → Làm hỏng bề mặt kim loại → xuđ́t hị́n quá trình ôxy hóa, (ăn mòn điị́n hóa).

o lvt,bh

p >

o lvt,bh

p <

Hiị́n tượng xđm thực.

Khoaíng trống cục bộBọt khí

Giọt loíng

Giọt loíng

p >

Chương 2:

MÁY CÁNH DẪN-BƠM LY TÂM

(centrifugal pump)

17

2.1 Cấu tạo-nguyên lý làm

việc-phân loại bơm ly tâm.

bơm ly tâm một cấp.

bơm ly tâm hai miệng hút.

bơm ly tâm nhiều cấp

 Phương trình làm việc máy cánh dẫn:

Giả thiết:

 Qui ước về chỉ số:

0 mép trước vào bánh công tác

1 trên mép vào bánh công tác

2 trên mép ra bánh công tác

3 sau mép ra bánh công tác

 Số cánh bánh công tác: z= ∞

 Chiều dày cánh: s→0

 Chất lỏng nghiên cứu là chất lỏng lý tưởng.

3

0

3

 Chuyển động của chất lỏng trong bánh công tác là sự kết

hợp của 2 chuyển động:

Chuyển động cùng bánh công tác: Chuyển động theo,

Chuyển động dọc theo cánh dẫn: Chuyển động tương đối,

Tổng hợp hai chuyển động:

u

w

w u

Tam giác vận tốc.

Tam giác vận tốc:

c1

u1 c1m

Biểu diễn tam giác vận tốc trên cửa vào và cửa ra BCT:

ω

2

1 1

2

Lưu lượng qua bơm:

 Phương trình cơ bản máy cánh dẫn:

cánh dẫn.

Chú ý: Bơm ly tâm : chất lỏng đi vào BCT theo phương bán kính nên c1⊥u1 (α1=90o):

im i

i m

2 2 2 m

1 1

D

) c u c

u

( g

1

H = 2 2u − 1 1u

u 2

2c

u g

1

H =

t đ

2 2

2 1

2 1

2 2

2 1

2

g 2

w

w g

2

u

u g

−

=

2.2 Đặc điểm thủy lực:

a Ảnh hưởng của góc đặt cánh đến Hđ và Ht:

c arctg

D

Q c

11

 Góc β2:

; g cot c u

) c ( H H

⇒

);

a ( c

u g

1

) b

( g

2

c

c g

2

c

c g

2

c

c H

2 m 2

2 2

2 m 1

2 2

2 1

2 2 đ

( t >

m 2 m

Ảnh hưởng của Góc β 2 như thế nào?

 Thiết kế góc β2 sao cho c2u=2u2:

)

b

(

2 2

)

a

(

2 2

Thiết kế góc β2 =90 o (c2u=u2):

g

u H

)

a

(

2 2

=

⇒

2

H g

2

u H

)

c

(

2 2

⇒

g 2

u H

)

b

(

2 2

đ =

⇒

o 2

max 2

Thiết kế góc β2 <90 o sao cho c2u=0:

)

a

0 H

)

b

0 H

β

⇒

Kết luận về ảnh hưởng góc đặt cánh tới Hd và Ht:

2min

β

⇒

Bơm ly tâm

 Điều kiện đồng dạng:

 Đồng dạng về hình học

 Đồng dạng về động học

 Đồng dạng về động lực học

b Ứng dụng đồng dạng cơ học trong bơm:

D

D L

L

N

M N

U

U V

V

N

M N

F

F G

G

N

MN

N

M

 Ứng dụng đồng dạng trong bơm:

 Thay đổi số vòng quay (D2=const)

+ Cột áp:

+ Lưu lượng:

2 1

2 2

2 2

1 2

2 2

2 30

1 1

n K H

D

n R

u );

u k (

u g

c

u g

u k ( b D c

b D Q

n → = π 2 2 2m = π 2 2 2 2 = 2

•

* 2

=

⇒

+ Công suất:

⇒Các quan hệ đồng

dạng giúp ta tìm

được điểm làm việc

tối ưu và vẽ được họ

các đặc tính đồng

dạng khi thay đổi số

vòng quay của bơm.

N

H Q g N

n

H Q g N

(H-Q)n1

Q (

a H

) Q

.(

Q

H H

:

Q H

H

n

n Q

Q , n

n H

H

2

* A

*

A

2

* A 2

* A

*

A

* A

 Thay đổi đường kính D2 (n=const)

+ Cột áp:

+ Lưu lượng:

2

2 2

2 2 1

2

2 2 1

2 1 2

2 2 2

1 1

H

) D (

K H

D

D K )

u k (

u g

c

u g

H D

*

*

* '

*

*

'

' u

3

2

* 2

*

3

* 2

' 2

*

*

2

3 2

' 2 2

* 2 2

* 1 2

m 2 2 2 2

D

D Q

Q

) D (

K Q

D

D K )

D k ).(

D k (

D c

b D Q

= π

=

→

•

D

D N

* 2

3

*

*

3 2

* 2

*

*

2 2

* 2

n N

N

D

D n

n Q

Q

D

D n

n H

 Số vòng quay đặc trưng ns

ĐN: là số vòng quay của một bơm mô hình đồng dạng về hình học

với bơm nguyên hình, làm việc với cột áp H=1m, tiêu hao công suât 1 mã lực (0,736 kW).

Trong đó: n [v/ph], H [m], N [kW]

Đối với bơm ly tâm:

) ph / v

( H

N

n 167 ,

1

ns = 5/4

] s / m [ Q ), ph / v

( H

Q

n 65 , 3

 Ý nghĩa số vòng quay đặc trưng:

 Xác định hiệu suất lớn nhất mà bơm có thể đạt được

 Xác định vị trí đặt bơm Hs để tránh xâm thực:

H

h 900

10

Hs = − ∇ − t,h − σ H s

Trong đó:

∇ - Cao trình tuyệt đối [m]

ht,h- Tổn thất trên đường ống hút [m]

H- Cột áp bơm [m]

σ - Hệ số xâm thực.

3 / 4 s

n ) 00022 ,

0 00017 ,

0

= σ

2.3 Sử dụng bơm

a Đặc tính lý thuyết của bơm:

Theo tam giác vận tốc ta có:

Gọi Hlt∞ là cột áp ứng với số

cánh vô cùng nhiều:c u K Q cot g ( )

b D

Q c

), (

g cot c

u

c

2 2

u

2

2 2

m 2 2

m 2 2

−

=

) g

cot

Q K u

(

u g

β2>90ο

β2=90ο

β2<90ο

- Đối với bơm ly tâm: β2<90o

- H=Hlt-htvđ-htms- đặc tính tổn thất của máy.

(H-Q) - Đặc tính cơ bản của bơm.

b Đặc tính từ thực nghiệm của bơm:

∆h

MCK

i i

i i

i i

i

N

H

gQ N

H CK

,

M

Q h

: K K

, const

n

ρ

= η

( η -Q)

Đồ thị từ thực nghiệm:

Q1

Q

- Đặc tính vùng:

- Đặc tính tổng hợp:

b Đặc tính lưới-điểm làm việc của bơm:

- Bơm làm việc ổn định nghĩa là năng lượng của bơm cấp ra bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống.

 Yêu cầu năng lượng bơm cung cấp:

 Thắng được cột áp địa hình: Hđh

 Thắng được tổn thất ht trong đường ống.

 Thắng dược độ chênh áp giữa 2 mặt thoáng.

 Thắng được cột áp vận tốc của 2 mặt thoáng.

• Hyc - là cột áp yêu cầu của bơm.

g 2

v v

p

p h

H H

2 ôh ôh

2 ôđ ôđ

ôh

ôđ t

đh yc

α

−

α + γ

− +

 Mặt thoáng bể hút và bể đẩy lớn: vôh = vôđ = 0

 Bể hút và bể đẩy hở: pôh = pôđ = po

t đh

⇒

2 2

2

4 2

2 2

2 2 4

1

1 1

1 1

8 1

1

KQ g

Q

d d

l d

=

•Trong đó:

 Điểm làm việc:

k/n: Giao của đặc tính lưới với đặc tính cơ bản của bơm cho

điểm làm việc:

Đặc tính lưới của bơm, dạng parabol xuất phát từ Hđh.

Q

M CK

c Điều chỉnh chế độ làm việc của bơm:

Lý do điều chỉnh: Do nhu cầu về sự thay đổi lưu lượng làm việc theo thời gian nên phải điều chỉnh chế độ làm việc của bơm

Có hai phương pháp điều chỉnh:

Phương pháp tiết lưu

Phương pháp thay đổi số vòng quay

 Phương pháp tiết lưu: (đóng mở khóa đẩy)

 Ưu-nhược điểm:

Ưu điểm: không cần thêm thiết bị, thao tác dễ dàng.

Nhược điểm; muốn có QA* chạy trong ống thì chỉ cần HA3 trong khi bơm cung cấp HA2>HA3 ⇒ không kinh tế

 Phương pháp thay đổi số vòng quay

Ưu điểm: làm việc với hiệu suất cao, nên dùng ở nơi cần

sự thay đổi nhiều về lưu lượng

Nhược điểm: Giá thành sử dụng đắt, phải dùng với bơm

có thiết bị thay đổi số vòng quay

 Ưu-nhược điểm:

d Ghép bơm:

a Ghép song song b Ghép nối tiếp

1 3

2

2 1

2.4 Lực dọc trục trong

bơm ly tâm

) r R

)(

p p

( F

F

Fdtr = tr − ph = π 2 − 1 12 − 2

⇒

) r R

( p )

R R

( p F

) r R

( p

F

2 2

1 1

2 1

2 2 2

ph

2 2

2 2

tr

− π

+

− π

=

− π

=

•Lực tác dụng từ sau ra trước:

•Lực tác dụng từ trước ra sau:

⇒ Lực dọc trục có chiều hướng ngược chiều hút: (p2>>p1)

 Tác hại của lực dọc trục:

 Làm sai lệch khe hở trong bơm → rô to cạ vào thân

bơm→giảm hiệu suất của bơm, hỏng bơm

bằng trên đĩa mang cánh; dùng bơm hai miệng hút

trên tất cả các cấp; bố trí bơm đối xứng; dùng đĩa cân bằng thủy lực

 Khắc phục lực dọc trục:

2.4 Những lưu ý về bơm hướng trục

Nội dung chính:

1 Nguyên lý làm việc bơm hướng trục

2 Đường đặc tính làm việc bơm hướng trục

3 Kết cấu bơm hướng trục.

Phần tìm hiểu

HỌC GÌ? NHỚ GÌ?