Đồ án quá trình và thiết bị môi trường

Khái niệm Bơm piston là một trong số các loại bơm thể tích, trong đó sự chuyển dịch chất lỏng được thực hiện bằng cách đẩy chất lỏng ra khỏi khoang công tác bằng các bộ phận nén ép.. Bộ

LỜI MỞ ĐẦU

Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm được xây dựng trên cơ sở khoa học tự nhiên và kĩ thuật Đặc biệt của lĩnh vực này là nghiên cứu những quy luật hoạt động cuả các quá trình để định ra cơ cấu thiết bị, nhằm thích ứng với các quá trình sản xuất Vì vậy, hiểu sâu về quá trình và thiết bị sẽ giúp cho các kĩ sư có khả năng tính toán, thiết kế thiết bị, khả năng vận hành cải tiến hoặc đề xuất những thiết bị thích ứng nhất cho một công nghệ cụ thể, với năng suất và hiệu quả cao

Qua nghiên cứu các quá trình được thực hiện trong thiết bị của công nghệ sản xuất các sản phẩm hóa học sẽ tạo điều kiện cải tiến quá trình cũ, cải tiến thiết bị nhằm đổi mới công nghệ để tăng nhanh sản lượng, nâng cao chất lượng sản phẩm Mặc khác, nghiên cứu các quá trình công nghệ cùng nhằm tiến hành cơ giới hóa và tự động hóa các quá trình, áp dụng kĩ thuật sản xuất mới, nhằm giảm mức sử dụng nguyên vật liệu, năng lượng để đạt hiệu quả kinh tế cao

Nhờ vào quá trình thiết bị ta có thể thực hiện tính toán để chế tạo, cải tiến những chiếc máy bơm để tạo được năng suất, hiệu quả cao phù hợp với những ngành nghề để bơm có hiệu quả và tiết kiệm nguồn nước nhất Vì vậy, chúng ta cần phải nắm vững những kiến thức để đáp ứng và phục vụ cho quá trình học và thực hành

PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Bơm là một thiết bị dùng để chuyển chất lỏng hoặc khí từ nơi áp suất thấp hơn tới nơi áp suất cao hơn Bơm khí thông thường được gọi là máy nén khí, ngoại trừ các thiết bị áp suất thấp, như trong thông gió và điều hòa không khí,thiết bị được gọi là quạt

A CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA BƠM

1 Năng suất của bơm (Q m3/s hoặc m3/h)

- Năng suất được tính bằng thể tích chất lỏng được bơm trong một đơn vị time

Q = v/t.

Chú thích Q: năng suất của bơm

V: thể tích t: thời gian

2 Công suất của bơm

2.1 Công suất hữu ích: là năng suất mà bơm tiêu tốn để tăng áp suất cho chất lỏng bằng tích số giữa áp suất toàn phần ∆p và lưu lượng của dòng chất lỏng qua bơm

Nhi = p.g.Q.H

Chú thích p: áp suất

g: gia tốc Q: năng suất H: hiệu suất 2.2 Công suất trên trục của bơm: là phần nằng lượng tiêu tốn cho ma sát ở trục gây ra

Ntr = Nhi/nb = p.g.H.Q/nb

Chú thích Nhi: công suất hữu ích

nb:

2.3 Công suất của động cơ:

Nđc = Ntr/Ntr.nđc = Nhi/ntr.nđc.nb = Nhi/n

Chú thích Ntr: công suất trên trục

nđc:

ntr:

n: số vòng quay của bơm

3 Áp suất toàn phần H(m): là đặc trưng cho năng lượng riêng của bơm truyền cho một đơn vị trọng lượng chất lỏng

+ Phụ E vào độ nhớt và khối lượng riêng của chất lỏng

H = P/p.g = Pđ- Ph/p.g + h +W22-W12/ᵪg

Chú thích Pđ:

Ph:

h: chiều cao W2:

W1:

4 Chiều cao hút của bơm h

h = 0,019.(Q.n2)213/H (m)

với:

Q: năng suất của bơm

n: số vòng quay của bơm

H: áp suất toàn phần của bơm

B MỘT SỐ LOẠI BƠM

I Bơm pittông (piston)

1 Khái niệm

Bơm piston là một trong số các

loại bơm thể tích, trong đó sự chuyển

dịch chất lỏng được thực hiện bằng

cách đẩy chất lỏng ra khỏi khoang công

tác bằng các bộ phận nén ép Khoang

công tác của máy bơm thể tích là một

không gian giới hạn nối thông với cửa

vào tới cửa ra của máy bơm Bộ phận

nén ép là cơ cấu làm việc của máy bơm,

thực hiện đẩy chất lỏng từ khoang công

tác ra khỏi máy bơm (piston trụ, piston,

màng rung)

2 Cấu tạo và nguyên tắc làm việc

2.1 Sơ đồ cấu tạo của bơm pittông

Khoảng không gian giữa piston và các van được gọi là khoang (buồng) làm việc của máy bơm Thể tích của buồng làm việc thay đổi tùy theo vị trí của piston trong quá trình chuyển động Trong quá trình làm việc, piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh Những điểm tận cùng bên phải và tận cùng bên trái của piston được gọi

là điểm chết phải và điểm chết trái của piston

2.2 Nguyên lý làm việc của bơm piston

Xét trên hình vẽ 1.1, khi piston di chuyển từ vị trí B2 đến vị trí B1, thể tích buồng làm việc sẽ tăng dần, áp suất P trong đó giảm đi và nhỏ hơn áp suất trên mặt thoáng của bình chứa chất lỏng Pa (P < Pa) Do đó chất lỏng từ bể chứa sẽ dâng lên

đi vào ống hút, đi qua van hút vào khoang làm việc của bơm, trong lúc này van đẩy của bơm vẫn đang ở trạng thái đóng Khi piston chuyển động từ vị trí B2 đến B1 thì máy bơm thực hiện quá trình hút và lúc piston dừng lại tại vị trí B1 thì quá trình hút

sẽ kết thúc Sau đó pison đổi chuyển động và đi ngược từ B1 đến B2 Thể tích buồng làm việc giảm dần, áp suất chất lỏng tăng lên, van hút đóng lại và van đẩy mở ra Chất lỏng được ép lên van đẩy và đi theo ống đẩy ra ngoài Quá trình này gọi là quá trình đẩy Quá trình hút và đẩy của bơm được xen kẽ nhau Một quá trình hút và đẩy

kế tiếp nhau được gọi là một chu kỳ làm việc của máy bơm piston

3 Phân loại

3.1 Bơm nhúng chìm

Các van đẩy được bố trí ngay trên pittông Khi pittông chuyển động lên phía trên, chất lỏng từ bể chứa qua van hút vào xi lanh, đồng thời khối chất lỏng nằm trên pittông được đẩy vào ống đẩy Khi pittông chuyển động xuống phía dưới, van hút đóng và van đẩy mở, chất lỏng từ dưới đi lên

3.2 Bơm màng

Trong bơm màng, pittông và

xilanh tách rời khỏi van bằng 1

màng đàn hồi, bơm này dùng để

bơm các loại bơm dung dịch ăn mòn

xúc rời môi trường ăn mòn, còn van,

hộp van và màng được bảo vệ bằng lớp

vật liệu chống ăn mòn

3.3 Bơm tác dụng kép

Có tác dụng như hai loại bơm đơn kết hợp lại với nhau, có 1 xilanh và bồn van Trong bơm tác dụng kép, sau một vòng quay của trục pittông chuyển động tới và lui một lần, thì bơm hút và đẩy được hai lần

Khi pittông chuyển động về phía phải, chất lỏng được hút vào luồng xilanh bên trái qua van hút 1, đồng thời đẩy chất lỏng chứa trong xilanh bên phải qua van đẩy 4 vào ống đẩy Khi pittông chuyển động về trái, chất lỏng được hút vào buồng xilanh

Hình 1.3 Bơm màng Hình 1.2 Bơm nhúng chìm

qua van hút 2 và đồng thời đẩy chất lỏng chứa trong xilanh bên trái qua van đẩy 3 vào ống đẩy

3.4 Bơm vi sai

Được cấu tạo gồm 2 buồng A và B

nối với nhau bằng 1 xilanh Buồng A có

chứa 2 van gồm van hút 1 và van đẩy 2

còn buồng B không có van Khi pittông

chuyển động sang phải chất lỏng được hút

vào buồng A qua van 1 còn chất lỏng ở

buồng B được đẩy vào ống đẩy, khi

pittông chuyển về bên trái van hút đóng

lại và van đẩy mở ra, chất lỏng chuyển từ

buồng A sang buồng B một lượng chất lỏng

vào ống đẩy vì thể tích buồng A lớn hơn

buồng B Như vậy, sau một vòng quay của trục bơm hút vào 1 lần và đẩy ra 2 lần 3.5 Bơm tác dụng ba: gồm 3 bơm tác dụng đơn ghép lại với nhau tạo thành một bộ có chung một ống đẩy và một ống hút Tay quay của ba bơm được lắp trên cùng một trục nhưng lệch nhau 1200 Nhờ cách lắp như vậy nên chất lỏng được đưa vào ống đẩy đều đặn nhờ sự phân bố lực trên bề mặt vòng quay của trục được đều đặn nên bánh đà của bơm không cần kích thước lớn

4 Năng suất của bơm pittông

● Bơm tác dụng đơn:

Qt = n0.Q = n0.60.F.S.n , m3/h

● Bơm tác dụng kép:

Qt = n0.60.n(2t-F).s , m3/h

● Bơm vi sai:

Qt = F = 2.f

II Bơm ly tâm

Bơm ly tâm là loại máy thủy lực

cánh dẫn, nhờ bánh công tác (cánh

quạt) cơ năng của máy chuyển sang

năng lượng thủy động của dòng ra, cụ

thể đó là tích số của 4 thông số: lưu

lượng (Q), cột áp (H), trọng lượng

riêng của chất lỏng (ρ) và gia tốc trọng

lực nơi đặt máy (g)

1 Cấu tạo

Hình 1.4 Bơm tác dụng kép

Hình 1.5 Bơm vi sai

Hình 1.6 Bơm ly tâm

Bánh công tác 1 trên có các cánh dẫn, trục cánh quạt liên kết với động cơ Buồng xoắn ốc 2, ống hút 3 có gắn van một chiều 5 và ống lọc 6, van tiết lưu ở cuối ống đẩy 4

2 Nguyên lý hoạt động

Bánh guồng được đặt trong thân bơm và quay với vận tốc lớn Chất lỏng theo ống hút vào tâm guồng theo phương thẳng đứng rồi vào rãnh giữa các guồng và chuyển động với guồng Dưới tác dụng của lực ly tâm, áp suất của chất lỏng tăng lên

và văng ra khỏi guồng vào thân bơm rồi vào ống đẩy 4 theo phương tiếp tuyến Khi

đó ở bánh guồng tạo nên áp suất thấp nhờ áp lực mặt khoáng bể chứa chất lỏng dẫn lên trong ống hút vào bơm Khi guồng quay chất lỏng được hút và đẩy liên tục, do đó chất lỏng chuyển động rất đều đặn đầu ống hút có lưới lọc 5 ngăn không cho rác và vật rắn đi vào Trên ống hút có van 1 chiều để tránh chất lỏng khỏi bất ngờ đổ dồn về bơm gây ra va đập thủy lực có thể làm hỏng cánh guồng và động cơ điện do bơm bất ngờ dừng lại Trên ống đẩy còn lắp thêm 1 van chắn để điều chỉnh lưu lượng

3 Các loại bơm khác

3.1 Bơm hướng trục: loại bơm này được

này được sử dụng rộng rãi, trong thủy

lợi vì có năng suất tương đối cao và áp

suất nhỏ

Trong thân bơm chất lỏng chuyển

động dọc theo trục nhờ chong chóng

quay, khi ra khỏi chong chóng, bộ phận

hương chất lỏng được chuyển từ chuyển

động quay sang chuyển động thẳng theo

trục Bơm hướng trục có ưu điểm là trở

lực nhỏ cần tạo đơn giản, nên được sử

dụng rộng rãi trong công nghiệp để bơm

tuần hoàn dung dịch trong hệ thống cô đặc

Năng suất: 0,10 - 2,5 m3/s

Áp suất: 4 - 6 m, H = 90%

3.2 Bơm sục khí

Khi nén qua ống đẩy 2 vào ống 1

làm cho chất lỏng ở ống 1 sục khí tạo

thành hỗn hợp lỏng khí, khí có Phh < P1,

nên hỗn hợp này dâng lên qua nắp 4 đổ

vào bể chứa Bơm hỗn hợp khí, lỏng 3

Hình 1.7 Bơm hướng trục

Hình 1.8 Bơm sục khí

phải đặt cao hơn của hút chất lỏng ở ống 1 khoảng 1 - 1,5m để giữ cho khí nén không

bị phụt ra ngoài

3.3 Bơm xoáy lốc

Nó làm việc giống bơm ly tâm, tức nhờ lực ly tâm mà chất lỏng được hút vào các hóc của cánh guồng rồi đưa ra ống đẩy

3.4 Bơm tia

III CÁC LOẠI BƠM THỂ TÍCH KHÁC

1 Bơm cánh trượt: Không có van, không

có bầu khí, làm việc ổn định ít hư hỏng, có thể vận chuyển được chất lỏng nhớt; loại quay trên này có thể dùng bơm dầu

và các chất lỏng có áp suất cao

2 Bơm răng khía: Hút và bơm chất

lỏng nhờ 2 bánh xe răng khía ngược

chiều nhau được đặt trong vỏ bơm,

một bánh dẫn động nhờ có động cơ

nối qua hộp dẫn động Khi 2 bánh

răng tách rời nhau ở gốc α phía ống

hút có độ chân không chất lỏng tràn vào khi răng khép kín áp suất tăng chất lỏng

được đẩy ra ở hóc b theo ống đẩy ra ngoài

Hình 1.10 Bơm tia

Hình 1.9 Bơm xoáy lốc

Hình 1.12 Bơm răng khía

Hình 1.11 Bơm cánh trượt

PHẦN II: TÍNH TOÁN SỐ LIỆU

Tính toán và lựa chọn bơm để đưa nước mưa lên độ cao 4m với lưu lượng 9m3/h Lưu lượng : 9m3/h

Đường kính ống hút : 100 mm

Đường kính ống đẩy: 86 mm

Chiều cao: 4m

Áp suất khí quyển: 760 mm Hg

Chân không kế : 7,75 mm Hg

Áp kế trên ống đẩy bơm : 0,0237 bar

Khối lượng riêng của nước : 998 kg/m3

Độ nhớt động lực học : = 1.005 x 10-3

VH2O 1.5m/s

ống hút có 1 khúc cong 900, van

ống hút có 1 khúc cong 900, van

BÀI LÀM

1 Vận tốc nước trong ống đẩy:

Vh=

s

m /

43 0 ) 086 0 )(

4 /

(

3600

9

2 = π

Vận tốc nước trong ông hút:

Vđ=

s

m /

3 0 ) 1 0 )(

4 /

(

3600

9

2 = π

2 Tính tổn thất ma sát trong ống đẩy:

xác định chế độ chảy:

Red =

36722 10

* 005 1

998

* 086 0

* 43 0

µ

Vdp

Do 104 < Re = 36722 <106 → chế độ chảy rối

Tính tổn thất ma sát trong ống hút:

Xác định chế độ chảy:

Reh=

29791 10

* 005 1

998

* 1 0

* 3 0

3 =

µ

Vdp

Do 104 < Re = 29791 <106 → chế độ chảy rối

Độ nhám ống dẫn:

(bảng phụ lục 17, p34 bơm quạt máy nén Bùi Trung Thành )

• d ∆/∆ =

m

µ 430 2 0

86 =

Độ nhám tương đối của ống hút:

• d ∆/∆ =

m

µ 500 2 0

100 =

Hệ số ma sát ống đẩy:

023 0 ) 086 0

10

* 15 0 (

* 111 0 ) (

*

111

d

λ

Hệ số ma sát ống hút :

21 0 ) 1 0

10

* 15 0 (

* 111 0 ) (

*

111

d

λ

Trog đó : 0.15*10-3 ( phần 2.8 p 91 sách thiết bị thủy lực )

d : đường kính ống

3 Trở lực do cút 900 ống hút: có = 0.11(hệ số trở lực của ống p97 sách thiết bị thủy lực)

Áp dụng công thức số 4 trang 12 sổ tay máy bơn ta có :

hcb=

m g

10

* 04 5 81 9

* 2

3 0

* 11 0 2

−

=

=

∃

Trở lực do cút 900 ống đẩy

hcb=

m g

10

* 036 1 81 9

* 2

43 0

* 11 0 2

−

=

=

∃

∑cb= 5.04 * 10 - 4 + 1.036 * 10 - 3 = 1.5 * 10 - 3

4 Áp suất trong ống đẩy ống hút

Pđ= pdư + pa = 0.02337 + 0.98 = 1.00337 bar = 10.22 m H2O

Ph= pck - pa = 760 - 7.75 = 752.25 mm Hg= 9.89 m H2O

(áp dụng công thức sách Quá trình và thiết bị thủy lực )

5 Áp suất toàn phần cho bơm

H=

hh m

h

g

Wh Wđ h

g p

p p g

2 2







Ρ

↔ H =

4

* 81 9

* 2

3 0 43 0 10

* 2 1 81 9

* 998

89 9 22

3







= 4.0063

6 Công suất hữu ích

Nhi=Q*p*g*H = 9/3600 * 998 * 9.81 * 4.0063 = 98.05 W Công suất bơm: với

Ndc =

W

Nhi

42 163 6

0

05 98

=

= η

→ chọn bơm nước sạch : bơm ly tâm Eta R 125 - 500/2 với số vòng : n = 1450 v/p