Bơm quạt máy nén - P10

"Bơm, quạt, máy nén" là một trong những môn học chuyên ngành quan trọng của sinh viên ngành "công nghệ nhiệt - điện lạnh".Cuốn sách này được biên soạn nhằm đáp ứng yêu cầu của sinh viên trường đạ

TRUY ỀN ĐỘNG THỦY ĐỘNG

1 Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i :

Muỉn truyÒn c¬ n¨ng tõ bĩ phỊn ( lµm viÖc ) dĨn ®ĩng ®Õn

bĩ phỊn lµm viÖc cña c¸c m¸y , ngoµi c¸c lo¹i truyÒn ®ĩng c¬ khÝ , ®iÖn , khÝ nÐn , trong vµi chôc n¨m gÌn ®©y xuÍt hiÖn lo¹i truyÒn ®ĩng míi lµ truyÒn ®ĩng thụ lùc , lo¹i nµy ®¸p øng ®îc yªu cÌu lµ ªm , ưn ®Þnh , dÔ tù ®ĩng ho¸

Tuú vµo lo¹i m¸y thụ lùc sö dông trong truyÒn ®ĩng mµ ph©n lo¹i thµnh truyÒn ®ĩng thñy ®ĩng vµ truyÒn ®ĩng thñy tÜnh (thÓ tÝch) Cê ®Ưc ®iÓm sö dông vµ ph¹m vi lµm viÖc kh¸c nhau

¦u ®iÓm :

- DÔ thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh v« cÍp vµ tù ®ĩng

®iÒu chØnh vỊn tỉc chuyÓn ®ĩng cña bĩ phỊn lµm viÖc

- DÔ dµng ®¶o chiÒu bĩ phỊn lµm viÖc

- §¶m b¶o cho m¸y lµm viÖc ưn ®Þnh , kh«ng phô thuĩc vµo sù thay ®ưi t¶i trông ngoµi

- TruyÒn ®îc c«ng suÍt lµm viÖc lín

- KÕt cÍu gôn nhÑ , cê qu¸n tÝnh nhâ do trông lîng trªn mĩt ®¬n vÞ truyÒn ®ĩng nhâ , ®iÒu nµy cê ý nghÜa lín trong c¸c hÖ thỉng tù ®ĩng

- ChÍt lâng lµm viÖc chñ yÕu lµ dÌu kho¸ng nªn dÔ

cê ®iÒu kiÖn b«i tr¬n tỉt c¸c chi tiÕt , do ®ê truyÒn chuyÓn

®ĩng ªm , kh«ng ơn

- Cê thÓ ®Ò phßng sù cỉ khi qu¸ t¶i

Nh

îc ®iÓm :

- VỊn tỉc truyÒn ®ĩng h¹n chÕ do ®iÒu kiÖn chỉng x©m thùc , ®Ò phßng va ®Ịp thñy lùc ; do tưn thÍt cĩt ¸p

- Làm việc với chất lỏng do đó phải bảo đảm điều kiện làm kín , chất lỏng dễ bị rò rỉ , không khí lọt vào truyền động Vì vậy mà phải khắc phục ,do đó kết cấu phức tạp , khó chế tạo

- Yêu cầu về chất lỏng làm việc khá phức tạp

+ Độ nhớt ( tránh rò rỉ , tránh tổn thất năng lợng lớn )

+ Tính chất dầu ít thay đổi theo nhiệt độ

và áp suất

+ Tính chất hoá học bền vững

+ Khó cháy, ít hoà tan với các chất khác, không ăn mòn kim loại

+ Thờng làm việc với dầu khoáng là chất lỏng dễ cháy nên phải chú ý làm nguội máy

Truyền động thuỷ lực do có những u điểm kể trên nên đợc sử dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp Để khắc phục những nhợc điểm của truyền động thủy lực , hiện nay ngời ta dùng các loại truyền động liên hợp nh truyền động thủy - cơ ,

điện – thuỷ - cơ , thủy – khí - cơ

Trong chơng này trình bày loại truyền động thủy động

I Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của truyền

động thuỷ động.

Truyền động thuỷ động là một thiết bị tổ hợp, chủ yếu gồm hai máy thuỷ lực cánh dẫn là bơm ly tâm và turbine thuỷ lực,

đợc sử dụng rộng rãi trong việc truyền công suất lớn với vận tốc cao trong các ngành chế tạo máy vận chuyển (ô tô, máy kéo,

xe tăng , tàu thuỷ , tàu hoả) Ví dụ: trong tàu thuỷ là truyền công suất lớn từ động cơ đến chân vịt tàu thuỷ

Hinh 7.1

Phân loại :

1 Khớp nối thuỷ lực: là kết cấu đơn giản nhất của truyền

động thuỷ động, truyền momen quay từ trục dẫn đến trục

bị dẫn mà không thay đổi momen đó Vì dùng môi trờng chất lỏng là khâu trung gian nên coi đây là nối mềm các trục

Hình 7.2

Sơ đồ bao gồm:

- Bánh bơm (1) lắp cố định trên trục dẫn (5) nối với

động cơ

- Bánh turbine (2) lắp cố định trên trục bị dẫn (4)

- Vỏ (3) của khớp nối lắp với bánh bơm và lắp lòng không trên trục bị dẫn tạo thành buồng làm việc chứa chất lỏng

Hai trục dẫn và bị dẫn tách rời nhau, vỏ (3) có thể quay lòng không trên trục (4)

Khi trục dẫn (5) quay kéo bánh bơm (1) quay theo , chất lỏng chuyển động theo hớng ly tâm ra ngoài và đợc cung cấp năng lợng Sau đó chất lỏng đi vào bánh turbine (2), qua các máng dẫn và truyền năng lợng cho bánh turbine làm cho nó quay cùng chiều với bánh bơm

Nh vậy momen quay đã truyền từ trục dẫn (5) đến trục dẫn (4), chất lỏng sau khi ra khỏi bánh turbine lại đi vào bánh bơm thực hiện quá trình tiếp theo

Mỗi phân tử chất lỏng thực hiện đồng thời 2 chuyển động :

- Quay vòng tuần hoàn theo phơng từ bánh bơm (1) đến turbine (2)

- Quay vòng quanh trục của khớp nối

Chuyển động tổng hợp là chuyển động xoắn ốc

2 Biến tốc thuỷ lực :

Sử dụng khi cần biến đổi momen quay giữa trục dẫn và trục

bị dẫn, thờng đợc dùng để tăng momen quay của trục bị dẫn

vì số vòng quay của trục bị dẫn thờng nhỏ hơn số vòng quay

của trục dẫn Nh vậy, khi đó biến tốc thuỷ lực đóng vai trò

một hộp giảm tốc

Kết cấu bao gồm:

- Bánh bơm (2) lắp cố định trên trục dẫn (1)

- Bánh turbine (4) lắp cố định trên trục bị dẫn (5)

- Bộ phận dẫn hớng hay bánh cảm ứng lắp cố định trên

vỏ (6) của biến tốc thuỷ lực

Trong kết cấu này vỏ (6) đứng yên , vỏ chứa chất lỏng tạo thành buồng làm việc của biến tốc thuỷ lực

Nguyên lý làm việc :

Bánh phản ứng (bộ phận dẫn hớng ) có tác dụng :

- Thay đổi hớng dòng chảy cho phù hợp với lối vào của máng dẫn bánh công tác tiếp theo (tránh va đập ) nhờ góc độ cánh dẫn hợp lý

- Thay đổi trị số vận tốc của dòng chảy cho phù hợp với yêu cầu ở lối vào bánh công tác đặt tiếp sau nó Chất lỏng từ bánh bơm đi vào bánh phản ứng truyền cho nó

một momen quay, nhng do bánh đó cố định với vỏ (không

quay) nên nó truyền lại cho chất lỏng một momen động lợng (moment phản ứng) và chất lỏng tiếp tục đi vào bánh turbine

Nếu bánh phản ứng không gắn với vỏ cố định nghĩa là có thể quay tự do thì momen quay sẽ không đổi khi truyền từ trục dẫn đến trục bị dẫn Khi đó biến tốc thuỷ lực làm việc

nh một khớp nối thuỷ lực

Nh vậy dòng chất lỏng do bơm tạo nên lần lợt đi qua các máng dẫn của bơm phản ứng và bánh turbine, kéo tuabin quay với vận tốc góc và moment thay đổi tuỳ theo trị số momen cản

tác dụng lên bánh turbine: tính chất tự động thay đổi vô cấp

vận tốc quay của trục bị dẫn tuỳ theo phụ tải tác dụng lên trục.

II Các thông số cơ bản của truyền động thuỷ

động:

1 Các thông số cơ bản:

- Công suất làm việc trên trục dẫn (trục máy bơm ):

Q : lu lợng chất lỏng chảy từ máy bơm đến máy turbine

HB : cột áp do bánh bơm tạo ra

B : hiệu suất của bánh bơm

P : hiệu suất của bánh phản ứng ( nếu có )

 : trọng lợng riêng của chất lỏng làm việc

- Công suất làm việc trên trục bị dẫn :

T : hiệu suất của turbine

Vậy

 : hiệu suất toàn phần của truyền động thuỷ động

- Tỉ số truyền i của truyền động thuỷ động: là

tỉ số giữa số vòng quay trục bị dẫn với số vòng quay của trục dẫn

- Hệ số biến tốc K ( hệ số biến đổi momen ) :

Mà :

2 Các ph ơng trình cơ bản của truyền động thuỷ

động :

- Phơng trình moment :

Hình 7.5

+ Đối với bánh bơm :

+ Đối với bánh turbine :

+ Đối với bánh phản ứng :

Đối với bánh bơm : MB > 0

Đối với bánh turbine : MT < 0

Đối với bánh phản ứng : MP có thể dơng hay âm tuỳ theo hớng tác dụng của nó trùng với hớng tác dụng của M bánh bơm hoặc ngợc lại

Cộng đại số :

Muốn có hiệu suất cao thì các bánh bố trí rất sát nhau nên không có sự thay đổi momen động lợng trong khe hở giữa các bánh momen động lợng = const khi qua khe hở

Kết luận : MB + MT + MP =0: Tổng đại số các momen quay trong truyền động thuỷ động bằng 0

- Phơng trình công suất và cột áp:

Tại chế độ ổn định công suất của bánh bơm NB truyền phần lớn cho trục bị dẫn NT Phần công suất còn lại dùng để khắc phục sức cản do chuyển động của chất lỏng trong buồng làm việc của truyền động thuỷ động

NB = NT + Nw ( khi bánh phản ứng cố

định )

NB = QHB : công suất thuỷ lực do máy bơm cung cấp cho dòng chất lỏng

NT = QHT : công suất thuỷ lực do bánh turbine nhận đợc của dòng chất lỏng

Nw = Qhw : công suất tổn thất

Vậy HB = HT + Hw : Hiệu số cột áp của bánh bơm và bánh turbine hoàn toàn dùng để khắc phục tổn thất thuỷ lực trong buồng làm việc của truyền động thuỷ động

Tổn thất này gồm :

Những tổn thất này do :

- Sự thay đổi đột ngột hớng chuyển động của dòng chảy nhất là ở lối vào các bánh ( tách dòng xoáy + va đập )

- Ma sát ở bề mặt các máng dẫn

- Tổn thất do sự thay đổi vận tốc dòng chảy ( ở phần thu hẹp mặt cắt dòng chảy trong các máng dẫn )

Các dạng năng lợng tổn thất này biến thành nhiệt năng làm nóng bộ truyền chất lỏng có thể bị phân huỷ và bốc cháy ,

do đó phải chú ý đến vấn đề làm mát

Hiện nay hiệu suất của KNTL có thể đạt đợc đến 98% và trong BTTL là 90%

Với liên hợp thuỷ cơ có thể đạt đợc đến 95%

2 Khớp nối thuỷ lực :

I Đặc điểm , tính chất và các thông số của khớp nối thuỷ lực :

Đặc điểm: khớp nối thuỷ lực chỉ truyền momen quay của

động cơ mà không thay đổi trị số momen

Vì không có bánh phản ứng nên từ phơng trình cân bằng momen ta có :

Điều này phù hợp với nguyên lý tác dụng và phản tác dụng của Newton

Khi momen cản trên trục bị dẫn thay đổi thì số vòng quay của bánh turbine sẽ thay đổi theo, chuyển động của chất lỏng trong buồng làm việc sẽ thay đổi dẫn đến sự thay đổi của momen quay của turbine sao cho cân bằng với trị số

momen cản của phụ tải  moment bánh bơm cũng thay đổi Vì vậy khớp nối thuỷ động là loại truyền động tự động

Ví dụ: Mcản tăng  số vòng quay của tuabin giảm  moment

trên trục tuabin tăng lên phù hợp phụ tải

Sở dĩ giảm  MT tăng là do 2 nguyên nhân sau :

- Lu lợng tuần hoàn qua bánh công tác tăng vì lực ly tâm của turbine giảm  chất lỏng đi vào turbine nhiều hơn

- Sự thay đổi góc độ của dòng chảy ở lối vào và lối ra của turbine làm tăng áp lực của chất lỏng lên cánh

Do có tổn thất trong quá trình chuyển động của chất lỏng từ bánh bơm đến bánh turbine nên NT < NB, mà MT = MB

nên n T luôn luôn nhỏ thua n B  ta định nghĩa:

- Tỉ số truyền :

- Hệ số tr ợt của khớp nối thuỷ lực : là hiệu số giữa số vòng quay giữa bánh bơm và bánh turbine chia cho số vòng quay của bánh bơm

- Hiệu suất của khớp nối :

(Vì )

Nhận xét :

Khi hệ số trợt S = 0 tức là số vòng quay của bánh bơm và bánh turbine là nh nhau thì áp suất do lực ly tâm ở cửa ra của bánh bơm và cửa vào của bánh turbine là nh nhau nên chất lỏng sẽ không thể có chuyển động tơng đối từ bánh bơm

đến bánh turbine đợc

Khi đó chất lỏng sẽ quay cùng với khớp nối nh một vật rắn Lợng chất lỏng chuyển động trong khớp nối thuỷ lực bằng 0 và momen M = 0

VỊy khíp nỉi thụ lùc chØ truyÒn ®îc N vµ M khi

hay

T¹i chÕ ®ĩ lµm viÖc b×nh thíng : s = ( 2 3 ) %

Khi nT cµng nhâ h¬n nB ( S cµng lín ) th× lu lîng qua khíp nỉi cµng lín , Q khi S = 100% tøc lµ n = 0 toµn bĩ n¨ng l îng cña chÍt lâng trong b¬m dïng ®Ó kh¾c phôc tưn thÍt cña dßng ch¶y tuÌn hoµn trong khíp nỉi thụ lùc

Kết luận về tính chất của khớp nối thuỷ lực :

1, Trôc dĨn vµ trôc bÞ dĨn quay ®ĩc lỊp víi nhau; nT

cê thÓ b»ng 0; vaanj tỉc quay lín nhÍt cu¶ trôc bÞ dĨn ph¶i nhâ thua vỊn tỉc trôc dĨn (2  3)%

2, Khịi ®ĩng vµ t¨ng tỉc ªm ( th«ng qua trung gian lµ chÍt lâng )

3, C¸c chi tiÕt lµm viÖc chñ yÕu ( b¸nh c«ng t¸c ) Ýt

bÞ mµi mßn v× kh«ng trùc tiÕp tiÕp xóc nhau

4, H¹n chÕ sù xo¾n trôc ( v× cê thÓ tù ®ĩng ®iÒu chØnh M phï hîp víi M )

5, TruyÒn ®ĩng kh«ng ơn

6, Cê thÓ ®¹t cao ( 0,97 0,98 )

7, Cê thÓ sö dông trong tù ®ĩng ho¸ vµ ®iÒu khiÓn

tõ xa

 Phạm vi sử dụng :

- §iÒu chØnh sỉ vßng quay trôc bÞ dĨn khi sỉ vßng quay trôc dĨn kh«ng thay ®ưi

- Dïng cho c¸c m¸y cê momen khịi ®ĩng lín (Cê thÓ

®Õn 30000KW)

- Hợp công suất và đảo chiều các máy Ví dụ :Hợp công suất hai động cơ cùng kéo một chân vịt tàu thuỷ và

điều khiển tàu chạy lùi

II Tính toán một số thông số của khớp nối thuỷ lực :

1 Tính momen : Xuất phát từ luật tơng tự trong máy thuỷ lực cánh dẫn , ta tính đợc momen quay truyền bởi khớp nối thuỷ lực :

- D : Đờng kính lớn nhất của khớp nối thuỷ lực , cần chọn

D thế nào để khi khớp nối thuỷ lực truyền momen quay M theo số vòng quay n tơng ứng với công suất cực đại của động cơ thì hệ số trợt s vào khoảng (2 3)%

- : Hệ số momen thuỷ lực, phụ thuộc vào kích thớc

t-ơng đối của khớp nối thuỷ lực và tỉ số truyền i

Công thức gần đúng để tính là :

Trong đó :

- g : Gia tốc trọng trờng

- r0, r1, r2, R : Các bán kính của khớp nối (hình 7.6)

kính không thứ nguyên)

- s : Hệ số trợt

2 Tính công suất của khớp nối thuỷ lực :

N =

Vì

và đợc xác định dựa vào kết quả thực nghiệm qua đồ thị f(i) hay f(s)

Từ các thông số trên , nếu cho trớc các thông sốNN, N , nN

của khớp nối thuỷ lực nguyên hình và biết các thông số NM, M ,

nM, DM thì có thể tính đợc đờng kính lớn nhất của khớp nối thuỷ lực nguyên hình DN DN cũng đợc xác định theo công thức :

3 Tính số cánh dẫn Z :

a) Đối với bánh bơm :

Xác định theo công thức thực nghiệm :

Hình 7.7

- Đối với khớp nối thuỷ lực mà bánh công tác có vành trong :

- Đối với khớp nối thuỷ lực mà bánh công tác không có vành trong :

D : Đờng kính lớn nhất tính bằng mm

b) Đối với bánh turbine :

thờng lệch với vài cánh để tránh sự trùng pha va

đập

III Đ ờng đặc tính :

Các đờng đặc tính thực nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thiện các kết quả tính toán , đánh giá tính năng làm việc và sự tiện lợi trong quá trình sử dụng

Trong truyền động thuỷ động , ngời ta gọi các thông số dùng trong tính toán thiết kế nh H, Q, nB là thông số trong ; còn các thông số để đặt hàng , chọn , sử dụng máy nh N , M , và

là thông số ngoài

1 Đ

ờng đặc tính ngoài :

Đây là đờng biểu thị mối quan hệ giữa các thông số ngoài Nó biểu diễn mối quan hệ giữa momen quay M , công suất , , hiệu suất với khi n = const Đờng này đợc xây dựng bằng thực nghiệm

1) Chế độ không tải :

MB = MT = 0 ; s = 0 ; nB = nT ; NB = NT = 0 ; 

= 0

2) Chế độ tính toán :

  max = 0,95  0,98 3) Chế độ hãm : (Tuabin đứng yên): Mmax; NBmax ; NT =

0 ; nT = 0

Khi đó toàn bộ công suất bộ truyền biến thành nhiệt năng

Ví dụ : Ô tô dùng khớp nối thuỷ lực để truyền động

- Ô tô dừng : Động cơ làm việc, cắt ly hợp  khớp nối ở chế

độ không tải

- Ô tô chuyển động với v Khớp nối thuỷ lực ở chế độ tính toán max

- Ô tô lên dốc :  Làm việc giữa điểm 2 và 3

- Ô tô trợt trong bùn : Bánh không quay , động cơ làm việc với Moment cản cực đại, khớp nối làm việc ở chế độ hãm

Nhận xét :

- Khi nT tăng từ 0 đến nB thì M giảm công suất trên trục chủ động NB giảm (vì NB = M.B; mà B=const)

- Khi nT=0 và nT =nB thì NT= 0 ; trong khoảng giữa

2 trị số này có giá trị cực đại

- Đờng là đờng thẳng vì :

Khi thì khi đó , momen quay chỉ đủ thắng momen cản do ma sát và hiệu suất về giá trị 0 chứ không thể lên giá trị 1

2 Đ ờng đặc tính tổng hợp :

Trong thực tế khớp nối có thể làm việc với những động cơ có số vòng quay thay đổi (nB=var) nên ta sử dụng đờng

đặc tính tổng hợp, biểu diễn quan hệ giữa M với nT khi nB

thay đổi , ngoài ra còn có những đờng cong biểu diễn sự thay đổi M với các giá trị là nh nhau ( đờng đồng hiệu suất )

3 Đ ờng đặc tính qui dẫn :

Dùng để so sánh các khớp nối tơng tự có kết cấu , kích thớc , chất lỏng làm việc khác nhau

Đờng này xây dựng trên cơ sở kết quả thực nghiệm và dựa theo công thức tơng tự , với các đại lợng quy dẫn sau :

- D = 1 m

-Khi đó ta có:

Nh vậy , là momen truyền bởi khớp nối thuỷ lực tơng tự với khớp nối nguyên hình , khớp nối thuỷ lực mô hình có các thông

số đã nêu trên

đặc trng cho momen quay của một loạt khớp nối tơng tự với khớp nối thuỷ lực mô hình đợc chọn

Nếu có khớp nối thuỷ lực có cùng dạng kết cấu và hệ thống cánh dẫn nhng làm việc với chất lỏng khác nhau thì

đặc tính qui dẫn sẽ khác nhau

Khảo sát đờng đặc tính qui dẫn ứng với hai trờng hợp : chất lỏng chứa đầy hoặc không đầy buồng làm việc của khớp nối thuỷ lực

- Chứa đầy : Khi thể tích chất lỏng chiếm khoảng 90% thể tích buồng làm việc (đã khảo sát)