BÀI 15: BƠM, GHÉP BƠM 1. Mục đích thí nghiệm Xác định cột áp toàn phần, công suất và hiệu suất của bơm li tâm bằng cách đo đạc các thông số khi thay đổi lưu lượng chất lỏng (năng suất bơm). Xây dựng đặc tuyến mạng ống để xác định điểm làm việc của bơm. Xây dựng đặc tuyến và tìm điểm làm việc của hệ hai bơm ghép nối tiếp Xây dựng và tìm điểm làm việc của hệ hai bơm ghép song song. 2. Các công thức sử dụng 2.1 Các thông số đặc trưng của bơm 2.1.1 Năng suất Năng suất của bơm là thể tích chất lỏng mà bơm cung cấp được trong một đơn vị thời gian Ký hiệu: Q: đơn vị tính: m3s, ls, lph,… 2.1.2 Cột áp toàn phần Cột áp toàn phần là áp suất chất lỏng tại miệng ra của ống đẩy. Nó được tính như sau: H=( Chênh lệch cột áp tĩnh+ Chênh lệch cột áp động+ Chênh lệch chiều cao hình học ) H = Hs + Hv + He, (m) Chênh lệch áp tĩnh: Hs = (P_outP_in)ρg , (m) Trong đó: Pout : áp suất chất lỏng tại đầu ra, Pa Pin : áp suất chất lỏng tại đầu vào, Pa Chênh lệch cột áp động:
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BÁO CÁO THỰC HÀNH
CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Bài 15 : BƠM VÀ GHÉP BƠM
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Trương Văn Minh
Nhóm : 1
Trang 2BÀI 15: BƠM, GHÉP BƠM
1 Mục đích thí nghiệm
- Xác định cột áp toàn phần, công suất và hiệu suất của bơm li tâm bằng cách đo đạc các thông số khi thay đổi lưu lượng chất lỏng (năng suất bơm)
- Xây dựng đặc tuyến mạng ống để xác định điểm làm việc của bơm
- Xây dựng đặc tuyến và tìm điểm làm việc của hệ hai bơm ghép nối tiếp
- Xây dựng và tìm điểm làm việc của hệ hai bơm ghép song song
2 Các công thức sử dụng
2.1 Các thông số đặc trưng của bơm
2.1.1 Năng suất
Năng suất của bơm là thể tích chất lỏng mà bơm cung cấp được trong một đơn vị thời gian
Ký hiệu: Q: đơn vị tính: m3/s, l/s, l/ph,…
2.1.2 Cột áp toàn phần
Cột áp toàn phần là áp suất chất lỏng tại miệng ra của ống đẩy Nó được tính như sau: H=( Chênh lệch cột áp tĩnh+ Chênh lệch cột áp động+ Chênh lệch chiều cao hình học )
H = Hs + Hv + He, (m)
Chênh lệch áp tĩnh:
Hs = P out−P¿
ρgg , (m) Trong đó: Pout : áp suất chất lỏng tại đầu ra, Pa
Pin : áp suất chất lỏng tại đầu vào, Pa
Chênh lệch cột áp động:
2
Trang 3Hv =v out
2
−v¿2
2 g , (m) Trong đó:
v out= 4 Q
π d out2 : là vận tốc tại đầu ra, m/s
v¿=4 Q
π d¿2 : là vận tốc tại đầu vào, m/s
Chênh lệch chiều cao hình học:
H e=z out−z¿, (m) Trong đó : z¿: chiều cao hình học tại đầu vào, m
z out: chiều cao hình học tại đầu ra, m
2.1.3 Công suất cung cấp
Công suất động cơ cung cấp đối với bơm được tính như sau:
P m=2 πnt
60 , (W) Trong đó : n: tốc độ vòng xoay của bơm, vòng/phút
t: moment xoắn của trục, N.m
2.1.4 Hiệu suất bơm
Hiệu suất của bơm được tính như sau:
E = P P h
m
.100 % Trong đó : P h: công suất thủy lực tác động tới chất lỏng, có thể tính được như sau:
P h=QHρgg,(W) Trong đó : Q: lưu lượng chất lỏng m3/s
2.2 Đặc tuyến bơm ly tâm
2.2.1 Đặc tuyến thực của bơm
Trang 4Hình 1: đặc tuyến bơm ở một tốc độ bơm không đổi
Đường H – Q biểu diễn mối quan hệ giữa cột áp toàn phần và lưu lượng Khi cột áp toàn phần giảm khi lưu lượng tăng và ngược lại
Đường Pm – Q biểu diễn mối quan hệ giữa công suất cung cấp cho bơm và lưu lượng qua bơm Ngoài vùng hoạt động tối ưu của bơm đường này trở nên phẳng, do một sự thay đổi lớn công suất chỉ tạo ra một sự thay đổi nhỏ về vận tốc của dòng
Đường E – Q biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất và lưu lượng bơm Đối với 1 bơm nàc đó thì nó sẽ đạt hiệu suất tương ứng với năng suất nào đó
2.2.2 Đặc tuyến mạng ống
Đặc tuyến mạng ống là đường cong biểu diễn mối quan hệ H mo−Q :
H mo = C + KQ2,(m) Trong đó: Q : lưu lượng,m3/s
H mo: Tổn thất cột áp khi chất lỏng chuyển động trong ống dẫn, m
4
Trang 5C = P2−P1
ρgg + (z2−z1¿, (m)
K = (∑ξ + λ1d ) 16
π d42 g
Trong đó : P1,P2 : áp suất đầu vào và đầu ra của ống, N/m2
z1,z2 : chiều cao đầu vào và đầu ra của ống, m
L: chiều dài ống ( sinh viên tự đo ), m
d: đường kính trong của ống (ϕ 27×1,8mm), mmm), m
λ : hệ số ma sát, sinh viên tính toán theo chế độ chuyển động của lưu chất trong hệ thống đường ống
ρ: khối lượng riêng của lưu chất, kg/m3
∑ξ: tổng hệ số trở lực cục bộ của ống
2.2.3 Điểm làm việc của bơm
Hình 2: điểm làm việc của bơm
Điểm làm việc của bơm làm giao điểm của đặc tuyến thực và đặc tuyến mạng ống dẫn
Trang 62.2.4 Ghép bơm nối tiếp
Các bơm gọi là làm việc nối tiếp nếu sau khi đưa chất lỏng ra khỏi bơm này được đưa tiếp vào ống hút của bơm kia, rồi sau đó mới được đưa vào hệ thống đường ống Như vậy khi các bơm làm việc nối tiếp thì lưu lượng của chúng phải bằng nhau và bằng lưu lượng tổng cộng của hệ thống bằng tổng cột áp toàn phần của các bơm
Q = Q1 = Q2 = …= Qn
H = H1 + H2 +…+Hn Các bơm làm việc nối tiếp được sử dụng khi hệ thống yêu cầu áp lực cao mà một bơm không đáp ứng được
Hình 3: Ghép bơm nối tiếp
6
Trang 72.2.3 Ghép bơm song song
Các bơm khi làm việc cùng cấp nước vào một hệ thống đường ống gọi là làm việc song song Vì thế khi các bơm làm việc song song trong hệ thống thì chúng có cột áp bằng nhau và bằng cột áp của hệ thống, còn lưu lượng của hệ thống sẽ bằng tổng lưu lượng của các bơm
Theo lý thuyết, khi các bơm làm việc song song với nhau thì cột áp tổng Htc của hệ thống bằng cột áp toàn phần của từng bơm:
Htc = H1 = H2 =…= Hn
và lưu lượng tổng cộng của hệ thống bằng lưu lượng của các bơm cùng làm việc :
Q = Q1 + Q2 + …+ Qn
Như vậy các bơm làm việc nối tiếp được sử dụng khi hệ thống yêu cầu cần lưu lượng lớn mà một bơm không đáp ứng được
Trong thực tế ta có thể ghép hai hoặc nhiều bơm làm việc song song trên cùng một
hệ thống đường ống Thậm chí có những trường hợp hai trạm làm việc song song trên một
hệ thống đường ống
Hình 4: Ghép bơm song song
Trang 83 Tiến hành thí nghiệm
3.1 Thí nghiệm 1: Xác định các thông số đặc trưng của bơm
3.1.1 Chuẩn bị
- Van xả đáy phải được đóng lại hoàn toàn
- Cho nước chứa khoảng 2/3 thể tích Nếu bình chứa có nước, hãy kiểm tra van xả đáy trước khi cho nước vào
- Mở hoàn toàn các van
3.1.2 Các lưu ý
- Đảm bảo nước trong bính chứa khoảng 2/3 thể tích
- Khi bơm nhưng không hoạt động hoặc không có lưu lượng thì phải tắt bơm và báo cáo ngay cho giáo viên hương dẫn
- Đảm bảo không có bọt khí trong hệ thống trước khi tiến hành thì nghiệm
- Thường xuyên kiểm trả và so sánh các giá trị đo lường trong quá trình làm thí
nghiệm Nếu thay đổi độ mở van đáng kể mà các giá trị đo không đổi thì phải báo ngay cho giáo viên hướng dẫn
3.2 Thí nghiệm 2: Ghép bơm nối tiếp
3.2.1 Chuẩn bị
- Giống thí nghiệm 1
3.2.2 Các lưu ý
- Giống thí nghiêm 2
3.2.3 Báo cáo
- Biểu diễn đặc tuyến mạng ống (Ho-Q) và đặc tuyến thực của hệ thống ghép 2 bơm nối tiếp(H-Q)
- Xác định giao điểm của đường đặc tuyến của mạng ống và đặc tuyến thực của hệ thống ghép 2 bơm nối tiếp để xác định điểm làm việc của hệ thống ghép 2 bơm nối tiếp
8mm), m
Trang 93.3 Thí nghiệm 3: Ghép bơm song song 3.3.1 Chuẩn bị
- Giống thí nghiệm 1
3.3.2 Các lưu ý
- Giống thí nghiệm 1
3.3.3 Báo cáo
- Biểu diễn đặc tuyến mạng ống (Ho-Q) và đặc tuyến thực của hệ thống ghép 2 bơm song song (H-Q)
- Xác định giao điểm của đường đặc tuyến của mạng ống và đặc tuyến thực của hệ thống ghép 2 bơm song song để xác định điểm làm việc của hệ thống ghép 2 bơm song song
4 Kết quả
4.1 Thí nghiệm 1: Xác định các thông số đặc trưng của bơm ( bơm 1)
Bảng các thông số đo của thí nghiệm 1
Pin(Kg/cm2
4.2 Thí nghiệm 2: Xác định các thông số đặc trưng của bơm( hai bơm mắc nối tiếp)
Bảng các thông số đo của thí nghiệm 2
Pin(Kg/cm2
Trang 10P out (Kg/cm 2 ) 1,7 1,55 1,4 1,2 0,95 0,8 0,5 0,3 0,2 0,15
4.3 Thí nghiệm 3: Xác định các thông số đặc trưng của bơm( hai bơm mắc song song)
Bảng thông số đo của thí nghiệm 3
Pin(Kg/cm2
5 Xử lý số liệu
5.1 Thí nghiệm 1: Xác định các thông số đặc trưng của bơm( bơm 1) 5.1.1 Xác định các đại lượng
Ví dụ: Q = 10 l/ph =10× 10−3
60 =0,000167(m3
s )
P đẩy=1.8(cm kg2) = 176520,6 Pa
P hút=−0.08(cm kg2) = -78mm), m45,36 Pa
Đặc tuyến thực của bơm
Ta có: H = H s+H v+H e
Trong đó:
H s=P out−P¿
P đẩy−P hút
176520,6+7845,36 1000∗9.81 =18,794(m)
H v=v2out−v2¿
2 g =0 (m)
10
Trang 11Vì: v2out=v2¿ (lưu lượng đầu vào và đầu ra là như nhau)
H e=z out−z¿=0(m)
H = H s+H v+H e¿18,794+ 0+0=18,794 (m)
Đặc tuyến của mạng ống
Ta có: H mo=C +K Q2
Trong đó:
C= p2−p1 ρgg +(z2−z1)=0
Ta có: áp suất đầu vào và đầu ra tại quá trình khảo sát này đều đặt trong 1 thùng nên p2−p1=0 và chiều cao đầu vào và đầu ra của ống cũng là như nhau nên z2−z1=0
K=( ∑ξ+λ l
d)π d1642 g
λ=0.03 l=2.88 m, (đường kính trong của ống Φ 27 ×1.8 mm)
d=0.027−0.0018× 2=0.0234 (m)
K=(38,25+0.03 2.88
0.0234)π × 0.0234164.2 ×9.81=39553947.95
H mo=C + K Q2=0+39553947.95 × 0.0001672=1.08972(m)
Bằng cách tính tương tự với các giá trị Q ta thu được bảng số liệu dưới đây:
Bảng số liệu Q-H:
Q(m3
Trang 120.000333 17.1942
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Biểu đồ đường đặc tuyến của bơm 1
Bảng số liệu Q−H m0
Q(m3
12
Trang 130.000750 22.24910
0
5
10
15
20
25
30
35
Biểu đồ đường đặc tuyến mạng ống của bơm
Trang 140 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5 10 15 20 25 30 35
Điểm làm việc của bơm ( giao điểm của đường H và Hmo)
5.1 Xác định các thông số đặc trưng của bơm( hai bơm mắc nối tiếp)
Xử lý số liệu tương tự với thí nghiệm 1 ta thu được bảng sau:
Bảng số liệu H-Q
Q(m3
14
Trang 152 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Chart Title
Biểu đồ đặc tuyến thực của 2 bơm ghép nối tiếp
0.000100 0.000200 0.000300 0.000400 0.000500 0.000600 0.000700 0.000800 0.000900 0.001000 0.00000
5.00000
10.00000
15.00000
20.00000
25.00000
30.00000
35.00000
Chart Title
Biểu đồ đặc tuyến mạng ống của hai bơm ghép nối tiếp
Trang 160 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5 10 15 20 25 30 35
Chart Title
Điểm làm việc của hệ thống trong trường hợp hai bơm mắc nối tiếp 5.2 Thí nghiệm 3: Xác định thông số đặc trưng của bơm(hai bơm mắc song song) Bảng số liệu H-Q
Q(m3
Biểu đồ đặc tuyến thực của hai bơm ghép song song
16
Trang 17Biểu đồ đường đặc tuyến của mạng ống ghép song song
0.000100 0.000200 0.000300 0.000400 0.000500 0.000600 0.000700 0.000800 0.000900 0.001000 0.00000
5.00000
10.00000
15.00000
20.00000
25.00000
30.00000
35.00000
Chart Title
Điểm làm việc của hệ thống trong trường hợp hai bơm mắc song song
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Chart Title
Trang 180 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5 10 15 20 25 30 35
Chart Title
6 Trả lời câu hỏi
Câu 1: Viết các công thức tính toán tổn thất năng lượng có tác dụng lực ma sát gây ra?
h ms=λ L
D .
ω2
2 g ,(m)
Câu 2: Viết các công thức tính toán tổn thất năng lượng có tác dụng lực cục trở bộ sát gây ra?
h cb=∑
i
ξ i ω
2
2 g ,(m)
Câu 3: Nguyên tắc hoạt động của bơm ly tâm
Khi bơm làm việc, bánh công tác quay, các phần tử chất lỏng ở trong bánh công tác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị văng từ trong ra ngoài, chuyển động theo các máng dẫn và
đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của bơm Đồng thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng có chân không và dưới tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của bơm, chất lỏng ở bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, đó là quá trình hút của bơm Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm
18mm), m
Trang 19Trước khi bơm làm việc, cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánh công tác) và ống hút được điền đầy chất lỏng, thường gọi là mồi bơm
Câu 4: Khi nào chúng ta ghép nối nối tiếp? Ưu điểm khi ghép nối tiếp?
Khi mà hệ thống yêu cầu áp lực cao mà một bơm không đáp ứng được
Ưu điểm của việc lắp nối trực tiếp bơm trong một trạm sẽ giúp đỡ tốn kém khối lượng công trình bào vệ máy bơm ( hay còn gọi là nhà bao che máy bơm khỏi các yếu tố môi trường như nắng, mưa, gió…) , có lợi cho vận hành
Câu 5: Khi nào chúng ta ghép bơm song song? Ưu điểm khi ghép song song?
Khi hệ thống yêu cầu lưu lượng lớn mà một bơm không đáp ứng được
Ưu điểm của việc lắp song song bơm là có thể vận chuyển được lưu lượng lớn Chỉ khi thực hiện được điều này thì hiệu quả ghép hai bơm song song mới đạt được hiệu quả cao nhất
7 Thảo luận
Đối với Thí nghiệm 1:
-Đường đặc tuyến thực của Bơm 1 là một đường cong phi tuyến tính có xu hướng H giảm khi Q tăng
-Đường đặc tuyến của mạng ống là một đường cong tuân theo quy luật Hàm bậc 2 -Kết quả có độ tin cậy không cao do thao tác khi sử dụng lưu lượng kế các giá trị trên thang đo bị mờ và các giá trị đó đều được xác định bằng mắt thường Các giá trị Phút , Pđẩy không ổn định một giá trị
-Điểm làm việc của bơm là giao điểm của đường đặc tuyến thực của bơm và đường đặc tuyến của mạng ống
-Bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi trong dân dụng và trong công nghiệp Nó là một công cụ vận chuyển chất lỏng
Đối với thí nghiệm 2:
Trang 20Ở ghép bơm nối tiếp, các kết quả thu được từ hệ bơm nối tiếp chưa phù hợp với quy luật về mối quan hệ giữa các đại lượng trong đặc tuyến của bơm ly tâm như cột áp giảm khi lưu lượng tăng Điều này có thể được nhận xét có là do thao tác đo chưa chính xác (đọc kết quả và chỉnh đơn vị từ đầu) hoặc cũng do là quá trình làm việc thực tế của bơm chưa ở điều kiện lí tưởng nên việc xảy ra sai số là hoàn toàn có thể xảy ra Lưu lượng hoạt động tối ưu của hệ bơm là với Q =0.000917 m3/s và Ht=18mm), m.7937m (điểm làm việc)
-Khi cần tăng lưu lượng dòng thì chúng ta nên sử dụng bơm mắc nối tiếp.
Đối với thí nghiệm 3:
- Đối với trường hợp mắc song song hình dạng của đường đặc tuyến của mạng ống và
đường đặc tuyến thực của bơm cũng như trường hợp một bơm tuy nhiên khi mắc nối tiếp thì điểm làm việc sẽ thay đổi cụ thể trong trường hợp này thì Q tăng và H tăng so với trường hợp 1 bơm.Việc khảo sát lần lượt lưu lượng ;âu ngày có thể ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của bơm từ đó phần nào làm kết quả không chính xác (do khảo sát lưu lượng nhỏ phải nén máy bơm nhiều làm ảnh hưởng máy bơm)
-Khi cần tăng cột áp thì chúng ta nên sử dụng bơm mắc song song
20