BÀI học kỹ THUẬT THỰC PHẨM vận CHUYỂN CHẤT LỎNG

Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể tích không gian làm việc trong bơm.  Do đó thể tích và áp suất chất lỏng trong bơm sẽ thay đổi và cung cấp năng lượng cho chất lỏng.kiến thức cơ bản, bài học kỹ thuật thực hẩm, vận chuyển chất lỏng dùng cho bậc đại học

CHƯƠNG 3A

VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG

1 Khái quát

1.1 Khái niệm

Bơm là thiết bị dùng để vận chuyển chất lỏng từ nơi này đến nơi khác

1.2 Phân loại bơm

Dựa vào nguyên lý hoạt động ta chia bơm thành 3 loại:

- Bơm thể tích

- Bơm động lực

- Bơm khí động

Việc thay đổi thể tích trong bơm có thể do:

- Chuyển động tịnh tiến (bơm Pittong)

- Chuyển động quay ( bơm Roto)

Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể tích không gian làm việc trong bơm

 Do đó thể tích và áp suất chất lỏng trong bơm sẽ thay đổi và cung cấp năng lượng cho chất lỏng

a Bơm thể tích:

b Bơm động lực:

Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự chuyển động quay tròn của bánh guồng trong bơm

 Khi đó động năng của bánh guồng sẽ truyền cho chất lỏng tạo năng lượng cho dòng chảy

c Bơm khí động:

Việc hút và đẩy chất lỏng nhờ sự thay đổi

áp suất của dòng khí chuyển động trong bơm tạo năng lượng cho dòng chảy

- Bơm Ejector: Việc thay đổi áp suất dòng

khí sẽ tạo ra lực lôi cuốn chất lỏng chuyển động cùng dòng khí

- Bơm thùng nén: Tạo áp suất trên bề mặt

chất lỏng nhằm tạo cho chất lỏng có thế năng cần thiết để chuyển động

2 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA BƠM

2.1 Năng suất của bơm

Là thể tích chất lỏng được bơm cung cấp trong một đơn vị thời gian

Kí hiệu: Q

Đơn vị: m3/s

2.2 Hiệu suất của bơm

Là đại lượng đặc trưng cho độ sử dụng hữu ích của năng lượng được truyền từ động cơ đến bơm

Kí hiệu: 

2.3 Cột áp toàn phần của bơm

Là năng lượng riêng của chất lỏng thu được khi đi từ ống hút đến ống đẩy của bơm

Là áp suất tại miệng ra ống đẩy của bơm

Kí hiệu: H

Đơn vị: mCột áp toàn phần không phụ thuộc vào

độ nhớt và khối lượng riêng của chất lỏng

Mặt chuẩn Z = 0 Chân không kế

a Trường hợp 1: bài toán thiết kế hoặc chọn

bơm thích hợp.

Phương trình Bernoulli cho mặt cắt (1-1) và (2-2):

  : khối lượng riêng của dòng lưu chất, kg/m3

• H : chiều cao cột áp toàn phần, m

 hf = hms + hcb : tổng tổn thất trên đường ống hút và đẩy, m

H = (Z2 – Z1) + (P2 – P1)/ρg + (ω22 – ω12)/2g + Σhf

• (Z2 – Z1) = Z : năng lượng (cột áp) dùng để khắc

phục chiều cao nâng hình học, m

• (P2 – P1)/ρg : năng lượng dùng để thắng lại sự

chênh lệch áp suất ở 2 mặt thoáng, m

• (ω22 – ω12)/2g : năng lượng dùng để khắc phục

động năng giữa bể đẩy và bể hút, m

  hf : năng lượng do bơm tạo ra để thắng lại tổng trở lực trên đường ống, m

b Trường hợp 2: bài toán thử lại bơm (đã có bơm).

Chaân khoâng keá

b Trường hợp 2: bài toán thử lại bơm (đã có bơm).

Phương trình Bernoulli cho 2 mặt cắt 1’-1’ và 2’-2’:

• (Zđ – Zh) = h : năng lượng (cột áp) dùng để khắc phục

chiều cao giữa 2 đồng hồ đo áp suất, m

2.4 Công suất của bơm

Là năng lượng tiêu hao để tạo ra lưu lượng Q và cột áp H

Kí hiệu: N

Đơn vị: kW hoặc Hp (Horse power) gọi là

sức ngựa (mã lực).

1Hp = 0,7457 kW

Công suất của bơm được xác định:

3 BƠM THỂ TÍCH

3.1 Bơm pittông tác dụng đơn

a Cấu tạo

b Nguyên tắc hoạt động:

Trong một chu kì chuyển động của pittông quá trình hút và đẩy chất lỏng được thực hiện một lần

Nhược điểm lớn nhất của bơm pittông tác dụng đơn là lưu lượng không đều

Nhược điểm:

c Nhận xét:

Sơ đồ mô tả nguyên tắc hoạt động bơm pittông

Khi trục quay từ B  A, Pittông di chuyển từ phải sang trái 

chất lỏng được hút vào chứa trong xi lanh Thể tích chất lỏng hút vào đúng bằng thể tích của xilanh (π.D²/4)S.

Khi trục quay từ A  B thì Pittông di chuyển từ trái sang phải 

đẩy lượng chất lỏng trong xi lanh ra ngoài.

Như vậy, khi trục quay 1 vòng  lượng chất lỏng do bơm Pittông

3.2 Bơm pittông tác dụng kép

1 Cấu tạo

b Nguyên tắc hoạt động

- Khi trục quay nửa vòng, Pittông chuyển động từ trái

sang phải, bơm hút vào một lượng:

3.3 Bơm pittông tác dụng 3

Bơm pittông tác dụng 3 cũng tương tự như bơm pittông tác dụng kép nhưng lượng nước cung cấp sẽ đều hơn.

3.4 Bơm pittông trụ sai động

3.5 Bơm pittông quay

- Khi roto 5 quay theo chiều kim đông hồ

Ưu điểm:

- Tạo cột áp rất lớn (có thể đạt đến 350 at khi vòng quay lớn, n=6500v/ph  dùng trong các động cơ máy bay

- Lưu lượng đều

Nhược điểm:

- Cấu tạo phức tạp

- Lưu lượng nhỏ (từ 0,2 25 m3/h)

3.4 Các loại bơm thể tích khác

a Bơm bánh răng

Cấu tạo bơm bánh răng:

1, 2 – bánh răng ; 3 – vỏ bơm ; 4, 5 – ống hút và đẩy

Nếu coi thể tích của rãnh răng bằng thể tích của răng thì năng suất của bơm được xác định như sau:





).

( 240

D1, D2: đường kính đỉnh và chân răng, m

: hiệu suất thể tích,  = 0,7  0,8

, m3/s

Bơm bánh răng loại 3 răng

Bơm bánh răng thường có:

- Năng suất nhỏ, thường từ 0,3–2l/s

- Áp suất từ 100–>200m cột nước

b Bơm cánh trượt

Cấu tạo:

Gồm vỏ 1, bên trong trục 2 có sẻ rãnh theo hướng bán kính Trong rãnh có đặt cánh trượt 3 Khi trục quay, do lực ly tâm nên các cánh trượt văng ra phía ngoài và ép sát vào vỏ bơm, chia thân bơm thành hai vùng hút và đẩy.

Cấu tạo bơm cánh trượt Cấu tạo cánh trượt

Năng suất của bơm cánh trượt:

.(

n e R S z

b

Trong đó:

b: chiều rộng rôto, m e: khoảng cách lệch tâm, m n: số vòng quay của rôto, vòng/phút S: chiều dày cánh trượt, m

z: số cánh trượt.

R: bán kính vỏ máy (R = r + e), m r: bán kính rôto, m

: hiệu suất thể tích.

c Bơm màng

d Bơm trục vít

Ưu điểm:

Nhược điểm:

- Khó chế tạo vì đòi hỏi độ chính xác cao

- Khó sửa chữa, phục hồi

- Bơm được cả dung dịch đặc như: bùn, mật, đường, hoa quả nghiền

- Làm việc êm, ổn định

- Tuổi thọ cao

e Bơm vòng nước

4 BƠM LY TÂM

4.1 Cấu tạo

1 – guồng 2 – vỏ bơm 3 – ống hút 4 – ống đẩy 5 – xupáp

Cấu tạo cánh guồng và bánh guồng

MÔ HÌNH LẮP RÁP BƠM LY TÂM

4.2 Nguyên tắc hoạt động

- Khi bánh guồng quay  xuất hiện lực ly tâm  đưa chất lỏng từ tâm ra mép bánh guồng.

- Vỏ bơm được cấu tạo hình xoắn ốc,

có tiết diện lớn dần, có tác dụng làm giảm bớt vận tốc đồng thời tăng áp lực dòng chảy.

- Khi chất lỏng ra khỏi tâm  áp suất tại tâm sẽ giảm (chân không)  chênh lệch áp suất bên ngoài và tâm bánh guồng  chất lỏng sẽ theo ống hút chuyển động vào tâm

- Nếu bánh guồng quay liên tục tạo thành dòng liên tục trong bơm.

CÁC LOẠI CÁNH BƠM LY TÂM

4.3 Hiện tượng xâm thực và cách khắc phục

Hiện tượng xâm thực: là hiện tượng các khí hòa

tan có trong chất lỏng  bốc hơi tạo ra các bọt khí ở miệng hút của bơm Các bọt khí này cùng chất lỏng sẽ chuyển động trong cánh guồng Khi đó áp suất lại tăng lên, khí lại hoà tan ngược lại vào chất lỏng Do quá trình bay hơi - ngưng tụ - hòa tan khí xảy ra rất nhanh, thể tích bọt khí tăng lên và giảm đột ngột dẫn đến áp suất trong các bọt khí tăng lên rất lớn Hiện tượng này tạo ra

sự va đập thủy lực  bào mòn các kết cấu kim loại, tạo

ra sự rung động và tiếng ồn

Ta sẽ tăng áp suất chất lỏng ở cửa vào của bơm bằng cách giảm chiều cao hút  đặt bơm thấp hơn mực chất lỏng

Cách khắc phục:

4.4 Tính chiều cao hút của bơm

Áp dụng phương trình Bernoulli cho 2 mặt cắt (0–0) (trên bề mặt thoáng bể hút) và (B-B) (tại cửa vào của bơm):

1 2

1

n

n Q

2

1 2

N

Thực tế, quan hệ này không đúng hoàn toàn như trên mà nó thay đổi khi một trong các thông số của bơm thay đổi

4.6 Đặc tuyến của bơm ly tâm

Các thông số cơ bản: năng suất Q , cột áp H , số vòng quay n , và công suất tiêu thụ N và hiệu suất bơm η

Trong thực tế, năng suất của bơm thay đổi hay áp suất của chất lỏng thay đổi  các đại lượng khác cũng thay đổi theo.

Về lý thuyết, ta có thể tìm được mối quan hệ giữa các đại lượng Q, H, N và n theo định luật tỉ lệ, nhưng trong thực tế không hoàn toàn đúng như vậy

Do đó người ta phải dựa vào thực nghiệm bằng cách thay đổi độ mở của van trên ống đẩy, đo độ thay đổi của năng suất Q, áp suất P, công suất N và tính ra hiệu suất tương ứng với từng số vòng quay Kết quả ta lập được quan hệ (Q–N), (Q-H) và (Q-) trên đồ thị

Những đường cong biểu diễn mối quan hệ này gọi là

đặc tuyến của bơm

• Cách xây dựng đặc tuyến thực của bơm bằng thực nghiệm

Ta dùng van trên ống đẩy để thay đổi lưu lượng

từ 0 đến Qmax Ứng với từng độ mở của van ta

- Đo lưu lượng Q:

+ Khi lưu lượng nhỏ: dùng thùng để đo rồi

chia cho thời gian tương ứng khối nước trong thùng.

+ Khi lưu lượng lớn: dùng các thiết bị đo như:

Ventury, màng chắn, ống Pito đặt trực tiếp trên ống đẩy hoặc lưu tốc kế để đo

- Đo cột áp H:

Dùng chân không kế và áp kế đặt trước và sau bơm áp dụng phương trình Bernoully viết cho 2 mặt cắt đặt 2 đồng hồ đo áp suất tính H theo công thức:

Khi chọn bơm và điều kiện làm việc, ngoài đặc tuyến bơm ta còn phải dựa vào đặc tuyến mạng ống Như vậy bơm được chọn sẽ thích hợp với trở lực của đường ống.

4.7 Đặc tuyến mạng ống và điểm làm việc của bơm

Đặc tuyến mạng ống biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng và cột áp cần thiết (Ho) Cột áp được tính bằng tổng chiều cao hình học mà chất lỏng cần được đưa lên chiều cao z, tổng trở lực trong đường ống hf và độ chênh lệch áp suất ở hai đầu ống hút và ống đẩy (P2–P1)/g

Phương trình Ho = C + KQ 2 gọi là đặc tuyến mạng







* Nếu tăng năng suất lên Q3 > Q1 thì áp suất do bơm tạo ra sẽ nhỏ hơn áp suất cần thiết bơm phải đạt được để thắng trở lực mạng ống Do đó bơm không làm việc được.

* Nếu giảm năng suất xuống Q2 < Q1 thì bơm

sẽ tạo ra áp suất lớn hơn trở lực của mạng ống Các van trên đường ống được đóng bớt để tăng trở lực, nếu không bơm sẽ tự động tăng Q và H đến điểm M

Điểm làm việc của bơm

4.8 Ghép bơm

a Ghép bơm song song

Ghép song song càng bất lợi khi trở lực đường ống càng lớn Nó chỉ thích hợp với các mạng ống đơn giản (trở lực nhỏ)

Lúc đó đặc tuyến mạng ống là đường nét đứt thì năng suất QI-II sẽ

b Ghép bơm nối tiếp

Ghép bơm nối tiếp thì lưu lượng cũng tăng từ

Q1 lên Q Tuy nhiên không đáng kể và cột áp tăng

từ H lên H nhưng H<2H

Ưu điểm:

- Lưu lượng đều.

- Số vòng quay lớn gắn trực tiếp với động cơ.

- Cấu tạo đơn giản, gọn.

- Năng suất lớn và áp suất tương đối nhỏ.

Nhược điểm: - Hiệu suất thấp (thấp hơn bơm Pittiong).

- Khả năng tự hút kém.

63

5 BƠM HƯỚNG TRỤC

Ưu điểm: - Sử dụng phổ biến, rộng rãi.

- Cấu tạo đơn giản, gọn gàng

- Trở lực nhỏ

- Năng suất lớn 64

6 BƠM SỤC KHÍ

7 BƠM TIA (Bơm Ejecto)

Ưu điểm:

- Đơn giản.

- Không cần động cơ.

- Có khả năng kết hợp việc hút chất lỏng và hòa trộn nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Nhược điểm:

- Chỉ bơm được chất lỏng nào cho phép trộn lẫn với chất lỏng đi qua

THANKS !!!