Hiện tượng xâm thực hay còn có tên gọi khác là hiện tượng khí thực, là hiện tượng ăn mòn do bọt khí được tạo ra trong quá trình bơm nước. Hiện tượng này xảy ra thường xuyên khi chất lỏng được bơm có sự thay đổi lớn về vận tốc dẫn đến tạo ra bọt khí. Thông thường hiện tượng xâm thực thường xảy ra với dòng máy bơm ly tâm như máy bơm nước Pentax Ý, máy bơm nước Ebara, máy bơm nước NTP,… những loại máy bơm nước có công suất lớn, hiện tượng xâm thực trong máy thủy lực.
Đề tài : Hiện tượng xâm thực bơm ly tâm I.Tìm hiểu máy bơm nước 1, Máy bơm nước gì? Máy bơm nước loại máy thủy lực, nhận lượng từ bên (cơ năng, điện năng, thủy năng, ) truyền lượng cho dòng chất lỏng, nhờ đưa chất lỏng lên độ cao định dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống Hiểu nôm na máy bơm nước loại máy sử dụng hộ gia đình, nhà máy, xí nghiệp, giúp vận chuyển nước từ nơi đến nơi khác, tăng áp lực cho đường ống nước, cung cấp nước cho lò hơi, dự phịng cho hệ thống PCCC, bơm hóa chất 2, Cấu tạo máy bơm nước: Cấu tạo máy bơm nước bao gồm hai phần chính: Động điện đầu bơm -Động điện bao gồm: • Vỏ động cơ: Bảo vệ chi tiết bên động điện • Phần tĩnh (Stato): Thành phần động điện • Trục quay (Rơto): Truyền chuyển động qua đầu bơm • Quạt: Làm mát động • Bạc đạn: Cố định vị trí Rơ to cho phép Rơ to xoay vịng • Bảng điện: Truyền điện vào động -Đầu bơm bao gồm: • Vỏ bơm: Thân bơm, bảo vệ phận thủy lực máy bơm • Cánh bơm: Tạo định hướng chuyển động nước bên máy bơm • Guồng bơm: Chuyển đổi lượng chuyển động cánh bơm tạo thành áp • Phớt học: Ngăn nước vào động • Các gioăng trịn: Làm kín chi tiết máy bơm 3, Nguyên lí hoạt động máy bơm nước: Nguyên lí hoạt động: Máy bơm nước vận hành dựa ngun lí chung hút hết khơng khí khỏi đường ống (tạo chân khơng) làm cho áp suất đường ống giảm Khi đó, áp suất khí đè lên mặt nước, làm cho nước ống dâng lên Khi thân bơm ống hút cung cấp đầy đủ nước, s hoạt động theo trình hút đẩy, trình hút đẩy diễn liên tục nhằm tạo dòng chảy khơng ngừng giúp vận chuyển nước H1: Ngun lí hoạt động máy bơm 4, Một số loại máy bơm nước nay: -Máy bơm cánh quạt Máy bơm cánh quạt loại máy bơm hoạt động mô tơ làm quay cánh quạt, tác dụng module cánh quạt bơm, nước hút vào theo đường ống hút Thông thường nước hút song song với trục bơm thổi theo hướng khác Tùy theo thiết kế nhà sản xuất có loại bơm khác bơm hướng trục, bơm dọc trục bơm hỗn hợp -Máy bơm nâng Máy bơm khí nâng sử dụng để tạo dịng, phun nước Bơm khí nâng hoạt động nguyên tắc khí bơm xuống phần thân bơm nước Tại pha trộn với nước tạo thành hỗn hợp khí + nước Hỗn hợp nhẹ nước trào lên tạo thành dòng áp suất đưa nước lên qua thân bơm -Máy bơm điện chìm Máy bơm điện chìm loại bơm ly tâm kết hợp Điện truyền qua dây dẫn làm quay mô tơ Nước hút lên từ miệng hút nhờ lực hút từ cánh quạt bơm ly tâm, sau vận chuyển qua thân bơm, nước đưa qua ống đẩy bơm lên -Máy bơm ly tâm Máy bơm điện chìm loại bơm ly tâm kết hợp Điện truyền qua dây dẫn làm quay mô tơ Nước hút lên từ miệng hút nhờ lực hút từ cánh quạt bơm ly tâm, sau vận chuyển qua thân bơm, nước đưa qua ống đẩy bơm lên -Máy bơm phun Máy bơm nước loại bơm phun hoạt động nguyên tắc dùng bơm phụ khí nén tạo dịch chuyển ban đầu thân bơm Sự dịch chuyển dịng khí nén hay chất lỏng từ bơm phụ tạo vùng áp suất thấp phía sau thân bơm Nhờ nước vận chuyển qua thân bơm -Máy bơm pistol Máy bơm nước dạng bơm piston loại chuyên dụng sản xuất, hoạt động nhờ tạo lực hút lực đẩy hồn tồn dựa vào hành trình nén xả piston xi lanh II.Tìm hiểu sâu bơm ly tâm -Nguyên lí hoạt động máy bơm ly tâm: Một vật quay quanh trục phải chịu lực có hướng kéo vật xa trục quay có phương lực qua tâm quay Đó lực ly tâm Hạt nước nằm đĩa tròn phẳng quay chịu tác dụng lực ly tâm dịch chuyển dần từ tâm quay phía ngồi Bơm ly tâm loại bơm theo nguyên lý lực ly tâm Nước dẫn vào tâm quay cánh bơm Nhờ lực ly tâm, nước bị đẩy văng mép cánh bơm Năng lượng bên thơng qua cánh bơm truyền cho dịng nước, phần tạo nên áp năng, phần tạo thành động khiến nước chuyển động Trước máy bơm làm việc, cần phải làm cho thân bơm (trong có bánh cơng tác) ống hút điền đầy chất lỏng, thường gọi mồi bơm Khi máy bơm làm việc, bánh công tác quay, phần tử chất lỏng bánh công tác ảnh hưởng lực ly tâm bị văng từ ngoài, chuyển động theo máng dẫn vào ống đẩy với áp suất cao hơn, q trình đẩy bơm Đồng thời, lối vào bánh công tác tạo nên vùng có chân khơng tác dụng áp suất bể chứa lớn áp suất lối vào máy bơm nước, chất lỏng bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, q trình hút bơm Q trình hút đẩy bơm trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm Bộ phận dẫn hướng (thường có dạng xoắn ốc nên gọi buồng xoắn ốc) để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ống đẩy điều hịa, ổn định cịn có tác dụng biến phần động dòng chảy thành áp cần thiết Nhận dạng: cấu tạo máy bơm nước ly tâm có ống hút đưa nước vào tâm cánh bơm ống đẩy nằm mép cánh H2 Cấu tạo bơm ly tâm -Đặc điểm máy bơm ly tâm: Khi hạt nước bị lực ly tâm đẩy từ tâm cánh bơm phía mép bơm, xuất khoảng trống tâm cánh bơm Áp suất khoảng trống nhỏ áp suất khí trời chí có lúc đạt gần tới độ chân khơng tuyệt đối Bơm ly tâm lý thuyết hút nước độ sâu tối đa 10 m so với tâm cánh bơm Thực tế bơm ly tâm hút nước độ sâu từ đến m, tùy loại bơm Lực ly tâm tỷ lệ thuận với trọng lượng vật Vì khơng khí nhẹ 1000 lần so với nước nên khí lọt vào tâm cánh bơm, lực ly tâm tác dụng nhỏ 1000 lần khơng đủ sức kéo khối khí khỏi máy bơm, tạo chân không cho lượng chất lỏng tràn vào Cánh bơm quay mà nước khơng bơm Đây tượng lọt khí vào ống hút máy bơm ly tâm hoạt động Thực tế thường gọi “bơm bị e (air).” Vì lý này, người ta dùng bơm ly tâm nơi có điều kiện lắp đặt cố định ống hút bơm ly tâm lúc phải đầy nước III.Hiện tượng xâm thực 1.Xâm thực gì: Xâm thực chất tượng hình thành bọt khí chất lỏng Nó hệ trình tác động lực vào chất lỏng Xâm thực thường xảy chất lỏng chịu thay đổi áp suất khoảng thời gian ngắn gây hình thành lỗ sâu chất lỏng, nơi áp suất tương đối thấp Khi chịu áp lực cao hơn, bọt khí nổ tung tạo sóng xung kích cực mạnh Việc lặp lặp lại bọt khí bị vỡ tung ảnh hưởng lớn tới bề mặt kim loại Gây hao mòn, hỏng hóc, thường nhìn thấy rõ bơm cánh quạt, tua bin máy bơm nơi xảy thay đổi đột ngột theo hướng chất lỏng Sóng xung kích hình thành nổ tung bọt khí gây thiệt hại đáng kể cho phận chuyển động Xâm thực thường tượng khơng mong muốn Nó thường đặc biệt tránh thiết kế máy tua-bin cánh quạt, loại bỏ xâm thực lĩnh vực nghiên cứu động lực học chất lỏng Hiện tượng xâm thực xảy bơm nào: Xâm thực bơm vấn đề phá hủy xảy loại máy bơm chất lượng cao Các biểu xâm thực bơm bao gồm từ tiếng ồn tốn nhiều điện gây thiệt hại nghiêm trọng cho máy bơm Xâm thực xảy bọt khí sinh bên máy bơm Bọt khí hình thành áp suất giảm phần chất lỏng Bong bóng khí di chuyển, áp suất tăng bong bóng khí nổ tung Sự vỡ bọt khí làm xói mịn bề mặt bánh công tác xâm thực mạnh đầu vào bánh cơng tác, hiệu suất bơm giảm, dẫn đến hỏng bơm H3: Hiện tượng xâm thực bơm 3.Nguyên nhân tượng xâm thực: Hiện tượng xâm thực thực đe dọa đến an tồn thiết bị Vậy ngun nhân chúng đâu? Xâm thực xảy máy bơm nhiệt độ áp suất chất lỏng lực hút bánh công tác với áp suất Nó xảy áp suất thấp nhiệt độ hoạt động bình thường Nó dẫn đến chất lỏng chuyển thành hơi, tạo nhiệt độ áp suất cao Bọt khí hình thành trình xâm thực Khi áp suất máy bơm tăng lên, bọt khí vỡ tung vụ nổ dội Vụ nổ khiến sóng xung kích truyền qua chất lỏng đâm vào bánh công tác gây thiệt hại học 4.Bản chất vật lí tượng xâm thực: Hiện tượng xâm thực tượng vật lý phức tạp, trình xảy xâm thực máy thuỷ lực bao gồm hai giai đoạn: - Giai đoạn đầu: giai đoạn tạo thành bọt khí khơng khí tách từ mơi trường chất lỏng bốc chất lỏng áp suất môi trường giảm tới áp suất bão hoà - Giai đoạn hai: giai đoạn bọt khí ngưng tụ đốt ngột vùng mơi trường có áp suất cao Nước có nhiệt độ áp suất bão hoà bảng sau: Ở giai đoạn đầu chưa tạo thành bọng khí Ở giai đoạn xâm thực phát triển tạo thành bọng khí bề mặt chảy bao profin Cịn giai đoạn xâm thực toàn phần, toàn vật thẻ chảy bao nằm bọng khí Các bọt khí chuyển động theo dịng chảy tới vùng áp suất cao bị nén ngưng tụ đột ngột Các phần tử chất lỏng khác xung quanh xô tới chiếm chỗ với vận tốc lớn, chúng va chạm lẫn gây nên tượng va đập thuỷ lực Sau va đập, vận tốc phần tử chất lỏng không, động chúng biến thành áp năng, áp suất chỗ va đập tăng lớn, lên tới hàng nghìn bar Khi bọt khí ngưng tụ, khơng có áp suất trung tâm bọt khí tăng lớn nhiệt độ tăng (thực nghiệm ra, nhiệt độ có đạt đến 230 độ C) Áp suất tăng đột ngột thời điểm xảy va đập thuỷ lực dãn nở bọt khí gây nên dao động đàn hồi phần tử chất lỏng xung quanh với tần số dao động âm Các dao động truyền vào kim loại gây nên phá huỷ nhanh chóng bề mặt Sự phá huỷ diễn đặc biệt nhanh kim loại dịn, bề mặt khơng phẳng, dễ hấp thụ dao động đàn hồi Bề mặt phẳng nhẵn, bóng, phản xạ lại dao động nên tượng bị phá huỷ xâm thực Như vậy, bề mặt bắt đầu bị phá huỷ có cấu trúc xốp mịn tiếp tục bị phá huỷ với tốc độ nhanh Kim loại bị phá huỷ khng tác dụng học mà cịn tác dụng hố học Tác dụng hố học gây nên ơxy khơng khí tách từ chất lỏng tượng có tính chất điện phân Nguyên nhân gây nên phá huỷ kim loại tác động học dao động va đập thuỷ lực lên bề mặt vật nằm vùng xảy xâm thực Hiện tượng xâm thực thường xảy lối vào bánh cơng tác.Vì đó, áp suất chân khơng có giá trị lớn Xâm thực xảy ống hút hay buồng hút bơm (đối với bơm nhiều cấp) Khi bắt đầu xảy xâm thực, bơm nghe thấy tiếng động bất thường, máy bị rung, lưu lượng, cột áp hiệu suất bơm giảm Khi bơm xảy xâm thực tồn phần, dịng chất lỏng bị gián đoạn, lưu lượng cột áp bơm giảm tới khơng IV Tìm hiểu sâu xâm thực bơm cách khắc phục 1.Cột áp hút chiều cao hút bơm: a, Cột áp hút: Đối với loại bơm làm việc có hai q trình: q trình hút trình đẩy Trong trình hút, bơm phải tạo độ chênh áp định miệng hút bơm bề mặt thoáng bể hút Độ chênh áp tính cơng thức: Trong đó: - Hh cịn gọi cột áp hút - p0 áp suất bề mặt thoáng bể hút - p1 áp suất dòng chất lỏng tiết diện vào bơm Khi p0=pa thì: Gọi cột áp hút chân không lối vào bơm H4: Sơ đồ lắp đặt bơm Để xác định cột áp hút bơm, ta viết phương trình Béc-nu-li cho tiết diện 0-0 I-I dòng chảy: Trong đó: V1 - vận tốc dịng chảy tiết diện I-I Z1 - khoảng cách từ trục tới mặt thoáng hh - tổn thất áp suất đường ống hút Trong trường hợp khoảng cách từ điểm X (p,v) điểm cao mép vào cánh so với trục (Z=Zx -Z1 ) nhỏ, ta coi Z1=Zh Khi ta có: Từ cơng thức biết, ta tính cột áp hút: Như cột áp hút bơm để thực nhiệm vụ sau: - Khắc phục chiều cao Zh ống hút - Khắc phục tổn thất hh đường ống hút - Tạo động cần thiết cho dòng chảy lối vào bơm b , Cột áp hút dư chiều cao hút cho phép Cột áp hút dư bơm độ chênh lượng dòng chảy lối vào bơm lượng dịng chảy ứng với áp suất bão hồ chất lỏng Cùng với phương trình biết,ta có: (1) Mặt khác từ phương trình Hhd ta có: (2) Giải đồng thời hai phương trình (1) (2),ta được: Như vậy, ứng với cột áp hút dư nhỏ Hhdmin, ta có chiều cao hút cực đại Zhmax Chiều cao hút cho phép bơm phải nhỏ chiều cao hút cực đại lượng dự trữ cần thiết để bơm làm việc không xảy xâm thực tính theo cơng thức: - gọi hệ số dự trữ, phụ thuộc vào điều kiện xâm thực bơm, giá trị = 1,2-1,3 Cột áp hút dư cực tiểu Hhdmin xác định thực nghiệm, phụ thuộc vào áp suất mặt thoáng chất lỏng chứa bể hút p0 áp suất bão hoà chất lỏng pbh, vào chiều cao hút Zh , vào tổn thất cột áp đường ống hút hh => tức phụ thuộc vào điều kiện hút bơm Cột áp hút dư cực tiểu có ý nghĩa cột áp dự trữ chống xâm thực bơm c , Cột áp hút chân không cho phép chiều cao hút cho phép bơm Trong phần trên, ta có cơng thức tính cột áp hút chân khơng bơm: Khi p0=pa ta có: Thay Zh từ phương trình biết coi p0=pa , ta có: Hhdmin ứng với Hckmax Hck < Hckmax Khi ta có cột áp hút chân khơng cho phép: Và từ đó, ta xác định chiều cao hút cho phép bơm [Hck] xác định thực nghiệm cho tài liệu kỹ thuật bơm, xác định điều kiện chất lỏng làm việc nước nhiệt độ 20 0C áp suất khí pa =1at 10 Từ biểu thức [Zh ] ta thấy rằng: muốn tăng chiều cao hút cho phép bơm phải giảm vận tốc V1 giảm tổn thất hh Do phải tăng đường kính giảm chiều dài ống hút d , Điều kiện tự xâm thực hệ số xâm thực Để rút điều kiện tương tự xâm thực hệ số xâm thực bơm, ta đưa thêm thông số chiều cao hút quy dẫn Zqd bơm Chiều cao hút quy dẫn bơm rút từ biểu thức xác định áp suất p1 lối vào bơm: Từ đó,ta có: Để đánh giá chất lượng xâm thực bơm, người ta dùng hệ số xâm thực 1 : Nếu bơm mơ hình bơm thực làm việc chế độ xâm thực tương tự hệ số 1 chúng phải Biện pháp ngăn ngừa giảm xâm thực: Để giảm ảnh hưởng có hại xâm thực, người ta dùng biện pháp: - Dẫn khơng khí vào ống hút bơm, làm giảm áp suất chân không lối vào bơm - Tăng đường kính Dh giảm chiều dài lh ống hút - Giảm lưu lượng giảm số vòng quay làm việc bơm Chất lượng xâm thực bơm phần lớn phụ thuộc vào thông số kết cấu Vì vậy, ta chọn thơng số kết cấu không hợp lý làm giảm chất lượng xâm thực bơm Để tăng cường chất lượng xâm thực bơm, góc 1 tối ưu có giá trị từ 18 đến 200 Để giảm h1 phải đảm bảo phân bố vận tốc lối vào bánh công tác Để tăng cường chất lượng xâm thực, mặt kết cấu lối vào bơm, người ta thực biện pháp sau: 11 - Bố trí cánh hướng phụ trước lối vào bơm ly tâm để chống xốy dịng (a) - Bố trí bánh cơng tác hướng trục vít xoắn trước lối vào bơm ly tâm để tạo thêm cột áp phụ (b, c) - Mở rộng tiết diện kinh tuyến lối vào Tiết diện kinh tuyến kết cấu dạng bầu dục (d), tỷ số F1 /F0=2-2,5, làm giảm tải trọng mép vào, làm giảm giá trị hI Tuy nhiên này, hiệu suất bơm không cao, độ bền cánh giảm mép vào vát nhọn V Kết luận: Trong ngành học chất lỏng,hiện tượng xam thực vấn đề khiến nhà khoa học đau đầu giải khắc phục Xâm thực tượng gặp thường xuyên dạng hỏng thiết bị thủy lực tượng đặc trưng gắn liền với ngành máy thủy lực thể tích thủy lực cánh dẫn Chúng ta nhận biết phải chấp nhận sống chung với xâm thực mà khơng cịn cách khác.Mọi nghiên cứu,giải pháp làm giảm thiệt hại xâm thực gây khắc phục triệt để Tuy vậy,việc nghiên cứu đưa giải pháp xem xét thiết kế máy vận hành 12 ... tạo máy bơm nước ly tâm có ống hút đưa nước vào tâm cánh bơm ống đẩy nằm mép cánh H2 Cấu tạo bơm ly tâm -Đặc điểm máy bơm ly tâm: Khi hạt nước bị lực ly tâm đẩy từ tâm cánh bơm phía mép bơm, xuất... bề mặt bánh cơng tác xâm thực mạnh đầu vào bánh cơng tác, hiệu suất bơm giảm, dẫn đến hỏng bơm H3: Hiện tượng xâm thực bơm 3.Nguyên nhân tượng xâm thực: Hiện tượng xâm thực thực đe dọa đến an toàn... quạt, loại bỏ xâm thực lĩnh vực nghiên cứu động lực học chất lỏng Hiện tượng xâm thực xảy bơm nào: Xâm thực bơm vấn đề phá hủy xảy loại máy bơm chất lượng cao Các biểu xâm thực bơm bao gồm từ