Tìm hiểu hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm

BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN CƠ CƠ HỌC CHẤT LƯU Tên đề tài: HIỆN TƯỢNG XÂM THỰC TRONG MÁY BƠM LY TÂM HIỆN TƯỢNG XÂM THỰC TRONG MÁY BƠM LY TÂM I, Xâm thực gì? - Xâm thực ngun nhân dẫn đến hao mịn, hỏng hóc phận máy móc kim loại Xâm thực thiết bị bơm công nghiệp thường xuyên xảy Những người quản lý lo ngại tượng - Xâm thực tượng áp suất tĩnh chất lỏng giảm xuống áp suất chất lỏng , dẫn đến hình thành hốc nhỏ chứa đầy chất lỏng Khi chịu áp suất cao hơn, khoang này, gọi "bong bóng" "khoảng trống", sụp đổ tạo sóng xung kích làm hỏng máy móc Các sóng xung kích mạnh chúng gần bong bóng nổ, nhanh chóng yếu chúng lan truyền xa vụ nổ - Xâm thực chất tượng hình thành bọt khí chất lỏng Nó hệ q 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 - Qúa trình vỡ bong bóng (Vapor bubble): - Việc lặp lặp lại bọt khí bị vỡ tung ảnh hưởng lớn tới bề mặt kim loại Gây hao mịn, 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 tuabin cánh quạt, loại bỏ xâm thực lĩnh vực nghiên cứu động lực học chất lỏng Tuabin tác động xâm thực - Sự xâm thực xảy máy bơm, lỗ thoát nước, đồng hồ đo venturi, van điều khiển, cánh quạt… II, Hiện tượng xâm thực máy bơm ly tâm: Cấu tạo, nguyên lý làm việc bơm ly tâm - Bơm loại thiết bị dùng để di chuyển chất lỏng từ vị trí thấp lên vị trí cao, di chuyển chất lỏng từ nơi có áp suất thấp nơi có áp suất cao, tăng tốc độ dòng chảy - Bơm ly tâm loại bơm sử dụng nhiều công nghiệp, dùng để vận chuyển chất lỏng nguyên liệu, sản phẩm nước cung cấp cho nhà máy, nạp liệu cho thiết bị đun sơi dịng lưu tuần hồn… - Bơm ly tâm có giới hạn làm việc rộng, cơng suất hoạt động đạt từ 0,5 𝑚3 /ℎ đến 2104 𝑚3 /ℎ áp suất đẩy đạt từ vài MPa - 48 MPa - Bơm ly tâm sử dụng rộng rãi công nghiệp nhờ ưu điểm sau: + Bơm có cấu tạo đơn giản, giá thành đầu tư ban đầu thấp + Lưu lượng bơm ổn định + Diện tích mặt tương đối nhỏ +Chi phí bảo hành sửa chữa thấp +Hoạt động gây tiếng ồn +Có khả thích ứng với sử dụng động motor hay tuabin +Ít xảy xung đột đường ống +Máy có trọng lượng nhẹ so với dịng piston, giúp máy kết nối dễ dàng với động cao mà khơng cần hộp giảm tốc - Hình vẽ mô tả phận cấu tạo thành hệ thống bơm ly tâm: + Nguồn cung cấp lỏng cho bơm + Đường ống dẫn đường ống đẩy để dẫn chất lỏng tới bơm đẩy chất lỏng khỏi bơm + Bơm dẫn động động cơ: Làm tăng thêm lượng dòng lưu chất cách gia tăng tốc độ hay vận tốc Trong hệ thống bơm ly tâm, áp suất đẩy luôn cao áp suất hút, khác áp suất biểu thị lượng cộng thêm vào chất lỏng Động dẫn động cho bơm ly tâm động điện tua bin động đốt v.v Bơm biến đổi lượng từ động dẫn động thành lượng chất lỏng để di chuyển Nguyên lý làm việc bơm ly tâm: Bơm ly tâm hoạt độn dựa nguyên lý lực ly tâm Nguyên tắc hoạt động bơm minh họa sơ đồ sau: - Năng lượng truyền từ nguồn lượng bên truyền qua trục A làm quay cánh quạt B nằm vỏ bơm C, cánh quạt B quay tạo giảm áp đầu vào cánh quạt chất lỏng bị hút vào buồng hút thông qua miệng hút D cánh quạt đẩy chất lỏng xa tâm Trong giai đoạn chất lỏng truyền lượng tăng tốc độ - Không gian xung quanh cánh quạt gọi rãnh, rãnh có hình xoắn ốc có tiết diện tăng dần, hình vẽ ta thấy điểm A tiết diện nhỏ điểm B Như chất lỏng từ điểm A tới điểm B, tốc độ giảm xuống lượng hay động chuyển thành áp suất, nhờ áp suất mà chất lỏng đẩy tới nơi cần tới, q trình đẩy bơm Đồng thời lối vào cánh quạt tạo nên vùng có áp suất chân khơng tác dụng áp suất bể hút lớn áp suất lối vào bơm, chất lỏng cửa hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, q trình hút q trình hút bơm - Qúa trình hút đẩy bơm ly tâm liên tục tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm - Bơm ly tâm gồm phần bơm động cơ: - Động phần cung cấp lượng để làm quay bơm, động mơ tơ điện, động đốt hay tuabin nước - Bơm ly tâm dạng đơn giản gồm phần chính: + Cánh quạt/Cánh công tác (Impeller) + Phần không chuyển động bơm bao quanh cánh quạt vỏ bơm - Chất lỏng chuyển động vào bơm qua miệng hút khỏi bơm qua miệng đẩy Nhờ gia tăng vận tốc chất lỏng mà cánh quạt truyền lượng vào chất lỏng - Cánh quạt bao gồm nhiều cánh gạt (vanes) cánh gạt có cấu tạo khác - Cánh bơm gắn lên trục, trục nối ngồi vỏ bơm Nhìn chung cánh quạt dạng kín hoạt động có hiệu nhất, cánh quạt hở nửa hở dùng trường hợp vận chuyển chất lỏng có độ nhớt cao hay trường hợp chất lỏng có chứa hạt rắn Các thông số bơm ly tâm: 2.1 Phương trình -Phương trình Ơle cho moomen quay trục cho tất rãnh: cos 𝛼2 − 𝐶1 𝑅1 cos 𝛼1 ) M= - Công suất trục bánh công tác: N=M ; 𝜔: vận tốc góc - Cơng suất thủy lực: 𝑁𝑙𝑡 = 𝛾𝑄 𝐻𝑙𝑡 ; 𝐻𝑙𝑡 cột áp lý thuyết - Nếu bỏ qua tổn thất: N= 𝑁𝑙𝑡 − nghĩa là: 𝜌𝑔𝑄𝐻𝑙𝑡 = M𝟂 => tính cột áp 𝐻𝑙𝑡 = 𝐶2 𝑅2 cos 𝛼2 −𝐶1 𝑅1 cos 𝛼1 ) 𝑔 𝟂 - Vận tốc theo: 𝑢1 = 𝑅1 ; 𝑢2 = 𝜔𝑅2 - Vận tốc tuyệt đối chiếu xuống phương u: 𝐶1𝑢 = 𝐶1 cos 𝛼1 ; 𝐶2𝑢 = 𝐶2 cos 𝛼2 - Cột áp lý thuyết (phương trình Ơle) 𝐶2𝑢 𝑢2 − 𝐶1𝑢 𝑢1 𝑔 𝐻𝑙𝑡 = - Cột áp thiết kế LT: 𝐻𝑙𝑡 = 𝐶2𝑢 𝑢2 𝑔 2.2 Phương trình - Cột áp - Thực tế chế tạo: cánh hữu hạn có bề dày => Có tổn thất Cột áp thực tế H =𝜀𝑧 𝜇𝐻 𝐶2𝑢 𝑢2 𝑔 với 𝜀𝑧 : hệ số cột áp; tính tới số cánh 𝜇𝐻 : hiệu suất cột áp; tính tới ma sát Cơng thức thường dùng: 𝜀𝑧 𝜇𝐻 𝐶2𝑢 = 𝜓 𝑢2 => H = 𝟁 𝑢2 2𝑔 - Tính cột áp thực tế hệ thống có đường ống: H= 𝑒𝑟 − 𝑒𝑣 𝑃𝑑 +𝑃𝑐𝑘 + Biết áp vận tốc lỗi vào ra: H= y + + Biết số liệu yêu cầu hệ thống: H= h + 𝛾 𝑃2 −𝑃1 𝛾 + + 𝑣𝑟 −𝑣𝑣 2𝑔 𝛼2 𝑣2 −𝛼1 𝑣1 2𝑔 2.3 Lưu lượng bơm + Lý thuyết: 𝑄𝑙𝑡 = 𝐶2𝑚 𝜋 𝐷2 𝑏2 với 𝑏2 , 𝐷2 : chiều rộng đường kính máng dẫn 𝐶𝑚 : chiếu 𝐶2 lên hướng bán kính + Thực tế: 𝑄 = 𝜇𝑄 𝑄𝑙𝑡 2.4 Công suất - Công suất thủy lực 𝑁𝑙𝑡 = - Công suất trục động N= 2.5 Hiệu suất 𝜇𝑏 = 𝑁𝑙𝑡 𝑁 2.6 Độ cao hút cho phép: - Theo độ chân không: ℎ𝑠 = 𝑃1 𝛾 𝛾𝑄𝐻 (kW) 1000 𝑁𝑙𝑡 𝛾𝑄𝐻 𝜇 = =𝜇𝐻 𝜇𝐶 𝜇𝑄 1000𝜇 (kW) + ℎ𝑤ℎ + ℎ𝑤𝑑 - Theo tiêu chuẩn tránh xâm thực: ℎ𝑠 ≥ 𝑃𝑎 𝛾 −( 𝑃𝑏ℎ 𝛾 + ∆ℎ + ℎ𝑤ℎ ) 𝑛 ∆ℎ = 10 √𝑄 𝐶 C=800-1000 n vòng/phút Q (m3/s) 3, Xâm thực bơm ly tâm: 3.1Xâm thực bơm ly tâm gì: - Có bạn nghe thấy tiếng máy bơm phát âm vận chuyển đá sỏi chưa? Sự xâm thực nguyên nhân gây tiếng ồn độ rung cao máy bơm - Khi bong bóng tạo bên máy bơm vỡ chúng sau gọi tượng xâm thực Sự va đập bong bóng tạo áp suất cực lớn, phản lực sóng xung kích bên máy bơm điều dẫn đến tiếng ồn độ rung cao bên máy bơm - Khi bong bóng xẹp xuống gần bề mặt cánh, tia áp suất đập vào bề mặt với áp suất khoảng 10.000-15.000 psi điều tạo hố làm xói mịn bề măt cánh bơm Chu trình hình thành vỡ bong bóng khoảng 3/1000 s điều làm hỏng bề mặt cánh bơm vỏ máy bơm - Chúng ta biết chất lỏng sôi bọt bắt đầu xuất chất lỏng Mỗi chất lỏng có nhiệt độ sơi nó, bạn giảm áp suất điểm sôi giảm ngược lại Khi áp suất giảm xuống áp suất chất lỏng, chất lỏng máy bơm bắt đầu sôi tạo bong bóng hơi, bong bóng đạt áp suất cao khu vực bên máy bơm bị vỡ Xâm thực gây hư hỏng bơm 3.2 Nguyên nhân dẫn đến xâm thực bơm ly tâm - Có nguyên nhân dẫn đến xâm thực máy bơm ly tâm: 1, Sự hóa chất lỏng: Nguyên nhân lớn xâm thực Khi áp suất bên giảm xuống áp suất chất lỏng bắt đầu sôi tạo Để loại tránh việc ta phải giữ đủ cột áp cửa hút 2, Việc chất lỏng tuần hoàn trình làm việc, xảy việc xả bị hạn chế: Khi chất lỏng khơng thể khỏi máy bơm, bắt đầu tuần hồn máy bơm điều dẫn đến tăng nhiệt độ chất lỏng tạo bong bóng 3, Sự hỗn loạn (Turbulence) chảy xoáy (Vortex) xảy chất lỏng chảy: Do nhiều nguyên nhân liên quan đến thiết kế hệ thống đường ống Nếu dịng xốy hình thành gần ống hút máy bơm có tác dụng tương tự hóa NPSH thấp 4, Do khơng khí lọt vào q trình chảy chất lỏng: Nếu máy bơm chạy mức bồn thấp áp suất khí có khả khơng khí xâm nhập vào máy bơm Khơng khí tạo xâm thực máy bơm 5, Do khe hở cánh công tác vỏ máy không phù hợp: Nếu khe hở nhỏ, chất lỏng qua với vận tốc lớn dẫn đến tượng xâm thực - Có thể có yếu tố khác nguyên nhân yếu tố đóng góp 3.3Một số vấn đề kèm với xâm thực kéo dài máy bơm: 1, Bơm nước bị rung lắc mạnh, điều làm cho việc bơm nước không ổn định, gãy đế bơm 2, Máy phát tiếng ồn vận chuyển sỏi, đá 3, Hiệu suất máy giảm 4, Giảm lưu lượng cột áp 5, Hư hỏng với cánh cơng tác vỏ máy 6, Rị rỉ phớt làm kín máy bơm 7, Có vấn đề với đồng tâm khớp nối trục bơm động - Xâm thực hay ăn mịn bọt khí tượng xảy thường xuyên đề cập cơng trình nghiên cứu thí nghiệm, chưa quan tâm mức tính tốn lắp đặt vận hành trạm bơm thoát nước mỏ Bơm có dấu hiệu xâm thực phát tiếng ồn, có tượng dao động, tiêu thụ điện bất thường, lưu lượng không ổn định suy giảm Nếu tiếp tục cho máy bơm làm việc, bơm bị phá hỏng Trên bề mặt bánh cơng tác phận dẫn dịng hình thành vết rỗ cuối dẫn tới phá huỷ khí làm cho cơng tác nước hoàn toàn tê liệt, ảnh hưởng trực tiếp tới trình sản xuất mỏ - Khi chất lỏng vào cửa hút bánh công tác, vận tốc dòng chảy tăng nhanh dẫn tới giảm áp suất dòng chất lỏng ( theo định luật Bernoulli) Nếu áp suất giảm xuống thấp, trùng với áp suất bốc chất lỏng nhiệt độ làm việc, chất lỏng bốc tạo bọt khí - Khi vào cánh dẫn bánh công tác, gặp môi trường có áp suất lớn hơn, bọt khí vỡ tạo nên sóng đột ngột phân tử chất lỏng va chạm vào chiếm chỗ bọt khí vừa vỡ Cường độ sóng phụ thuộc vào tốc độ vỡ kích cỡ bọt khí Tốc độ vỡ, kích cỡ bọt khí lớn động độ cao sóng lớn Nếu sóng tác động vào bề mặt tồn lượng sóng truyền vào gây nên phá huỷ mạnh mẽ bề mặt Tồn q trình tạo thành vỡ bọt khí gây phá hoại bánh công tác phận khác máy bơm gọi tượng xâm thực 3.4Phòng ngừa xâm thực máy bơm: – Thứ nhất, tăng áp suất chất lỏng cửa vào máy bơm, dẫn tới tăng NPSHa (khả hút trạm) – khả hút hệ thống máy bơm ống hút, xác định trình thiết kế, xây dựng trạm bơm hay qua thử nghiệm đường ống thực tế Ví dụ: Nếu bơm hút chất lỏng từ bình chứa kín có áp, ta tăng lượng chất lỏng bình tăng áp suất bề mặt chất lỏng – Thứ hai, tăng NPSHa cách giảm nhiệt độ làm việc chất lỏng Khi nhiệt độ làm việc giảm, áp suất bốc chất lỏng giảm dẫn tới độ chênh lệch áp suất bốc áp suất cửa vào tăng tức NPSHa tăng – Thứ ba, giảm tổn thất đường ống hút làm cho NPSHa tăng lên Có nhiều cách giảm tổn thất đường ống: tăng đườg kính ống hút, giảm số lượng hút, giảm chiều dài ống hút – Thứ tư, tăng độ chênh lệch NPSHa NPSHr, giảm NPSHr NPSHr khơng hồn tồn khơng đổi điều kiện vận hành, chế hoạt động bơm Thực tế, NPSHr tăng lên đáng kể lưu lượng tăng Do đó, ta giảm lưu lượng qua bơm cách đóng bớt van xả làm giảm NPSHr NPSHr phụ thuộc vào tốc độ quay bơm Nếu trục bơm có tốc độ quay lớn làm tăng NPSHr Do đó, điều chỉnh tốc độ giảm dẫn đến NPSHr giảm Tuy nhiên lưu lượng cần vào thực tế nhu cầu thoát ta điều chỉnh giới hạn định NPSHr để ngăn chặn xâm thực xác định qua thử nghiệm nhà sản xuất, phụ thuộc vào yếu tố: đường kính cửa vào, biên dạng cánh bánh công tác, lưu lượng chất lỏng, tốc độ vịng quay dạng chất lỏng bơm Thơng thường, nhà sản xuất cung cấp đường cong NPSHr hàm số phụ thuộc Q cho người sử dụng có điều chỉnh lưu lượng – Hơn phải tính tốn lựa chọn máy bơm cho phù hợp với lượng nước yêu cầu cần thoát mỏ Khi chiều cao hình học nước nhỏ khơng nên chọn máy bơm có cột áp lớn Khi vận hành máy bơm thoát nước mỏ phải ý đến thay đổi mực nước bể hút Nếu cần thiết đặt rơle mực nước để điều khiển làm việc máy bơm  _HẾT Mục lục NỘI DUNG I II Xâm thực gì? Hiện tượng xâm thực máy bơm ly tâm Cấu tạo, nguyên lý làm việc bơm ly tâm Các thông số bơm ly tâm Xâm thực bơm ly tâm: 3.1 Xâm thực bơm ly tâm gì? 3.2 Nguyên nhân dẫn đến xâm thực bơm ly tâm 3.3 Một số vấn đề kèm với xâm thực kéo dài máy bơm 3.4 Phòng ngừa xâm thực máy bơm Trang 11 11 12 ... II Xâm thực gì? Hiện tượng xâm thực máy bơm ly tâm Cấu tạo, nguyên lý làm việc bơm ly tâm Các thông số bơm ly tâm Xâm thực bơm ly tâm: 3.1 Xâm thực bơm ly tâm gì? 3.2 Nguyên nhân dẫn đến xâm thực. ..HIỆN TƯỢNG XÂM THỰC TRONG MÁY BƠM LY TÂM I, Xâm thực gì? - Xâm thực nguyên nhân dẫn đến hao mịn, hỏng hóc phận máy móc kim loại Xâm thực thiết bị bơm công nghiệp thường... chuẩn tránh xâm thực: ℎ