BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG THỦY LỰC 1 - Bài 1 Đặc tính bơm bánh răng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG - - BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG THỦY LỰC - Bài 1: Đặc tính bơm bánh Thí nghiệm Kỹ thuật Hàng Khơng GVHD: Đặng Trung Duẩn Lớp: VL01 Sinh viên thực Mã số sinh viên Ngô Anh Quyền 1914883 Trần Công Phong 1914638 Nguyễn Văn Công 1912807 Lương Xuân Hiếu 1913337 Huỳnh Quốc Huy 1913509 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lưu chất 2.2 Thủy động 2.3 Phương trình dịng chảy liên tục 2.4 Phương trình Bernoulli 2.5 Nguyên lý chuyển đổi lượng .3 2.6 Hệ thống thủy lực 2.7 Nguyên lý hoạt động hệ thống thủy lực 2.8 Nguyên lý làm việc bơm bánh TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG .5 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM XỬ LÝ SỐ LIỆU 10 NHẬN XÉT 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO 14 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Dịng chuyển động liên tục Hình Dịng chuyển động Hình Nguyên lý hoạt động hệ thống thủy lực Hình Bơm bánh Hình Sơ đồ nối ống thiết bị đặc tính bơm Hình Các thiết bị thực tế Hình Đường đặc tính bơm .12 Hình Đường đặc tính lý thuyết bơm 13 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Số liệu thí nghiệm 11 Bảng 2: Lưu lượng trung bình sai số 11 Bảng 3: Tổng hợp kết tính toán 13 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM - Đọc lắp đặt sơ đồ thí nghiệm giá - Tìm đường đặc tính máy bơm (đồ thị lưu lượng Q – áp suất P) thực nghiệm - Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến kết đo (độ nhớt, nhiệt độ…) CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lưu chất Lưu chất chia làm hai loại: chất khí (có tính nén cao), chất lỏng (ít bị nén) Trong q trình dịch chuyển hay chuyển động lưu chất, lực liên kết phân tử lưu chất tạo lực cản trở chuyển động Ta gọi đặc tính lưu chất tính nhớt Từ đặc tính nhớt, ta có khái niệm “lưu chất lý tưởng”, “lưu chất thực” Lưu chất lý tưởng lưu chất mà phần tử lưu chất dịch chuyển khơng có lực cản phân tử với phân tử khác Lưu chất thực lưu chất mà phân tử lưu chất trượt phân tử phân tử khác với lực cản xác định Tất lưu chất mà sử dụng lưu chất thực, cần phải quan tâm đến đặc tính nhớt chúng chúng chuyển động 2.2 Thủy động Thủy động nghiên cứu đặc tính lưu chất q trình chuyển động Một lưu chất chuyển động đặc trưng áp suất lưu lượng Hiển nhiên lực cản bên xuất có khác vận tốc lớp phân tử lưu chất ảnh hưởng tính nhớt 2.3 Phương trình dịng chảy liên tục Lưu lượng (Q) chảy đường ống từ vị trí (1) đến vị trí (2) khơng đổi (const) Lưu lượng Q chất lỏng qua mặt cắt A ống tồn ống (điều kiện liên tục) Hình Dịng chuyển động liên tục Ta có phương trình dịng chảy sau: (4) Với vận tốc chảy trung bình qua mặt cắt có tiết diện A Nếu tiết diện chảy hình trịn ta có: Trong đó: Q [m3/s], v [m/s], A [m2], d [m] lưu lượng dòng chảy, vận tốc dòng chảy, tiết diện dịng chảy đường kính ống 2.4 Phương trình Bernoulli Áp suất điểm chất lỏng chảy: Hình Dịng chuyển động (5) Trong đó: áp suất thủy tĩnh : áp suất thủy động : trọng lượng riêng 2.5 Nguyên lý chuyển đổi lượng Bơm dầu: cấu biến đổi lượng, dùng để biến thành lượng dầu (dòng chất lỏng) Trong hệ thống dầu ép thường dùng bơm thể tích, tức loại bơm thực việc biến đổi lượng cách thay đổi thể tích buồng làm việc, thể tích buồng làm việc tăng, bơm hút dầu, thực chu kỳ hút thể tích buồng giảm, bơm đẩy dầu thực chu kỳ nén Tùy thuộc vào lượng dầu bơm đẩy chu kỳ làm việc, ta phân hai loại bơm thể tích:  Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt bơm cố định  Bơm có lưu lượng điều chỉnh, gọi tắt bơm điều chỉnh Những thông số bơm lưu lượng áp suất 2.6 Hệ thống thủy lực Hệ thống thủy lực cơng nghệ truyền động chất lỏng sử dụng để di chuyển lượng từ động điện đến thiết bị truyền động, chẳng hạn xi lanh thủy lực Hệ thống thủy lực tạo thành từ nhiều phận: - Bình chứa chất lỏng thủy lực Bơm thủy lực di chuyển chất lỏng hệ thống chuyển đổi lượng học chuyển động thành lượng chất lỏng thủy lực - Động điện cung cấp lượng cho bơm thủy lực - Các van kiểm sốt dịng chảy chất lỏng giảm áp suất mức khỏi hệ thống cần - Xi lanh thủy lực chuyển đổi lượng thủy lực trở lại thành 2.7 Nguyên lý hoạt động hệ thống thủy lực Hệ thống thủy lực dạng truyền động dùng dầu thủy lực tạo áp lực sử dụng nhiều ngành chế tạo máy, giới, hàng không, tàu thủy ứng dụng khác công nghiệp lắp ráp Trong hệ thống thủy lực, chất lỏng có áp suất đóng vai trị trung gian truyền lực chuyển động cho cấu chấp hành Quá trình biến đổi truyền tải lượng mô tả sơ đồ đây: Hình Nguyên lý hoạt động hệ thống thủy lực 2.8 Nguyên lý làm việc bơm bánh Hình Bơm bánh Nguyên lý làm việc bơm bánh thay đổi thể tích: thể tích buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực chu kỳ hút; nén thể tích giảm, bơm đẩy dầu buồng B, thực chu kỳ nén Nếu đường dầu bị đẩy ta đặt vật cản (ví dụ van), dầu bị chặn tạo nên áp suất định phụ thuộc vào độ lớn sức cản kết cấu bơm TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Bơm thủy lực có tác dụng chuyển bơm thành áp Các đặc tính chung bơm là: lưu lượng, áp suất, hiệu suất, tốc độ quay bơm, độ nhớt… Loại bơm dùng thí nghiệm bơm bánh ngồi (External gear pump), loại bơm có lưu lượng số tốc độ quay xác định Nhưng thực tế, đường đặc tính lưu lượng có giảm chút chênh lệch áp suất miệng hút đầu bơm (gây mát lưu lượng) Bài thí nghiệm sử dụng thiết bị: - Van tiết lưu DF2 - Đồng hồ đo áp - Đồng hồ bấm Vì thiết bị thí nghiệm khơng có cảm biến đo trực tiếp lưu lượng nên phải tính gián tiếp thời gian bơm thể tích định thơng qua bình thể tích CÁC BƯỚC THỰC HIỆN Hình Sơ đồ nối ống thiết bị đặc tính bơm Hình Các thiết bị thực tế Bước 1: Điều chỉnh van tiết lưu Bước 2: Bấm nút khởi động máy bơm, tiến hành bấm đồng hồ đo thời gain khoảng mực dầu bình đo thể tích từ 0.5 lít đến 2.5 lít Đọc đồng hồ đo áp suất Bước 3: Tắt bơm, mở khóa để xả dầu Bước 4: Lặp lại thí nghiệm với vị trí van tiết lưu khác 10 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM Từ kết đo được, ta tính tốn giá trị sau: Lưu lượng bơm: (8) Lưu lượng trung bình: (9) Thời gian trung bình: (10) Sai số tuyệt đối lần đo thời gian: (11) Sai số tuyệt đối trung bình thời gian (Sai số ngẫu nhiên): (12) Sai số tuyệt đối phép đo thời gian: (13) Với: : sai số hệ thống : sai số người 11 Sai số lưu lượng: (14) Với: Bảng 1: Số liệu thí nghiệm Áp suất (Mpa) 2.4 2.6 2.8 3.2 3.4 3.6 3.8 Thời gian (s) Lần 12.235 11.975 11.915 12.03 12.185 12.14 13.71 16.955 26.405 Lần 11.955 12.005 11.83 11.925 12.105 12.255 13.595 16.85 25.79 Lần 11.85 11.995 12.105 12.025 12.04 12.35 13.525 16.605 26.34 Lần 11.915 11.895 11.98 12.025 12.07 12.34 13.71 16.49 26.59 Lần 12.085 12.125 12.025 12.005 12.175 12.36 13.39 16.825 26.095 Lần 12.065 11.96 11.86 12.09 12.09 12.43 13.65 16.875 26.06 12 Bảng 2: Lưu lượng trung bình sai số 16.76667 26.21333 60.02917 3.8 0.089463 0.057223 4.2 0.024988 Lưu Delta t Delta t Delta t lượng trung hệ thống trung bình (s) (s) người (s) bình (l/s) 0.124818 0.125078 0.125497 0.124827 0.110833 0.049167 0.084167 0.034444 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.1 0.1 0.1 0.1 XỬ LÝ SỐ LIỆU Các số liệu đo mức van bảng mẫu gồm lần đo Để xác định lưu lượng trung bình mức van, ta sử dụng phương pháp ước lượng khoảng trung bình tổng thể Với độ tin cậy 95% suy , ta có: Trong đó: : độ xác : độ lệch chuẩn : kích thước mẫu (6 lần đo) Độ lệch chuẩn tính theo cơng thức: 13 Từ cơng thức trên, ta ước lượng lưu lượng trung bình tổng thể với độ tin cậy 95% Ta có bảng tổng hợp sau: Bảng 3: Tổng hợp kết tính tốn 12.085 12.125 12.025 12.005 12.065 11.96 11.86 12.09 tgtb (s) 12.0175 11.9925 11.9525 12.0166666666667 lưu lượng tb (l/s) 0.1248179738 0.1250781739 0.125496758 0.124826629680999 Lưu lượng trung bình (l/s) 12.0175 0.1248179738 11.9925 0.1250781739 11.9525 0.125496758 12.0166666667 0.1248266297 12.1108333333 0.1238560517 Mức áp Thời gian suất (Mpa) trung bình (s) 2.4 2.6 2.8 3.2 Độ lệch chuẩn Lưu lượng trung Độ xác S bình tổng thể (l/s) 0.001438225 0.000785609 0.0010915954 0.0005554827 0.0005916201 0.001508983 (0.123309; 0.126327) 0.000824259 (0.124254; 0.125902) 0.0011453 (0.124351; 0.126642) 0.000582811 (0.124244; 0.125409) 0.000620727 (0.123235; 0.124477) Ta có đồ thị đường đặc tính bơm: Hình Đường đặc tính bơm 14 NHẬN XÉT Hình Đường đặc tính lý thuyết bơm Từ đồ thị lưu lượng theo áp suất, ta thấy tương đồng với đường đặc tính bơm: Đường đặc tính bơm đồ thị lưu lượng đường cong có xu hướng giảm dần Tuy nhiên, đồ thị lưu lượng lại giảm mạnh từ áp suất 3.4 đến 4.2 MPa tạo nên độ dốc lớn khác với đường lý thuyết bơm Khi áp suất tăng lưu lượng giảm, lưu lượng không giảm Khi hoạt động áp suất thấp hay tốc độ thấp, bơm bánh bị rị rỉ nhiều dẫn đến hoạt động khơng hiệu Trong khoảng áp suất từ 2.4 Mpa đến 3.4 Mpa lưu lượng thay đổi khơng đáng kể, mức chênh lệch Cịn khoảng áp suất từ 3.4 Mpa đến 4.2 Mpa lưu lượng giảm mạnh Nguyên nhân tượng này: - Trong hệ thống thí nghiệm có phận van an tồn Khoảng áp suất từ 3.4 Mpa đến 4.2 Mpa van an tồn mở, dịng chảy lưu lượng khơng hồn tồn vào bình đo mà phần qua van an toàn lại bình chứa Vì lưu lượng vào bình chứa hẳn so với khoảng áp suất từ 2.4 Mpa đến 3.4 Mpa - Còn khoảng áp suất từ 2.4 Mpa đến 3.4 Mpa van an tồn đóng, dịng chảy lưu lượng hồn tồn vào bình đo khơng qua van an tồn 15 lại bình chứa ban đầu nên số lưu lượng hẳn so với khoảng áp suất từ 3.4 Mpa đến 4.2 Mpa - Lưu lượng có xu hướng giảm mức áp suất lớn môi chất lỏng bị nén ép áp suất lớn từ dẫn đến việc sụt giảm lưu lượng bơm - Tổn thất xảy tổn thất ma sát, tổn thất việc rị rỉ mơi chất lỏng… Sai số từ thí nghiệm: sai số dụng cụ thí nghiệm, sai số làm trịn bước tính toán, sai số việc thực hành bấm đồng hồ đo thời gian… 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ mơn Kỹ thuật Hàng khơng (2016), Tài liệu thí nghiệm kỹ thuật hàng không 1, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Khoa Kỹ thuật Giao thơng, TP Hồ Chí Minh Bruce R Munson, Theodore H Okiishi, Wade W Huebsch & Alric P Rothmayer, Fundamentals of Fluid Mechanics, John Wiley & Sons Inc 17 ... 12 .10 5 12 .255 13 .595 16 .85 25.79 Lần 11 .85 11 .995 12 .10 5 12 .025 12 .04 12 .35 13 .525 16 .605 26.34 Lần 11 . 915 11 .895 11 .98 12 .025 12 .07 12 .34 13 . 71 16.49 26.59 Lần 12 .085 12 .12 5 12 .025 12 .005 12 .17 5 12 .36... (14 ) Với: Bảng 1: Số liệu thí nghiệm Áp suất (Mpa) 2.4 2.6 2.8 3.2 3.4 3.6 3.8 Thời gian (s) Lần 12 .235 11 .975 11 . 915 12 .03 12 .18 5 12 .14 13 . 71 16.955 26.405 Lần 11 .955 12 .005 11 .83 11 .925 12 .10 5... 12 .065 11 .96 11 .86 12 .09 tgtb (s) 12 . 017 5 11 .9925 11 .9525 12 . 016 6666666667 lưu lượng tb (l/s) 0 .12 4 817 9738 0 .12 507 817 39 0 .12 5496758 0 .12 4826629680999 Lưu lượng trung bình (l/s) 12 . 017 5 0 .12 4 817 9738