khái niệm chung về máy thủy lực

Chương Khái niệm chung 2014 MỤC LỤC KHÁI NI M CHUNG V MÁY TH Y L C 1.1 Khái ni m vƠ phơn loại: 1.1.1 Khái ni m 1.1.2 Phơn loại 1.2 Các thông s c c a máy th y l c: 1.2.1 Cột áp: 1.2.2 Lưu lượng: 1.2.3 Công suất: 1.2.4 Hi u suất: B M VÀ H TH NG 2.1 Khái ni m vƠ phơn loại: 2.1.1 Khái ni m: 2.1.2 Phơn loại: 2.1.3 Phạm vi sử d ng: 12 2.2 Các thông s lƠm vi c c bản: 12 2.2.1 Lưu lượng: 12 2.2.2 Cột áp H (static head): 13 2.2.3 Trở l c c a h th ng: 15 2.2.4 Cột áp tổng: 15 2.2.5 Công suất vƠ hi u suất: 15 2.2.6 Cột áp hút vƠ chi u cao cột áp hút cho phép: 15 2.2.7 Đường đặc tính c a b m vƠ h th ng: 16 2.2.8 Hi n tượng xơm th c: 16 2.3 BƠi tập: 18 Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Chương Khái niệm chung 2014 KHÁI NI M CHUNG VỀ MÁY TH Y L C 1.1 Khái ni m vƠ phơn loại: 1.1.1 Khái niệm - Máy th y khí lƠ máy lƠm vi c cách trao đổi lượng với chất l ng (khí) theo nguyên lỦ th y l c học nói chung vƠ c học mơi chất nói riêng - Trong phạm vi môn học Máy vƠ thi t bị th y khí, vƠ b m quạt máy nén nghiên cứu v loại b m, quạt, máy nén o B m (Pump): lƠ máy dùng để di chuyển dịng mơi chất vƠ tăng lượng c a dịng mơi chất Khi b m lƠm vi c, lượng b m nhận từ động c chuyển hóa thƠnh th năng, động vƠ chừng m c định thƠnh nhi t c a dịng mơi chất o Quạt (Fan): thi t bị di chuyển chất khí với c s gia tăng áp  < 1,15 P < 1500 mmH2O (� = � �à� ) o Quạt cao áp (Blower): lƠm vi c  > 1,15 hay P > 1500 mmH2O, khơng lƠm lạnh nhơn tạo o Máy nén khí (Compressor): lƠm vi c  > 1,15 hay P > 1500 mmH2O, có lƠm lạnh nhơn tạo n i xảy q trình nén khí 1.1.2 Phân loại Ta phơn loại máy th y l c theo: nguyên tắc tác d ng c a máy với dòng mơi chất q trình lƠm vi c, theo tính chất trao đổi lượng vƠ cấu tạo Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Chương Khái niệm chung 2014 Hình 1.1 Phân loại máy thủy lực - Theo nguyên tắc tác d ng c a máy th y l c với dịng mơi chất q trình lƠm vi c: người ta chia máy th y l c thƠnh nhi u loại khác ch y u có hai loại: o Máy th y l c cánh dẫn: vi c trao đổi lượng gi a máy với chất l ng th c hi n lượng th y động c a dòng chảy qua máy o Máy th y l c thể tích: th c hi n trao đổi lượng với chất l ng theo nguyên lỦ nén chất l ng thể tích kín áp suất th y tĩnh - Theo tính chất trao đổi lượng vƠ cấu tạo 1.2 Các thông s c c a máy th y l c: LƠ nh ng s li u kỹ thuật biểu thị khả lƠm vi c vƠ đặc tính lƠm vi c c a máy th y l c bao gồm: cột áp, lưu lượng, công suất vƠ hi u suất lƠm vi c c a máy Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Chương Khái niệm chung 2014 1.2.1 Cột áp: - Hình 1.1 Sơ đồ máy thủy khí hệ thống Năng lượng đ n vị mặt cắt A – A: � = - � + � � + � 2� + Năng lượng đ n vị mặt cắt B – B: � = Trong đó: 2� + P, v: Áp suất vƠ vận t c dòng chảy (N/m2, m/s) e: Năng lượng đ n vị (m) a: H s u chỉnh động g: Kh i lượng riêng c a môi chất (kg/m3) : Trọng lượng riêng c a môi chất (N/m3) - Chênh l ch lượng đ n vị c a dịng mơi chất qua máy th y khí: ∆� ∆� = − + − � + � −� � > 0: Môi chất máy cung cấp lượng: b m, Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Chương Khái niệm chung ∆� 2014 < 0: Máy dịng mơi chất truy n lượng: tua bin Vậy: Cột áp c a máy th y l c lƠ lượng đ n vị c a dịng mơi chất trao đổi với máy th y khí �= − − + + � Cột áp tĩnh: �� = Cột áp động: �đ = � − −� � −� + � − � � Cột áp toƠn phần: H = Ht + Hđ 1.2.2 Lưu lượng: LƠ lượng môi chất chuyển động qua máy đ n vị thời gian + Q: Lưu lượng thể tích (m3/s; m3/h; l/s) + M: Lưu lượng kh i lượng: M = .Q (kg/s; kg/h) + G: Lưu lượng trọng lượng (N/s; N/h; kG/s) G = .Q = .g.Q = g.M 1.2.3 Công suất: Công suất th y l c: Ntl (W) lƠ c dòng chất l ng trao đổi với máy th y l c đ n vị thời gian Ntl = G.H = .Q.H Công suất làm vi c: N (W) công suất tr c máy máy làm vi c - B m: N > Ntl - �= �� � = � .� � Động c th y l c: N < Ntl N = .Ntl = ..Q.H Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Chương Khái niệm chung 2014 1.2.4 Hiệu suất: Hi u suất c a máy th y l c,  dùng để đánh giá tổn thất lượng trình trao đổi lượng với dịng mơi chất � = �� � ; �4 = � �� Trong u ki n lƠm vi c, hi u suất ph thuộc nhi u y u t máy, kích thước máy cấu tạo, loại môi chất, ch độ làm vi c, đặc tính làm vi c Để đánh giá hi u lượng c a h th ng chung gồm có máy vƠ động c tư ng ứng, người ta sử d ng hi u suất c a h th ng tl �ℎ� = �� �44 NĐĐ: công suất n để khởi động động c - Để tính hi u suất chung c a máy th y l c, thường đánh giá thông qua dạng tổn thất  Tổn thất cột áp c a dịng mơi chất chảy qua máy (tổn thất th y l c) đánh giá hi u suất th y l c (hi u suất cột áp); H  Tổn thất ma sát c a phận c khí máy th y l c (tổn thất c khí), đánh giá hi u suất c khí; ck  Tổn thất rị rỉ mơi chất lƠm lưu lượng làm vi c c a máy gọi tổn thất lưu lượng, đánh giá hi u suất lưu lượng; Q Hi u suất chung c a máy th y l c:  = H.Q.ck Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Chương Khái niệm chung 2014 B M VÀ H TH NG Khái ni m vƠ phơn loại: 2.1 2.1.1 Khái niệm: B m lƠ máy để tạo dịng chất l ng chuyển động Nói cách khác b m lƠ máy lƠ dùng để di chuyển chất l ng vƠ tăng lượng c a dòng chất l ng LƠ máy th y l c dùng để bi n đổi c c a động c thƠnh lượng để vận chuyển chất l ng tạo nên áp suất cần thi t h th ng truy n dẫn th y l c B m nhầm vận chuyển chất l ng từ nguồn đ n n i sử d ng Vận chuyển chất l ng vòng c a h th ng B m sử d ng 20% lượng n c a th giới Và chi m từ 25 – 50 % lượng n ngƠnh công nghi p Các thƠnh phần c a h th ng b m gồm có: - B m - Nguồn động l c - H đường ng - H van nhằm u chỉnh lưu lượng, - Các co n i, u khiển vƠ đo đạc Thi t bị đầu cu i: - Thi t bị trao đổi nhi t, thùng chứa, h th ng th y l c, máy công tác… Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Chương Khái niệm chung 2014 Hình 2.1 Bơm hệ thống 2.1.2 Phân loại: Người ta phơn loại b m theo nguyên lỦ lƠm vi c vƠ cấu tạo, theo công d ng, vƠ theo cột áp vƠ lưu lượng - Theo nguyên lý làm vi c cấu tạo ta có b m cánh dẫn, b m thể tích, b m phun tia - Theo cơng d ng: b m cấp nước nồi h i, b m dầu, b m nhiên li u, b m cứu h a vƠ b m hóa chất - Theo phạm vi cột áp ta có: cột áp cao, thấp trung bình - Theo lưu lượng ta có: lưu lượng lớn, nh trung bình Có h th ng phơn loại c h n, d a vƠo lượng tác động vƠo lưu chất Ta có hai loại chính: động (dynamic) vƠ thể tích (displacement) Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Chương Khái niệm chung 2014 Hình 2.2 Phân loại bơm - Dynamic ta có nh ng loại chính: Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Chương Khái niệm chung a/ Bơm ly tâm 2014 b/ Bơm hướng trục Hình 2.3 Hai loại máy thủy lực động học - Displacement ta có nh ng loại chính: a/ Bơm piston b/ Bơm rotor Hình 2.4 Hai loại bơm thể tích NgoƠi cịn có loại b m khác: Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 10 Chương Khái niệm chung a/ Bơm Jet 2014 b/ Bơm thủy lực Hình 2.5 Các loại bơm khác Có ba loại b m sử d ng rộng rãi gồm: ly tơm, hướng tr c vƠ piston Hình 2.6 Các loại khác bơm nước Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 11 Chương Khái niệm chung 2.1.3 2014 Phạm vi sử dụng: B m sử d ng rộng rãi nhi u lĩnh v c kể đ n như: - Trong nơng nghi p: th y lợi hóa, chăn ni, trồng trọt,… - Trong cơng nghi p: khai thác m , dầu khí, cơng trình xây lắp… - Trong kỹ thuật vận chuyển: khai thác m hóa chất, vật li u xây d ng,… - Ch tạo máy: h th ng u khiển truy n động th y l c,… Các thông s lƠm vi c c bản: 2.2 B m lƠm vi c h th ng đường ng B m có năm thơng s lƠm vi c c Bao gồm: lưu lượng, cột áp, công suất, hi u suất vƠ cột áp hút cho phép Hình 2.7 Các thơng số làm việc bơm 2.2.1 - Lưu lượng: LƠ lượng chất l ng b m vận chuyển đ n vị thời gian Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 12 Chương Khái niệm chung - 2014 Được xác định d ng c trung bình lắp ng đẩy ng Venturi, lưu lượng k kiểu màng chắn d ng c đo trung bình thùng lường đặt cu i ng đẩy Chỉ xác định giá trị trung bình lưu lượng đ n vị thời gian Cột áp H (static head): 2.2.2 - Cột áp hút: chi u cao cột hút từ mặt thoáng đ n tâm c a b m - Cột áp đơy: chi u cao thẳng đứng từ tơm b m đ n mặt thóang c a n i đ n - LƠ lượng đ n vị mƠ b m truy n cho chất l ng H = era - evào = e3 - era = = ℎ + + − � + � + + − 2� 2� − ℎ + � + 2� P2 P3 áp suất t đ i: P2 = Pa - Pck P3 = Pa + Pak Cơng thức tính cột áp c a b m: �= + + � + − 2� Trong h th ng b m coi h s động α = 1, dịng chảy h th ng b m có ti t di n nh , vƠ vận t c lướn thường lƠ chảy r i N u đường kính ng hút vƠ ng đẩy nhau, khơng trích lưu lượng đường ng đẩy (v3 = v2), y b qua � = CK k + � ; xác định trị s AK vƠ Khi s li u đo c a b m lƠm vi c: Pak; Pck,…mƠ có s li u yêu cầu c a h th ng ta tính cách vi t phư ng trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 2-2; 3-3 4-4: Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 13 Chương Khái niệm chung � + Hay: 2� � = = ℎ � e1 = e2 + hwt + + � 2� + − 2� +ℎ ℎ + ℎ 2� 2014 +ℎ ℎ Với hwh: tổn thất lượng ng hút (m) N u P1 = Pa, v1 nh P2 < Pa P2 đo chân không k Tư ng t phư ng trình Bernoulli cho mặt cắt 3-3 mặt cắt 4-4 � � + = 2� � = + 2� + − � Hầu h t th c ti n: + 2� 2� ≪ + +ℎ 2� +ℎ + 2� +ℎ P3 > P4 P4 = Pa => P3 > Pa P3 đo áp k e3 = e4 + hwd Phư ng trình cột áp: H = e – e2 = + − � + − 2� +ℎ Vậy cột áp yêu cầu c a b m dùng để khắc ph c: + Chênh l ch hình học gi a mặt thoáng bể chứa bể hút, gọi lƠ độ cao dâng z + Độ chênh áp suất mặt thoáng bể chứa bể hút: + Độ chênh động gi a bể hút bể chứa: − − � 2� + Tổn thất lượng h th ng đường ng - Cột áp c a b m lƠm vi c h th ng lƠ cột áp c a h th ng �� = + − �� = 2� − + ℎ : cột áp động c a h th ng, thay đổi theo lưu lượng c a h � : cột áp tĩnh c a h th ng, không đổi đ n vị h th ng cho trước th ng Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 14 Chương Khái niệm chung 2014 Cột áp = cột áp tĩnh + cột áp động Biểu di n đồ thị phư ng trình cột áp c a h th ng ta có đường cong biểu thị đặc tính lƠm vi c c a h th ng (đường đặc tính c a h th ng, đường đặc tính lưới) Trở lực hệ thống: 2.2.3 Trở l c c a đường ng vƠ khớp n i: ph thuộc cở ng, lọai ng, lọai khớp n i, lưu lượng, vƠ chất c a chất l ng (xem thêm TLTK); vƠ c a thi t bị đầu cu i Cột áp tổng: 2.2.4 Cột áp tổng cột áp cộng trở l c c a h th ng Công suất hiệu suất: 2.2.5 Xem m c: 1.2.3 vƠ 1.2.4 phần Khái ni m chung v máy th y l c Cột áp hút chiều cao cột áp hút cho phép: 2.2.6 Khả lƠm vi c c a b m ph thuộc nhi u vƠo trình hút c a b m Trong trình b m hút chất l ng, bánh công tác phải tạo độ chênh áp định gi a cửa hút c a b m vƠ mặt thoáng c a bể hút Độ chênh áp gọi cột áp hút c a b m, nhờ đó, chất l ng chảy từ bể vƠo b m �ℎ = − �ℎ = − � N u P1 = Pa �ℎ = � � = � = ℎ + 2� +ℎ − � Cột áp hút c a b m dùng để khắc ph c chi u cao hút zh, tổn thất ng hút tạo động cần thi t 2� ; tùy thuộc vƠo trị s áp suất mặt thoáng c a bể hút, áp suất nƠy ln có trị định Mà P1 = Pa Hhmax = (P2 = 0) Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 15 Chương Khái niệm chung �ℎ � =�� � = � Đi u ki n làm vi c c a b m: �ℎ = ℎ + 2� = +ℎ < � � 2014 mH20 � Th c t cột áp hút c a b m P1 = Pa không đạt đ n 10 mH20 áp suất cửa c a b m giảm đ n mức nƠo áp suất h i bão hịa c a chất l ng nhi t độ lƠm vi c, gơy hi n tượng xơm th c (ăn mòn) bên b m/ 2.2.7 - - Đường đặc tính bơm hệ thống: Đường đặc tính c a b m: Đường đặc tính b m: mơ tả m i quan h c a Q với H, N, hi u suất BEP Tùy lọai b m đường đặc tính nằm ngang d c Điểm làm vi c c a b m: (POP) lưu lượng ứng với cột áp nƠo đó, giao điểm gi a đường đặc tính b m vƠ đường đặc tính h th ng Hình 2.8 Đường đặc tính điểm làm việc bơm 2.2.8 Hiện tượng xâm thực: Khi chất l ng nhi t độ định sôi vƠ b c h i bão hòa áp suất tư ng ứng Áp suất nƠy gọi lƠ áp suất h i bão hòa Pbh Bảng 2.1 Áp suất bão hòa nước ToC 10 20 30 Pbh/, m 0,06 0,12 0,24 0,48 40 60 80 100 120 0,75 2,03 4,83 10,33 20,2 Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 16 Chương Khái niệm chung 2014 Như vậy, nhi t độ nƠo đó, áp suất chất l ng Pbh chất l ng sơi, tạo nên nhi u bọt khí dịng chảy Các bọt khí nƠy bị cu n vƠo nh ng vùng áp suất lớn h n Pbh, ngưng t đột ngột thƠnh giọt chất l ng (vl ≪ vk) Do đó, dịng chảy xuất hi n nh ng khoảng tr ng c c bộ, nh ng phần tử chất l ng xung quanh trƠn đ n với vận t c lớn, áp suất đơy tăng lên cao, (> 1000 atm) Áp suất c c nƠy lƠm rỗ b mặt kim loại, phá h ng phận lƠm vi c c a máy Đơy gọi lƠ hi n tượng xơm l c, thường xảy máy th y l c có áp suất nh , nhi t độ cao Khi hi n tượng nƠy xảy ra, dòng chảy bị gián đoạn, gơy ti ng động bất thường vƠ máy bị rung nhi u, lưu lượng, cột áp vƠ hi u suất c a máy giảm đột ngột Hi n tượng kéo dài làm phận làm vi c c a máy bị phá h ng Để tránh hi n tượng thì: � > � ℎ Đ i với loại b m sản xuất, tƠi li u kỹ thuật đ u ghi rõ cột áp chân không cho phép [Hck] ứng với Pa = at t = 20oC Đi u ki n để b m đ khả hút: �ℎ = ℎ + 2� [� � ] +ℎ Chi u cao hút cho phép c a b m lƠ: [ ℎ ] = [� � ] − 2� −ℎ N u khơng có giá trị [Hck] [zh] phải tính theo u ki n không xảy hi n tượng xâm th c Đi u ki n để không xảy hi n tượng xâm th c cột áp toàn phần cửa vào c a b m, n i có áp suất nh nhất, nguy hiểm nhất, phải lớn h n áp suất h i bão hòa nhi t độ làm vi c � + 2� � ℎ + ∆ℎ Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 17 Chương Khái niệm chung 2014 h: Cột áp ch ng xâm th c Mặt khác: � + 2� Suy ra: [ ℎ ] = = � � ℎ − − ℎ � −ℎ ℎ + ∆ℎ + ℎ h: Xác định th c nghi m, ph thuộc vƠo s vòng quay vƠ lưu lượng c a b m Theo Rut nhep ta có: ∆ℎ Trong đó: √ − n: T c độ quay bánh công tác (vg/ph) Q: Lưu lượng (m3/s) C: H s ph thuộc vƠo đặc điểm k t cấu c a b m, có giá trị thay đổi khoảng 800 ÷ 1000 C cƠng lớn u ki n ch ng xơm th c cƠng t t 2.3 BƠi tập: BT 01: Đọc tƠi li u 1, Chư ng vƠ Tóm tắt dạng đầu dòng Đặt cơu h i, kèm trả lời gợi Ủ BT 02: Đọc bƠi giảng vƠ đặt cơu h i kèm theo trả lời Đơy lƠ bƠi để nhắc, bƠi tập sau đ u có bƠi tập nƠy BT 03 LƠm bƠi tập sau: BT 03.1 Một b m nước đặt cách bể hút A với độ cao hút zh = 1,36 m H s tổn thất đường ng hút  = (Hình 2.9) Tính thơng s c a b m: lưu lượng, cột áp công suất tr c Bi t áp suất dư cửa c a b m � � = , m chân không cửa vào b m Hck = m; đường kính ng hút đẩy D1 = 300 mm, D2 = 200 mm; hi u suất c a b m η = 76% Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 18 Chương Khái niệm chung 2014 Hình 2.9 Hình 2.10 BT 03.2 B m ly tâm đặt với độ cao hút [zh]= 3, 795 m, tổn thất ng hút hwh = 1,505 m Áp suất toƠn phần mi ng � � + 2� = , m (Hình 2.10) Xác định cột áp c a b m vƠ tổn thất đường ng đẩy Bi t độ cao gi a bể chứa HT = 68m; đường kính ng hút vƠ đường kính ng đẩy BT 04: Tìm tƠi li u với từ khóa: “Centrifugal pump” Vi t lại theo dạng tƠi li u tham khảo, tóm tắt nội dung Nguy n Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 19