Giáo trình thực hành máy và quá trình thiết bị phần 2

Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị BÀI 7.A QUẠT LY TÂM I MỤC ĐÍCH Khảo sát khảnă ng vàchếđộhoạ t động quạ t ly tâ m Nguyê n cư ùu xâ y dư ï ng đư ng đặ c tuyế n thư ï c vàđư ng đặ c tuyế n ố ng dẫn quạ t ly tâ m Xác định lư u lư ợ ng, cô ng suấ t, hiệu suấ t m việc quạ t II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Quạ t ly tâ m dù ng đểvận chuyể n khí hoặ c khô ng khí có áp suấ t chung không vư ợ t 1500mmHg Quạ t tạ o hiệu sốáp suấ t đểthắ ng áp lư ï c vận tố c vàtrở lư ï c Hiệu sốáp suấ t rấ t nhỏ cỡvà i milimet cột nư ớc Theo nguyê n lýngư i ta phân chia quạ t m loạ i: quạ t ly tâ m vàquạ t hư ớng trụ c Nguyên tắc, cấu tạo quạt ly tâm Quạ t ly tâ m m việc theo nguyê n tắ c: roto quay, áp suấ t tạ i tâ m quạ t nhỏ, khô ng khí hoặ c khí o tâ m quạ t vàđư ợ c cấ p thê m nă ng lư ợ ng nhờvà o lư ïc ly tâ m Quạ t cấ u tạ o gồm chi tiế t: Roto, thâ n quạ t, trụ c quạ t, giáquạ t Áp suất quạt Á p suấ t n phần quạ t tạ o đểthắ ng trởlư ï c ố ng hút vàđẩ y (áp suấtđộng họ c), áp suấ t thủy tónh cột khí (áp suấ t tónh họ c) (1) H H H t hay d (2) P  Pt  Pd Trong đó: H t : áp suấttónh học H d :áp suấtđộng học (m cột khí) (m cột khí) Tư ơng tư ïnhư phần bơm ly tâ m ta có: H t  H t ,h  H t ,d (3) Hd  v2 2.g (4) H P (5)  kk g 44 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị Trong đó: t châ n khô ng hút (m) H t , h : áp suấ t đẩ y H t , d : áp suấ (m) : vận tố c khí khỏi quạ t (m/s) i lư ợ ng riê ng khô ng khí (kg/m3) kk : khố v Gía trịáp suấ t n phần: H  H t , h  H t d  v2 g (6)  Nế u quạ t hút trư ï c tiế p tư økhí quyể n, khô ng lắ p ố ng hút H t , h   Nế u quạ t khô ng gắ n ố ng đẩ y hoặ c ố ng đẩ y ngắ n so với ố ng hút H t ,d   Nế u quạ t khô ng gắ n ố ng hút lẫn ố ng đẩ y (quạ t khô ng áp) H t ,h  H t ,d  Lưu lượng, công suất, hiệu suất quạt ly tâm Ơ Ûđâ y ta xem sư ïbiế n đổ i khố i lư ợ ng riê ng khô ng khí làkhô ng đáng kể đócô ng suấ t quạ t đư ợ c xác định theo cô ng thư ùc sau N Trong đó:  kk Q.H 1000. (kW) (7) ng khí đư ợ c hút o.(m /s) Q : lư u lư ợ Q  v A (8) t diện đư ng ố ng (m ) A: tieá A   d2 (9) d : đư ờng kính ống dẩn  : hiệu suấtcủa quạt Đường đặc tuyến làm việc thực quạt Đư ng đặ c tuyế n m việc thư ï c quạ t đư ợ c sư ûdụ ng trê n kế t qủa qúa trình thư û quạ t, mụ c đích thư ûquạ t làđểxác định thô ng số : lư u lư ợ ng Q (m3/s), áp suấttoà n phần vàcô ng suấ t ùng với vò ng quay khô ng đổ i Đặc tuyến ống dẫn (còn gọi đặc tuyến hệ thống ống ráp vào quạt) Tư øphư ơng trình Bernoully viế t cho hai mặ t cắ t bấ t kỳ(1-1) và(2-2): Z1  P1 v2 P v2   Z     h12  g 2.g  g 2.g Tư øđóta chuyể n vềdạ ng sau: H  C  k Q ( 10 ) ( 11 ) 45 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị Trong đó: C p2  p1  ( z2  z1 )  g ( 12 ) l  16  k        d   d g  ( 13 ) p suaá t đầu o vàđầu ố ng dẫn p1, p2 : o vàđầu ố ng dẫn z1, z2 : chiều cao đầu v1,v2 : vận tốc chấtlỏng tạihai đầu ống (xem v = v1 = v2) n thấ t ma sát đư ng oá ng  h12 : toå l  v2   h1        d  g  ( 14 ) ng hệsốtrởlư ï c cụ c bộtrong ố ng   : tổ  : hệsốma sát l, d : chiều dàivàđư ờng kính ống Như vậy, đư ng cong biể u diễn mố i quan hệ H0 – Q theo cô ng thư ùc trê n đư ợc gọ i làđặ c tuyế n ố ng dẫn Điểm làm việc quạt Giao điể m hai đư ôø ng cong ( C+k.Q ) vaø(H – Q) tạ i điể m A điểm đóđư ợ c gọ i làđiể m m việc quạ t Ho - Q H-Q A Hình 1: Đặc tuyến đường ống quạt ly tâm III THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Sơ đồthí nghiệm hình vẽtrình bà y phần sau 46 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị IV PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 1) Mởcầu dao, cho nguồn điện o (khi đóđè n nguồn cháy sáng) 2) Nhấ n nút bậc quạt, sau đểquạ t hoạ t động ổ n định thờ i gian (khoảng đế n phút) tiế n hà nh thí nghiệm Chúýtrư ớc bậc quạ t phải bảo đảm van điều chỉnh lư u lư ợ ng luô n mở 3) Điều chỉnh van đểthay đổ i lư u lư ợ ng với giá trị khác vàđọ c kếtqủa đo Trong suố t quátrình m thí nghiệm phải chúýkhi đè n quátải chiế u sáng phải tắtquạ t Vệsinh tắ t điện sau m xong thí nghiệm V PHÚC TRÌNH Kết qủa đo Ghi lạ i kế t qủa đo vàsuy tính theo mẫu sau: Bảng 1: Kế t quảđo Thí nghiệm Á p suấ t m việc Pt P Bảng 2: Tính toán lư u lư ợ ng vàđư ng đặ c tuyế n quạ t Thí nghiệm Pd Hd 47 Vận tố c (m/s) Lư u lư ợ ng (m /s) Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị Bảng 3: Đư ởng đặ c tuyế n ố ng dẫn Thí nghiệm Lư u lư ợ ng (m /s) Tổ n thấ t p suấ t ố ng dẫn Đồ thị kết qủa suy tính Vẽđồthịđặ c tuyế n quạ t với đư ng quan hệ:  Đư ng quan hệ áp suấ t n phần vàlư u lư ợ ng (H – Q) – đư ng đặ c tuyế n m việc quạ t  Đư ng quan hệtổ n thấ t áp suấ t đư ng ố ng vàlư u lư ợ ng (H0 – Q) – đư ng đặ c tuyế n ố ng dẫn  Xác định điể m m việc vàcô ng suấ t thư ï c quạ t Bàn luận  Nhận xét sư ïmố i quan hệgiư õa áp suấ t n phần quạ t với lư u lư ợ ng  Đư ng đặ c tuyế n quạ t cóýnghóa quátrình m việc quạ t  Đáng giá sư ïkhác biệt giư õa đư ng đặ c tuyế n thư ï c vàđư ng đặ c tuyế n lý thuyế t quạ t Số liệu tính toán  Đư ng kính ố ng dẫn: 49x2,4mm  Hằ ng sốC = 12  Hệsốk = 1,726.105 VI TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) Trần Hù ng Dũng-Nguyễn Vă n Lụ c-Hoà ng Minh Nam-VũBáMinh, Các quátrình vàthiế t bịtrong cô ng nghiệp hóa chấ t vàthư ï c phẩ m – Tập 1, quyể n2– Phân riê ng bằ ng khí động, Lư ï c ly tâ m, Bơm, Quạ t, Máy nén, Tính hệthố ng đư ng ống, Nhàxuấ t Đạ i Họ c Quố c Gia, Tp.HCM, 1997 (2) Tập thểtác giả, Sổtay quátrình vàthiế t bịtrong cô ng nghệhóa chấ t thư ïc phẩ m – tập 1, NXB khoa họ c kỹthuật, HàNội, 1992 (3) Nguyễn Bin, Các quátrình vàthiế t bịtrong cô ng nghệhóa chấ t vàthư ï c phẩm – Tập – Các quátrình thủy lư ï c, Bơm, Quạ t, Máy nén, NXB Khoa họ c Kỹthuật, HàNội, 2002 48 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị Đ1 Đ2 Đ3 T1 ON OFF V1 V Đ1: đè n báo nguồn điện o Đ2: đè n báo quạ t hoạ t động V : Von kế T1: cô ng tắ c điện P2: áp kếđo áp suấ t tónh A P1 P2 Đ3: đè n báo qúa tải V1: van điều chỉnh lư u lư ợ ng A : Ampe kế P1: áp kếđo áp suấ t n phần Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm 49 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị BÀI 7.B BƠM LY TÂM I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Tìm hiể u phư ơng pháp tính toán vàchọ n thô ng sốcủa bơm cho phùhợ p với điều kiện kỹthuật lắ p đặ t vàvận hà nh bơm kỹthuật - Khảo sát đư ng đặ c tính vàđiể m m việc bơm ly tâ m - Tính cô ng suấ t bơm II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Khái niệm phân lọai bơm 1.1 Khái niệm: Bơm làlọ thiế t bị đư ợ c ùng dụ ng rộng rãi nghà nh công nghiệp, dù ng đểvận chuyể n chấ t lỏng chuyể n động ố ng Bơm làlọ thiết bị cung cấ p nă ng lư ợ ng cho chấ t lỏng đểthắ ng trởlư ï c đư ng ố ng chuyể n động, nâ ng chấ t lỏng lê n độcao nà o đó, tạ o lư u lư ợ ng chảy thiế t bịcông nghệ… Nă ng lư ợ ng bơm đư ợ c lấ y tư øcác nguồn động lư ï c khác 2.1 Phân loại bơm: Theo nguyê n lý họ at động, bơm chấ t lỏng đư ợ c chia m3 nhóm sau * Bơm thểtích : Việc hút vàđẩ y chấ t lỏng khỏi bơm nhờsư ïthay đổ i thểtích khô ng gian m việc bơm Do thểtích vàáp suấ t chấ t lỏng bơmsẽthay đổ i, sẽcung cấ p nă ng lư ợ ng cho chấ t lỏng Việc thay đổ i thểtích bơm cóthểdo: - Chuyể n động tịnh tiế n (bơm pittô ng) - Chuyể n động quay (bơm roto) * Bơm động lư ï c : Việc hút vàđẩ y chấ t lỏng khỏi bơm nhờsư ïchuyể n động quay trò n bơm , động nă ng cánh quạ t sẽtruyền váo chấ t lỏng tạo lư ợ ng cho dò ng chảy Năng lư ợ ng cánh quạ t truyền o chấ t lỏng cóthểdư ới ng : - Lư ï c ly tâ m (bơm ly tâ m) - Lư ï c đẩ y cánh quạ t (bơm hư ớng trụ c) - Lư ï c ma sát : bơm xóay lố c * Bơm khí động : Việc hút vàđẩ y chấ t lỏng đư ợ c thư ï c nhờsư ïthay đổ i áp suấtcủa dò ng khí chuyể n động bơm vàtạ o nă ng lư ợ ng cho dò ng chảy - Bơm ejector : Việc thay đổ i áp suấ t dò ng khí sẽtạ o lư ï c lô i cuố n chấ t lỏng chuyể n động cù ng dò ng khí 50 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị - Thù ng nén : tạ o áp suấ t trê n bềmặ t chấ t lỏng nhằ m tạ o cho chấ t lỏng có thếnă ng cần thiế t đểchuyể n động Các thông số bơm - Năng suấ t bơm : làthểtích chấ t lỏng bơm cung cấ p o ố ng đẩ y 3 đơn vịthờ i gian Kýhiệu : Q (m /s ; m /h ; l/s ) - Cột áp bơm : làáp suấ t chấ t lỏng tạ i miệng ố ng đẩ y bơm lư ợ ng riê ng chấ t lỏng thu đư ợ c tư øố ng hút đế n ố ng đẩ y bơm Kýhiệu : H ( m ) Cột áp bơm đư ợ c xác định theo cô ng thư ùc : H = H + H2 + H3 + H4 + H5 ( m ) H1 : cột áp đểkhắ c phụ c chiều cao nâ ng hình họ c, m H2 : cột áp đểkhắ c phụ c chê nh lệch áp suấ t ở2 đầu ố ng hút vàđẩ y, m H3 : cột áp đểkhắ c phụ c trởlư ï c ố ng hút, m H4 : cột áp đểkhắ c phụ c trởlư ï c ố ng đẩ y, m H5 : cột áp đểkhắ c phụ c động nă ng giư ûa ố ng hút vàố ng đẩ y, m - Cô ng suấ t bơm : lànă ng lư ợ ng tiê u hao đểtạ o lư u lư ợ ng Q vàcột áp bơm H Kýhiệu : N ( KW , Hp ) Cô ng suấ t bơm đư ợc xác định theo cô ng thư ùc : N Q.H  g 1000. (KW ) Trong đó: Q : lư u lư ợ ng bơm, m3/s H : cột áp bơm, m  : khố i lư ợ ng riê ng chấ t lỏng, kg/m3  = 0,55 : hiệu suấ t bơm g : gia tố c trọ ng trư ng, m/s2 Bơm ly tâm : 3.1 Cấu tạo nguyên lý họat động : -Cấu tạ o: Bơm ly tâ m bao gồm vỏ bơm 3, bánh guồng trê n cócác cánh hư ớng dò ng Bánh guồng đư ợ c gắ n trê n trụ c truyền động 1,ố ng hút vàố ng đẩ y2 - Nguyê n lý họ at động: Khi bánh guồng quay dư ới tác dụ ng lư ï c ly tâ m chấ t lỏngtrong bánh guồng sẽchuyể n động theo cánh hư ớng dò ng tư øtâ m bánh guồng mép bánh guồng vàtheo vỏ bơm ngò Vỏ bơm đư ợ c cấ u tạ o theo hình xoắn ố c có tiế t diện lớn dần có tác dụ ng m giảm bớt vận tố c dò ng chảy vàtă ng áp lư ïc dò ng chảy Khi chấ t lỏng bánh guồng chuyể n động ngò dư ới tác dụng lư ï c ly tâ m, sẻ tạ o áp suấ t châ nkhô ng tạ i tâ m bánh guồng, có sư ï chênh lệch áp suấ t bê n ngò vàtâ m bánh guồng chấ t lỏng sẽtheo ố ng hút 51 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị chuyển động o bánh guồng, tạ o nh dò ng chấ t lỏng chuyể n động liê n tụ c bơm 1: Trục độngcơ 2:Ốngđẩy 3: Vỏ bơm 4: Ốnghút Ư u điể m : Bơm ly tâ m đư ợ c ùng dụ ng rộng rãi cô ng nghiệp vàđờ i số ng có nhiều u điể m lư u lư ợ ng đề, gọ n nhẹ , tố c độ quay lớn nê n có thểtrư ï c tiếp nố i với động cơ, đơn giản chi tiế t, lư u lư ợ ng lớn Như ợ c điể m : Phải mồi bơm khởi động, khô ng tạ o đư ợ c áp suấ t lớn at, suấ t phụthuộc o cột áp bơm 3.2 Hiện tượng xâm thực chiều cao đặt bơm : Chấ t lỏng chuyể n động o miệng bơm ly tâ m áp suấ t đâ y thấ p áp suất khí quyể n Điều nà y đãtạ o điều kiện cho khí hò a tan có chấ t lỏng bố c tạ o bọ t khí miệng hút bơm Các bọ t khí nà y cù ng với chất lỏng sẽchuyể n động cánh guồng, áp suấ t lạ i tă ng lê n, khí lạ i hò a tan ngư ợ c lạ i o chấ t lỏng Do quátrình hò a tan -ngư ng tụ-hò a tan xảy rấ t nhanh, thểtích bọ t khí tă ng lê n vàgiảm đột ngột dẩ n đế n áp suấ t bọ t khí có thểđạ t tới 100 - 1000 at Hiện tư ợ ng tạ o va đập thủy lư ï c, bà o mò n kế t cấ u kim lọ tạ o rung động vàtiế ng ồn Hiện tư ợ ng nà y gọ i làhiện tư ợng xâ m thư ï c Hiện tư ợ ng xâ m thư ï c cóhạ i cho bơm đócần phải hạ n chế 52 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Quá trình thiết bị Một õng biện pháp hạ n chếhiện tư ợ ng xâ m thư ï c làgiới hạ n chiều cao hút bơm Chiều cao hút bơm đư ợ c xác định theo cô ng thư ùc : z1 max  Trong  p1  pt v2    h1   h  ,  g   g 2g  ( m) p1 : áp suấ t bểhút N/m2 pt : áp suấ t bảo hò a ởmiệng hút N/m2 h1 : tổ ng trởlư ï c ố ng hút m v1 : vận tố c ố ng hút m/s h : tổ n thấ t ma sát xâ m thư ï c c : hệsốxâ m thư ï c c = 500  1000  5,62.n Q   h     c   4/3 ,m Chiều cao hút bơm phụthuộc o nhiệt độ chấ t lỏng đư ợ c đư a bảngsau : Nhiệt độ 0C Chiều cao hút, m 10 20 30 40 50 60 65 3.3 Đặc tuyến bơm ly tâm : * Đặ c tuyế n lýthuyế t bơm ly tâ m: Đặc tuyế n bơm ly tâ m làmố i quan hệ hà m sốgiư ûa thô ng sốcủa bơm : cột áp, lư u lư ợ ng, cô ng suấ t, hiệu suấ t sốvò ng quay cốđịnh vàthay đổ i H = f (Q) ; N = f(Q),  =f (Q) Trong mố i quan hệgiư ûa cột áp vàlư u lư ợ ng quan trọ ng nhấ t - Đặc tuyế n lýthuyế t bơm đư ợ c thểhiện trê n hình sau : H N >90o =90o =160o =90o 