Giáo trình máy thủy khí

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH GIÁO TRÌNH MÁY THỦY KHÍ DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2017 LỜI NÓI ĐẦU Máy thủy khí học phần kỹ thuật chuyên ngành chương trình đào tạo sinh viên chuyên ngành: Cơng nghệ khí mỏ Giáo trình Máy thủy khí tài liệu học tập cho sinh viên chuyên ngành tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành: Công nghệ điện mỏ, Công nghệ điện tuyển khống, Cơng nghệ kỹ thuật mỏ, Cơng nghệ kỹ thuật xây dựng mỏ cơng trình ngầm, Cơ điện tử … Giáo trình cung cấp kiến thức thiết bị khí quan trọng phục vụ ngành cơng nghiệp khai thác mỏ, tuyển khống ngành cơng nghiệp khác như: loại máy bơm nước, máy nén khí máy quạt gió Để sử dụng sách có hiệu quả, người đọc nên kết hợp nghiên cứu kỹ phần lý thuyết với việc trả lời câu hỏi tập vận dụng cuối chương Nội dung Giáo trình trình bày 03 phần, chia thành 08 chương, cụ thể là: Chương 1- Các máy bơm ly tâm; Chương 2- Các máy bơm thường dùng, Chương 3- Những vấn đề chung mạng thơng gió mỏ; Chương 4- Điều chỉnh quạt gió mỏ; Chương 5- Thiết bị thơng gió mỏ; Chương 6- Máy nén khí Piston; Chương 7- Máy nén khí cánh dẫn; Chương 8- Tính tốn thiết kế lựa chọn thiết bị cung cấp khí nén Trong giới hạn khn khổ Giáo trình, cộng với thiết bị thực tế đa dạng nên nhóm tác giả khơng thể giới thiệu chi tiết thiết bị cụ thể Giáo trình cung cấp kiến thức lý thuyết nhất, tập vận dụng liên quan với thực tế, để làm sở cho việc làm đồ án môn học môn học thực hành, trình tìm hiểu thực tế thực tập sản xuất tiếp cận công việc sau sinh viên trường Trong trình biên soạn, thời gian biên soạn ngắn, kinh nghiệm cịn đơi chút hạn chế nên khó tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, mong đóng góp ý kiến bạn bè đồng nghiệp bạn đọc nội dung hình thức để Bài giảng hoàn thiện Các tác giả CÁC THUẬT NGỮ THƯỜNG GẶP LIÊN QUAN Áp suất khí quyển: Là áp suất khí Trái Đất tác dụng lên vật bên lên bề mặt Trái Đất, hay đơn giản sức nặng lượng khơng khí đè lên bề mặt vật Trái Đất, ký hiệu: pa = 1at Càng lên cao, áp suất khí tác dụng vào vật giảm Át-mốt-phe tiêu chuẩn (ký hiệu: atm): Là đơn vị đo áp suất, không thuộc hệ đo lường quốc tế SI, thường dùng vật lí 1atm tương đương với áp suất cột thủy ngân cao 760mm nhiệt độ °C, gia tốc trọng trường 9,80665 m/s² 1atm= 101.325,0 Pa Át-mốt-phe kỹ thuật (ký hiệu: at): 1at định nghĩa áp suất vật nặng 1kg tạo diện tích 1cm2, tương đương với áp suất cột nước cao 10 mét; 1at = 98.066,5 Pa (1atm = 1,033at); Áp suất chân không (chân không): Độ chênh áp suất khí với áp suất tồn phần (tuyệt đối) chất lỏng (chất khí); Là giá trị áp suất đọc đồng hồ chân không kế Áp suất dư hay áp suất kế: Độ chênh áp suất chất lỏng (chất khí) so với áp suất khí quyển; Là giá trị áp suất đọc đồng hồ áp kế Áp suất tĩnh toàn phần (tuyệt đối): ứng suất nén chất lỏng thực tồn tại điểm xét Chất lỏng: Là vật chất có tính chảy, tức có khả dễ dàng thay đổi hình dạng tác dụng lực dù nhỏ, song khác với chất khí mật độ (khối lượng riêng hay khối lượng đơn vị) biến đổi thay đổi áp lực tác dụng lên Chất lỏng đồng nhất: Là chất lỏng mà mật độ điểm bên lòng chất lỏng Chất lỏng nhiều pha: Là chất lỏng hỗn hợp học gồm hai hay ba pha vật chất rắn, lỏng, khí (dưới dạng bọt) với Chất lỏng thực: Là chất lỏng có đầy đủ tính chất vật lý đặc trưng nó, đặc biệt tính nhớt (thường dùng thuật ngữ trái nghĩa với thuật ngữ “chất lỏnglý tưởng”) 10 Chiều cao đo áp: Chiều cao cột chất lỏng mà áp suất mặt thống (của nó) khơng, trọng lượng cột chất lỏng có diện tích đáy 1đvdt với áp suất điểm xét, tức chiều cao cột chất lỏng có giá trị tỷ số p/γ 11 Chiều cao vận tốc (cột nước vận tốc): Là chiều cao rơi tự phần tử chất lỏng để có vận tốc trung bình với vận tốc cho, từc chiều cao v2/2g 12 Cột nước: Là tổng ba chiều cao: chiều cao vị trí, chiều cao áp lực chiều cao vận tốc 13 Hệ số động dòng chảy (hệ số Côriôlit): Là tỷ số động đơn vị thực dòng chảy động đơn vị tính tốn theo giả thiết vận tốc điểm mặt cắt ngang đề vận tốc trung bình 14 Hệ số sức cản dọc đường λ (hệ số Đắc-xi): Là đại lượng không thứ nguyên phụ thuộc vào độ nhám thành lòng dẫn số Reynolds (Re) 15 Lưu lượng: Khối (khối lượng thể tích) chất lỏng qua mặt cắt ngang dòng chảy đơn vị thời gian 16 Mặt tự (mặt thoáng): Là mặt ngăn cách chất lỏng với mơi trường chất khí có áp suất cố định 17 Tổn thất cột nước cục bộ: Tổn thất lượng đơn vị dòng chảy để thắng sức cản cục 18 Tổn thất cột nước dọc đường: Các tiêu hao lượng đơn vị dòng chảy để thắng lực ma sát, tỷ lệ thuận với chiều dài dòng chảy 19 Tỷ trọng chất lỏng: Là tỷ số trọng lượng vật thể với trọng lượng nước cất có thể tích nhiệt độ 40C 20 Vận tốc cục bộ: Là vận tốc điểm xét 21 Vận tốc trung bình: Là tỷ số lưu lượng dịng chảy (Q, m3/s) với diện tích mặt cắt ướt (ω, m2) 22 Xâm thực: Là tượng phá hoại tính liên tục dòng chất lỏng chuyển động tạo thành bọt khí bọt chất lỏng bên chất lỏng gây 23 Máy bơm: Là 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 24 Tổ máy bơm: Máy bơm, động kéo bơm thiết bị để truyền công suất từ động đến máy bơm hợp thành “tổ máy bơm” 25 Thiết bị bơm: Tổ máy bơm nối với ống hút ống đẩy tạo thành tổ hợp “thiết bị bơm” 26 Trạm bơm: Là tập hợp cơng trình kỹ thuật (cơng trình thu nước, nhà trạm, bể chứa …) thiết bị bơm tạo thành 27 Van chiều: Van chiều (Check valve) thiết bị cho phép dịng chất lỏngkhí qua theo hướng định ngăn cản dòng theo hướng ngược lại 28 Van an toàn: Van an toàn thiết bị thủy lực dùng để điều chỉnh áp suất ống dẫn chất lỏng, chất khí bình chứa khí, nhằm đảm bảo cho áp suất làm việc ln nhỏ áp suất giới hạn an tồn 29 Mặt chuẩn: Là mặt phẳng nằm ngang chọn làm gốc (có lượng khơng) để tính tốn lượng mặt cắt ướt, thường chọn mặt thoáng chất lỏng 30 Áp kế: Là thiết bị dùng để đo áp suất dư (phần áp suất lớn áp suất khí pa = 1at) 31 Chân không kế: Là thiết bị dùng để đo áp suất chân khơng (phần áp suất nhỏ áp suất khí pa = 1at) 32 Chiều cao hút nước: Là khoảng cách theo phương thẳng đứng tính từ mặt nước bể hút đến tâm trục máy bơm nước 33 Chiều cao hút nước cho phép: Là chiều cao hút nước giới hạn lớn để máy bơm làm việc bình thường (khơng bị cố xâm thực) PHẦN 1: THIẾT BỊ CẤP, THOÁT NƯỚC Chương MÁY BƠM LY TÂM 1.1 Giới thiệu phân loại 1.1.1 Giới thiệu chung Từ cổ xưa, người gắn liền sống với nước, tìm cách khai thác sử dụng nước Ở Việt Nam, Trung Quốc, Ấn Độ….từ lâu đời biết dùng lượng dòng nước kéo cối xay lương thực, máy mài, khoan đá, guồng nước để cung cấp nước cho nương, ruộng nước sinh hoạt… Mãi đến kỉ thứ XVII có nhiều nhà khoa học nghiên cứu cách khoa học sở lý thuyết máy thuỷ lực nói chung máy bơm nói riêng Ơ-le (1707 1783) viết lý thuyết tua-bin nước nói riêng máy thuỷ lực cánh dẫn nói chung làm sở cho nhà bác học Phuốc-nây-rôn, Xa-blu-côp, Ju-côpski….phát minh tua-bin nước máy bơm ly tâm đầu kỉ XIX bước nhảy lớn lịch sử máy lượng Máy bơm nước có cấu trúc giống máy bơm ly tâm nhà vật lý người Pháp Denis Papin thiết kế năm 1869 Từ đó, máy bơm nước ly tâm sử dụng rộng rãi nhiều ngành kinh tế quốc dân Ngày nay, với tốc độ phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật, đặc biệt khoa học công nghệ, máy bơm có cấu trúc ngày hồn thiện, hiệu suất làm việc cao, chủng loại đa dạng để đáp ứng nhu cầu bơm loại chất lỏng khác lĩnh vực sản xuất, đời sống quốc phịng, cụ thể: Trong cơng nghiệp, máy bơm dùng để cung cấp nước cho lò cao, hầm mỏ, nhà máy sản xuất, bơm dầu khai thác dầu mỏ, kỹ nghệ chế tạo máy bay, nhà máy điện nguyên tử… Trong nông nghiệp, máy bơm dùng để bơm nước tưới tiêu úng cho trồng Trong đời sống, máy bơm cung cấp nước cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt người, gia súc… Trong ngành cơng nghiệp khai thác mỏ nói riêng, máy bơm ly tâm giữ vai trò quan trọng: nước cho hầm lị, cơng trường mỏ lộ thiên tạo khai trường khai thác khoáng sản, cấp nước cho thiết bị làm mát nước (động đốt trong, máy nén khí…), vận tải đường ống, cấp thoát nước cho phân xưởng tuyển than, cấp nước dập bụi cho máy khai thác, làm thiết bị cấp nước sinh hoạt… Yêu cầu thoát nước mỏ đảm bảo 20 với mỏ lộ thiên 16 với mỏ hầm lò phải bơm hết lượng nước lưu tụ 24 mỏ Yêu cầu đảm bảo có dự trữ thời gian khoảng từ đến Ở trạm thoát nước thường bố trí hai máy bơm, máy làm việc máy dự phòng Khi lượng nước lưu tụ cực đại lớn gấp nhiều lần lưu lượng lưu tụ trung bình, phải bố trí đến ba máy bơm nhiều (một số máy làm việc, vài máy dự trữ vài máy chuẩn bị thay thế, máy bơm có hệ thống ống riêng) : Sơ đồ cấu tạo hệ thống thiết bị bơm ly tâm mỏ Hình 1-1 Hình 1-1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống thiết bị bơm ly tâm mỏ - hộp lọc nước; - van đáy; - ống hút; - vỏ bơm; - trục máy bơm; cánh dẫn; - bánh công tác; - đoạn ống đẩy gắn liền với vỏ bơm; - van chiều đường ống đẩy; 10, 11 - khóa đường ống mồi nước gián tiếp cho bơm; 12 ống đẩy; 13 - khóa xả nước sửa chữa bơm; 14 - khóa điều chỉnh suất, áp suất máy bơm; 15 - lỗ mồi nước trực tiếp, xả e Trước cho máy bơm nước ly tâm làm việc, ta phải mồi đầy nước cho máy bơm để đẩy hết khơng khí bên bơm ngồi Việc mồi nước thực hai phương pháp mồi trực tiếp mồi gián tiếp: mồi nước trực tiếp đổ nước trực tiếp qua lỗ mồi số 15 nằm vỏ bơm (phương pháp thường áp dụng cho máy bơm có cơng suất nhỏ); mồi nước gián tiếp (khi đường ống đẩy có nước) cách mở khóa số 10, nước từ đường ống đẩy chảy vào điền đầy đường ống hút bánh công tác (BCT) máy bơm Cả hai phương pháp mồi nước coi mồi đủ, nước chảy qua lỗ 15 thành dịng liên tục, khơng cịn lẫn bọt khí Hiện nay, trạm bơm có cơng suất lớn, quan trọng người ta thường sử dụng máy bơm phụ để thực mồi nước tự động cho máy bơm Với biện pháp này, trước bơm làm việc cảm biến “nhận biết mức nước mồi” tự động kiểm tra lượng nước mồi cho bơm chính, bơm mồi đủ, báo tín hiệu xử lý trung tâm, đóng điện cho bơm làm việc; Ngược lại bơm chưa mồi đủ, tự động đóng điện cho bơm phụ làm việc mồi nước cho bơm Khi bơm mồi đầy nước thiết bị xử lý trung tâm cắt điện cho bơm phụ đồng thời đóng điện cho bơm làm việc Khi động lai máy bơm làm việc, chuyển động quay từ trục động truyền động truyền đến BCT máy bơm số BCT quay với trục bơm số 5, làm xuất lực ly tâm tác dụng lên phần nước máng dẫn bánh công tác Dưới tác dụng lực ly tâm đó, chất lỏng máng dẫn bị văng khỏi BCT số 7, thời điểm khoảng trống có áp suất thấp (áp suất chân khơng) cửa vào BCT xuất Dưới tác dụng áp suất khí trời mặt thống bể hút, nước bị nén qua hộp lọc số 1, qua đường ống hút số vào chiếm chỗ cửa vào BCT, sau chất lỏng chuyển động vào lại bị văng khỏi BCT, theo phần ống mở rộng phía cửa đẩy Q trình dịng nước chuyển động theo ống mở rộng động giảm dần, áp tăng dần tạo nên vùng có áp suất cao cửa đẩy máy bơm Do chênh lệch chất lỏng từ cửa đẩy bị nén qua ống đẩy số 12 chảy khỏi bơm Cứ vậy, chất lỏng tạo thành dòng chảy liên tục từ bể hút qua ống hút, qua máy bơm đường ống đẩy lên bể chứa Hình 1-2 Tam giác vận tốc máy bơm nước ly tâm Trong trình chất lỏng bị văng từ điểm vào đến điểm khỏi BCT, chất lỏng tham gia chuyển động tương đối dọc theo cách dẫn với thành phần vận tốc tương đối w , chuyển động tròn quay theo BCT với vận tốc vòng u chuyển động với vận tốc thực tế c Trong đó, vận tốc thực tế xác định phương pháp đường chéo hình bình hành với hai cạnh vận tốc tương đối vận tốc vòng Các thành phần vận tốc biểu thị tam giác vận tốc (Hình 1-2) 1.1.2 Phân loại Máy bơm ly tâm loại máy thuỷ lực cánh dẫn, nhận lượng từ bên (cơ năng, điện năng, thuỷ năng…) truyền lượng cho dòng chất lưu (dòng chất lỏng làm việc), nhờ đưa chất lỏng lên độ cao định dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống - Phân loại theo cột áp máy bơm nước: + Bơm ly tâm cột áp thấp: H < 20mH20; + Bơm ly tâm cột áp trung bình: H = (20÷60)mH20; + Bơm ly tâm cột áp cao: H > 60mH20 - Phân loại theo số cấp (số bánh xe công tác) + Bơm ly tâm cấp: Trên trục bơm gắn bánh xe công tác; + Bơm ly tâm nhiều cấp: Trên trục bơm lắp từ bánh xe công tác trở lên Cột áp bơm tạo nên tổng cột áp bánh xe công tác tạo - Phân loại theo cách dẫn chất lỏng váo bánh xe công tác: + Bơm nước vào phía (máy bơm có bánh cơng tác hút nước phía); + Bơm nước vào phía (máy bơm có bánh cơng tác hút nước hai phía) - Phân loại theo vị trí trục máy bơm: + Bơm ly tâm trục đứng; + Bơm ly tâm trục ngang - Phân loại theo phạm vi làm việc: + Máy bơm ly tâm chính: Được lắp đặt trạm cấp - nước thường đặt đặt cố định với áp suất cao, lưu lượng lớn; + Máy bơm ly tâm phụ: Thường loại bơm có áp suất thấp, lưu lượng nhỏ dùng di động để cấp thoát nước nước cho gương lò hay khu vực nhỏ mỏ - Phân loại theo mục đích sử dụng: + Bơm nước sạch; + Bơm nước bẩn, nước thải; + Bơm hóa chất; + Bơm bùn đất, cát… Bảng 1-1 Ký hiệu tên ý nghĩa số máy bơm ly tâm TT KÝ HIỆU TÊN BƠM VÀ Ý NGHĨA VÍ DỤ Bơm nước: LT AB – XY (LT – Kiểu bơm ly tâm; AB – Lưu lượng máy bơm, m3/h; XY – cột áp máy bơm, mH20) Bơm dung dịch hóa chất: LTH AB – XY (LT – Kiểu bơm ly tâm; H – hóa chất; AB – Lưu lượng máy bơm, m3/h; XY – cột áp máy bơm, mH20) Bơm chất sệt (nước+bùn cát): LTS AB – XY (LT – Kiểu bơm ly tâm; S – chất sệt bùn cát với nước; AB – Lưu lượng máy bơm, m3/h; XY – cột áp máy bơm, mH20) Bơm ly tâm nhiều cấp trục ngang: LTC AB – D × EF (LT – Kiểu bơm ly tâm; C – nhiều cấp; AB – Lưu lượng máy bơm, m3/h; D – cột áp cấp bơm, mH20); EF – Số cấp bơm) Bơm ly tâm nhiều cấp trục đứng: LTCĐ AB – D × EF (LT – Kiểu bơm ly tâm; C – nhiều cấp; Đ – bơm trục đứng; AB – Lưu lượng máy bơm, m3/h; D – cột áp cấp bơm, mH20); EF – Số cấp bơm) Bơm ly tâm hút hai phía: LT2 – AB – XY (LT – Kiểu bơm ly tâm; – hút hai phía; AB – Lưu lượng máy bơm, m3/h; XY – cột áp máy bơm, mH20) Bơm giếng sâu: LTG – AB – XY/DE (LTG – Kiểu bơm ly tâm trục ngang dùng bơm giếng; AB – Lưu lượng máy bơm, m3/h; XY – Chiều cao hút nước cho phép máy bơm nước; DE – cột áp Theo phương pháp này, tác giả đề cập đến việc bảo đảm áp suất làm việc hộ tiêu thụ khí nén nhau, khơng kể đến việc chúng đặt xa hay gần trạm nén khí Nghĩa là, áp suất làm việc thiết bị dùng khí khơng thay đổi Để thuận tiện cho việc tính tốn, tác giả xây dựng tốn đồ (Hình 8-4) để tính đường kính ống dẫn tổn thất áp suất tuyến ống dẫn 175 b) Ứng dụng phương pháp tốn đồ German Việc tính tốn đường kính ống dẫn khí cần phải dựa vào sơ đồ thực tế mạng dẫn khí nén tuyến ống dẫn trị số tổn thất áp suất cho phép lớn [Δpmax] Trên Hình 8-3 sơ đồ tính tốn hệ thống cung cấp khí nén đơn giản từ máy nén khí (MNK) đến hộ tiêu thụ khí nén Hình 8-3 Tốn đồ xác định đường kính ống dẫn theo phương pháp Ger-man Giả sử tuyến ống dẫn (0-1-3) có chiều dài L = 1870m trị só tổn thất áp suất lcho phép lớn tuyến ống dẫn [Δpmax] = 2,2.105N/m2 Hệ số tổn thất áp suất riêng tinh tính tốn (att) tuyến ống bằng: att =  pmax  = 2, 2.105 = 120 L 1870 (N/m2/m) Theo sơ đồ mạng dẫn Hình 8-3, tính cho phần mạng (1-3) có chiều dài L(1-3) = 910m, lượng tổn thất áp suất bằng: p(1−3) = att  L(1−3) = 120  910 = 1,1.105 (N/m2) Áp suất trung bình phần mạng dẫn tính sau: ptb (1−3) = p(1−3)  1,1  + pM + pcs = 5 + + 0,3 105 = 5,85.105 N/m2   176 đó: pM – áp suất làm việc máy dùng khí, thường lấy áp suất định mức nó; Δpcs = 0,3.105 N/m2 – lượng tổn thất áp suất đoạn ống cao su nối máy dùng khí với tuyến ống dẫn (tra theo bảng phụ lục catalog loại ống cao su) Căn vào toán đồ Hình 8-4, ta tìm đường kính ống dẫn tuyến sau: Giả sử lượng tiêu thụ khơng khí nén tuyến V(1-3) = m3/ph, theo dẫn tốn đồ (tìm theo đường mũi tên, nét liền), xác định đường kính ống dẫn bằng: d(1-3) = 50mm Chọn theo đường kính ống quy chuẩn: d(1-3) = 55mm Từ tốn đồ, cách tìm ngược lại (theo đường mũi tên đứt đoạn) xác định hệ số tổn thất áp suất riêng thực tế tuyền ống dẫn này: a = 78 (N/m2/m) Sau tính lại tổn thất áp suất thực tế tuyến ống dẫn ấy: Δp(1-3) = a.L(1-3) = 78 x 910  0,71.105 N/m2 Tiếp theo, muốn tính cho phần mạng cịn lại, thí dụ phần mạng (1-2) theo phương pháp này, để bảo đảm cho áp suất làm việc máy dùng khí điểm cần phải lấy trị số tổn thất áp suất hai phần mạng (1-2) (13) nhau, nghĩa là: Δp(1-2) = Δp(1-3) cách xác định tương tự tuyến (1-3) thực Để hệ thống hóa việc tính tốn, kết ghi theo bảng 8-1 sau đây: Bảng 8-1 Hệ thống kết tính tốn Phần mạng Lưu lượng V (m3/ph) Chiều dài phần mạng L (m) Áp suất trung bình ptb (N/m2) Tổn thất áp suất riêng tính tốn att (N/m2/m) Đường kính quy chuẩn ống dẫn dqc (mm) Tổn thất áp suất riêng thực tế a (N/m2/m) Tổn thất áp suất phần mạng Δpi (N/m2) … Kiểm tra lại áp suất làm việc máy dùng khí nén: Sau tính tốn xong tổn thất áp suất tuyến ống dẫn khí, ta cộng tổng tổn thất áp suất tuyến ống dẫn (thí dụ tuyền ống 0-1-2 0-1-3, Hình 8-3) so sánh với trị số tổn thất áp suất cho phép lớn [Δpmax] = (1,5.105 ÷ 2,2.105) N/m2 Nếu  pi   pmax  kết tìm đạt u cầu, ngược lại phải tính chọn lại đường kính ống theo hướng tăng đường kính ống dẫn để giảm tổn thất lượng 8.1.2.3 Phương pháp toán đồ Филь Về thực chất, phương pháp tương tự phương pháp toán đồ German Tuy nhiên, phương pháp tác Филь khơng tính đến trị số áp suất làm 177 việc thiết bị dùng khí nơi mà việc tính tốn đường kính ống dẫn theo tổn thất áp suất cho trước phần mạng ống dẫn khí tìm tổn thất áp suất thực tế theo đường kính ống dẫn quy chuẩn, cần biết trước thông số như: V (m3/ph) - lượng tiêu thụ khí nén phần mạng ống dẫn thứ i, xác định theo biểu thức (8-1) (8-3) ; Li (m) - chiều dài thực phần mạng dẫn đó; Ltti (m) - chiều dài tính tốn phần mạng dẫn đó, Ltti = 1,15Li Trong đó, trị số 1,15 hệ số tính đến chiều dài tương đương phần mạng gây sức cản cục (chỗ nối ống, chỗ ơng cong …) a) Tính toán tổn thất áp suất phần mạng dẫn Tổn thất áp suất phần mạng dẫn thứ i, xác định theo công thức sau: pi   L = i i tti i v (8- 27) 2d i đó: i - hệ số sức cản ống dẫn thẳng, xác định theo cơng thức: i = 0,021 di0,3 (8- 28)  i - khối lượng riêng trung bình khí nén phần mạng dẫn thứ i, tính theo điều kiện tiêu chuẩn: i = 0 ptbT0 (8- 29) p0Ttb đây:  , T0 , p0 - khối lượng riêng, nhiệt độ áp suất không khí điều kiện tiêu chuẩn; Ttb , ptb - tương ứng nhiệt độ áp suất trung bình khơng khí nén điều kiện tính tốn; vi – vận tốc trung bình dịng khơng khí phần mạng dẫn thứ i, (m/s); di – đường kính ống dẫn khí phần mạng dẫn thứ i, (m) Cơng thức (8-27) dùng tính tốn tổn thất áp suất khí nén ống dẫn (Δpi) biết đường kính ống dẫn khí (di) Trong trường hợp chưa biết đường kính ống dẫn tính theo tổn thất áp suất riêng mạng dẫn sau: Tổn thất áp suất riêng phần mạng dẫn thứ i bằng: = pmax i , (N/m2/m) Ltti (8- 30) đây: pmax i - tổn thất áp suất lớn phần mạng thứ i xác định sau: pmax i = pTNK − pMi − pcs , (N/m2) 178 (8- 31) đó: pTNK , pMi , pcs - tương ứng áp suất khí nén từ trạm nén khí, áp suất yêu cầu máy dùng khí tổn thất áp suất đoạn ống cao su nối máy dùng khí với đường ống dẫn phần mạng dẫn thứ i Sơ chọn pmax i = (1,5.105  2, 2.105 ) (N/m2) Tổn thất áp suất phần mạng thứ i xác định theo công thức: (8- 32) pi = Ltti Áp suất trung bình khí nén phần mạng dẫn thứ i xác định theo công thức: p  ptbi = pTNK −  p1 + p2 + + i    , (N/m )  (8- 33) Áp suất trung bình phần mạng dẫn (tính từ MNK) với độ xác đủ dùng coi áp suất trung bình phần mạng dẫn, bằng: ptb1 = pTNK − pmax1 (8- 34) trị số pmax1 tính theo biểu thức (8-31) với i = chọn giá trị khoảng (1,5.105 ÷ 2,2.105) N/m2 tổn thất áp suất lớn cho phép tuyến ống dẫn Chú ý: Ở mỏ giếng đứng, trị số tổn thất áp suất ống cáo su Δpcs bù lại trọng lượng cột không khí nén ống cao su Thí dụ: Khi chiều sâu mỏ 500m áp suất trung bình khí nén 7.105 N/m2, áp suất trọng lượng cột khơng khí nén ống cao su gây 0,36.105 N/m2 Như vậy, tổn thất áp suất thực tế ống cao su nối máy Δpcs = 0,36.105 N/m2 b) Cách xác định đường kính ống dẫn theo tốn đồ Филь Trên Hình 8-5, trình bày ví dụ cách xác định đường kính tính tốn ống dẫn khí nén cách sử dụng toán đồ Philơ, cụ thể sau: - Sử dụng công thức (8-30) xác định tổn thất áp suất riêng đoạn ống dẫn thứ i = 0,0002.105 (N/m2/m), đặt giá trị lên trục ai; - Sử dụng công thức (8-33) xác định áp suất trung bình khí nén phần mạng thứ i, trị số ptbi = 6.105 (N/m2), đặt giá trị lê trục ptbi; - Sử dụng côn thức (8-1) (8-3) xác định lưu lượng khí nén qua phần mạng thứ i mạng ống dẫn khí nén Vi = 62 (m3/ph); - Trên trục ai, từ điểm có giá trị = 0,0002.105 (N/m2/m) dóng đường thẳng nằm ngang; Từ điểm có giá trị ptbi = 6.105 (N/m2) trục ptbi dóng đường thẳng – thẳng đứng, hai đường thẳng cắt điểm Từ giao điểm vừa tìm được, dóng đường thẳng song song với trục ptbi, cắt đường thẳng - thẳng đứng qua giá trị Vi = 0,1 (m3/ph) Từ điểm dóng đường thẳng nằm ngang (song song với trục Vi) cắt đường thẳng - thẳng đứng qua điểm điểm có lưu lưu Vi = 62 (m3/ph), điểm giao 179 hai đưởng thẳng nằm đường thẳng có đường kính d = 175mm (đường thẳng nằm nghiêng) Sau tìm đường kính ống dẫn tính tốn d = 175mm, dựa vào dãy đường ống quy chuẩn để chọn đường ống dẫn thực tế (dqc) Sau đó, cách ngược lại, ta xác định tổn thất áp suất Δpi phần mạng dẫn Các kết tìm ghi lại theo bảng 8-2 Bảng 8-2 Hệ thống hóa kết tính tốn Phần mạng Lưu lượng V (m3/ph) Chiều dài phần mạng L (m) Áp suất trung bình ptb (N/m2) Tổn thất áp suất riêng tính tốn att (N/m2/m) Đường kính quy chuẩn ống dẫn dqc (mm) Tổn thất áp suất riêng thực tế a (N/m2/m) Tổn thất áp suất phần mạng Δpi (N/m2) … Hình 8-4 Tốn đồ tính đường kính ống dẫn khí theo phương pháp Филь 180 8.2 Tính tốn lựa chọn bình chứa khí thiết bị làm mát cho máy nén khí 8.2.1 Tính chọn bình chứa khí Bình chứa khí tính tốn theo cơng thức (6-74) (6-75), sau chọn bình chứa theo quy chuẩn 8.2.2 Tính tốn thiết kế lựa chọn thiết bị làm mát máy nén khí Có hai loại hệ thống làm mát cho máy nén khí là: hệ thống làm mát gió hệ thống làm mát nước: + Làm mát gió: Gió mát thổi qua cánh tản nhiệt thân máy nén khí phía đầu nén tản nhiệt giàn mát giúp làm hạ nhiệt dầu khí nén Theo đó, dầu (hoặc nước) sau qua ống giàn tản nhiệt đưa trở lại bình dầu đầu nén để bôi trơn hấp thụ nhiệt lượng sinh ma sát, sau lại trở lại giàn làm mát Đặc trưng dạng máy nén khí thường có kết cấu nhỏ gọn, có tính động cao Tuy nhiên, áp dụng cho điều kiện sản xuất nơi bụi bẩn, nhiệt độ mức thấp dao động 400C trở xuống, đòi hỏi người sử dụng phải thường xuyên tiến hành vệ sinh phận tản nhiệt + Làm mát nước: Phương pháp làm mát nước nghĩa hệ thống giải nhiệt bơm nước vào ống sinh hàn, nơi có khí nén chạy qua Trong quy trình hoạt động máy dầu tuần hồn làm mát trước cho vào bình dầu tiếp tục thực chu trình Vì sử dụng nước máy nén khí có thêm hệ thống bơm nước, tháp giải nhiệt, bể chứa nước tuần hoàn làm mát theo máy, cồng kềnh nhiều so với làm mát gió phù hợp sử dụng cho ngành công nghiệp nặng, nơi có bụi bẩn nhiều, nhiệt độ cao Trong phần cần giải cơng việc sau: (việc tính tốn cụ thể thực theo bước mục 6.7) - Tác dụng yêu cầu nước làm mát; - Thiết kế sơ đồ làm mát hợp lý cho MNK, bao gồm việc: nén khí; + Tính tốn lượng nước cần thiết để cung cấp cho hệ thống làm mát máy + Tính đường kính ống dẫn nước máy bơm; Lựa chọn loại số lượng máy bơm nước mát bơm nước nóng (nếu có) 8.2.3 Tính tốn lượng khí nén trung bình sản xuất năm Lượng tiêu thụ khí nén trung bình năm trạm nén khí xác định theo cơng thức: VN = 60VTNK k pt ntTNK , (m3/năm) đó: VTNK – suất trạm nén khí, m3/ph; kpt = (0,8÷0,9) – hệ số phụ tải trạm nén khí; n – số ngày làm việc năm TNK; tTNK – số làm việc TNK ngày đêm 181 (8- 35) 8.2.4 Xác định tiêu hao lượng điện riêng để sản xuất 1m3 khơng khí nén thức: Tổn hao lượng điện riêng cho 1m3 khơng khí nén xác định theo cơng e=    NTr ktp 1 + ktp  − 1  k     60VTNK  pt   ®c t® l®  (8- 36) đó: NTr - tổng cơng suất trục MNK, kW; ktp = (1,02÷1,04) - hệ số tính đến tổn hao lượng điện cho thiết bị phụ cần thiết trạm nén khí (hệ thống làm mát, bơi trơn, quạt gió, chiếu sáng…); kpt = (0,25÷0,30) - hệ số tính đến cơng suất khơng tải máy nén khí; ®c ,t® ,l® - hiệu suất động truyền động cho máy nén, hiệu suất truyền động từ động đến máy nén khí hiệu suất lưới điện 182 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Câu Trình bầy bước tính tốn thiết kế trạm máy nén khí? Câu Trình bầy nội dung phương pháp tốn đồ Phê-đơ-rốp tính tốn thiết kế mạng ống dẫn khí? Câu Trình bầy nội dung phương pháp tốn đồ Ger-man tính tốn thiết kế mạng ống dẫn khí? Câu Trình bầy nội dung phương pháp tốn đồ Philơ tính tốn thiết kế mạng ống dẫn khí? 183 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Đức Sướng, TS Vũ Nam Ngạn, Giáo Trình máy thủy khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội năm 2004 [2] GS TSKH Nguyễn Minh Tuyển, Giáo trình Bơm, máy nén, quạt cơng nghệ, NXB Xây dựng, năm 2005 [3] TS Lê Xuân Hòa, ThS Nguyễn Thị Bích Ngọc, Giáo trình bơm, quạt, máy nén, Trường ĐH sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, năm 2004 [4] Nguyễn Văn May, Giáo trình bơm, quạt, máy nén, NXB Khoa học kỹ thuật, năm 1997 [5] PGS TS Hồng Đức Liên, Giáo trình kỹ thuật thủy khí, Trường Đại học Nơng nghiệp I, Hà Nội năm 2007 [6] Ngơ Vi Châu, Nguyễn Phước Hồng nnk, Bài tập thủy lực máy thủy lực, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, năm 1976 [7] Bộ Cơng thương, Quy phạm kỹ thuật an tồn hầm lò than diệp thạch, năm 2006 [8] P.G Kixelep, A.D Ansun, N.V Danhisenkô, A.A Kaxpaxôn nnk - Lưu Công Đào, Nguyễn Tài dịch từ Tiếng Nga, Sổ tay tính tốn thủy lực, NXB Nơng nghiệp Hà Nội, năm 1984 [9] Nguyễn Hữu Khốt, Giáo trình Bơm – Ép – Quạt, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, năm 1977 [10] Nguyễn Đức Sướng, Trần Văn Triều, Lê Kinh Thanh, Hướng dẫn thiết kế môn học Máy thủy khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, năm 1990 [11] Johann Friedrich Gülich, Centrifugal Pump Handbook, Springer 2010 184 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1: THIẾT BỊ THOÁT NƯỚC Chương MÁY BƠM NƯỚC LY TÂM .5 1.1 Giới thiệu phân loại 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Ưu nhược điểm máy bơm nước ly tâm 10 1.2 Các thông số máy bơm ly tâm 10 1.2.1 Lưu lượng .10 1.2.2 Cột áp 12 1.2.3 Công suất, hiệu suất 16 1.2.4 Cột áp hút 17 1.3 Điều chỉnh máy bơm ly tâm 18 1.3.1 Các loại tổn thất đặc tính thực tế máy bơm nước ly tâm 18 1.3.2 Vùng công tác kinh tế điều chỉnh chế độ làm việc bơm 23 1.4 Hiện tượng xâm thực chiều cao hút nước cho phép .25 1.4.1 Hiện tượng nước xâm thực máy bơm nước ly tâm .25 1.4.2 Chiều cao hút nước cho phép .29 1.5 Lực tác dụng máy bơm ly tâm (lực hướng trục) 33 1.5.1 Nguyên nhân sinh lực hướng trục máy bơm nước ly tâm .33 1.5.2 Các biện pháp phòng ngừa, khắc phục 34 1.6 Các máy bơm ly tâm thường dùng 36 1.6.1 Máy bơm ly tâm trục ngang cấp (Bơm Kon-xôn) 36 1.6.2 Máy bơm ly tâm hai cửa hút (bơm song hướng) 38 1.6.3 Máy bơm ly tâm nhiều cấp (đa cấp) 39 1.6.4 Máy bơm ly tâm trục đứng 40 1.6.5 Máy bơm sử dụng cho chất lỏng có tính axít .41 1.6.6 Máy bơm sử dụng bơm chất lỏng bẩn có độ nhớt cao 42 1.7 Các sơ đồ thoát nước 43 1.7.1 Khi công việc khai thác tiến hành mức 43 1.7.2 Khi công việc khai thác tiến hành đồng thời hai hay nhiều cấp .43 185 1.7.3 Sơ đồ thoát nước di động 44 1.8 Sơ đồ lắp đặt trạm thoát nước mỏ 45 1.9 Tính tốn lựa chọn thiết bị thoát nước 47 1.9.1 Thiết lập sơ đồ thoát nước, phân bố máy bơm, buồng bơm, bể chứa 47 1.9.2 Xác định lưu lượng cần thiết cho bơm 47 1.9.3 Tính chọn đường kính ống hút, ống đẩy 47 1.9.4 Chọn sơ đồ mạng ống dẫn xác định hệ số sức cản 48 1.9.5 Xây dựng đường đặc tính mạng dẫn xác định cột áp yêu cầu bơm 49 1.9.6 Lựa chọn máy bơm 49 1.9.7 Xác định điểm làm việc máy bơm 50 1.9.8 Kiểm tra bơm 50 1.9.9 Lựa chọn công suất động điện truyền động cho bơm 50 1.9.10 Xác định số làm việc thiết bị thoát nước 50 1.9.11 Xác định tiêu kinh tế kỹ thuật 50 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ÔN TẬP CHƯƠNG 52 Chương CÁC MÁY BƠM KHÁC THƯỜNG DÙNG 56 2.1 Máy bơm piston 56 2.1.1 Khái niệm chung 56 2.1.2 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc 56 2.1.3 Phương trình chuyển động máy bơm piston (phương trình vận tốc) 58 2.1.4 Các thơng số làm việc bơm piston 58 2.1.5 Chuyển động không ổn định chất lỏng bơm piston 64 2.1.6 Đặc tính máy bơm piston 66 2.2 Bơm Airlift 67 2.3 Bơm khí nén 69 2.4 Bơm phun tia 70 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ÔN TẬP CHƯƠNG 72 PHẦN 2: MÁY QUẠT GIĨ VÀ THIẾT BỊ THƠNG GIĨ MỎ 75 Chương NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MẠNG THƠNG GIĨ MỎ 75 3.1 Tính chất mạng thơng gió mỏ phân loại thiết bị thơng gió mỏ 75 3.1.1 Tính chất mạng thơng gió mỏ 75 3.1.2 Phân loại thiết bị thơng gió u cầu trạm quạt 80 3.2 Phân tích làm việc máy quạt gió mạng thơng gió mỏ 82 186 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 84 Chương ĐIỀU CHỈNH QUẠT GIÓ MỎ 85 4.1 Cơ sở việc điều chỉnh quạt gió mỏ 85 4.2 Phương pháp điều chỉnh quạt gió mỏ .85 4.2.1 Điều chỉnh quạt cách thay đổi tốc độ quay quạt 85 4.2.2 Các phương pháp điều chỉnh không thay đổi tốc độ quay quạt .86 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ÔN TẬP CHƯƠNG 92 Chương THIẾT BỊ THƠNG GIĨ MỎ 93 5.1 Quạt ly tâm dùng để thông gió .93 5.1.1 Cấu trúc nguyên lý làm việc máy quạt gió ly tâm 93 5.1.2 Các thơng số máy quạt gió ly tâm 95 5.1.3 Sự làm việc quạt hệ thống 98 5.1.4 Tính tốn thiết kế 99 5.2 Quạt hướng trục dùng để thơng gió 103 5.3 Thiết bị thơng gió cho mỏ 105 5.3.1 Sơ đồ thiết bị thơng gió mỏ với quạt ly tâm .106 5.3.2 Sơ đồ thiết bị thơng gió mỏ với quạt hướng trục 107 5.4 Tính tốn thiết kế lựa chọn thiết bị thơng gió mỏ 109 5.4.1 Tài liệu ban đầu 109 5.4.2 Sơ lược bước tính chọn 109 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 117 PHẦN 3: MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ CUNG CẤP KHÍ NÉN 118 Chương MÁY NÉN KHÍ PISTON 120 6.1 Giới thiệu phân loại 120 6.1.1 Giới thiệu chung 120 6.1.2 Phân loại .120 6.2 Máy nén khí piston cấp 121 6.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc 121 6.2.2 Chu trình làm việc lý thuyết máy nén khí piston cấp 122 6.2.3 Chu trình làm việc lý thuyết MNK piston có khoảng trống có hại 128 6.2.4 Các trình thực tế máy nén khí piston .129 6.2.5 Năng suất máy nén khí 131 187 6.2.6 Công suất hiệu suất máy nén khí piston 132 6.3 Máy nén khí piston nhiều cấp 132 6.3.1 Nguyên tắc chia cấp nén máy nén khí 133 6.3.2 Các dạng cấu tạo máy nén khí piston nhiều cấp 133 6.4 Đường đặc tính máy nén khí piston 137 6.5 Phương pháp tính tốn máy nén khí piston 137 6.5.1 Đồ thị thị lý thuyết thực tế 137 6.5.2 Tính tốn thơng số máy nén khí piston hai bậc 138 6.6 Điều chỉnh suất máy nén khí piston 141 6.6.1 Nguyên nhân phải điều chỉnh suất máy nén khí 141 6.6.2 Các phương pháp điều chỉnh suất máy nén khí piston 142 6.7 Phương pháp làm mát máy nén khí lựa chọn bình chứa khí 147 6.7.1 Tác dụng việc làm mát máy nén khí 147 6.7.2 Tính tốn nhiệt lượng tỏa từ máy nén khí lượng tiêu thụ nước làm mát máy nén khí 147 6.7.3 Tính tốn thiết kế lựa chọn thiết bị làm mát máy nén khí 149 6.7.4 Tính chọn bình chứa khí nén 152 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ÔN TẬP CHƯƠNG 154 Chương MÁY NÉN KHÍ CÁNH DẪN 155 7.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc 155 7.2 Phương pháp tính tốn thơng số máy nén khí cánh dẫn 157 7.2.1 Máy nén khí ly tâm 157 7.2.2 Máy nén khí hướng trục 161 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 163 Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CUNG CẤP KHÍ NÉN 164 8.1 Tính tốn thiết kế trạm máy nén khí mạng ống dẫn khí 164 8.1.1 Tính tốn thiết kế trạm máy nén khí 164 8.1.2 Tính tốn thiết kế mạng ống dẫn khí 170 8.2 Tính tốn lựa chọn bình chứa khí thiết bị làm mát cho máy nén khí 181 8.2.1 Tính chọn bình chứa khí 181 8.2.2 Tính tốn thiết kế lựa chọn thiết bị làm mát máy nén khí 181 8.2.3 Tính tốn lượng khí nén trung bình sản xuất năm 181 8.2.4 Xác định tiêu hao lượng điện riêng để sản xuất 1m3 khơng khí nén 182 188 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 183 TÀI LIỆU THAM KHẢO 184 MỤC LỤC 185 189 ...LỜI NĨI ĐẦU Máy thủy khí học phần kỹ thuật chuyên ngành chương trình đào tạo sinh viên chun ngành: Cơng nghệ khí mỏ Giáo trình Máy thủy khí tài liệu học tập cho sinh viên... trình ngầm, Cơ điện tử … Giáo trình cung cấp kiến thức thiết bị khí quan trọng phục vụ ngành cơng nghiệp khai thác mỏ, tuyển khống ngành công nghiệp khác như: loại máy bơm nước, máy nén khí máy. .. thơng gió mỏ; Chương 6- Máy nén khí Piston; Chương 7- Máy nén khí cánh dẫn; Chương 8- Tính tốn thiết kế lựa chọn thiết bị cung cấp khí nén Trong giới hạn khn khổ Giáo trình, cộng với thiết bị