Giáo trình cơ sở thủy khí và máy thủy khí (nghề kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí cao đẳng) phần 2

CHƯƠNG 5: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT LỎNG Mã chương: MH 32-05 Giới thiệu: Chương cung cấp cho sinh viên học sinh kiến thức thí nghiệm reynolds, chế độ dòng chảy, tổn thất lượng, tổn thất dọc đường, tổn thất cục bộ,các dạng toán đơn giản, phức tạp Mục tiêu: Kiến thức: + Hiểu quy luật chuyển động chất lỏng + Hiểu tổn thất lượng dòng chảy Kỹ năng: + Trình bày quy luật chung tổn thất lượng, dạng tổn thất lương dòng chảy vẽ đồ thị Nicuratze + Mô tả hai trạng thái dịng chảy trình bày thí nghiệm Reynolds + Trình bày sở lý thuyết bôi trơn thuỷ động Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Cẩn thận, tỉ mỉ, xác có tư khoa học Nội dung chính: TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG TRONG DÒNG CHẢY 1.1 Hai trạng thái chảy chất lỏng * Thí nghiệm Reynolds: 39 Thùng lớn A chứa nước (nước giữ yên tĩnh tuyệt đối) Thùng B (thùng lường) để đo lưu lượng nước chảy Ống thủy tinh gắn chặt với thùng A, có đường kính khơng đổi đầu loe ngồi để nước chảy ống khơng có tổn thất, đầu dùng khóa K1 để điều chỉnh lưu lượng vận tốc nước ống Thùng C: chứa nước màu (trọng lượng riêng nước màu nước nhau) Được dẫn qua ống kim loại đến kim rỗng đặt trùng với trục ống thủy tinh, lưu lượng nước màu điều chỉnh nhờ khóa K2 Ta tiến hành thí nghiệm sau: Mở nhẹ khóa K1 cho vận tốc nước ống thủy tinh nhỏ, sau cho nước chảy ổn định mở khóa K2 cho nước màu chảy vào ống thủy tinh Ta nhận thấy nước màu chảy thành vệt sợ chỉ điều chứng tỏa nước nước màu chảy hồn tồn riêng lẻ Tiếp tục mở khóa K1 tượng tiếp tục xảy khoảng thời gian K1 đạt vị trí xác định tức vận tốc ống có vị trí xác định lớp màu bắt đầu giao động lượng sóng tiếp tục mở K vệt nước màu đứt đoạn, tiếp tục nước màu hịa lẫn vào mơi trường nước điều chứng tỏa nước nước màu chuyển động hỗn loạn hoàn toàn xáo trộn lẫn Ta làm ngược lại đóng dần khóa K1 đến lúc vệt màu xuất trở lại cuối căng sợ chỉ ban đầu Qua thí nghiệm Reynolds ơng chỉ có trạng thái chuyển động chất lỏng: Tầng - độ - rối * Phân loại trạng thái chảy: - Trạng thái chảy tầng: phân tử chất lỏng chuyển động lớp riêng rẽ không xáo trộn lẫn - Trạng thái chảy rối: phân tử chất lỏng chuyển động hỗn độn, xáo trộn lẫn - Trạng thái dịng chảy phân tử chất lỏng chảy trung gian: Trạng thái chảy độ => Trạng thái chảy độ tồn khoảng thời gian ngắn không ổn định - vpg = f (đường kính ống loại chất lỏng) 40 𝑡 - Vận tốc phân giới (𝑣𝑝𝑔 ): vận tốc phân tử chất lỏng chuyển động từ trạng thái chảy tầng →chảy rối 𝑑 - Vận tốc phân giới (𝑣𝑝𝑔 ): vận tốc phân tử chất lỏng chuyển động từ trạng thái chảy rối →chảy tầng 𝑡 𝑑 𝑣𝑝𝑔 > 𝑣𝑝𝑔 𝑑 Nếu 𝑣 < 𝑣𝑝𝑔 : Trạng thái chảy tầng 𝑡 Nếu 𝑣 > 𝑣𝑝𝑔 : Trạng thái chảy rối * Số Reynolds: vpg: Phụ thuộc vào loại chất lỏng ống thủy tinh, đường kính ống làm thí nghiệm dùng vpg để làm tiêu chuẩn phân loại trạng thái chảy với loại ống chất lỏng Theo Reynolds (Re) trạng thái chảy phụ thuộc vào tổ hợp không thứ nguyên bao gồm yếu tố ảnh hưởng chuyển động chất lỏng - Vận tốc trung bình tiết diện ướt : v (m/s) - Đường kính ống làm thí nghiệm : d (m) - Hệ số nhớt động học :  (m2/s) Từ suy hệ số Reynolds là: Re =  d m m ( )  s m2 Hệ số Re khơng có đơn vị s Khi Re < 2320 : Dòng chảy tầng Khi Re  2320 : Dịng chảy rối Nếu ống khơng trịn ta tìm theo bán kính thủy lực Re Rh Re Rh = .Rh  Thấy Re = 4ReRh - Re < 2320 Repg < 580 ta suy dòng chảy tầng - Re  2320 Repg  580 ta suy dòng chảy rối vpgt → Re t pg  tpg d =  vpgd → Re 41 d pg d  pg d =  Nếu Re < Redpg → dòng chảy tầng Nếu Re > Retpg → dòng chảy rối Redpg < Re < Repgt → dòng chảy tầng chảy rối thường ta chọn chế độ dòng chảy rối 1.2 Quy luật tổn thất lượng dịng chảy Trong q trình chuyển động lượng riêng dòng chảy bị tiêu hao khắc phục lực cản, phần làm nóng vật môi trường tiếp xúc với chất lỏng, phần nóng thân chất lỏng phần lượng khơng thu hồi được, tượng làm giảm đáng kể hiệu suất hệ thống thủy lực Trong phương trình Becnully tham số hw12 lượng tính cho đơn vị trọng lượng chất lỏng dòng chảy bị tiêu hao để khắc phục trở lực trình chuyển động hw12:Tổn thất lượng đơn vị hay gọi Tổn thất cột áp Các trở lực do: - Lực ma sát nhớt gây nội dòng chảy - Do chuyển động hỗn loạn phân tử chất lỏng va vào - Hoặc nơi dòng chảy bị thay đổi đột ngột Tổn thất lượng dòng chảy (sức cản thủy lực) chia làm loại: - Tổn thất dọc đường (hd) - Tổn thất cục (hc) => hw12 = hd + hc * Tổn thất dọc đường: Là tổn thất xảy dọc theo đường di chuyển dòng chảy (tổn thất cần thiết để thắng sức cản ma sát) * Tổn thất cục bộ: Là tổn thất mà xảy tập trung nơi dịng chảy Ví dụ: Khóa, van, lưới lọc… nơi dòng chảy bị thu hẹp bị mở rộng, co hẹp, uốn khúc cách đột ngột (dòng chảy bị biến dạng đột ngột) ….(tổn thất thay đổi hình dạng mặt biên dịng chảy) DỊNG CHẢY TRONG ỐNG TRỊN 2.1 Dịng chảy tầng ống 42 Xét chuyển động chiều (u ≠ 0) ống nằm ngang độ chênh áp (p1 > p2) chất lỏng chuyển động dừng 𝜕 𝜕𝑡 = 0, bỏ qua lực khối 𝐹 = 𝑑𝑝 ∆𝑝 𝛾ℎ𝑤 =− =− = −𝛾𝐽 𝑑𝑥 𝑙 𝑙 Với J – độ dốc thủy lực 2.2 Dòng chảy rối ống Ở trạng thái chảy tầng, theo Newton 𝜏 = 𝜇 𝑑𝑢 𝑑𝑦 Ở trạng thái chảy rối, người ta đưa vào hệ số nhớt bổ sung 𝜏𝑡 = (𝜀 + 𝜇) 𝑑𝑢 𝑑𝑦 CHẢY TẦNG TRONG CÁC KHE HẸP Trong kỹ thuật, chi tiết máy có khe hỡ nến có rị rỉ chất lỏng (xăng, dầu…) chất lỏng làm việc áp suất cao Nên cần tính tốn độ khít cần thiết khe hở đó, hạn chế lưu lượng rò rỉ … 3.1 Dòng chảy hai phẳng song song Với điều kiện dòng chảy tầng ống khe hẹp nên u = u(y) Phương trình vi phân chuyển động có dạng: 𝑑 𝑢 𝑑𝑝 = 𝑑𝑦 𝜇 𝑑𝑥 Với điều kiện biên: y = y = h; u = Sau tích phân ta phân bố vận tốc có dạng parabol 𝑢=− 𝑑𝑝 𝑦(ℎ − 𝑦) 2𝜇 𝑑𝑥 Vận tốc max (tại y = h/2) 𝑢𝑚𝑎𝑥 = − 𝑑𝑝 ℎ 8𝜇 𝑑𝑥 Lưu lượng: ℎ 𝑄 = ∫ 𝑏𝑢𝑑𝑦 = − 𝑏 𝑑𝑝 ∆𝑝 ℎ = ℎ 𝑏 12𝜇 𝑑𝑥 12𝜇 𝑙 Vận tốc trung bình: 43 𝑣= Trong 𝑄 = 𝑢𝑚𝑎𝑥 𝑏ℎ b - bề rộng phẳng l - chiều dài khe 3.2 Dòng chảy dọc trục hai trụ tròn 𝐷𝑛 + 𝐷𝑡 𝐷𝑛 + 𝐷𝑡 𝛿= 𝐷= Xét δ 10%hw 46 Đường ống dài: hd chủ yếu, bỏ qua hc, hc >d (hàng 1000 lần) Căn vào kết cấu đường ống chia ra: - Đường ống đơn giản: đường ống có đường kính d Q khơng đổi dọc theo chiều dài - Đường ống phức tạp: đường ống d Q thay đổi dọc theo chiều dài.1.2 Những cơng thức dùng tính tốn thủy lực đường ống 1.2 Những cơng thức dùng tính tốn thủy lực đường ống Phương trình Becnuli chất lỏng thực Z1 + p1  +  1v12 2g = Z2 + p2  +  v22 2g + hw Hay H1 = H2 + hw Phương trình lưu lượng: Q = v.ω Cơng thức tính hw: hwd l v2 = d 2g hwc v2 = 2g BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN 2.1 Tính H1 biết H2, Q, l, d, n (độ nhám tương đối) Từ phương trình Becnully ta suy ra: H = H1 - H2 = hw l  8Q  H = hw =    +   d   g.d  2.2 Tính Q biết H1, H2, l, d, n Giải phương pháp: - Phương pháp cột áp tới hạn (Hc) khơng có cản cục Ta có: H = H1 - H2 = Hd 32v l Hd = Re g.d - Nếu chất lỏng chảy tầng:  = 64/Re 47 128vl gd H= Q→Q= H 128vl gd - Nếu H > Hc: chảy rối, nên tính  phương pháp thử dần - Phương pháp biểu đồ (cho 0) Cho trị số Q, vẽ H(Q) theo công thức từ biểu đồ cho H có Q tương ứng 2.3 Tính d biết H1, H2, Q, l, n Từ biểu thứ ta suy ra: d4 =  l    +  Q d  gH  Tìm d đồ thị:  y1 = d  l  y = (  +  )Q   d  gH  Giao điểm đường cong chiếu xuống hồnh độ d cần tìm 2.4 Tính d, H1 biết H2, Q, l, n Tính trước d theo vkt: vận tốc kinh tế xác định hay vtb sau ta tính H tốn số TÍNH TỐN ĐƯỜNG ỐNG PHỨC TẠP Dựa sở tính tốn tốn đơn giản 3.1 Hệ thống đường ống nối tiếp Ta có quan hệ: 48 tồn kín, lưu lượng máy khơng phụ thuộc vào áp suất, cịn áp suất tăng lên tùy thuộc vào áp suất phụ tải công suất bơm Khi lưu lượng máy thủy lực thể tích chỉ phụ thuộc vào vận tốc chuyển động piston Nếu vận tốc piston khơng thay đổi lưu lượng không thay đổi Nhưng thực tế, buồng làm việc khơng thể tuyệt đối kín với trị số áp suất Khi tăng tải trọng làm việc tăng đến mức xuất chảy rị chất lỏng, tiếp tục tăng tải trọng lưu lượng máy hồn tồn mát rị rỉ Ngồi ra, áp suất làm việc cịn bị hạn chế sức bền máy Do vậy, để đảm bảo làm việc bình thường máy, phải hạn chế áp suất làm việc tối đa cách dùng van an toàn (van tự động thải chất lỏng để giảm áp suất làm việc tải trọng lớn) Lưu lượng lý thuyết Ql: Là lưu lượng tính trình đơn vị thời gian nên cịn gọi lưu lượng trung bình lý thuyết Khác với máy thủy lực cánh dẫn, lưu lượng tức thời máy thủy lực thể tích thay đổi theo thời gian, kể máy làm việc ổn định Lưu lượng lý thuyết Q l (lưu lượng chưa kể tới chảy rị) tổng thể tích làm việc máy đơn vị thời gian: Ql = ql n Trong đó: ql - Lưu lượng riêng máy (trong chu kỳ), thể tích làm việc máy chu kỳ n - Số chu kỳ làm việc máy đơn vị thời gian (thường số vòng quay trục máy) Áp suất: Ta biết, cột áp máy thủy lực thể tích tạo nên chủ yếu thay đổi áp suất tĩnh chất lỏng chuyển động qua máy Do đó, máy thủy lực thể tích thường dùng áp suất để biểu thị khả tải máy Cột áp H áp suất p liên hệ với công thức thủy tĩnh học: H= p  γ- trọng lượng riêng chất lỏng làm việc 84 Áp suất buồng làm việc có liên quan đến lực tác dụng moment quay máy - Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến, áp suất làm việc p tác dụng lên piston tạo nên áp lực P: P = p.F F - diện tích làm việc mặt piston - Đối với máy thuỷ lực thể tích có chuyển động quay, áp suất làm việc p tác dụng lên roto tạo nên moment quay M: Nếu khơng tính đến tổn thất: M = kM p kM - hệ số moment (phụ thuộc vào kết cấu kích thước máy) kM = Ql  = ql 2 Xác định kM: Nl = γ.Ql.H ; N = ω.M ; Ta có: Ql = n.ql M = kM.p; ⇒ 𝑘𝑀 = p = γ H ; 𝑀 𝑞1 = 𝑝 2𝜋 kM thực tế < kM lý thuyết đánh giá hiệu suất η Nếu tính đến tổn thất: M= kM  p Hiệu suất cơng suất: Hiệu suất tồn phần máy thủy lực  =  Q  C  H Đối với bơm thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ (vì động nhỏ) nên thường cho ηH = Do  = Q C Cơng suất làm việc bơm: N= BƠM PISTON 2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 85  Q.H p.Q =   Bơm piston kéo động cơ, chuyển động quay trục động biến đổi thành chuyển động tịnh tiến piston xilanh nhờ hệ thống truyền tay quay với hành trình S = 2R (R chiều dài tay quay) piston; Xilanh; Ống đẩy; Van đẩy; Buồng chứa;6 Van hút; Ống hút; Bể chứa; Tay quay; 10 Thanh truyền Hình 10.1: Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm piston tác dụng đơn Hai điểm B1, B2 piston ứng với hai vị trí C1, C2 tay quay Khi buồng làm việc chứa đầy chất lỏng, tay quay từ vị trí C quay theo chiều mũi tên piston di chuyển từ B2 phía trái Thể tích buồng tăng dần, áp suất p giảm bé áp suất mặt thoáng bể chứa p a (p < pa) Do chất lỏng từ bể hút qua van hút vào buồng làm việc 5, van đẩy đóng Khi piston chuyển động từ B2 → B1 bơm thực trình hút Khi tay quay đến vị trí C1 (piston đến vị trí B1) q trình hút bơm kết thúc Sau đó, tay quay tiếp tục quay từ C1 → C2, piston đổi chiều chuyển động từ B1 → B2 Thể tích buồng làm việc giảm dần, áp suất chất lỏng tăng lên, van hút bị đóng, van đẩy mở chất lỏng chảy vào ống đẩy Quá trình piston di chuyển từ B1→ B2 gọi trình đẩy Như vậy, vịng quay tay quay bơm thực hai trình hút, đẩy liền Nếu tay quay tiếp tục quay bơm lại lặp lại trình hút đẩy cũ Do q trình hút đẩy bơm piston gián đoạn xen kẽ với Một trình hút đẩy gọi chu kỳ làm việc bơm Khả tự hút bơm piston: Gọi W0 thể tích khơng khí ống hút buồng làm việc (khi piston B2) Nếu piston di chuyển đến B1 khơng khí giãn với thể tích lớn hơn, W0 + FS (FS - thể tích xilanh) Cho 86 khơng khí giãn nở đoạn nhiệt, áp suất khơng khí lúc buồng làm việc p < pa: p = pa W0  pa W0 + FS Do p < pa nên chất lỏng từ bể hút chảy vào ống hút dâng lên độ cao: h= pa − p  Khác với bơm ly tâm, bơm piston khơng cần phải mồi, bơm tự hút Nếu piston tiếp tục làm việc, chất lỏng từ bể hút dâng dần theo ống hút điền đầy bơm Khi xem bơm tự mồi xong Ưu điểm: Có thể tạo nên áp suất lớn; Cấu tạo đơn giản Khuyết điểm: Chuyển động chất lỏng qua bơm khơng Do lưu lượng bơm dao động; Kết cấu bơm tương đối cồng kềnh Khi áp suất nhỏ trung bình, thường dùng bơm ly tâm có lợi Khi cần áp suất cao cao (từ 200 at trở lên) lưu lượng tương đối nhỏ bơm piston chiếm ưu 2.2 Phân loại Theo hình dáng piston: phân thành loại - Bơm piston đĩa: piston có dạng hình đĩa, mặt xung quanh piston tiếp xúc với thành nên gọi piston giáp thành xilanh Loại bơm công tác chế tạo yêu cầu độ xác cao 1- Xilanh; 2- Piston; 3- Cán piston; 4- Thanh truyền;5- Biên; 6- Ống hút; 7Van hút; 8- Van đầy; 9- Ống đầy;10- Bề chứa; 11- Bể hút; 12- Lưới lọc Hình 10.2: Bơm piston đĩa (bơm piston tác dụng đơn) 87 - Bơm piston trụ: piston có dạng trụ với đường kính tương đối nhỏ, mặt xung quanh không tiếp xúc với thành xilanh Xilanh loại bơm việc chế tạo khơng u cầu xác cao 1,7- Các van hút; 2,4- Các van đẩy; 3,8- Cửa đầy, cửa hút bơm;5- Cán piston; 6- Hộp chèn Hình 10.3: Bơm piston trụ (Bơm piston tác dụng kép) Theo số lần tác dụng: - Bơm tác dụng đơn (bơm tác dụng chiều) Trong loại bơm này, chất lỏng làm việc phía piston Một chu kỳ làm việc piston chỉ có trình hút trình đẩy nối tiếp - Bơm tác dụng kép (tác dụng chiều) Trong loại bơm này, piston làm việc hai phía, có hai buồng làm việc A B, van hút 1, van đẩy 2,3 Trong chu kỳ làm việc bơm có trình hút trình đẩy (khi buồng A hút buồng B đẩy ngược lại) Hình 10.4: Bơm piston tác dụng hai phía - Bơm tác dụng nhiều lần: có loại + Bơm tác dụng lần: Trong chu kỳ làm việc (một vịng quay trục bơm) loại bơm có q trình hút q trình đẩy Nó bơm tác dụng đơn ghép lại với nhau, piston dẫn động trục khuỷu, có chung ống hút ống đẩy Để có dao động lưu lượng nhỏ nhất, tay quay bố trí lệch góc 120o 88 + Bơm tác dụng lần: bơm tác dụng kép ghép lại với Tay quay bơm đặt lệch góc 90o Theo áp suất: - Bơm áp suất thấp: p < 10 at - Bơm áp suất trung bình: p = 10 ÷ 20 at - Bơm áp suất cao: p > 20 at Theo lưu lượng: - Lưu lượng nhỏ: Q < 15 m3/h - Lưu lượng trung bình: Q = 15 ÷ 60 m3/h - Lưu lượng lớn: Q > 60 m3/h 2.3 Cách tính lưu lượng bơm piston Lưu lượng lý thuyết trung bình: Đối với bơm tác dụng đơn, thể tích làm việc chu kỳ là: q = F S Ql =   q.n F S n m = s 60 60 Đối với bơm tác dụng kép: q = S (2 F − f ) Ql = (2 F − f ) Trong đó:   S n m s 60  D F - Diện tích làm việc mặt piston F= f - Diện tích mặt cắt cần piston f = d - Đường kính cần piston S - Hành trình piston n - Số vịng quay phút trục bơm  d Lưu lượng trung bình thực: Bao nhỏ lưu lượng lý thuyết tính ngun nhân phận lót kín bơm van đảm bảo tuyệt đối kín bơm làm việc; Sự đóng mở chậm van hút van đẩy trình hút đẩy nhau; Khơng khí lọt vào bơm 89 Vì lưu lượng thực trung bình bơm piston là: Q =  Q Ql ηQ - hiệu suất lưu lượng bơm phụ thuộc vào nguyên nhân kể - ηQ = 0,85 ÷ 0,90 - bơm nhỏ (có đường kính piston D < 150mm) - ηQ = 0,90 ÷ 0,95 - bơm vừa (D = 150 ÷ 300mm) - ηQ = 0,95 ÷ 0,98 - bơm lớn (D > 300mm) BƠM ROTO 3.1 Khái niệm chung Những năm trở lại đây, bơm roto dùng rộng rãi ngành chế tạo máy động lực Bơm roto có nhiều loại, nhiều kiểu khác (trong loại bơm roto trừ bơm chân khơng vịng nước biến thành động thuỷ lực, ta nạp vào chúng dịng chất lỏng có áp suất đủ lớn) Nhưng chỉ nghiên cứu loại phổ biến sau đây: - Bơm bánh - Bơm trục vít - Bơm cánh gạt - Bơm chân khơng vịng nước Trong bơm roto, phận làm việc trực tiếp trao đổi áp với dòng chất lỏng qua máy phận có chuyển động quay bánh răng, trục quay có cánh gạt,… gọi chung roto Roto có chuyển động trịn tạo dịng chảy tương đối Lưu lượng áp suất dòng chảy máy roto dao động so với dòng chảy máy thủy lực piston Áp suất làm việc bơm roto thường cao so với bơm cánh dẫn thấp so với bơm piston, thơng thường 20 ÷ 150at Ưu điểm chung: Kết cấu đơn giản; Kích thước nhỏ, gọn nhẹ; Có tuổi bền cao; Làm việc chắn, tin cậy; Có thể làm việc với số vịng quay lớn; Cơng suất đơn vị trọng lượng lớn; Có chỉ tiêu kinh tế tốt (rẻ) 3.2 Bơm bánh Cấu tạo: Bơm có từ bánh trở lên ăn khớp với nhau, ăn khớp ngồi ăn khớp Số thường gặp Z = ÷ 12 Sơ đồ kết cấu bơm bánh đơn giản thường có bánh Hình 4.8 90 1-Bánh chủ động; 2-Bánh bị động; 3- Miệng hút; Miệng đẩy Hình 10.5: Cấu tạo bơm bánh Bánh chủ động gắn liền trục bơm ăn khớp với bánh bị động 2, bánh đặt vỏ bơm Khoảng trống A vỏ bơm, miệng ống hút bánh gọi bọng hút; khoảng trống B vỏ bơm, miệng ống đẩy bánh gọi bọng đẩy Khi bơm làm việc bánh chủ động quay, kéo bánh bị động quay theo chiều mũi tên (Hình 4.8) Nguyên lý làm việc: Khi bơm làm việc bánh chủ động quay, kéo bánh bị động quay theo chiều mũi tên (Hình 4.6), chất lỏng chứa đầy rãnh a vùng ăn khớp chuyển từ bọng hút qua bọng đẩy vòng theo vỏ bơm (theo chiều chuyển động bánh răng) Vì thể tích chứa chất lỏng bọng đẩy giảm cặp bánh vào khớp, nên chất lỏng bị chèn ép dồn vào ống đẩy với áp suất cao Đây trình đẩy bơm, đồng thời với trình đẩy bọng hút xảy trình hút sau: khớp, thể tích chứa chất lỏng tăng, áp suất chất lỏng giảm xuống thấp áp suất mặt thoáng bể hút làm cho chất lỏng chảy qua ống hút vào bơm Quá trình hút đẩy chất lỏng xảy đồng thời liên tục 3.3 Bơm trục vít Cấu tạo: Bộ phận chủ yếu máy thuỷ lực trục vít gồm trục vít ăn khớp với đặt vỏ máy cố định có lối dẫn chất lỏng vào 91 A- Bọng hút; B- Bọng đẩy 1- Trục vít chủ động; 2- Trục vít bị động; 3- Bánh răng; 4- vỏ bơm Hình 10.6: Sơ đồ cấu tạo bơm hai trục vít Khe hở trục vít vỏ máy nhỏ Trục vít thướng có mối ren biên dạng ren thường có loại: ren chữ nhật, ren hình thang, ren sicloit Bơm động có kết cấu giống làm việc thuận nghịch Để tiện, ta nghiên cứu loại bơm trục vít trước, sau ta suy động Trục vít chủ động có ren chữ nhật, chiều ren phải ăn khớp với trục vít bị động có chiều ren trái Cuối trục vít có lắp bánh ăn khớp với Các trục vít định vị ổ trục đặt vỏ bơm Vỏ bơm có bọng hút A bọng đẩy B Khe hở trục vít vỏ bơm nhỏ Nguyên lý làm việc: Chất lỏng bọng hút A điền đầy rãnh ren vị trí a, trục vít quay vịng, thân ren b trục vít ăn khớp với rãnh ren a đẩy khối chất lỏng từ vị trí a đến vị trí a’ từ a’ trục vít quay vịng lại chuyển đến a’’ Cứ chất lỏng chuyển từ bọng hút đến bọng đẩy Bơm trục vít ren vng (hoặc hình thang) có nhược điểm khó bảo đảm kín thể tích làm việc, tổn thất lưu lượng tổn thất thủy lực nhiều, tổn thất khí lớn, hiệu suất khí thấp Vì vậy, bơm trục vít có ren chữ nhật (hoặc hình thang) có áp suất lưu lượng làm việc hạn chế: p = 100at , Q = 20 ÷ 40 l/ph 3.4 Bơm cánh gạt Cấu tạo: Bơm gồm vỏ hình trụ có roto Tâm vỏ roto lệch khoảng e Khi roto quay, phẳng trượt rãnh roto gạt chất lỏng, nên gọi cánh gạt Phần không gian giới hạn vỏ bơm roto gọi thể tích làm việc 92 Hình 10.7: Sơ đồ cấu tạo bơm cánh gạt Nguyên lý hoạt động: Nhìn vào sơ đồ kết cấu đơn giản bơm cánh gạt cánh gạt Nhờ lực đẩy lị xo cánh gạt ln tỳ sát vào thành vỏ bơm Giả sử bơm làm việc quay theo chiều mũi tên, thể tích chứa chất lỏng từ A → C tăng, áp suất chất lỏng giảm, chất lỏng bị hút vào bơm Khi cánh gạt di chuyển từ C đến B, làm giảm thể tích chứa chất lỏng, làm tăng áp suất đẩy chất lỏng vào ống đẩy Để chất lỏng không chảy ngược từ bọng đẩy lại bọng hút không bị “chẹt” thể tích làm việc vị trí cánh gạt roto phải bố trí cho cánh gạt bắt đầu gạt chất lỏng (ở vị trí I) cánh gạt vừa thơi khơng gạt chất lỏng (ở vị trí II) Do lưu lượng bơm khơng đều, nhỏ cánh gạt vị trí I lớn cánh gạt vị trí C-C Để cho lưu lượng bơm hơn, người ta tăng số cánh gạt bơm (từ ÷ 12 cánh) 3.5 Bơm chân khơng vịng nước Cấu tạo: gồm có vỏ hình trụ trịn có roto Trên roto có gắn cố định cánh gạt Tâm vỏ roto lệch khoảng e Nguyên lý làm việc: Trong vỏ có nước Khi roto quay cánh gạt khuấy nước tác dụng lực ly tâm, nước tạo thành hình vành khăn bao quanh vỏ làm kín bơm Ở mặt bên vỏ bơm có miệng hút a thông với 93 miệng đẩy b thông với ống đẩy Hình dạng vị trí miệng hút miệng đẩy hình vẽ Khi bơm làm việc vịng nước phải chốn tồn mặt cắt AB Khi cánh gạt quay theo chiều mũi tên từ AB đến CD, thể tích chứa khơng khí roto vịng nước tăng, áp suất giảm, khơng khí bị hút vào bơm qua miệng hút Từ CD đến AB thể tích khơng khí roto vịng nước giảm, khơng khí bị cánh gạt nén lại với áp suất cao bọng hút bị đẩy qua miệng đẩy vào ống đẩy Khi roto quay vậy, áp suất miệng hút bơm giảm dần tạo nên độ chân không ngày cao ống hút Ngun lý làm việc bơm chân khơng vịng nước nguyên lý làm việc bơm cánh gạt tác dụng đơn Về kết cấu, bơm chân không vòng nước khác với bơm cánh gạt chỗ cánh gạt không trượt rãnh roto khơng tỳ vào thành vỏ bơm buồng làm việc làm kín vịng nước BƠM PITTON – ROTO 4.1 Khái niệm chung Bơm kiểu piston-roto loại bơm thể tích đời bắt đầu sử dụng nhiều vào năm 1925 ÷ 1935, mà truyền động thủy lực bắt đầu ứng dụng rộng rãi ngành chế tạo máy công cụ, máy bay tàu thủy Một số đặc điểm bơm piston-roto tạo áp suất cao với lưu lượng khơng lớn lắm; Có khả thay đổi lưu lượng dễ dàng, giữ nguyên áp suất số vòng quay làm việc (áp suất làm việc khơng phụ thuộc vào lưu lượng số vịng quay); Hiệu suất tương đối cao; Phạm vi điều chỉnh lớn; Số vòng quay làm việc tương đối lớn nên có khả nối trực tiếp với động điện thơng thường Bơm động piston-roto có kết cấu hoàn toàn nhau, trừ trường hợp đặc biệt Trong thực tế bơm piston-roto làm việc động dẫn vào dịng chất lỏng có áp suất đủ lớn Bơm piston-roto chia làm loại: - Bơm piston-roto hướng kính - Bơm piston-roto hướng trục 4.2 Bơm piston - roto hướng kính 94 Gồm có phần, phần quay (roto) đặt lệch tâm phần cố định (stato) Roto khối trụ trịn, xilanh piston trụ khơng có cần phân bố theo hướng kính (kiểu bố trí hình sao) Nguyên lý làm việc dựa vào bố trí lệch tâm khoảng e nên roto quay, piston quay theo roto đồng thời chuyển động tịnh tiến xilanh Hình 10.8: Sơ đồ cấu tạo bơm piston-roto hướng kính Trong bơm q trình hút thực piston chuyển động hướng khỏi tâm roto; chất lỏng hút qua roto vào xilanh nhờ có lỗ dẫn a vào bọng hút A Khi piston bị thành stato ép, chuyển động hướng tâm chất lỏng bị nén vào bọng đẩy B chảy theo lỗ dẫn b stato, thực trình đẩy bơm Bọng hút A bọng đẩy B rãnh hình bán nguyệt ngăn cách vách bố trí stato trục phân phối thông lỗ dẫn a, b Trường hợp ứng với roto quay theo chiều kim đồng hồ Nếu roto quay ngược chiều kim đồng hồ bọng hút B bọng đẩy A Để bơm làm việc bình thường, roto quay đầu piston phải luôn tỳ vào thành stato, nhiều phải dùng bơm phụ gọi bơm cấp để đẩy chất lỏng vào bọng hút với áp suất đủ để đẩy piston tỳ vào thành stato trình hút 4.3 Bơm piston - roto hướng trục Nguyên lý giống bơm piston-roto hướng kính, kết cấu khác Trong bơm piston-roto hướng trục, lỗ xilanh phân bố roto không theo hướng kính mà song song với theo hướng trục roto Piston xilanh luôn đẩy tỳ đầu vào đĩa cố định đặt nghiêng 95 lò xo đặt xilanh Khi roto quay, piston quay theo Vì đầy piston ln ln phải tỳ vào mặt đĩa nghiêng nên piston đồng thời chuyển động tịnh tiến tương xilanh Rotor; Piston; Đĩa nghiêng; Nắp cố định; Đĩa phân phối dầu có hai khoang chứa dầu hình bán nguyệt; Gờ ngăn; Lị xo Hình 10.9: Sơ đồ cấu tạo bơm piston-roto hướng trục Các lỗ xilanh mặt cuối roto lắp sát với nắp cố định Bên nắp có hai rãnh hình vịng cung ngăn cách hai gờ 6, hai rãnh thông với hai lỗ để dẫn chất lỏng vào a, b Khi roto quay theo chiều mũi tên rãnh bên trái bọng hút A, rãnh bên phải bọng đẩy B Bơm piston-roto hướng trục chia làm loại: - Bơm piston-roto hướng trục có đĩa nghiêng - Bơm piston-roto hướng trục có roto bố trí nghiêng Để thực chuyển động tương đối pistion xilanh roto quay trịn đĩa nghiêng cố định ngược lại Nhưng để việc phân phối chất lỏng tiện lợi, kết cấu bơm đơn giản thường roto chuyển động quay đĩa nghiêng cố định Sự điều chỉnh bơm piston-roto hướng trục thực cách thay đổi góc nghiêng đĩa so với đường tâm trục roto Ưu điểm: bọng hút, đẩy có điều kiện bố trí riêng biệt đĩa phân phối, nên chế tạo với kích thước lớn mà khơng làm tăng kích thước chung máy Do cho phép nâng cao số vịng quay để tăng lưu lượng Vì bơm piston-roto hướng trục có trọng lượng đơn vị cơng suất nhỏ 2÷3 lần so với bơm piston-roto hướng kính 96 Moment quán tính tương đối nhỏ Điều có ý nghĩa quan trọng sử dụng máy làm động Bơm piston-roto hướng trục có hiệu suất lưu lượng cao ηQ = 0,96÷0,98 Do hiệu suất chung cao η = 0,95 CÂU HỎI ÔN TẬP Cấu tạo, nguyên lý làm việc thông số bơm thể tích Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm piston Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm bánh răng, bơm trục vít bơm cánh gạt Cấu tạo nguyên tắc làm việc bơm piston-roto hướng kính Cấu tạo nguyên tắc làm việc bơm piston-roto hướng trục 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tùng (1982), “Bài tập thuỷ lực cung cấp nước công nghiệp”, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp [2] TS Pha Anh Tuấn, “Bài tập Kỹ thuật thuỷ khí”, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [3] Huỳnh văn Hồng (2005), “Giáo trình Thuỷ khí kỹ thuật ứng dụng”, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [4] PGS TS Hoàng Đức Liên (2007), “Giáo trình kỹ tḥt thuỷ khí”, Trường Đại học Nơng Nghiệp Hà nội 98 ... tốn thủy lực đường ống 1 .2 Những cơng thức dùng tính tốn thủy lực đường ống Phương trình Becnuli chất lỏng thực Z1 + p1  +  1v 12 2g = Z2 + p2  +  v 22 2g + hw Hay H1 = H2 + hw Phương trình. .. h ) 2g p2 = pa  − zh − v 22 − hw = 10 − 3,1 − 0,4 − = 4,5m 2g Áp suất cửa bơm Từ công thức p AK + pCK H = y+  H = y+ p3 − p  Hay H= p3   p3 − p  =H+ p2  + v 32 − v 22 2g v 32 − v 22 + 2g (v3... chất qua máy thủy khí A B Từ phương trình Bernoulli qua hai mặt cắt (A – A) & (B – B) ta suy ra: 66 ? ?2 −