Giáo trình Cơ sở thủy khí và máy thủy khí (Nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Cao đẳng)

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 07 năm 2017 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Cơ sở thuỷ khí máy thuỷ khí “ biên soạn dựa chương trình mơn học mơn “Cơ sở thuỷ khí máy thuỷ khí” giảng dạy cho khối cao đẳng, trung cấp ngành kỹ thuật đặc biệt cho ngành Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Nhằm giúp người học có tài liệu học tập dùng tài liệu để tham khảo tính tốn tổn thất lượng cho mạng nhiệt, tính tốn cơng suất bơm quạt máy nén Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đồng nghiệp bạn giúp chúng tơi hồn thiện giáo trình Tài liệu biên soạn khơng trách khỏi thiếu sót Rất mong bạn đọc góp ý kiến để tài liệu hoàn thiện Chân thành cảm ơn Đồng Tháp, ngày tháng năm 2017 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Lam Nguyễn Văn An i MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU i CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THỦY LỰC 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển 1.2 Ứng dụng 2 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ BẢN 2.1 Một số tính chất đễ nhận biết 2.2 Khối lượng riêng trọng lượng riêng 2.3 Tính nén tính giãn nở nhiệt 2.4 Tính nhớt 2.5 Chất lỏng thực, chất lỏng lý tưởng CHƯƠNG 2: THỦY TĨNH HỌC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA ÁP SUẤT TĨNH 1.1 Lực tác dụng lên chất lỏng 1.2 Áp suất thủy tĩnh 1.3 Hai tính chất áp suất thủy tĩnh 10 1.4 Phương pháp cân thuỷ tĩnh 11 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUỶ TĨNH 11 2.1 Mặt đẳng áp 12 2.2 Phương trình thuỷ tĩnh học 12 2.3 Áp suất biều đồ phân bố áp suất 13 TÍNH TƯƠNG ĐỐI 14 3.1 Bình chứa chất lỏng chuyển động thẳng thay đổi (gia tốc a = conts)14 3.2 Bình chứa chất lỏng quay với vận tốc góc ω = conts 15 TÍNH ÁP LỰC THỦY TĨNH 16 4.1 Xác định áp lực tác động lên hình phẳng 16 4.2 Xác định áp lực tác động lên hình cong 17 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THUỶ TĨNH HỌC 18 5.1 Định luật Acsimet – sở lý luận vật 18 5.2 Định luật Patscal ứng dụng thực tế 21 ii CHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC CHẤT LỎNG 23 MỘT SỐ CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐỊNH NGHĨA 23 1.1 Đường dòng 23 1.2 Đường nguyên tố dòng chảy 24 1.3 Mặt cắt ướt, chu vi ướt, bán kính thủy lực 24 1.4 Lưu lượng 25 1.5 Vận tốc trung bình mặt cắt ướt 25 MỘT SỐ ĐỊNH LÝ CƠ BẢN 26 2.1 Phân loại chuyển động 26 2.2 Gia tốc lưu chất 27 CÁC DẠNG CỦA PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC 27 3.1 Phương trình liên tục dòng nguyên tố 27 3.2 Phương trình liên tục tồn dịng chảy 28 CHƯƠNG 4: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG 30 PHƯƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG LÝ TƯỞNG 30 1.1 Phương trình chuyển động chất lỏng lý tưởng (phương trình Ơle thủy động) 30 1.2 Các phương trình Bernulli cho chất lỏng lý tưởng 31 1.3 Ý nghĩa phương trình Bernulli 32 CÁC DẠNG PHƯƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG THỰC 33 2.1 Phương trình Bernulli dòng nguyên tố chất lỏng thực 33 2.2 Phương trình Bernulli tồn dịng chất lỏng thực 33 2.3 Một số ứng dụng phương trình Bernulli 34 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LƯỢNG VÀ MƠMEN ĐỘNG LƯỢNG 37 3.1 Phương trình động lượng 37 3.2 Phương trình mômen động lượng 37 3.3 Ý nghĩa thủy động học 37 3.4 Ứng dụng phương trình động lượng 38 CHƯƠNG 5: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT LỎNG 39 TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG TRONG DÒNG CHẢY 39 1.1 Hai trạng thái chảy chất lỏng 39 1.2 Quy luật tổn thất lượng dòng chảy 42 DÒNG CHẢY TRONG ỐNG TRÒN 42 iii 2.1 Dòng chảy tầng ống 42 2.2 Dòng chảy rối ống 43 CHẢY TẦNG TRONG CÁC KHE HẸP 43 3.1 Dòng chảy hai phẳng song song 43 3.2 Dòng chảy dọc trục hai trụ tròn 44 CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THUỶ ĐỘNG 44 4.1 Dòng chảy hai mặt phẳng song song 44 4.2 Bơi trơn hình nêm 44 4.3 Bôi trơn ổ trục 44 CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG 46 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TỐN ĐƯỜNG ỐNG 46 1.1 Phân loại 46 1.2 Những cơng thức dùng tính tốn thủy lực đường ống 47 BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ ĐƯỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN 47 2.1 Tính H1 biết H2, Q, l, d, n (độ nhám tương đối) 47 2.2 Tính Q biết H1, H2, l, d, n 47 2.3 Tính d biết H1, H2, Q, l, n 48 2.4 Tính d, H1 biết H2, Q, l, n 48 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG PHỨC TẠP 48 3.1 Hệ thống đường ống nối tiếp 48 3.2 Hệ thống đường ống nối song song 49 3.3 Hệ thống đường ống phân phối liên tục 50 3.4 Hệ thống đường ống phân nhánh hở 50 3.5 Hệ thống đường ống vịng kín 51 BÀI TẬP TÍNH TỐN ĐƯỜNG ỐNG 51 4.1 Phương pháp dùng hệ số đặc trưng lưu lượng K 51 4.2 Phương pháp đồ thị để tính tốn đường ống 51 4.3 Va đập thủy lực đường ống 51 CHƯƠNG 7: NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỒ THỊ KHÍ NÉN 53 NHIỆT VÀ CÔNG 53 1.1 Công 53 1.2 Nhiệt lượng 54 1.3 Nhiệt dung riêng 54 iv KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 54 2.1 Khái niệm 54 2.2 Quá trình nhiệt động 55 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHẤT CÔNG TÁC 56 3.1 Nhiệt độ 56 3.2 Áp suất chất khí 56 3.3 Thể tích riêng 56 3.4 Nội chất khí 57 3.5 Năng lượng đẩy 57 3.6 Entanpi - nhiệt hàm 58 3.7 Entropi 58 CAC DỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA CHẤT KHI 59 4.1 Định luật nhiệt động thứ 59 4.2 Các trình nhiệt động 60 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 60 5.1 Các chu trình nhiệt động 60 5.2 Chu trình carnot 61 5.3 Định luật nhiệt động thứ hai 61 5.4 Các hệ định luật nhiệt động thứ hai 62 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG VÀ THỰC TẾ MÁY NÉN PITTƠNG 62 6.1 Khái niệm 62 6.2 Chu trình lý tưởng thực tế máy nén pittông 63 CHƯƠNG 8: KHÁI NIỆM VỀ BƠM 65 KHÁI NIỆM 65 1.1 Định nghĩa 65 1.2 Các thông số làm việc 66 PHÂN LOẠI 69 2.1 Phạm vi sử dụng 69 2.2 Phân loại 69 CHƯƠNG 9: BƠM LY TÂM - BƠM HƯỚNG TRỤC 72 BƠM LY TÂM 72 1.1 Khái niệm phân loại bơm ly tâm 72 1.2 Cấu tạo nguyên tắc làm việc bơm ly tâm 73 v 1.3 Các thông số bơm ly tâm 74 BƠM HƯỚNG TRỤC 75 2.1 Khái niệm phân loại bơm hướng trục 75 2.2 Cấu tạo nguyên tắc làm việc bơm hướng trục 75 2.3 Các thông số bơm hướng trục 77 VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP 78 3.1 Các ví dụ 78 3.2 Bài tập 81 CHƯƠNG 10: BƠM THỂ TÍCH 83 KHÁI NIỆM 83 1.1 Khái niệm chung 83 1.2 Các thông số làm việc bơm thể tích 83 BƠM PISTON 85 2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 85 2.2 Phân loại 87 2.3 Cách tính lưu lượng bơm piston 89 BƠM ROTO 90 3.1 Khái niệm chung 90 3.2 Bơm bánh 90 3.3 Bơm trục vít 91 3.4 Bơm cánh gạt 92 3.5 Bơm chân khơng vịng nước 93 BƠM PITTON – ROTO 94 4.1 Khái niệm chung 94 4.2 Bơm piston - roto hướng kính 94 4.3 Bơm piston - roto hướng trục 95 vi 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 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 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 q 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 ; 𝑞1 𝑀 = 2𝜋 𝑝 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, vòng 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 vòng quay trục bơm) loại bơm có 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 tròn tạo dòng chảy tương đối Lưu lượng áp suất dòng chảy máy roto dao động so với dịng 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 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 không 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 khơng vịng nước khác với bơm cánh gạt chỗ cánh gạt không trượt rãnh roto không 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 vịng 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) Ngun 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 ln ln 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 vòng 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 thơng 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 Hồng Đức Liên (2007), “Giáo trình kỹ tḥt thuỷ khí”, Trường Đại học Nơng Nghiệp Hà nội 98 ... vi GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ Mã mơn học: MH 32 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Cơ sở thủy khí máy thủy khí môn học kỹ thuật sở đưa vào... THIỆU Giáo trình ? ?Cơ sở thuỷ khí máy thuỷ khí “ biên soạn dựa chương trình mơn học mơn ? ?Cơ sở thuỷ khí máy thuỷ khí? ?? giảng dạy cho khối cao đẳng, trung cấp ngành kỹ thuật đặc biệt cho ngành Kỹ thuật. .. vai trị mơn học: Là mơn học liên quan đến khối môn kỹ thuật sở có ngành kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Cơ sở thủy khí máy thủy khí mơn học sở quan trọng, giúp cho học sinh, sinh viên tiếp