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

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG 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: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: ……… ngày … tháng … năm …… 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 đƣợc 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 “ đƣợc biên soạn dựa chƣơng 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 ngƣời học có tài liệu học tập dùng tài liệu để tham khảo tính tốn tổn thất lƣợng 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 đƣợc biên soạn khơng trách khỏi thiếu sót Rất mong bạn đọc góp ý kiến để tài liệu đƣợc 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 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THỦY LỰC 1.1 Sơ lƣợc 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 lƣợng riêng trọng lƣợng riêng 2.3 Tính nén tính giãn nở nhiệt 2.4 Tính nhớt 2.5 Chất lỏng thực, chất lỏng lý tƣởng CHƢƠNG 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 Phƣơng pháp cân thuỷ tĩnh 11 PHƢƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA THUỶ TĨNH 11 2.1 Mặt đẳng áp 12 2.2 Phƣơng trình thuỷ tĩnh học 12 2.3 Áp suất biều đồ phân bố áp suất 13 TÍNH TƢƠNG 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 CHƢƠNG 3: ĐỘNG HỌC CHẤT LỎNG 23 MỘT SỐ CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐỊNH NGHĨA 23 1.1 Đƣờng dòng 23 1.2 Đƣờng nguyên tố dòng chảy 24 1.3 Mặt cắt ƣớt, chu vi ƣớt, bán kính thủy lực 24 1.4 Lƣu lƣợng 25 1.5 Vận tốc trung bình mặt cắt ƣớt 25 MỘT SỐ ĐỊNH LÝ CƠ BẢN 26 2.1 Phân loại chuyển động 26 2.2 Gia tốc lƣu chất 27 CÁC DẠNG CỦA PHƢƠNG TRÌNH LIÊN TỤC 27 3.1 Phƣơng trình liên tục dòng nguyên tố 27 3.2 Phƣơng trình liên tục tồn dịng chảy 28 CHƢƠNG 4: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LỎNG 30 PHƢƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG LÝ TƢỞNG 30 1.1 Phƣơng trình chuyển động chất lỏng lý tƣởng (phƣơng trình Ơle thủy động) 30 1.2 Các phƣơng trình Bernulli cho chất lỏng lý tƣởng 31 1.3 Ý nghĩa phƣơng trình Bernulli 32 CÁC DẠNG PHƢƠNG TRÌNH BERNULLI CHO CHẤT LỎNG THỰC 33 2.1 Phƣơng trình Bernulli dòng nguyên tố chất lỏng thực 33 2.2 Phƣơng trình Bernulli tồn dịng chất lỏng thực 33 2.3 Một số ứng dụng phƣơng trình Bernulli 34 PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG LƢỢNG VÀ MƠMEN ĐỘNG LƢỢNG 37 3.1 Phƣơng trình động lƣợng 37 3.2 Phƣơng trình mômen động lƣợng 38 3.3 Ý nghĩa thủy động học 38 3.4 Ứng dụng phƣơng trình động lƣợng 38 CHƢƠNG 5: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT LỎNG 40 TỔN THẤT NĂNG LƢỢNG TRONG DÒNG CHẢY 40 1.1 Hai trạng thái chảy chất lỏng 40 1.2 Quy luật tổn thất lƣợng dòng chảy 43 DÒNG CHẢY TRONG ỐNG TRÒN 43 iii 2.1 Dòng chảy tầng ống 43 2.2 Dòng chảy rối ống 44 CHẢY TẦNG TRONG CÁC KHE HẸP 44 3.1 Dòng chảy hai phẳng song song 44 3.2 Dòng chảy dọc trục hai trụ tròn 45 CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THUỶ ĐỘNG 45 4.1 Dòng chảy hai mặt phẳng song song 45 4.2 Bơi trơn hình nêm 45 4.3 Bôi trơn ổ trục 45 CHƢƠNG 6: TÍNH TỐN THỦY LỰC ĐƢỜNG ỐNG 47 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TỐN ĐƢỜNG ỐNG 47 1.1 Phân loại 47 1.2 Những cơng thức dùng tính tốn thủy lực đƣờng ống 48 BỐN BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ ĐƢỜNG ỐNG ĐƠN GIẢN 48 2.1 Tính H1 biết H2, Q, l, d, n (độ nhám tƣơng đối) 48 2.2 Tính Q biết H1, H2, l, d, n 48 2.3 Tính d biết H1, H2, Q, l, n 49 2.4 Tính d, H1 biết H2, Q, l, n 49 TÍNH TOÁN ĐƢỜNG ỐNG PHỨC TẠP 49 3.1 Hệ thống đƣờng ống nối tiếp 49 3.2 Hệ thống đƣờng ống nối song song 50 3.3 Hệ thống đƣờng ống phân phối liên tục 51 3.4 Hệ thống đƣờng ống phân nhánh hở 51 3.5 Hệ thống đƣờng ống vịng kín 52 BÀI TẬP TÍNH TỐN ĐƢỜNG ỐNG 52 4.1 Phƣơng pháp dùng hệ số đặc trƣng lƣu lƣợng K 52 4.2 Phƣơng pháp đồ thị để tính tốn đƣờng ống 52 4.3 Va đập thủy lực đƣờng ống 52 CHƢƠNG 7: NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ ĐỒ THỊ KHÍ NÉN 54 NHIỆT VÀ CÔNG 54 1.1 Công 54 1.2 Nhiệt lƣợng 55 1.3 Nhiệt dung riêng 55 iv KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 55 2.1 Khái niệm 55 2.2 Quá trình nhiệt động 56 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHẤT CÔNG TÁC 57 3.1 Nhiệt độ 57 3.2 Áp suất chất khí 57 3.3 Thể tích riêng 57 3.4 Nội chất khí 58 3.5 Năng lƣợng đẩy 58 3.6 Entanpi - nhiệt hàm 59 3.7 Entropi 59 CAC DỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA CHẤT KHI 60 4.1 Định luật nhiệt động thứ 60 4.2 Các trình nhiệt động 61 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 61 5.1 Các chu trình nhiệt động 61 5.2 Chu trình carnot 62 5.3 Định luật nhiệt động thứ hai 62 5.4 Các hệ định luật nhiệt động thứ hai 63 CHU TRÌNH LÝ TƢỞNG VÀ THỰC TẾ MÁY NÉN PITTƠNG 63 6.1 Khái niệm 63 6.2 Chu trình lý tƣởng thực tế máy nén pittông 64 CHƢƠNG 8: KHÁI NIỆM VỀ BƠM 66 KHÁI NIỆM 66 1.1 Định nghĩa 66 1.2 Các thông số làm việc 67 PHÂN LOẠI 70 2.1 Phạm vi sử dụng 70 2.2 Phân loại 70 CHƢƠNG 9: BƠM LY TÂM - BƠM HƢỚNG TRỤC 73 BƠM LY TÂM 73 1.1 Khái niệm phân loại bơm ly tâm 73 1.2 Cấu tạo nguyên tắc làm việc bơm ly tâm 74 v 1.3 Các thông số bơm ly tâm 75 BƠM HƢỚNG TRỤC 76 2.1 Khái niệm phân loại bơm hƣớng trục 76 2.2 Cấu tạo nguyên tắc làm việc bơm hƣớng trục 76 2.3 Các thông số bơm hƣớng trục 78 VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP 79 3.1 Các ví dụ 79 3.2 Bài tập 82 CHƢƠNG 10: BƠM THỂ TÍCH 84 KHÁI NIỆM 84 1.1 Khái niệm chung 84 1.2 Các thông số làm việc bơm thể tích 84 BƠM PISTON 86 2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 86 2.2 Phân loại 88 2.3 Cách tính lƣu lƣợng bơm piston 90 BƠM ROTO 91 3.1 Khái niệm chung 91 3.2 Bơm bánh 91 3.3 Bơm trục vít 92 3.4 Bơm cánh gạt 93 3.5 Bơm chân khơng vịng nƣớc 94 BƠM PITTON – ROTO 95 4.1 Khái niệm chung 95 4.2 Bơm piston - roto hƣớng kính 95 4.3 Bơm piston - roto hƣớng trục 96 vi tồn kín, lƣu lƣợng máy khơng phụ thuộc vào áp suất, cịn áp suất tăng lên đƣợc tùy thuộc vào áp suất phụ tải công suất bơm Khi lƣu lƣợng máy thủy lực thể tích phụ thuộc vào vận tốc chuyển động piston Nếu vận tốc piston khơng thay đổi lƣu lƣợng không thay đổi Nhƣng 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 lƣu lƣợng 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 thƣờng 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 lƣu lƣợng tính trình đơn vị thời gian nên cịn gọi lƣu lƣợng trung bình lý thuyết Khác với máy thủy lực cánh dẫn, lƣu lƣợng tức thời máy thủy lực thể tích thay đổi theo thời gian, kể máy làm việc ổn định Lƣu lƣợng lý thuyết Q l (lƣu lƣợng chƣa kể tới chảy rị) tổng thể tích làm việc máy đơn vị thời gian: Ql  ql n Trong đó: ql - Lƣu lƣợng riêng máy (trong chu kỳ), thể tích làm việc máy chu kỳ n - Số chu kỳ làm việc máy đơn vị thời gian (thƣờng số vòng quay trục máy) Áp suất: Ta biết, cột áp máy thủy lực thể tích đƣợc tạo nên chủ yếu thay đổi áp suất tĩnh chất lỏng chuyển động qua máy Do đó, máy thủy lực thể tích thƣờng 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 lƣợng riêng chất lỏng làm việc 85 Áp suất buồng làm việc có liên quan đến lực tác dụng moment quay máy - Đối với máy thủy lực thể tích c 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 c 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 thƣớc máy) kM  Ql   ql Xác định kM: Ta c : Ql = n.ql Nl = γ.Ql.H ; N = ω.M ; M = kM.p; p = γ H ; kM thực tế < kM lý thuyết đƣợc 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 tƣơng đối nhỏ (vì động nhỏ) nên thƣờng cho ηH = Do  Cơng suất làm việc bơm: N BƠM PISTON 2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 86  Q.H Q  C p.Q Bơm piston đƣợc 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) 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 Nhƣ vậy, vịng quay tay quay bơm thực đƣợc hai trình hút, đẩy liền Nếu tay quay tiếp tục quay bơm lại lặp lại trình hút đẩy nhƣ 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 87 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 đƣợc độ cao: h pa  p  Khác với bơm ly tâm, bơm piston khơng cần phải mồi, bơm tự hút đƣợc Nếu piston tiếp tục làm việc, chất lỏng từ bể hút dâng dần theo ống hút điền đầy bơm Khi xem nhƣ 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 lƣu lƣợng bơm dao động; Kết cấu bơm tƣơng đối cồng kềnh Khi áp suất nhỏ trung bình, thƣờng dùng bơm ly tâm có lợi Khi cần áp suất cao cao (từ 200 at trở lên) lƣu lƣợng tƣơng đối nhỏ bơm piston chiếm ƣu 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 cơng tác chế tạo u 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) 88 - Bơm piston trụ: piston có dạng trụ với đƣờng kính tƣơng 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; 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 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 ngƣợc 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 đƣợc dẫn động trục khuỷu, có chung ống hút ống đẩy Để có dao động lƣu lƣợng nhỏ nhất, tay quay đƣợc bố trí lệch góc 120o 89 + 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: - Lƣu lƣợng nhỏ: Q < 15 m3/h - Lƣu lƣợng trung bình: Q = 15 ÷ 60 m3/h - Lƣu lƣợng lớn: Q > 60 m3/h 2.3 Cách tính lƣu lƣợng 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 2F  f  Ql  2 F  f  Trong đó:   S n m s 60 F - Diện tích làm việc mặt piston F D f - Diện tích mặt cắt cần piston f  d d - Đƣờng kính cần piston S - Hành trình piston n - Số vịng quay phút trục bơm Lưu lượng trung bình thực: Bao nhỏ lƣu lƣợng lý thuyết tính ngun nhân nhƣ phận lót kín bơm van khơng thể 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 90 Vì lƣu lƣợng thực trung bình bơm piston là: Q Q Ql ηQ - hiệu suất lƣu lƣợng bơm phụ thuộc vào nguyên nhân kể - ηQ = 0,85 ÷ 0,90 - bơm nhỏ (có đƣờng 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 đƣợc dùng rộng rãi ngành chế tạo máy động lực Bơm roto có nhiều loại, nhiều kiểu khác (trong loại bơm roto trừ bơm chân không vịng nƣớc biến thành động thuỷ lực, ta nạp vào chúng dịng chất lỏng có áp suất đủ lớn) Nhƣng nghiên cứu loại phổ biến sau đây: - Bơm bánh - Bơm trục vít - Bơm cánh gạt - Bơm chân khơng vịng nƣớc Trong bơm roto, phận làm việc trực tiếp trao đổi áp với dịng chất lỏng qua máy phận có chuyển động quay nhƣ bánh răng, trục quay có cánh gạt,… gọi chung roto Roto có chuyển động trịn tạo dòng chảy tƣơng đối Lƣu lƣợng áp suất dòng chảy máy roto dao động so với dòng chảy máy thủy lực piston Áp suất làm việc bơm roto thƣờng cao so với bơm cánh dẫn nhƣng thấp so với bơm piston, thông thƣờng 20 ÷ 150at Ƣu điểm chung: Kết cấu đơn giản; Kích thƣớc 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 lƣợng lớn; Có tiêu kinh tế tốt (rẻ) 3.2 Bơm bánh Cấu tạo: Bơm có từ bánh trở lên ăn khớp với nhau, ăn khớp ăn khớp Số thƣờng gặp Z = ÷ 12 Sơ đồ kết cấu bơm bánh đơn giản thƣờng có bánh nhƣ Hình 4.8 91 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 đƣợc 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 nhƣ 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 92 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 thƣớng có mối ren biên dạng ren thƣờng 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 trƣớc, 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 đƣợc 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 nhƣ chất lỏng đƣợc chuyển từ bọng hút đến bọng đẩy Bơm trục vít ren vng (hoặc hình thang) có nhƣợc điểm khó bảo đảm kín thể tích làm việc, tổn thất lƣu lƣợng 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 lƣu lƣợng 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 trƣợt rãnh roto gạt chất lỏng, nên gọi cánh gạt Phần không gian giới hạn vỏ bơm roto gọi thể tích làm việc 93 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 lò xo cánh gạt luôn 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 ngƣợc từ bọng đẩy lại bọng hút khơng 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 không gạt chất lỏng (ở vị trí II) Do lƣu lƣợng bơm khơng đều, nhỏ cánh gạt vị trí I lớn cánh gạt vị trí C-C Để cho lƣu lƣợng bơm hơn, ngƣời ta tăng số cánh gạt bơm (từ ÷ 12 cánh) 3.5 Bơm chân khơng vịng nƣớc 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 nƣớc Khi roto quay cánh gạt khuấy nƣớc dƣới tác dụng lực ly tâm, nƣớc tạo thành hình vành khăn bao quanh vỏ làm kín bơm Ở mặt bên vỏ bơm có miệng hút a thơng với 94 miệng đẩy b thơng với ống đẩy Hình dạng vị trí miệng hút miệng đẩy nhƣ hình vẽ Khi bơm làm việc vịng nƣớc phải chốn toàn mặt cắt AB Khi cánh gạt quay theo chiều mũi tên từ AB đến CD, thể tích chứa khơng khí roto vịng nƣớc tăng, áp suất giảm, khơng khí bị hút vào bơm qua miệng hút Từ CD đến AB thể tích khơng khí roto vịng nƣớc 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 nhƣ vậy, áp suất miệng hút bơm giảm dần tạo nên độ chân không ngày cao ống hút Nguyên lý làm việc bơm chân khơng vịng nƣớc ngun lý làm việc bơm cánh gạt tác dụng đơn Về kết cấu, bơm chân khơng vịng nƣớc khác với bơm cánh gạt chỗ cánh gạt không trƣợt rãnh roto không tỳ vào thành vỏ bơm buồng làm việc đƣợc làm kín vịng nƣớc BƠM PITTON – ROTO 4.1 Khái niệm chung Bơm kiểu piston-roto loại bơm thể tích đời bắt đầu đƣợc sử dụng nhiều vào năm 1925 ÷ 1935, mà truyền động thủy lực bắt đầu đƣợc ứng dụng rộng rãi ngành chế tạo máy công cụ, máy bay tàu thủy Một số đặc điểm bơm piston-roto nhƣ tạo đƣợc áp suất cao với lƣu lƣợng khơng lớn lắm; Có khả thay đổi lƣu lƣợng dễ dàng, giữ nguyên áp suất số vòng quay làm việc (áp suất làm việc không phụ thuộc vào lƣu lƣợng số vòng quay); Hiệu suất tƣơng đối cao; Phạm vi điều chỉnh lớn; Số vòng quay làm việc tƣơng đối lớn nên có khả nối trực tiếp với động điện thông thƣờng Bơm động piston-roto có kết cấu hồn tồn nhƣ nhau, trừ trƣờng hợp đặc biệt Trong thực tế bơm piston-roto làm việc nhƣ động dẫn vào dịng chất lỏng có áp suất đủ lớn Bơm piston-roto chia làm loại: - Bơm piston-roto hƣớng kính - Bơm piston-roto hƣớng trục 4.2 Bơm piston - roto hƣớng kính 95 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 hƣớng 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 hƣớng kính Trong bơm trình hút đƣợc thực piston chuyển động hƣớng khỏi tâm roto; chất lỏng đƣợc hút qua roto vào xilanh nhờ có lỗ dẫn a vào bọng hút A Khi piston bị thành stato ép, chuyển động hƣớng 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 đƣợc ngăn cách vách bố trí stato trục phân phối đƣợc thơng ngồi lỗ dẫn a, b Trƣờng hợp ứng với roto quay theo chiều kim đồng hồ Nếu roto quay ngƣợc chiều kim đồng hồ bọng hút B bọng đẩy A Để bơm làm việc đƣợc bình thƣờng, 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 hƣớng trục Nguyên lý giống nhƣ bơm piston-roto hƣớng kính, nhƣng kết cấu khác Trong bơm piston-roto hƣớng trục, lỗ xilanh phân bố roto nhƣng khơng theo hƣớng kính mà song song với theo hƣớng trục roto Piston xilanh luôn đƣợc đẩy tỳ đầu vào đĩa cố định đặt nghiêng 96 lò xo đặt xilanh Khi roto quay, piston quay theo Vì đầy piston luôn phải tỳ vào mặt đĩa nghiêng nên piston đồng thời chuyển động tịnh tiến tƣơng xilanh Rotor; Piston; Đĩa nghiêng; Nắp cố định; Đĩa phân phối dầu c hai khoang chứa dầu hình bán nguyệt; Gờ ngăn; Lị o Hình 10.9: Sơ đồ cấu tạo bơm piston-roto hƣớng trục Các lỗ xilanh mặt cuối roto đƣợc lắp sát với nắp cố định Bên nắp có hai rãnh hình vịng cung đƣợc 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 hƣớng trục chia làm loại: - Bơm piston-roto hƣớng trục có đĩa nghiêng - Bơm piston-roto hƣớng trục có roto bố trí nghiêng Để thực chuyển động tƣơng đối pistion xilanh roto quay trịn đĩa nghiêng cố định ngƣợc lại Nhƣng để việc phân phối chất lỏng đƣợc tiện lợi, kết cấu bơm đơn giản thƣờng roto chuyển động quay đĩa nghiêng cố định Sự điều chỉnh bơm piston-roto hƣớng trục đƣợc thực cách thay đổi góc nghiêng đĩa so với đƣờng tâm trục roto Ưu điểm: bọng hút, đẩy có điều kiện bố trí riêng biệt đĩa phân phối, nên chế tạo với kích thƣớc lớn mà khơng làm tăng kích thƣớc chung máy Do cho phép nâng cao số vịng quay để tăng lƣu lƣợng Vì bơm piston-roto hƣớng trục có trọng lƣợng đơn vị cơng suất nhỏ 2÷3 lần so với bơm piston-roto hƣớng kính 97 Moment quán tính tƣơng đối nhỏ Điều có ý nghĩa quan trọng sử dụng máy làm động Bơm piston-roto hƣớng trục có hiệu suất lƣu lƣợng 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 hƣớng kính Cấu tạo nguyên tắc làm việc bơm piston-roto hƣớng trục 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tùng (1982), “Bài t p thuỷ lực cung cấp nước công nghiệp”, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp [2] TS Pha Anh Tuấn, “Bài t p Kỹ thu t thuỷ khí”, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội [3] Huỳnh văn Hồng (2005), “Giáo trình Thuỷ khí kỹ thu t ứng dụng”, Trƣờng Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [4] PGS TS Hồng Đức Liên (2007), “Giáo trình kỹ thu t thuỷ khí”, Trƣờng Đại học Nơng Nghiệp Hà nội 99 ... HỌC Tên mơn học: CƠ SỞ THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ Mã mơn học: MH 26 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Cơ sở thủy khí máy thủy khí môn học kỹ thuật sở đƣợc đƣa vào giảng dạy từ... THIỆU Giáo trình ? ?Cơ sở thuỷ khí máy thuỷ khí “ đƣợc biên soạn dựa chƣơng 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. .. 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