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 1 LỜI NÓI ĐẦU Máy thủy khí là học phần kỹ thuật chuyên ngành trong c[.]
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 toàn phần máy bơm, mH20) 1.1.3 Ưu nhược điểm máy bơm nước ly tâm Bơm ly tâm thuộc loại bơm cánh dẫn sử dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm: - Có lưu lượng ổn định với cột áp khơng đổi; - Kích thước nhỏ gọn trọng lượng bé so với bơm piston; - Cho phép nối trực tiếp với động cao tốc khơng qua hộp giảm tốc (trị số vịng quay đạt đến 40.000 vịng/phút); - Cấu tạo đơn giản chắn, tháo lắp tiện lợi; - An tồn lúc làm việc; - Có thể bơm nhiều loại chất lỏng khác nhau, hỗn hợp chất lỏng chất rắn; - Khối lượng sửa chữa thường kỳ nhỏ chi tiết động; - Khởi động bơm nhanh điều chỉnh đơn giản khoảng lưu lượng lớn; - Trọng lượng kích thước khơng lớn có suất lớn, diện tích đặt máy khơng lớn máy đơn giản; - Giá thành tương đối rẻ, sử dụng đơn giản, tiện lợi Bên cạnh ưu điểm bật, máy bơm nước ly tâm có số nhược điểm như: - Khơng có khả tự hút (trước khởi động bơm cần điền đầy chất lỏng vào bánh công tác đường ống hút); - Hiệu suất thấp vòng quay nhỏ; - Hiệu suất bơm giảm nhiều độ nhớt chất lỏng cần bơm tăng lên; - So với bơm piston, kích thước đường ống hút bơm ly tâm địi hỏi lớn hơn; - Có phụ thuộc hiệu suất bơm đến chế độ làm việc 1.2 Các thơng số máy bơm ly tâm 1.2.1 Lưu lượng Lưu lượng hay gọi suất bơm lượng chất lỏng bơm vận chuyển đơn vị thời gian Tùy theo đơn vị đo mà lưu lượng chia thành loại như: lưu lượng thể tích Q có đơn vị đo m3/h, m3/s, l/s…; lưu lượng khối lượng M có đơn vị đo kg/s, kg/h, g/s…; lưu lượng trọng lượng G có đơn vị đo N/s, N/h, kG/s… Tuy nhiên, khái niệm lưu lượng thể tích dùng phổ biến Lưu lượng bơm xác định dụng cụ đo lắp ống đẩy ống Ven-tu-ri, lưu lượng kế kiểu màng chắn dụng cụ đo khác thùng đo lường cân đặt cuối ống đẩy Các dụng cụ đo xác định giá trị trung bình lưu lượng đơn vị thời gian Sau đây, giới thiệu vài dạng cấu tạo thiết bị đo lưu lượng: 10 + Đo lưu lượng bánh hình ơvan bánh (Hình 1-3): Chất lỏng chảy qua ống làm quay bánh ôvan bánh răng, độ lớn lưu lượng xác định lượng chất lỏng chảy qua bánh ơvan bánh Hình 1-3 Đo lưu lượng bánh hình ơ-van bánh + Đo lưu lựơng tuabin cánh gạt (Hình 1-4): Chất lỏng chảy qua ống làm quay cánh tuabin cánh gạt, độ lớn lưu lượng xác định tốc độ quay cánh tuabin cánh gạt Hình 1-4 Đo lưu lượng tua-bin cánh gạt + Đo lưu lượng theo nguyên lý độ chênh áp (Hình 1-5): Hai áp kế đặt hai đầu màng ngăn, độ lớn lưu lượng xác định độ chênh lệch áp suất (tổn thất áp suất) hai áp kế p1, p2 QV = K p , (trong K – số theo ứng dụng thực tế) Hình 1-5 Đo lưu lượng theo nguyên lý độ chênh áp + Đo lưu lượng lực căng lị xo (Hình 1-6): Chất lỏng chảy qua ống tác động vào đầu đo, đầu đo có gắn lị xo, lưu chất chảy qua lưu lượng kế hay nhiều xác định qua kim 11 Hình 1-6 Đo lưu lượng lực căng lò xo 1.2.2 Cột áp Là lượng đơn vị mà bơm truyền cho dòng chất lỏng, để đưa chất lỏng lên cao Hb(mH20) Trong hệ thống bơm nước ta lấy hệ số hiệu chỉnh động 1 = = , bỏ qua tổn thất lượng máy bơm, từ sơ đồ tính tốn Hình 1-7, ta có: H b = Era − Evào = E3 − E2 (1- 1) p v2 p v2 Hb = H h + y + + − H h + + 2g 2g Hb = y + p3 − p2 + v32 − v22 2g (1- 2) đó: p2, p3 - áp suất tuyệt đối cửa hút cửa đẩy máy bơm Áp suất phía cửa hút bơm (p2) áp suất chân không – nhỏ áp suất khí trời lượng pCK ; Áp suất phía cửa đẩy bơm (p3) áp suất dư – lớn áp suất khí trời lượng pAK Do đó, ta có cột áp phía cửa hút cửa đẩy bơm là: p2 p3 = pa − pCK = pa + p AK ; (1- 3) ; Trừ vế cho vế hai phương trình biểu thức (1-3) ta được: p3 − p2 = p AK + pCK Cơng thức tính cột áp bơm là: Hb = y + p AK + pCK + v32 − v22 2g (1- 4) : pCK, pAK - giá trị áp suất đọc đồng hồ chân không kế áp kế, (N/m ) ; 12 v2, v3 - vận tốc trung bình dịng chất lỏng mặt cắt ướt (2-2) (3-3), (m/s); y - độ chênh cao vị trí lắp chân khơng kế áp kế, (m) Hình 1-7 Sơ đồ tính tốn hệ thống bơm ly tâm Nếu đường kính ống hút ống đẩy khơng trích chứa lưu lượng ống đẩy v2 = v3 khoảng cách y bỏ qua ( y ), trị số cột áp máy bơm xác định trị số đọc áp kế (pAK) chân không kế (pCK) sau: Hb = p AK + pCK (1- 5) Khi khơng có số liệu đo cụ thể bơm làm việc pCK, pAK … mà có số liệu yêu cầu hệ thống làm việc như: p1, p4, HH … Ta tính cột áp yêu cầu bơm theo giá trị lượng bể hút bể chứa sau: Áp dụng phương trình Bec-nu-li cho đoạn dịng chảy giới hạn bới hai mặt cắt (1-1) (2-2), với việc chọn mặt chuẩn (0-0) trùng với mặt nước bể hút, ta được: p1 + v12 p v2 = H h + + + hwhút 2g 2g (1- 6) (1- 7) hay: 13 p2 = p1 v12 v2 − H h + + hwhút 2g 2g + hay viết gọn lại: E2 = E1 − hwhút (1- 8) đó: hwhút - tổng tổn thất lượng đường ống hút, mH20 Từ biểu thức (1-7) ta thấy rằng, áp suất mặt thoáng cửa bể hút p1 = pa v1 nhỏ áp suất miệng hút bơm p2 < pa, tức phải đo chân không kế Tương tự, áp dụng phương trình Bec-nu-li cho đoạn dịng chảy hai mặt cắt (3-3) (4-4), với việc chọn mặt chuẩn mặt phẳng (0-0), ta được: v32 p4 v42 + = H đ + + + hwđ 2g 2g p3 (1- 9) hay viết gọn lại: E3 = E4 + hwđ (1- 10) đó: hwđ - tổng tổn thất lượng hệ thống ống đẩy Thay E2, E3 vào phương trình cột áp (1-1), ta có: H b = E3 − E2 = ( E4 + hwđ ) − ( E1 − hwhút ) (1- 11) H b = E4 − E1 + hwđ + hwhút = E4 − E1 + hw đó: hw = hwđ + hwh - tổng tổn thất lượng hệ thống ống hút ống đẩy, mH20; hay H b = Z − Z1 + p4 − p1 + v42 − v12 + hw 2g (1- 12) đó: Z1, Z2, Z3, Z4 - tỷ vị (là lượng có mặt cắt ướt chênh lệch vị trí với mặt chuẩn tính đơn vị trọng lượng chất lỏng, ý nghĩa hình học khoảng cách theo phương thẳng đứng từ mặt cắt ướt đến mặt chuẩn) mặt cắt ướt (1-1), (2-2), (3-3), (4-4) so với mặt chuẩn (0-0), (m) Từ Hình 1-3 thấy : HH = Z4 - Z1, ta xác định cột áp yêu cầu bơm phải tạo làm việc hệ thống ống: Hb = H H + p4 − p1 đó: Các thành phần H H + p4 − p1 v42 − v12 + hw 2g (1- 13) đại lượng không thay đổi với hệ thống máy bơm xác định, đó: H t = H H + p4 − p1 14 gọi cột áp tĩnh; v42 − v12 hw đại lượng thay đổi theo lưu lượng 2g hệ thống, tức phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy ống dẫn, đó: v2 − v2 H đ = + hw gọi cột áp động 2g Các thành phần Vậy cột áp bơm tổng hai thành phần cột áp thành phần cột áp động cột áp tĩnh: Hb = Ht + Hđ (1- 14) Các giá trị áp suất pAK pCK đọc từ đồng hồ đo áp suất lắp đặt hệ thống bơm: Chân không kế lắp cửa hút bơm để đo áp suất chân không (pCK), áp kế lắp cửa đẩy máy bơm để đo áp suất dư (pAK), cụ thể: + Áp kế: Nguyên lý đo áp suất áp kế lị xo hình vịng (Hình 1-8): Lị xo hình vịng A, B ống đồng rỗng có tiết diện hình ơ-van, đầu cố định với vỏ áp kế nối thông với nơi cần đo áp suất dư, đầu cịn lại bịt kín để tự Đầu tự liên kết với đòn bẩy cấu truyền động bánh đến kim thị Dưới tác dụng áp lực chất lỏng lò xo rỗng A, B, lò xo bị biến dạng, thơng qua cấu truyền hay địn bẩy bánh răng, độ biến dạng lò xo chuyển đổi thành giá trị ghi thang số - giá trị áp suất dư Hình 1- Áp kế lị xo hình vịng + Chân không kế: Nguyên lý hoạt động chân không kế lị xo (Hình 19): Hình 1-9 Áp kế lò xo 15 - Kim thị; 2, 3, - cấu truyền động; - Lò xo Lò xo nằm tấm đàn hồi liên kết với truyền số Lò xo nằm vỏ chia khoảng trống vỏ thành hai khoang: khoang có áp suất khí (pa = 1at), khoang nối thông với nơi cần đo áp suất chân không (p0 < pa) Dưới tác dụng chênh lệch áp suất, tạo áp lực đẩy lò xo (1) bị biến dạng (võng xuống), thông cấu truyền động số 2, 3, 4, làm cho kim số chuyển động quay - giá trị áp suất thang đo 1.2.3 Công suất, hiệu suất Cần phải phân biệt rõ hai loại công suất: công suất thủy lực công suất trục máy bơm Công suất thủy lực (Ntl,W): Là mà bánh công tác máy bơm truyền cho dòng chất lỏng làm việc đơn vị thời gian Cơng suất thủy lực bơm tính tích cột áp với lưu lượng trọng lượng máy bơm: N tl = Q.H , (W) đó: (1- 15) - trọng lượng riêng chất lỏng, N/m3; Q - Lưu lượng máy bơm, m3/s; H - cột áp toàn phần bơm, mH20 Muốn tạo Ntl (gọi cơng suất có ích) trục bơm phải có cơng suất lớn hơn, làm việc bơm phải tiêu hao phần lượng để bù vào tổn thất thủy lực tổn thất ma sát phận làm việc bơm… N= Ntl = Q.H , (kW) 103. (1- 16) η - hiệu suất tồn phần máy bơm (η < 1) Cơng suất trục: Là công suất trục máy làm việc ( N kW) Công suất thủy lực khác cơng suất trục Q trình làm việc bơm hồn thiện giá trị cơng suất thủy lực tiến gần đến giá trị công suất trục Khi chọn động để kéo máy bơm, cần phải chọn công suất động (Nđc) lớn công suất trục bơm (N), để đề phòng trường hợp tải bù vào tổn thất truyền động từ động sang máy bơm N đc = k N , (kW) (1- 17) Ở đây, k > - hệ số dự trữ công suất, phụ thuộc vào loại bơm, công suất máy bơm, điều kiện môi trường làm việc… thường chọn sau [TL2]: Bảng 1-2 Lựa chọn hệ số dự trữ công suất theo công suất bơm Công suất bơm Hệ số dự trữ công Công suất bơm Hệ số dự trữ công (N, kW) suất K (kW) suất K N≤2 15 < N ≤ 25 1,2 2 40 1,1 Hiệu suất đại lượng không thứ nguyên, định nghĩa tỷ số công suất hưu ích (Ni) cơng suất tồn phần (N), ký hiệu η Do Ni < N nên hiệu suất nhỏ Hiệu suất thông số quan trọng, để đánh giá tiêu kinh tế, kỹ thuật máy móc nói chung máy bơm nói riêng = N tl