Giáo trình thiết bị mỏ hầm lò phần 1 trường đh công nghiệp quảng ninh

1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH TS Bùi Thanh Nhu (Chủ biên) ThS Đào Đức Hùng GIÁO TRÌNH THIẾT BỊ MỎ HẦM LÒ DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH 2017 2 BÀI MỞ Đ[.]

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH TS Bùi Thanh Nhu (Chủ biên) ThS Đào Đức Hùng GIÁO TRÌNH THIẾT BỊ MỎ HẦM LỊ DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2017 BÀI MỞ ĐẦU Khai thác than, khoáng sản, vật liệu xây dựng ngành công nghiệp nặng Các cơng việc q trình khai thác phải giới hoá nhằm đạt sản lượng suất cao, đảm bảo an toàn giảm nhẹ sức lao động cho người Giáo trình “ Thiết bị mỏ hầm lò” đề cập vấn đề loại thiết bị cơng nghệ lĩnh vực này, bao gồm giới thiệu công dụng, cấu tạo, ngun lý hoạt động phương pháp tính tốn chung phận chủ yếu loại thiết bị Giáo trình dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành kỹ thuật mỏ, làm tài liệu học tập tham khảo cho sinh viên ngành có liên quan đến khai thác mỏ, xây dựng cơng trình ngầm mỏ Giáo trình cịn làm tài liệu tham khảo cho cán giảng dạy, cán kĩ thuật, kĩ thuật viên công tác lĩnh vực khai thác mỏ Cấu trúc Giáo trình gồm: Phần I Máy thủy khí Phần II Máy khai thác mỏ hầm lũ Giáo trình Tiến sĩ Bùi Thanh Nhu(chủ biên) Thạc sĩ Đào Đức Hùng giảng viên môn Cơ máy biên soạn Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học công nghiệp Quảng Ninh, lãnh đạo khoa Điện, mơn Cơ máy Phịng, Khoa nghiệp vụ cá nhân tạo điều kiện giúp đỡ, động viên để hoàn thành tốt Giáo trình Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả cố gắng bám sát đề cương, chương trình môn học phê duyệt, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy môn học nhiều năm, đồng thời có ý đến đặc thù đào tạo ngành nhà trường Do trình độ kinh nghiệm cịn hạn chế nên chắn Giáo trình cịn có thiếu sót Rất mong bạn đọc góp ý Xin chân thành cảm ơn! Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Các tác giả PHẦN I MÁY THỦY KHÍ Chương KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ THỦY LỰC 1.1 Khái niệm chung máy thiết bị thuỷ khí Máy thuỷ khí danh từ chung để máy làm việc cách trao đổi lượng với dòng lưu thể theo nguyên lý thuỷ khí động lực học Nó thường chia thành hai nhóm: - Nhóm máy cơng tác: máy cung cấp lượng cho dòng lưu thể máy quạt gió, máy bơn nước, máy nén khí - Nhóm động cơng tác ( hay cịn gọi nhóm máy phát lực): loại nhận lượng từ dòng lưu thể Tuabin thuỷ lực nhà máy thuỷ điện, cánh quạt cối xay gió, động thuỷ lực Thiết bị thuỷ khí : phương tiện truyền dẫn, tích trữ, hay biến đổi lượng dòng lưu thể, bình chứa khí nén, hệ thống ống dẫn, van khoá đường ống dẫn 1.2 Kiến thức thuỷ lực 1.2.1 Phương trình thuỷ lực học Xét bình thuỷ tinh đựng nước, vị trí điểm A cách mặt thống với độ sâu h Xung quanh điểm A ta lấy tiết diện vô bé d  chiếu d lên mặt thống ta hình hộp có đáy d, hình vẽ 1-1 pa d z h p px x G x A pt y Hình 1.1 Các thành phần lực tác dụng Xét lực tác dụng lên khối chất lỏng gồm có: - Lực P0 áp lực tác dụng lên mặt thống tác dụng áp suất khí trời: P0 = pa d; - Lực Pt áp lực thuỷ tĩnh có chiều đẩy khối nước lên: Pt = pt d; - Lực Acsimet tác dụng đẩy khối chất lỏng lên, trị số trọng lượng cột chất lỏng xét : G =  g W =  h.d Trong :  - Là khối lượng riêng chất lỏng g – Gia tốc trọng trường( g = 9,81 N/m2) W = h.d - thể tích khối chất lỏng; Ngồi lực tác dụng theo phương ox, oy lực phương, độ lớn ngược chiều nên tự triệt tiêu Vì khối nước trạng thái cân nên xét tổng hợp lực theo phương oz ( phương thẳng đứng) ta có: Pt  P0  G  ; (*) Thay thành phần lực vào biểu thức (*) ta được: pt d - pa d -  h.d = 0; Hay pt  pa   h (1.1) Đây phương trình thuỷ tĩnh học, ta phát biểu thành lời sau: Áp suất thuỷ tĩnh điểm lòng chất lỏng áp suất mặt thoáng (p0) cộng với trọng lượng cột chất lỏng có diện tích đáy đvdt; chiều cao từ điểm xét đến mặt thoáng (  h ) chất lỏng 1.2.2 Mặt chuẩn, vận tốc trung bình, phương trình liên tục dòng chảy +Mặt chuẩn: Là mặt phẳng nằm ngang chọn làm gốc, để nghiên cứu mặt cắt khác dịng chảy Mặt chuẩn chọn nên chọn để dễ tính tốn nhất, thường chọn mặt thống chất lỏng + Vận tốc trung bình: Là tỷ số lưu lượng mặt diện tích mặt cắt ướt dòng chảy, ký hiệu là: v, đơn vị: m/s; m/phút Q v ;   v    v  Trong đó: Q – lưu lượng dịng chảy (m3/h),  - diện tích mặt cắt ướt (m2) + Phương trình liên tục dịng chảy: xột dũng Hình 1.2 Nuớc chảy Hỡnh 1.2 Nc chay chảy qua đoạn ống có tiết diện thay đổi, hình vẽ èng cã tiÕt diƯn thay ®ỉi ống có tiết diện thay đổi Gọi Q lưu lượng nước chảy qua ống, ta có: Q1  Q2 , Mặt khác xét với đoạn ống lại có: Q1  v1 1 ; Q2  v2  Suy ra, ta có phương trình: v1 1  v2 2 (1.2) Mở rộng cho đường ống có n tiết diện thay đổi, với lý luận tương tự ta có: v1 1  v2 2     cons tan (1.3) Phát biểu: tích số diện tích mặt cắt ướt với vận tốc trung bình dịng chảy số 1.2.3 Các dạng lượng dịng chảy, phương trình Becnuli a Các dạng lượng dịng chảy: Như hình vẽ ( Hình- 1.3) - Vị tỷ vị năng: Vị mặt cắt lượng dòng chảy, sinh chênh lệch vị trí mặt cắt so với mặt chuẩn Vị độ cao hình học mặt cắt so với mặt chuẩn Vị tính cho đơn vị trọng lượng chất lỏng gọi tỷ vị năng, ký hiệu : z , đơn vị: m - Áp tỷ áp năng: lượng tạo nên áp suất cho dịng chảy Nếu tính cho đơn vị trọng lượng chất lỏng gọi tỷ áp năng, ký p hiệu tỷ số: , đơn vị: m  - Động tỷ động năng: phần lượng làm cho chất lỏng chuyển động với vận tốc v Động tính cho đợn vị trọng lượng chất lỏng v2 E E' gọi tỷ động năng, ký hiệu: 2g hw v21 v22 E b) Phương trình Becnuli 2g 2g Becnuli nhà bác học người Nga, p2 2' ông nghiên cứu chuyển động  p1 chất lỏng tìm quan v1 v2  hệ vận tốc, áp suất độ cao z2 hình học chất lỏng Quan hệ 1' biểu diễn phương z1 O' O trình gọi phương trình Becnuli Hình 1.3 Các Cỏc dạng dngnăng nngluợng lngcủa cadòng dũngchảy chy H×nh + Phương trình Becnuli chất lỏng lý tưởng: Như ta biết chất lỏng lý tưởng chất lỏng khơng có tính nhớt, hay nói cách khác chúng khơng có nội ma sát q trình chuyển động, khơng sinh tổn hao lượng trình chuyển động từ mặt cắt đến mặt cắt khác, nghĩa thành phần hw = 0, đường biểu diễn lượng (đường E) đường E-E’( hình vẽ- Hình 1.3 trên) Tại mặt cắt 1- 1’ thành phần lượng gồm có: vị năng( z 1), áp ( v12 p1 ), động ( ) Tại mặt cắt 2- 2’ thành phần lượng là: vị năng( 2g  v22 p2 z2), áp ( ), động ( ) 2g  Do khơng có tổn hao lượng, nên tổng dạng lượng mặt cắt số, hay: z1  p1   p v2 v12 p v2  z     z n  n  n  const 2g  2g  2g (1.4) + Phương trình Becnuli với chất lỏng thực tế Trên thực tế chất lỏng có tính nhớt, q trình chuyển động xuất nội ma sát, gây tổn hao lượng dòng chất lỏng chuyển động Do đó, dịng chất lỏng chuyển động từ mặt cắt 1-1’ đến mặt cắt 2-2’ bị tổn hao phần lượng, giả sử hw Phương trình Becnuli viết cho chấtlỏng thực là: z1  p1   v12 p v2  z    hw12 2g  2g (1.5) Trong đó: hw- Là tổn thất lượng dòng chất lỏng chuyển động từ mặt cắt 1-1’ đến mặt cắt 2-2’ Câu hỏi tập chương 1 Phương trình thuỷ lực học? Mặt chuẩn, vận tốc trung bình, phương trình liên tục dịng chảy? Các dạng lượng dịng chảy, phương trình Becnuli? Chương MÁY BƠM NƯỚC 2.1 MÁY BƠM NƯỚC LY TÂM 2.1.1 Cấu tạo Máy bơm nước nhà vật lý người Pháp Denis Papin thiết kế năm 1869 Từ máy bơm nước ly tâm sử dụng rộng rãi nhiều ngành kinh tế quốc dân Ngày nay, cấu trúc phát triển đa dạng để đáp ứng nhu cầu bơm loại chất lỏng khác Trong ngành công nghiệp mỏ, máy bơm ly tâm giữ vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ nước cho hầm lị, cơng trường mỏ lộ thiên nhằm đảm bảo an toàn cho người thiết bị trình khai thác Bên cạnh bơm cịn cấp nước cho thiết bị làm mát nước, dập bụi, làm thiết bị cấp nước sinh hoạt Cấu tạo chung máy bơm nước ly tâm thể hình vẽ Hình 2.1 - Trục máy bơm; - Bánh công tác; - Cánh quạt bánh công tác( cánh dẫn); - Vỏ bơm; - Van chiều; - Hộp lọc nước; - Đoạn ống đẩy gắn liền với vỏ bơm; - Van chiều; - Khoá diều chỉnh suất, áp suất; 10, 11- Ống khoá để mồi nước cho bơm đường ống đẩy có nước 12 – Đường ống đẩy 13 – Ống khoá để xả nước sửa chữa 14 – Phễu mồi nước nằm vỏ bơm M - Áp kế đo áp suất cửa đẩy máy bơm, B - Chân không kế, đo độ chân không cửa hút máy bơm, Hh - Chiều cao hút nước máy bơm, khoảng cách từ mặt nước bể hút đến tâm trục máy bơm, (m) Hđ - Chiều cao đẩy nước máy bơm, khoảng cách từ tâm trục máy bơm đến tâm đường ống đẩy nằm ngang cao Nếu trường hợp máy bơm – bơm nước vào bể chứa mà mực nước mặt thoáng cao miệng đường ống đẩy, chiều cao đẩy nước khoảng cách từ tâm trục máy bơm đến mặt thoáng bể xả HH – Chiều cao thoát nước hình học máy bơm và: HH = Hh + Hđ , (m) 12 13 11 10 H ® 14 HH M B Hh Hình 2.1 Cấu tạo hệ thống máy bơm nước ly tâm 2.1.2 Nguyờn ca mỏy Hình 1.4 Cấu lý tạolm củavic hệ thống máybm bơmnc nuớclylytõm tâm trỡnh by nguyờn lý làm việc máy bơm nước ly tâm, ta xét sơ đồ nguyên lý máy bơm nước hình vẽ 2.2 Trước cho máy bơm nước ly tâm làm việc ta phải mồi đầy nước cho máy bơm Việc mồi nước thực hai phương pháp: trực tiếp gián tiếp Mồi nước trực tiếp đổ nước trực tiếp qua van mồi số 14 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 khoá số 10 nước từ đường ống đẩy chảy vào bơm Cả hai phương pháp coi mồi đủ nước, nước chảy qua van mồi số 14 thành dòng liên tục, khơng có lẫn bọt khí Hiện nay, trạm bơm có cơng suất lớn, quan trọng người ta thường máy bơm phụ để thực mồi nước cho bơm    S S 3 Hình 2.2 Nguyên lý làm việc máy bơm nuớc ly tâm Khi ng c máy bơm làm việc, chuyển động quay từ trục động truyền đến bánh công tác máy bơm Khi bánh công tác quay với trục, làm xuất lực ly tâm máng dẫn bánh công tác ( BCT), chất lỏng BCT tác dụng lực ly tâm bị văng từ ngồi, tạo thành khoảng trống có áp suất thấp( áp suất chân khơng) cửa vào s BCT Dưới tác dụng áp suất mặt thoáng bể hút, nước nén qua hộp lọc, qua đường ống hút vào chiếm chỗ cửa BCT, sau vào BCT lại bị văng theo máng cánh dẫn, theo phần ống mở rộng phía cửa đẩy, tạo nên vùng có áp suất cao để đường ống đẩy, tạo thành dòng chảy liên tục từ bể hút qua ống hút, qua máy c2 u2 bơm đường ống đẩy, lên bể chứa 2 Trong trình chất lỏng bị văng từ 2 cửa hút phía ngồi BCT, chất lỏng tham gia w1 c w chuyển động tương đối dọc theo cách dẫn với vận u1 r2 tốc tiếp tuyến w, chuyển động tròn quay theo BCT với tốc độ u chuyển động tuyệt vận tốc r1 c Các thành phần vận tốc biểu thị tam giác vận tốc hình 2.3, với: Hình 2.3.Tam giác vận tốc H×nh 1.6 Tam giác vận tốc ca vào vo - ra cđa BCT BCT ë cưa c  u w le  Trong  - gọi góc cấu trúc BCT, góc hợp véc tơ vận tốc u    véc tơ vận tốc w ;  - góc hợp vận tốc vòng u vận tốc tuyệt đối c 2.1.3 CHIỀU CAO HÚT NƯỚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU CAO HÚT NƯỚC TỚI CHẾ ĐỘ CÔNG TÁC CỦA MBN 2.1.3.1 Chiều cao hút nước lý thuyết Các giả thuyết + Giếng hút đủ lớn, để trình máy bơm nước làm việc mực nước giếng hút không đổi, nghĩa coi vận tốc chuyển động nước bề mặt giếng hút khơng + Nước chất lỏng lý tưởng, coi khơng có tổn thất q trình chuyển động + Số cánh dẫn BCT nhiều vô cùng, bề dầy cánh dẫn vô bé, để dòng chảy máng dẫn dòng nguyên tố khơng có mở rộng thu hẹp đột ngột tiết diện dịng chảy, nên bỏ qua tổn thất năg lượng Các định nghĩa + Chiều cao hút nước máy bơm: khoảng cách theo phương thẳng đứng từ mặt nước giếng hút tới tâm trục máy bơm, ký hiệu Hh , đơn vị là: m + Chiều cao đẩy nước máy bơm: Là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ tâm trục máy bơm tới tâm đường ống đẩy nằm ngang cao nhất, đơn vị là: m + Chiều cao nước hình học: Là khoảng cách thẳng đứng từ mặt nước giếng hút đến tâm đường ống đẩy nằm ngang cao nhất, tổng chiều cao hút nước chiều cao đẩy nước, ký hiệu HH , đơn vị: m Phương trình chiều cao hút nước lý thuyết Để xác định phương trình chiều cao hút nước lý thuyết MBN, ta xét hình vẽ 2.4 Hình 2.4 Sơ đồ tính tốn chiều cao hút nước MBN ly tâm Do giả thiết nước chất lỏng lý tưởng nên dịng chảy khơng có tổn thất lượng, ta áp dụng phương trình định luật Becnuli viết cho dòng chảy chất lỏng lý tưởng, trước hết ta chọn: - Mặt chuẩn mặt 0- trùng với mặt nước bể hút - Chọn mặt cắt ướt thứ 1-1 trùng với mặt chuẩn 0- 0; mặt cắt ướt thứ hai -2, qua cửa hút máy bơm Viết phương trình định luật Becnuli cho dịng chảy chất lỏng lý tưởng, chuyển động từ mặt cắt -1 đến mặt cắt -2 ( với giả thiết hw = 0): 10 p1 z1    v12 p v2  z2   2g  2g (2.1) Từ giả thuyết cách chọn mặt cắt, mặt chuẩn ta suy ra: + Tại mặt cắt 1-1: Z1 = 0, p1 = pa , v1 = 0; + Tại mặt cắt 2-2: Z2 = hh, p = p2 , v = v2 Thay vào phương trình (2.1) ta được: v22 2g (2.3) v22 Hh      2g (2.4) pa   Hh  p2   Suy ra: pa p2 Nhận xét: - Khi mặt thoáng nước giếng hút tiếp xúc trực tiếp với khí trời, v22 v22 p2 độ lớn hh phụ thuộc vào giá trị Trong đó, yếu tố phụ thuộc 2g 2g  p vào cấu tạo bơm tốc độ quay n máy bơm Cịn giá trị phụ  thuộc vào nhiều yếu tố tốc độ quay, chiều cao đặt bơm, độ kín khít đường ống hút - Từ biểu thức (2.4), ta suy giá trị chiều cao hút nước lớn nhất( hh max) đạt v22 p2 = = 0, chiều cao hút nước lớn theo lý thuyết 2g  MBN, để máy bơm làm việc là: 1at 9,81.10 ( N / m )   10 (m) Hh Max = =  g 9,81.10 ( N / m )  pa 2.1.3.2 Chiều cao hút nước thực tế MBN Do giả thuyết lý tưởng khơng thực được, nên dịng chảy nước BCT có tổn hao lượng, chiều cao hút nước thực tế bơm nhỏ 10 m, thật vậy: H h TT  pa   HT v22   hw12 , mH20 2g (2.5) Người ta đưa cơng thức thực nghiệm, để tính chiều cao hút nước thực tế MBN sau: H h TT  0,8.[ pa   HT  n Q 3  ] , mH20  10.  C   Trong đó: 11 (2.6) n – tốc độ quay bơm, v/ph; Q – lưu lượng MB, m3/h; p HTo = - áp suất bão hoà nước, nghĩa áp suất giảm xuống  thấp nhiệt độ sơi nước giảm xuống, áp suất giảm đến giá trị H To , nước sơi bốc nhiệt độ tương ứng Dưới cung cấp bảng tra giá trị nhiệt độ bốc nước t0 , theo giá trị áp suất HTo , cho bảng đây: t0 bốc 10 20 30 40 50 60 70 80 Ht0 , mH20 0,062 0,089 0,125 0,238 0,432 0,752 1,257 2,031 3,177 4,829 t0 bốc 90 Ht0 , mH20 7,149 100 110 120 140 160 180 200 10,33 14,61 20,02 36,85 63,02 102,25 158,57 Hiện chế tạo MBN có chiều cao hút nước Hh = ( 4,5  5,5) m 2.1.3.3 Ảnh hưởng Hh tới chế độ công tác MBN v22    hw12 , ta suy ra, Từ phương trình áp suất MBN H h    2g p mà Hh tăng lên thành phần phải giảm xuống (do v2, hw1-2 pa = constan) pa p2  Khi áp suất p2 giảm đến giá trị đó, áp suất bão hồ nước, MBN xuất hiện tượng nước xâm thực Do đó, để MBN làm việc bình thường chiều cao hút nước MB phải nhỏ trị số cho phép, gọi chiều cao hút nước cho phép MB, ký hiệu [Hh] a Hiện tượng nước xâm thực Khái niệm “xâm thực” ta hiểu việc tạo vùng hơi( bọt khí) cục chất lỏng chảy, áp suất tĩnh tuyệt đối đạt trị số áp suất bốc chất lỏng Khi chiều cao hút nước Hh máy bơm lớn chiều cao hút nước cho phép, làm cho áp suất cửa hút MBN giảm xuống thấp, đạt đến trị số áp suất bốc nước, làm cho nước sơi nhiệt độ bình thường qua cửa hút Nước sơi làm giải phóng chất khí, tạo bọt khí lẫn dịng chảy nước, làm giảm diện tích dịng chảy, vận tốc dịng chảy tăng lớn; mặt khác bọt khí bị cánh quạt đập vỡ, nước xung quanh chảy đột ngột vào chiếm chỗ với vận tốc lớn gây nên va đập thuỷ lực BCT, làm gãy vỡ BCT Hiện tượng gọi tượng nước xâm thực b Tác hại tượng nước xâm thực Khi bọt khí tạo thành qua BCT, bị cánh quạt đập vỡ nước xung quanh chảy vào chiếm chỗ với vận tốc lớn, tạo chuyển động xoáy nước BCT, làm phát sinh xung lực tác dụng lên BCT trục máy bơm, bơm bị 12 rung động mạnh làm cho chi tiết chóng mịn, BCT bị phá vỡ vài giờ, hiệu suất máy giảm Tuy nhiên tượng xâm thực xảy nhỏ lại có tác dụng làm nhẵn bề mặt cánh Lưu lượng bơm bị giảm đáng kể, cộng với tác dụng chuyển động xoáy làm cho nước bị nóng lên, làm đẩy nhanh q trình ăn mịn, q trình han gỉ chi tiết kim loại MBN c Một số biện pháp để tránh xâm thực - Giảm chiều cao hút nước cách hạ thấp bệ máy bơm, sử dụng thiết bị cảm biến mức nước( cảm biến phao) để tự động cắt điện cho động MB chiều cao hút nước lớn chiều cao hút nước cho phép - Chọn ống hút phù hợp, gãy khúc, nhám, hạn chế việc bố trí van đường ống hút - Tính tốn vận tốc nước ống hút khoảng 1,0  1,5 m/s, hạn chế dùng tốc độ 0,8 m/s - Nếu chiều cao hút nước qua lớn đặt thêm bơm phụ bơm phun tia đường ống hút, ghép nối tiếp bơm làm việc phía bể hút - Hạn chế việc thay đổi hướng dòng chảy cửa vào BCT, thành cánh dẫn BCT phải nhẵn 2.1.4 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG MBN 2.1.4.1 Lưu lượng Là lượng nước qua MB đơn vị thời gian, ký hiệu Q, đợn vị m3/h, m3/ph… 2.1.4.2 Áp suất Là phần lượng mà dòng chảy gia tăng, qua BCT máy bơm Áp suất gồm có hai thành phần áp suất tĩnh áp suất động Áp suất tĩnh phần lượng cung cấp cho dòng chảy, để thắng sức cản trọng lượng thân chất lỏng sức cản đường ống, nhằm đưa chất lỏng lên cao xa, ký hiệu HT; Áp suất động thành phần lượng tạo vận tốc cho dòng chảy, ký hiệu HĐ Áp suất toàn phần MBN gọi tắt áp suất MB, tổng hai thành phần áp suất động tĩnh, ký hiệu H, dơn vị: mH 20 H = HT + HĐ , mH20 2.1.4.3 Công suất Nếu gọi lưu lượng máy bơm nước Q, cơng suất máy bơm định nghĩa công sinh để đưa lưu lượng nước Q, từ mặt nước bể hút đến điểm có chiều cao chiều cao nước hình học (H H máy bơm Cơng suất ký hiệu N, đơn vị: W, kW Công suất chia thành hai thành phần: cơng suất hữu ích ( N i ) công suất tổn hao, tổng hai thành phần cơng suất tồn phần N Cơng suất tồn phần cơng suất trục động điện MBN, trừ công suất tổn hao truyền động qua múp nối 13 Ni  Q. H , kw 10 2.1.4.4 Hiệu suất Là đại lượng không thứ nguyên, định nghĩa tỷ số cơng suất hưu ích ( Ni ) cơng suất tồn phần ( N), ký hiệu  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 N   i 100% < N 2.1.4.5 Tốc độ quay Là số vòng quay trục máy bơm đơn vị thời gian, ký hiệu n, đơnvị: v/ ph Tốc độ quay MBN thường chọn tốc độ động điện lai máy bơm 2.1.5 ÁP SUẤT CỦA MÁY BƠM 2.1.5.1 Các giả thuyết lý tưởng Để đơn giản cho trình nghiên cứu dòng chảy nước qua BCT máy bơm ly tâm, người ta đưa giả thuyết có tính chất lý tưởng sau: - BCT có số cánh dẫn nhiều vơ (z =  ), dể dịng chảy máng dẫn dịng ngun tố, khơng có chuyển động xốy - Cánh dẫn vơ mỏng( coi chiều dày s tiến tới 0), để khơng làm thay đổi đột ngột tiết diện dịng chảy vào khỏi máng cánh dẫn - Dòng chảy trtong BCT dòng chảy ổn định lý tưởng, nghĩa dịng chảy khơng có tổn thất q trình chuyển động, hay nói cách khác chất lỏng làm việc máy bơm( nước) coi chất lỏng lý tưởng( chất lỏng đồng nhất, liên tục, đẳng hướng không nhớt) 2.1.5.2 Áp suất lý thuyết Khi máy bơm nước làm việc, nước hút vào máy bơm tạo thành dòng chảy liên tục qua BCT Trong trình chất lỏng chuyển động BCT từ điểm 1 S đến điểm 2, chất lỏng gia tăng phần lượng Đây lượng làm cho chất lỏng chuyển ng Hình 1.7 Sơ đồ tính Hỡnh 2.5 S tính có vận tốc lên cao xa ( áp suất động áp suất tĩnh), to¸n tốn¸pápst suấtlýlýthut thuyết phần lượng gia tăng chất lỏng chuyển động cđa MBN ly t©m MBN ly tâm từ điểm đến điểm gọi áp suất máy bơm ly tâm Bằng phương pháp chứng minh lý thuyết sở giả thuyết lý tưởng, người ta tìm phương trình áp suất lý thuyết máy bơm nước ly tâm là: H LT  u22 u2 cot g  QLT g g. D2 b2 14 (2.7) Trong đó: Hlt - áp suất lý thuyết MB, u2 – vận tốc vòng nước khỏi BCT ,  – góc cấu trúc BCT, D2 - đường kính ngồi BCT, b2 - bề dày BCT, g – gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2), H LT 90 0   2> u22 g  2 = 900  2 < 900 0 Q LT QLT - lưu lượng lý thuyt : L lng Hỡnh1.8 2.6Đặc c lý thuyn cabơm mỏyLT tínhtớnh áp suất lý thuyết cht lng i qua BCT đơn vị H×nh bơm LT thời gian u 22 u cot g Đặt =A, = B , ta g g. D2 b2 : H LT  A  B.QLT * Nhận xét: Phương trình áp suất lý thuyết máy bơm nước ly tâm phương trình quan hệ bậc áp suất HLT lưu lượng QlT, đường đặc tính áp suất lý thuyết đường thẳng cắt trục tung toạ độ (0,A) đặc tuyến phụ thuộc vào góc  2, hình vẽ 2.6: +)  > 900 đặc tính đồng biến lên ; +)  = 900 Đặc tính nằm ngang; +)  < 900 đặc tính nghịch biến xuống 2.1.5.3 Áp suất thực tế máy bơm Trên thực tế giả thuyết lý tưởng thực được, q trình chất lỏng chuyển động qua BCT sinh tổn hao lượng như: Tổn hao dịng xốy va đạp thuỷ lực, tổn hao ma sát, tổn hao số lượng cánh dẫn khác vơ vậy,đường đặc tính áp suất thực tế khơng cịn đường thẳng, hình vẽ 2.7 15 H h ms = f ( Q ) Tæn thÊt z h v® = f ( Q )  2< 900  H = f (Q ) Tæn thất ma sát Tổn thất va đập Q gh Q Hình 2.7 Đặc tính áp suất thực tÕ MBN ly t©m - Đường số 1: Là tổn thất lượng số cánh dẫn khác vô cùng, - Đường số 2: [hms = f(Q2)]- Là biểu diễn tổn thất ma sát (đó ma sát sinh tính nhớt chất lỏng ma sát chất lỏng đường ống) - Đường số 3: [hvđ = f(Q2)]- Là đường biểu diễn tổn thất dịng xốy va đập thuỷ lực Để xác định đặc tính áp suất thực tế H = f(Q), ta lấy tung độ đặc tính H LT trừ tung độ đặc tính tổn hao hMS , hvd kể Kết ta đường đặc tính thực tế máy bơm nước phần Parabol Parabol có đặc điểm quay bề lõm xuống phía có điểm cực đại phân chia đặc tính làm hai phần: phần bên trái đặc tính phần máy bơm làm việc không ổn định, thường ứng với trạng thái máy bơm khởi động; phần phía phải điểm cực đại phần máy bơm làm việc ổn định 2.1.6 HỆ THỐNG ỐNG DẪN - TÍNH TỐN 2.1.6.1 Hệ thống ống dẫn Để đáp ứng yêu cầu cấp thoát nước, máy bơm phải có hệ thống ống dẫn phù hợp Ống dẫn chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, nghành công nghiệp mỏ ống dẫn chủ yếu sử dụng loại ống kim loại ống cao su lõi thép Đường kính ống chế tạo theo quy chuẩn, việc tính tốn, lựa chọn đường ống dẫn phải đảm bảo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật an tồn Bằng tính tốn thực nghiệm, người ta chứng minh vận tốc nước chảy đường ống có lợi : + Vận tốc ống hút: [ vh ] = (  1,5) m/s; + Vận tốc đường ống đẩy: [ vđ ] = ( 1,5  2,5) m/s; 2.1.6.2 Tổn thất áp suất đường ống dẫn Trong trình chất lỏng chuyển động có ma sát chất lỏng thành ống, ma sát chất lỏng, đường ống bị biến dạng – uốn cong nên gây tổn hao lượng, làm cho áp suất máy bơm bị giảm tổn hao gồm có: 16 +) Tổn hao lưu tốc: hw1 = v2 ; 2g v2 l v2 +) Tổn hao ma sát dọc đường ống: hw2 =  d =  ; 2g d 2g +) Tổn thất phụ kiện đường ống, vị trí ống bị biến dạng: v2 hw3 =  C 2g Trong đó: V : vận tốc nước đường ống l  d   : hệ số tổn thất cục d  : hệ số tổn thất thuỷ lực( thông số tra bảng) L : chiều dài đoạn đường ống xét, d : đường kính ống,  C : Hệ số tổn thất cục bộ, phụ thuộc vào hình dạng cụ thể phụ kiện( tra bảng) Nếu đường kính ống hút khác ống đẩy, ta tính tổn thất đoạn đường ống sau cộng lại Do đó, ta tính tổng tổn thất : v2  l   hw  hw1  hw2  hw3  g 1   d   C    Mặt khác lại có: Q= v  =v (2.8)  d 4.Q , suy ra: v  , thay vào biểu thức ta  d được: 16.Q  l   hw  g. d 1   d   C    Với hệ thống ống xác định thành phần : 16 l        C   R0  cons tan  g. d  d  R0- gọi hệ số sức cản hệ thống đường ống Do ta có:  hw  R Q 2.1.6.3 Phương trình áp suất yêu cầu hệ thống đường ống Để máy bơm làm việc tốt hệ thống ống dẫn đó, máy bơm phải tạo áp suất thắng trọng lượng thân chất lỏng đưa chúng từ bể hút lên đến bể chứa( chiều cao thoát nước hình học MB), đồng thời phải tạo lượng áp suất khác để thắng trở 17 lực đường ống Hay nói khác áp suất yêu cầu hệ thống ống, ký hiệu H y.c : H y.c = HH + R0.Q2 (2.9) Nhận xét: Đồ thị phương trình áp suất yêu cầu hệ thống ống, nhánh phải Parabol cắt trục tung vị trí HH 2.1.6.4 Các chế độ công tác may bơm nước Đường đặc tính độc lập hồn tồn MBN Với máy bơm trước xuất N H N b = f (Q ) xưởng, nhà chế tạo tính tốn vẽ sẵn đường đặc tính như: Đặc tính áp suất Hb = f(Q), cơng suất Nb = f(Q), hiệu suất Hb = f Q )   f (Q) , cho loại máy bơm riêng biệt  catalog Các đường đặc tính  = f (Q ) gọi đặc tính độc lập hồn tồn, chúng có dạng hình vẽ 2.8 Các chế độ làm việc MBN Q a) Xác định điểm công tác thụng s Hỡnh 2.8 Đặc c tớnh Hình 1.17 tínhc ®éclậplËp làm việc máy bơm hồn hoµntồn toµn Để xác định chế độ công tác MBN, ta vẽ đường đặc tính áp suất yêu cầu hệ thống ống lên đường đặc tính độc lập hồn tồn MBN Tìm giao điểm đặc tính HTO đặc tính Hb điểm M, gọi điểm làm việc MB Từ điểm M phương pháp gióng đồ thị ta tìm thơng số làm việc MB : Qlv ,Nlv ,Hlv ,  lv Tập hợp thơng số ta xác định chế độ công tác MBN H N H yc= f (Q ) N b = f (Q ) N lv   M H lv H b = f (Q )  lv Q lv = f (Q ) Q Hình 2.9 Phuơng pháp xác định chế độ công tác *Chỳ ý: 18 - Khi xây dựng bốn đường đặc tính Hb, Hyc ,Nb ,  b hệ trục toạ độ, phải vẽ tỷ lệ xích - Khi vẽ đặc tính áp suất yêu cầu lên đặc tính độc lập hồn tồn, xảy trường hợp: + Đặc tính Hb cắt đặc tính H yc , hai điểm , trường hợp máy bơm làm việc khơng ổn định Ta phải tính chọn lại hệ thống đường ống + Đặc tính Hb khơng cắt đặc tính H yc , nghĩa áp suất hệ thống yêu cầu lớn áp suất máy bơm toạ ra, ta phải tính tốn chọn lại + Đặc tính Hb cắt đặc tính H yc điểm nhất, trường hợp máy bơm làm việc ổn định với hệ thống ống chọn b) Vùng công tác kinh tế điều chỉnh chế độ làm việc bơm Vùng công tác kinh tế, vùng mà máy bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, thơng thường hiệu suất phải đạt khoảng  CT  (0,85  0,95). MAX Khi điểm làm việc ( công tác) máy bơm nằm vùng cơng tác kinh tế máy làm việc tổn thất lượng nhất, đạt hiệu kinh tế cao Thông thường vùng công tác kinh tế nhà chế tạo xác định sẵn lý lịch máy, ta việc tính tốn điều chỉnh cho điểm làm việc nằm vùng Ta điều chỉnh cách đóng bớt khoá chặn đường ống đẩy, điểm làm việc nằm bên phải vùng công tác kinh tế, nhiên phương pháp phát sinh tổn thất lượng van điều chỉnh; thay đổi tốc độ quay cho trường hợp điểm công tác nằm bên trái vùng công tác kinh tế, phương pháp giá thành cao tính chất bền lâu dễ sử dụng nên thường áp dụng 2.2 Máy bơm nước trục xoắn 2.2.1 Công dụng Bơm trục xoắn dùng để nước đáy lị giếng, trạm khu vực q trình đào đường lị 2.2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm trục xoắn Bơm trục xoắn có cấu tạo từ trục xoắn, hai, ba trục xoắn ăn khớp với nhau, trục dẫn cịn lại trục bị dẫn Chúng đặt ép sát khít vào vào khoang thân bơm cho đỉnh trục xoắn với vỏ bơm nhỏ Hai ren trục xoắn, vỏ ren trục xoắn tạo thành khoang kín chứa chất lỏng di chuyển dọc trục từ cửa hút đến cửa đẩy lúc trục xoắn quay Thông dụng bơm hai trục xoắn, trục có ren trái trục cịn lại có ren phải Trục xoắn thường có hai mối ren biên rạng ren thường có ba loại: ren chữ nhật, hình thang, hình xicolit Tải trọng dọc gây áp suất chất lỏng, tải trọng hướng kính nhỏ khoang bơm chiếm toàn xung quanh trục xoắn nên chúng tự cân 19 a Bơm trục xoắn Trên hình 2-10 sơ đồ cấu tạo máy bơm trục xoắn nước CHLB Đức chế tạo, Loại có ưu điểm ngồi việc bơm nước bơm dung dịch đặc bùn, mật, rỉ, đường, hoa nghiền, thịt nghiền, bột nhão, v.v sử dụng rộng rãi cơng nghiệp Hình 2.10 Sơ đồ cấu tạo máy bơm trục xoắn - Vỏ; - Giá; - Cửa hút; - Xylanh; - Trục xoắn; - Trục đăng; 7,8 Khớp nối; - Hộp đệm kín; 10 - Đệm kín; 11 - Hộp chèn; 12 - Ống lót; 13 - Thân ổ dỡ; 14, 16 - Ổ bi; 15 - Trục Trước cho bơm làm việc ta phải mồi cho bơm Khi động điện làm việc, truyền mô men quay qua múp nối đến trục trung gian làm cho trục trung gian quay, trục cát đăng quay theo thông qua khớp nối cát đăng làm cho trục xoắn thép quay Do cấu tạo trục xoắn áo cao su nên chúng có khoang trống Khi trục xoắn quay theo chiều rãnh xoắn, khoang trống có xu hướng chuyển dịch từ phía cửa hút sang phía cửa đẩy, nước nằm khoang trống dồn ép từ phía cửa hút sang phái cửa đẩy Các khoang trống lại hình thành khoang trống có áp suất nhỏ áp suất khí trời (P a) Vì áp suất khí trời lại đẩy nước từ giếng hút vào bơm động làm việc liên tục bơm hút đẩy nước lên liên tục Lưu lượng lý thuyết bơm trục xoắn tính theo cơng thức sau: Qlt = 0,05 3 nd3m (2.10) Trong : n - Tốc độ quay trục xoắn; Dm - Đường kính trung bình trục xoắn b Bơm hai trục xoắn 20 ... bốc 10 20 30 40 50 60 70 80 Ht0 , mH20 0,062 0,089 0 ,12 5 0,238 0,432 0,752 1, 257 2,0 31 3 ,17 7 4,829 t0 bốc 90 Ht0 , mH20 7 ,14 9 10 0 11 0 12 0 14 0 16 0 18 0 200 10 ,33 14 , 61 20,02 36,85 63,02 10 2,25 15 8,57... góp ý Xin chân thành cảm ơn! Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Các tác giả PHẦN I MÁY THỦY KHÍ Chương KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ THỦY LỰC 1. 1 Khái niệm chung máy thiết bị thuỷ khí Máy thuỷ khí danh... chuyển động từ mặt cắt 1- 1’ đến mặt cắt 2-2’ bị tổn hao phần lượng, giả sử hw Phương trình Becnuli viết cho chấtlỏng thực là: z1  p1   v12 p v2  z    hw12 2g  2g (1. 5) Trong đó: hw- Là