Báo cáo thực hành kỹ thuật thực phẩm 1 (BƠM, CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG, MẠCH LƯU CHẤT) Công thức tính toán, trả lời câu hỏi, đồ vẽ đồ thị, sơ đồ hệ thống,.... Đường đặc tuyến lý thuyết bơm ly tâm, đặc tuyến của mạng ống, đặc tuyến thực của bơm
MỤC LỤC MỤC LỤC BÀI 1: HỆ THỐNG BƠM I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM II CƠ SỞ LÝ THUYẾT III PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 17 IV PHÚC TRÌNH .20 V TRẢ LỜI CÂU HỎI .24 BÀI 2: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG 28 I MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 28 II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28 III PHÚC TRÌNH .32 IV ĐỒ THỊ .34 V CÂU HỎI CHUẨN BỊ 36 BÀI 3: MẠCH LƯU CHẤT 39 I TRÍCH YẾU 39 II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 40 III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .42 IV TÍNH TỐN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 43 V TRẢ LỜI CÂU HỎI .48 PHỤ LỤC 54 BÀI 1: HỆ THỐNG BƠM I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM − Tìm hiểu phương pháp tính tốn chọn thơng số bơm cho phù hợp với điều kiện kỹ thuật lắp đặt vận hành bơm kỹ thuật − Khảo sát đường đặc tuyến tìm điểm làm việc bơm ly lâm trường hợp: khảo sát bơm, bơm nối tiếp bơm song song − Tính cơng suất bơm ly tâm trường hợp khi: khảo sát bơm, bơm nối tiếp bơm song song II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm phân loại bơm a Khái niệm Bơm loại thiết bị áp dụng rộng rãi ngành công nghiệp, dùng để vận chuyển chất lỏng chuyển động ống Bơm loại thiết bị cung cấp lượng cho chất lỏng đề thắng trở lực đường ống khí chuyển động, nâng chất lịng lên độ cao đó, tạo lưu lượng thiết bị công nghệ Năng lượng bơm lấy từ nguồn động khác b Phân loại Theo nguyên lý hoạt động, bơm chất lỏng chia làm ba nhóm sau: − Bơm tích: việc hút chất lỏng khỏi bơm nhờ thay đổi thể tích khơng gian làm việc bơm Do thể tích áp suất chất lỏng bơm thay đổi, cung cấp lượng cho chất lỏng Việc thay đổi thể tích bơm đo: + Chuyển động tịnh tiến (bơm pittông) + Chuyển động quay (bơm roto) − Bơm động lực: việc hút chất lỏng khởi bơm nhờ chuyển động quay trịn bơm, động cánh quạt truyền vào chất lỏng tạo lượng cho dòng chảy Năng lượng cánh quạt truyền vào chất lỏng dạng: + Lực ly tâm (bơm ly tâm) + Lực đẩy cánh quạt (bơm hướng trục) + Lực ma sát: bơm xoáy lốc − Bơm khí động: việc hút đẩy chất lỏng thực nhờ thay đổi áp suất dịng khí chuyển động bơm tạo lượng cho dòng chảy + Bơm Ejector: Việc thay đổi áp suất dịng khí tạo lực lơi chất lỏng dịng khí + Thùng nén: tạo áp suất bề mặt chất lỏng nhằm tạo cho chất lỏng cần thiết đề chuyển động 2.2 Các thông số bơm − Năng suất bơm: thể tích chất lỏng bơm cung cấp vào ống đẩy đơn vị thời gian Ký hiệu: Q (m3/s; m3/h; l/s) − Cột áp bơm: áp suất chất lỏng miệng ông bơm lượng riêng chất lỏng thu từ ống hút đến ống đẩy bơm Ký hiệu: H (m) Cột áp bơm xác định theo công thức: H=H + H + H + H + H (m) Trong đó: H1: cột áp để khắc phục chiều cao nâng hình học, m H2: cột áp để khắc phục chênh lệch áp suất hai đầu ống hút đây, m H3, H4: cột áp để khắc phục trở lực ống hút ống đẩy, m H5 : cột áp để khắc phục động ống hút ống đẩy, m − Công suất bơm: lượng tiêu hao để tạo lưu lượng Q cột áp H Kí hiệu: N, đơn vị: kW HP (house power) gọi sức ngựa (1 HP = 0.7457 kW) Công suất bơm xác định theo công thức: N= QHρgg ( Kw ) 1000 Trong đó: Q: lưu lượng bơm, m3/s H: cột áp bơm, m ρ: khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 η =0.55: hiệu suất bơm g: gia tốc trọng trường, m/s2 − Hiệu suất bơm: đại lượng đặc trưng cho độ sử dụng hữu ích lượng truyền từ động đến bơm Kí hiệu: − Chiều cao hút bơm phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau: + Áp suất tác dụng lên chất lỏng bể hút, bể hớ áp suất áp suất khí + Tổn thất trở lực ống hút; + Do lực ỳ chất lỏng − Tổn thất bay chất lông áp suất ông hút đạt giá trị để bay nhiệt độ tương ứng chất lông tương ứng, H b Nếu nước phụ thuộc nhiệt độ sau: t, C Hb , m − 10 20 30 40 50 75 100 0.05 0.12 0.24 0.43 0.75 1.25 10.33 Áp suất toàn phần bơm: Là đại lượng đặc trưng cho lượng riêng bơm truyền cho đơn vị trọng lượng chất lỏng Vì tính chiều cao để nâng kg chất lỏng nhờ lượng bơm truyền khơng phụ thuộc vào độ nhớt khối lượng riêng chất lỏng Hình 1: Các thơng số bơm Gọi: P1: áp suất mặt thoáng bể chứa số 1, Pa P2: áp suất mặt thoáng bể chứa số 2, Pa Hh: chiều cao hút, m Hđ: chiều cao đây, m H = Hh + Hđ: khoảng cách mặt thoáng, m Z1: khoảng cách từ mặt cắt 1-1 đến mặt chuẩn, m Z2: khoảng cách từ mặt cắt 2-2 đến mặt chuẩn, m Z = Z2 – Z1: khoảng cách mặt thoáng, m h: khoảng cách áp kế chân không kế, m Ph, Pđ: áp suất đường ống hút ống đẩy, Pa − Trường hợp 1: toán thiết kế chọn bơm thích hợp, ta áp dụng phương trình Bernoulli viết cho mặt cắt 1-1 2-2: Z1 + P ω 21 P2 ω 22 + + H =Z + + + ∑ h f ρg g g ρgg g Trong đó: : khối lượng riêng dòng lưu chất, kg/m3 H: chiều cao cột áp toàn phần, m hf = hms + hcb: tổng trở lực đường ống hút đây, m H=(Z ¿ ¿ 2−Z 1)+ P 2−P1 ω22 −ω21 + + ∑ hf ¿ ρgg 2g Trong phương trình thì: (Z2 – Z1) = Z: lượng (cột áp) dùng đề khắc phục chiều cao nâng hình học, m P 2−P1 : lượng dùng để thắng lại chênh lệch áp suất mặt ρgg thoáng, m ω22−ω21 : lượng đùng để khắc phục động ống ống hút, 2g m ∑ hf : lượng bơm tạo để thắng lại tổng trở lực đường ống, m 2.3 Trường hợp 2: toán thử lại bơm (đã có bơm) ta áp dụng phương trình Bernoufli viết cho hai mặt cắt 1` - 1` 2` - 2`: Z h+ Ph ω21 Pđ ω 22 + + H =Z đ + + ρg g 2g ρgg g Trong đó: (Zđ – Zh) = Z: lượng (cột áp) dùng đề khắc phục chiều cao nâng hình học, m P đ −Ph : lượng dùng để thắng lại chênh lệch áp suất mặt ρg g thoáng, m ω22−ω21 : lượng đùng để khắc phục động ống ống hút, 2g m Lưu ý: trường hợp đại lượng ∑ hf =0 tơn thất lượng đường ống đo hiệu áp suất hai áp kế 2.3 a Bơm ly tâm Cấu tạo Bơm ly tâm bao gồm vỏ bơm 3, bánh guỗng có cánh hướng dịng Bánh guỗng gắn trục truyền 1, ống hút ống Hình 2: Cấu tạo bơm ly tâm b Nguyên lý hoạt động Khi bánh guồng quay tác dụng lực ly tâm chất lỏng bánh guồng chuyển động theo cánh hướng dòng từ tâm bánh guồng mép bánh guồng theo vỏ bơm Vỏ bơm cấu tạo theo hình xoắn ốc có tiết điện lớn dần có tác dụng làm giảm bớt vận tốc dòng chảy Khi chất lỏng bánh guồng chuyển động tác dụng lực ly tâm, tạo áp suất chân khơng tâm bánh guỗng, có chênh lệch áp suất bên tâm bánh guồng chất lỏng theo ống hút chuyển động vào bánh guồng, tạo thành dòng chất lỏng chuyển động liên tục bơm Hình 3: Nguyên lý hoạt động bơm ly tâm − Ưu điểm: bơm ly tâm ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp đời sống có nhiều ưu điểm như: + Lưu lượng + Gọn nhẹ + Tốc độ quay lớn niên trực tiếp nỗi với động + Đơn giản, tiết + Lưu lượng lớn − Nhược điểm: + Phải bơm khởi động + Không tạo áp suất lớn 7at + Năng suất phụ thuộc vào cột áp bơm c Hiện tượng xâm thực chiều cao đặt bơm Chất lỏng chuyển động vào miệng bơm ly tâm áp suất thấp áp suất khí quyền Điều tạo điều kiện cho khí hịa tan có chất lỏng bốc tạo bọt khí miệng hút bơm Các bọt khí với chất lỏng chuyển động cánh guồng, áp suất lại tăng lên, khí lại hịa tan - ngưng tụ - hòa tan xảy nhanh, thể tích bọt khí tăng lên giảm đột ngột dẫn đến áp suất bọt khí đạt tới 100+1000 at Hiện tượng tạo va đập thủy lực, bảo mòn kết cấu kim loại tạo rung động tiếng ồn Hiện tượng gọi tượng xâm thực Hiện tượng xâm thực có hại cho bơm cần phải hạn chế Một biện pháp hạn chế tượng xâm thực giới hạn chiều cao hút bơm Chiều cao hút bơm xác định theo công thức: z max ≤ p1 pt v 21 − + ∑ h 1+ +∆ h ,( m) ρg g ρg g 2g [ ] Trong đó: p1: áp suất bể hút, N/m2 pt: áp suất bão hòa miệng hút, N/m2 d Đường đặc tuyến lý thuyết bơm ly tâm Đặc tuyến bơm ly tâm mối quan hệ hàm số thông số bơm như: cột áp, lưu lượng, công suất, hiệu suất số vòng quay cố định thay đổi H=fQ), =f(Q), N =f(Q) Trong mối quan hệ cột áp lưu lượng quan trọng Đặc tuyến lý thuyết bơm thể hình sau: 10 Hình 4: Đặc tuyến lý thuyết bơm (với góc nghiêng cánh guồng) Đặc tuyến thực bơm: Trong thực tế hoạt động số cánh bơm có hạn chất lỏng chuyển động bơm có tổn thất cột áp, đặc biệt tổn thất cột áp tăng theo tỉ lệ bậc hai với lưu lượng Do đặc tuyến thực bơm đường cong phi tuyến hình vẽ: Hình 5: Đặc tuyến thực bơm Mối quan hệ lý thuyết giá trị: lưu lượng Q, cột áp H, cơng suất N số vịng quay thay đổi thể theo tỉ lệ: Q1 n1 H n1 N n1 = ; = ; = Q2 n2 H n2 N n2 ( ) ( ) Đặc tuyến mạng ống: đường cong biểu diễn mối quan hệ (H mo Q): H mo=C + KQ Trong đó: Q: lưu lượng, m3/s Hmo: tổng tổn thất cột áp chất lông chuyển động ống dẫn, m Với : C= P 2−P1 + ( z 2−z ); K= ρgg (∑ +1d ) π d162 g Trong đó: P1, P2: áp suất đầu vào đầu ống, N/m2 z1, z2 : chiều cao đầu vào đầu ống, m l = 5,8m : chiều dài ông 11 D = 0.027m : đường kính ống = 38,25 : tông hệ số trở lực cục ống = 0,03 : hệ số ma sát = 1000: khối lượng riêng lưu chất, kg/m3 Điểm làm việc bơm: Giao điểm đường đặc tuyến bơm mạng ống gọi điểm làm việc bơm mạng ống Trong trình làm việc, điểm làm việc bơm không phép nằm vùng khơng ơn định bơm Hình 6: Điểm làm việc bơm e Ghép bơm − Ghép bơm song song: Trong trạm bơm cấp nước thoát nước, yêu cầu vận chuyển lưu lượng nước lớn người †a thường sử dụng nhiều bơm làm việc Các bơm làm việc cấp nước vào hệ thống đường ống gọi làm việc song song Vì bơm làm việc song song hệ thống chúng có cột áp cột áp yêu cầu hệ thống, lưu lượng hệ thống tổng lưu lượng bơm Trong thực tế người ta ghép hai nhiều bơm làm việc song song hệ thống đường ống Thậm chí có trường hợp hai trạm làm việc song song hệ thống đường ông Để xác định điểm làm 12 việc bơm phải dựng đường đặc tính tổng cộng chúng làm việc song song Hình 7: Hệ thống bơm (cùng đặc tính) ghép song song Hai bơm đặc tính làm việc song song: Trên hình giới thiệu hai bơm đặc tính Q-H làm việc song song đường ống Do làm việc song song, cột áp tổng Htc hệ thống băng cột áp bơm: Htc = H1 = H2 = H3 = = Hn (1) lưu lượng tổng cộng tổng lưu lượng bơm làm việc: Q tc = Q1+Q2+ +Qn (2) nên dựng đường đặc tính tổng cộng cần nhân đơi hồnh độ ( lưu lượng) cịn tung độ (cột áp) giữ ngun Hình 8: Đặc tính làm việc song song hai bơm giống Ví dụ : tìm c đường đặc tính tổng cộng Q-H (1+2), việc lẫy ac = 2ab Tương tự tìm điểm đường đặc tính tổng cơng QH(1+2) 13