1 BƠM – QUẠT – MÁY NÉN KHÍ 2 TÊN HỌC PHẦN BƠM, QUẠT, MÁY NÉN KHÍ Số TC 2 (30 tiết) Giảng viên TS Nguyễn Văn Tuệ E mail nguyenvantue@tlu edu vn Bộ môn Kỹ thuật hệ thống công nghiệp Khoa Cơ khí – Trường[.]
BƠM – QUẠT – MÁY NÉN KHÍ TÊN HỌC PHẦN: BƠM, QUẠT, MÁY NÉN KHÍ Số TC: (30 tiết) Giảng viên: TS Nguyễn Văn Tuệ E-mail: nguyenvantue@tlu.edu.vn Bộ mơn: Kỹ thuật hệ thống cơng nghiệp Khoa Cơ khí – Trường Đại học Thủy lợi Hình thức Số lần Chuyên cần Kiểm tra Mô tả Thời gian Điểm danh buổi lần lấy điểm Viết 10 % Tuần cuối Tổngđiểm trình Thi cuối kỳ Viết 90 phút Trọng số 20 % 30 % 1-2 tuần sau kết 70 % thúc môn học MỤC LỤC Chương MỞ ĐẦU 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Định nghĩa phân loại 1.3 Các tính chất phương trình lưu chất 1.4 Ứng dụng bơm, quạt máy nén khí Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BƠM 2.1 Định nghĩa phân loại 2.2 Các thông số làm việc Chương MÁY BƠM CÁNH DẪN 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Bơm ly tâm 3.3 Bơm hướng trục MỤC LỤC Chương QUẠT 4.1 Các khái niệm 4.2 Quạt ly tâm 4.3 Quạt hướng trục Chương MÁY NÉN KHÍ 5.1 Các khái niệm 5.2 Nhiệt động học chất khí 5.3 Máy nén dịng 5.4 Máy nén thể tích TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Bá Chư, Phạm Lương Tuệ, Trương Ngọc Tuấn Bơm, Quạt, Máy nén công nghiệp NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2005 [2] TS Nguyễn Anh Tuấn, ThS Nguyễn Ngọc Minh Máy bơm nước [3] ThS Nguyễn Thị Việt Ánh Máy cánh dẫn lý thuyết ứng dụng NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội 2012 [4] S M Yahya Turbines Compressors and Fans Tata McGrawHill Publishing Company Limited New Delhi 2002 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Định nghĩa phân loại 1.3 Các tính chất phương trình lưu chất 1.4 Ứng dụng bơm, quạt máy nén khí CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lịch sử phát triển Bơm, quạt máy nén khí máy thủy khí, chúng sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống người Guồng nước Bơm trục vít Archimedes CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lịch sử phát triển - - Năm 1650, Otto von Guericke phát minh máy bơm khơng khí dùng để tạo áp suất chân khơng, tiền thân máy nén khí ngày Trong năm 1751 – 1754 Euler viết phương trình máy cánh dẫn Năm 1832, Omar-Rajeen Jumala sáng chế quạt máy ly tâm … CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.2 Định nghĩa phân loại Bơm loại máy sử dụng để chuyển đổi động dẫn động thành lượng dòng chất lỏng Máy để bơm chất khí, tùy thuộc vào áp suất máy tạo gọi quạt, hay máy nén khí - Quạt loại máy có khả tạo áp 𝑝 < 1,5 𝑚𝐻2𝑂 - Máy nén khí có khả tạo áp 𝑝 > 1,5 𝑚𝐻2𝑂 có phận tản nhiệt phận công tác Bơm ly tâm Quạt ly tâm Máy nén khí piston CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.3 Các tính chất phương trình lưu chất 1.3.1 Các tính chất chung lưu chất Tính có khối lượng riêng (𝝆) Khối lượng riêng khối lượng tính đơn vị thể tích lưu chất: 𝑚 𝑘𝑔 𝜌= ( 3) 𝑉 𝑚 Trong đó: 𝑚: khối lượng khối lưu chất (kg) 𝑉: thể tích khối lưu chất (m3) 10 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dịng 5.3.1 Máy nén ly tâm Phương trình cân lượng 𝑐12 𝑐22 + 𝐶𝑝 𝑇1 + 𝑢2 𝑐2𝑢 − 𝑢1 𝑐1𝑢 ± 𝑞 = + 𝐶𝑝 𝑇2 2 𝑞: nhiệt lượng 1kg khí trao đổi với môi trường Nhiệt độ lối 𝑇2 : 𝑇2 = 𝑇1 + 𝑐12 − 𝑐22 + 𝑢2 𝑐2𝑢 − 𝑢1 𝑐1𝑢 2𝐶𝑝 𝐶𝑝 xác định theo nhiệt độ trung bình 𝑞 ± 𝐶𝑝 𝑇1 +𝑇2 12 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dịng 5.3.1 Máy nén ly tâm Khi trình nén đoạn nhiệt (q = 0), nhiệt độ lối 𝑇2 khí tính bằng: 𝑇2 = 𝑇1 + 𝑐12 − 𝑐22 + 𝑢2 𝑐2𝑢 − 𝑢1 𝑐1𝑢 2𝐶𝑝 Ta có: 𝑝1 𝑝2 𝑘 = 𝑇1 𝑇2 𝑘−1 Hay 𝑇2 𝑝2 = 𝑇1 𝑘 𝑘−1 𝑝1 Suy 𝑝2 = 𝑝1 + 𝑐12 − 𝑐22 + 𝑢2 𝑐2𝑢 − 𝑢1 𝑐1𝑢 2𝐶𝑝 𝑇1 𝑘 𝑘−1 13 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dòng 5.3.1 Máy nén ly tâm Thực chất, trình nén trình đa biến với số n > k (𝑛 = 1,5 ÷ 1,62) Khi áp suất sau q trình nén đa biến (𝑝′2 ) là: 𝑛 𝑛−1 𝑇′2 𝑝1 𝑇1 Nhiệt độ 𝑇′2 phụ thuộc hệ số hiệu dụng trình nén đoạn nhiệt 𝜂đ𝑛 𝐶𝑝 𝑇2 − 𝑇1 𝜂đ𝑛 = 𝐶𝑝 𝑇′2 − 𝑇1 Với máy nén ly tâm cố định 𝜂đ𝑛 = 0,75 ÷ 0,9 𝑇2 − 𝑇1 𝑇′2 − 𝑇1 = 𝜂đ𝑛 → 𝑇′2 = 𝑇1 + 𝑐12 − 𝑐22 + 𝑢2 𝑐2𝑢 − 𝑢1 𝑐1𝑢 2𝐶𝑝 𝜂đ𝑛 𝑝′2 = 14 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dịng 5.3.1 Máy nén ly tâm Như vậy: 𝑝′2 = + 𝑐12 − 𝑐22 + 𝑢2 𝑐2𝑢 − 𝑢1 𝑐1𝑢 2𝐶𝑝 𝜂đ𝑛 𝑇1 𝑛 𝑛−1 𝑝1 Công nén riêng lý thuyết 𝐴𝑙𝑡 (cơng nén đoạn nhiệt 1kg khí) 𝑘 𝐴𝑙𝑡 = 𝑅 𝑇2 − 𝑇1 𝑘−1 Công suất nén lý thuyết (công suất nén đoạn nhiệt) cấp nén: 𝑁𝑙𝑡 = 𝜌 𝑄 𝐴𝑙𝑡 Công suất nén thực tế cấp nén: 𝑁𝑙𝑡 𝜂đ𝑛 = 0,75 ÷ 0,9) 𝑁𝑡ℎ = 𝜂đ𝑛 hệ số hiệu dụng đoạn nhiệt (𝜂đ𝑛 15 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dịng 5.3.1 Máy nén ly tâm Cơng suất trục tính cho cấp nén: 𝑁𝑡ℎ 𝜂𝑚𝑠 = 0,95 ÷ 0,98) 𝑁= 𝜂𝑚𝑠 hệ số hiệu dụng ma sát (𝜂𝑚𝑠 Công suất máy nén ly tâm gồm nhiều cấp nén tính tổng cơng suất cấp nén cộng lại 16 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dòng 5.3.1 Máy nén ly tâm 17 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dịng 5.3.2 Máy nén dọc trục Máy nén dọc trục cho lưu lượng lớn tỷ số áp suất nhỏ (áp suất đầu ra/áp suất đầu vào 5) 18 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dịng 5.3.2 Máy nén dọc trục Năng lượng chất khí thu sau cấp nén (một tầng động tầng tĩnh) 𝐿𝑖 = 𝐿𝑙𝑡 − 𝐿 Trong • 𝐿𝑙𝑡 cơng lý thuyết mà tầng cánh động cấp cho chất khí 𝐿𝑙𝑡 = 𝑢2 𝑐2𝑢 − 𝑢1 𝑐1𝑢 𝑢1 = 𝑢2 = 𝑢 → 𝐿𝑙𝑡 = 𝑢 𝑐2𝑢 − 𝑐1𝑢 • 𝐿 tổn thất lượng dịng khí qua tầng động tĩnh máy nén Nếu trình xảy tầng cánh đa biến 𝑛 𝐿𝑖 = 𝑅𝑇 𝑛−1 𝑝3 𝑝1 𝑛−1 𝑛 𝑐32 − 𝑐12 −1 + 19 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dịng 5.3.2 Máy nén dọc trục Hệ số hiệu dụng cấp nén 𝜂𝑖 𝐿𝑖 𝐿𝑙𝑡 Nếu trình nén đoạn nhiệt, hệ số hiệu dụng cấp nén 𝜂𝑖.𝑎 𝜂𝑖 = 𝜂𝑖.𝑎 = 𝑘−1 𝑝3 𝑘 𝑝1 −1 𝑇3 𝑇1 − Trong 𝑝3 ; 𝑇3 áp suất nhiệt độ khí qua cấp nén 𝑘 số đoạn nhiệt (với khơng khí 𝑘 ≈ 1,4) Với máy nén dọc trục, tỷ số nén thấp (𝑝3Τ𝑝1 = 1,1 ÷ 1,3) → 𝜂𝑖.𝑎 = 0,85 ÷ 0,95 20 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.3 Máy nén dòng 5.3.2 Máy nén dọc trục 21 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.4 Máy nén thể tích Máy nén piston cấp Chu trình làm việc máy nén piston (đồ thị thị) - Đường II biểu thị trình nén (đa biến_chỉ số n) 𝑝 𝑉 𝑛 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 - Đường III biểu thị trình đẩy (đẳng áp) 𝑝2 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 - Đường IV biểu thị q trình dãn nở thể tích chết (đa biến_chỉ số n’) ′ 𝑝 𝑉 𝑛 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 - Đường I biểu thị trình hút (đẳng áp) 22 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.4 Máy nén thể tích Máy nén piston cấp 23 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.4 Máy nén thể tích Máy nén piston cấp Cơng nén riêng (cơng tiêu tốn để nén 1kg khí từ áp suất 𝑝1 lên đến áp suất 𝑝2 ) tùy thuộc vào q trình nén - 𝐴𝑛 cơng nén riêng trình đa biến (do máy nén làm mát → 𝑛 < 𝑘) - 𝐴𝑡 công nén riêng q trình đẳng nhiệt - 𝐴𝑘 cơng nén riêng trình đoạn nhiệt 𝑛 𝑇2 𝐴𝑛 = 𝑝1 𝑉1 −1 𝑛−1 𝑇1 Thay 𝑝1 𝑉1 = 𝑅𝑇1 , ta có: 𝑛 𝐴𝑛 = 𝑅 𝑇2 − 𝑇1 𝑛−1 𝑘 𝐴𝑘 = 𝑅 𝑇2 − 𝑇1 𝑘−1 𝐶𝑝 Thay 𝑅 = 𝐶𝑝 − 𝐶𝑉 ; 𝑘 = 𝐶 𝑉 𝐴𝑘 = 𝐴𝑙𝑡 = 𝐶𝑝 𝑇2 − 𝑇1 = 𝑖2 − 𝑖1 𝑖1 ; 𝑖2 entanpi khí đầu cuối trình nén 24 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.4 Máy nén thể tích Máy nén piston cấp Công suất máy nén piston cấp 𝑁𝑙𝑡 = 𝜌𝑖 𝑄𝐴𝑙𝑡 Trong 𝜌𝑖 : khối lượng riêng khí đầu q trình nén (kg/m3) 𝑄: lưu lượng máy nén (m3/s) 𝐷: đường kính piston 𝑛: số vịng quay trục máy 𝑆: hành trình piston 𝜋𝐷2 𝑛 𝑄= 𝑆 60 25 CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.4 Máy nén thể tích Máy nén piston cấp Hiệu suất máy nén piston cấp 𝜂 = 𝜂𝑐𝑘 𝜂𝑛𝑙 Trong 𝜂𝑐𝑘 : hiệu suất khí (𝜂𝑐𝑘 = 0,86 − 0,93) 𝜂𝑛𝑙 : hiệu suất lượng 𝐴𝑙𝑡 𝑖2 − 𝑖1 𝜂𝑛𝑙 = = 𝑁𝑡ℎ 𝐴𝑡ℎ 𝑀𝑡ℎ 𝑀𝑡ℎ : lưu lượng khối lượng thực tế mà máy nén hút (kg/s) 26