Báo cáo thuyết trình môn học hệ thống khí nén và thủy lực bơm & cơ cấu chấp hành thủy lực

Nguyên lý bơm thủy lực được tạo ra năng lượng cơ học của lưu lượng chất lỏng trong máy.. Năng lượng cơ học của máy bơm dầu thủy lực sẽ chuyển lưu lượng chất lỏng qua các thiết bị như là

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH

MÔN HỌC: HỆ THỐNG KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC GVHD: Tiến Sĩ Lăng Văn Thắng

NHÓM: 4

HỌ VÀ TÊN MSSV

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

Chương 2 BƠM & CƠ CẤU CHẤP HÀNH THỦY LỰC

Nguyên lý hoạt động và phân loại bơm thủy lực

Phần 01Nguyên lý hoạt động và phân loại bơm thủy lực

1.1 Nguyên lý hoạt động

Bơm thủy lực còn có tên gọi tiếng anh là Hydraulic Pumps, là một

trong những thiết bị cực kỳ hữu dụng và rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa thành năng lượng từ trục động cơ thành năng lượng Loại bơm này có tác dụng cung cấp dầu thủy lực và thành lực hay momen nhờ cơ cấu chấp hành là xilanh thủy lực và động cơ

Nguyên lý bơm thủy lực được tạo ra năng lượng cơ học của lưu lượng

chất lỏng trong máy Đầu bơm sẽ được kéo bởi một động cơ điện và và tạo ra dòng chảy chất lỏng thông qua quá trình tăng giảm thể tích Năng lượng cơ học của máy bơm dầu thủy lực sẽ chuyển lưu lượng chất lỏng qua các thiết bị như là van giảm áp, van tiết lưu, van phân phối sau đó

đi tới các xi lanh động cơ, máy móc như động cơ, kích hay xi lanh thủy lực để sinh công Gồm có 2 nguyên lý:

+ Nguyên lý biến thiên thể tích: dựa vào sự thay đổi thể tích  của

buồng bơm để tạo ra lưu lượng dòng chất lỏng

+ Nguyên lý động năng: dựa vào động năng cánh dẫn để tạo ra  lưu

lượng dòng chất lỏng

Bơm thủy lực chạy bằng điện

1.2 Phân loại bơm

* Phân loại bơm theo cấu tạo

Bơm ly tâm

Bơm ly tâm

Bơm cánh gạt

1.2 Phân loại bơm

* Phân loại bơm theo nguyên lý hoạt động

- Bơm động lực: Chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng

thủy lực Bao gồm bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng,

- Bơm thể tích: Tạo ra một thể tích kín thay đổi để hút và đẩy chất

lỏng Bao gồm bơm piston, bơm bánh răng, bơm cánh gạt,

* Phân loại bơm theo chất lỏng di chuyển

Phần 02 Các thông số kỹ thuật của bơm

Gồm có 4 thông số cơ bản:

• Lưu lượng bơm

• Áp suất (cột áp) của bơm

• Công suất của bơm

• Hiệu suất của bơm

2.1 Lưu lượng bơm

(lít/giây)

- Ký hiệu lưu lượng bơm trên máy bơm là QP Theo đó: thông số quy ghi trên máy bơm là bao nhiêu thì đó chính là lưu lượng nước sẽ lưu thông trong 1h bơm Theo đó, thông số QP trên máy bơm cho biết trong các điều kiện cụ thể được ghi trên máy thì trong một giờ bơm sẽ đẩy đi được bao nhiêu thể tích nước qua bơm

- Công thức tính lưu lượng bơm :

 QP = nP DP ηv

Trong đó:

DP : lưu lượng 1 vòng quay/hành trình của bơm [lít/vòng] 

2.1 Lưu lượng bơm

* Phân loại bơm theo lưu lượng

Máy bơm nước đẩy cao

 

2.2 Áp suất (cột áp) của bơm  

Đây là thông số đặc trưng cơ bản của các bơm thủy lực Thông  số này có quan hệ với lưu lượng của bơm và được thể hiện qua  đường đặc tính (P - Q) của mỗi loại bơm

Đường đặc tính P - Q của bơmDiễn biến áp suất trong quá trình làm việc của bơm

- Áp suất là thước đo lực trên một đơn vị diện tích Chúng ta phân biệt giữa áp suất tĩnh, áp suất động và tổng áp suất

 

- Tổng áp suất là tổng áp suất tĩnh và áp suất động: 

2.2 Áp suất (cột áp) của bơm

2.2.1 Áp suất tĩnh máy bơm

Áp suất tĩnh là áp suất được đo bằng áp kế đặt vuông góc với dòng chảy hoặc khi chất lỏng không di chuyển

Áp suất tĩnh của máy bơm nước

2.2 Áp suất (cột áp) của bơm

2.2.2 Áp suất động của máy bơm

Áp suất động gây ra bởi vận tốc của chất lỏng Áp suất động không thể đo bằng áp kế thông thường, nhưng được tính bằng công thức sau:

trong đó:

ρ là trọng lượng riêng của chất lỏng [kg/]

v là vận tốc chất lỏng [m/s]

 

2.2 Áp suất (cột áp) của bơm

2.2.3 Cột áp của bơm:

- Được hiểu một cách đơn giản là chiều cao của bơm có thể đẩy nước lên tới một giá trị cho phép theo đặc tính của máy bơm Cột áp máy bơm phụ thuộc chủ yếu vào công suất và thiết kế của máy Vì thế, đầu bơm càng lớn thì áp suất mà bơm tạo ra sẽ càng lớn Khi đó, tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng của người dùng mà bạn có thể chọn lựa loại bơm có cột áp sao cho phù hợp

- Cột áp của bơm thể hiện áp suất làm việc của bơm gồm cột áp hút và cột áp đẩy Với các bơm trong HT thủy lực cột

áp hút thường nhỏ (hoặc âm)

2.2 Áp suất (cột áp) của bơm

 Chiều cao cột áp máy bơm

Chiều cao của cột áp máy bơm là giá trị cột áp được tính bằng đơn vị mét hoặc feet và được tính bằng cách đặt thêm một ống trên ống xả của máy bơm và đo chiều cao tối đa mà nó có thể bơm nước lên. 

Khi đọc và tìm hiểu các thông số về chiều cao cột áp của máy bơm, bạn cần lưu ý tới một số thuật ngữ chuyên ngành

để có thể dễ dàng chọn lựa được loại máy bơm thích hợp với nhu cầu sử dụng của gia đình:

 NPSH (Design Margin): chiều cao cột áp của máy bơm được thiết kế dư ra so với nhu cầu thực tế.

 NPSHa: chiều cao cột áp thực của máy bơm tổng, bao gồm áp suất thủy tĩnh, áp suất bề mặt, áp suất bay hơi

(Tổn áp trên đường ống, van thiết bị, kể cả qua các co và khớp nối)

 NPSHr: chiều cao cột áp hút thực tối thiểu của bơm khi mà tổng cột áp bị giảm xuống 3% vì sự hình thành bọt

khí trong lòng máy bơm và áp suất hút thấp Thông số của NPSHr thường sẽ được cung cấp bởi nhà sản xuất máy bơm

2.3 Công suất của bơm

Công suất của máy bơm là lượng nhiên liệu của máy bơm cần tiêu thụ để tạo ra các hoạt động của bơm trong vòng 1 giờ,

1 phút hoặc 1s đơn vị tính của công suất là W, Kw, Hp Có thể nói, nhờ có công suất này mới có thể tạo ra được lưu

lượng và cột áp của máy bơm

- Công suất thủy lực:

 Công suất ngõ ra máy bơm

P: áp suất của bơm, [bar]

Q: lưu lượng bơm, [lít/phút]

η 0 : hiệu suất chung của hành trình bơm

2.4 Hiệu suất của bơm

Hiệu suất của bơm là thông số thể hiện mức độ chuyển nổi năng lượng hiệu quả từ động cơ vào bơm, để chuyển chất lỏng từ vị trí này sang vị trí khác

2.4.1 Hiệu suất thể tích

- Là tỉ lệ giữa thể tích chất lòng mà máy bơm bơm được với thể tích lý thuyết (thể tích tính toán) của máy bơm

+ Lưu lượng lý thuyết của bơm =

+ Lưu lượng thực của bơm =

Hiệu suất thể tích của bơm () :

Trong đó: lưu lượng/ vòng của bơm

số vòng quay/ phút của bơm

=> Lưu lượng thực tế của bơm

2.4 Hiệu suất của bơm

2.4.2 Hiệu suất cơ (moment)

Hiệu suất cơ (moment) của bơm là tỉ số giữa công ngõ ra và công ngõ vào trên 1 vòng quay của trục bơm

- Công ngõ ra của bơm/vòng quay = ( : Áp suất của bơm)

- Công ngõ vào của bơm/vòng quay = 2π ( : Momen trục bơm)

2.4.3 Hiệu suất chung của hệ thống bơm

2.4 Hiệu suất của bơm

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của bơm

- Điều kiện làm việc:

+ Lưu lượng: Lưu lượng chất lỏng qua bơm quá lớn hoặc quá nhỏ đều làm giảm hiệu suất.Lưu lượng của bơm về

lý thuyết không phụ thuộc vào áp suất (trừ bơm ly tâm) mà chỉ phụ thuộc vào kích thước hình học và vận tốc quay của bơm, nhưng thực tế do có sự rò rỉ qua khe hở giữa khoang hút và khoang đẩy nên lưu lượng thực tế nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết

+ Cột áp: Cột áp quá cao hoặc quá thấp so với thiết kế cũng làm giảm hiệu suất

+ Chất lỏng bơm: Tính chất của chất lỏng như độ nhớt, nhiệt độ, độ ăn mòn ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của bơm

+ Độ cao hút: Độ cao hút quá lớn có thể gây ra hiện tượng cavitation, làm giảm hiệu suất và gây hư hỏng bơm

2.4 Hiệu suất của bơm

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của bơm

- Thiết kế bơm:

+ Loại bơm: Bơm ly tâm, bơm piston, bơm trục vít mỗi loại có cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau, dẫn đến hiệu suất khác nhau.+ Kích thước: Kích thước của cánh bơm, đường kính ống hút, ống đẩy ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng và cột áp

- Lắp đặt:

+ Vị trí lắp đặt bộ lọc không hợp lý

+ Lắp đặt đường ống không hợp lý (quá dài, nhiều co…) làm giảm hiệu suất của bơm

2.5 Mạch bơm

2.5.1 Mạch 1 bơm lưu lượng cố định.

Là một hệ thống bơm nước trong đó chỉ có một máy bơm hoạt động và lưu lượng nước chảy qua bơm được duy trì ở một mức nhất định không thay đổi

Tới hệ thống

Nguyên lý hoạt động:

- Động cơ điện: khi được cấp điện, động cơ quay và truyền động

cho máy bơm

- Máy bơm: Máy bơm hút chất lỏng từ bể chứa và đẩy vào hệ

thống với một áp suất nhất định

- Van an toàn: Nếu áp suất trong hệ thống tăng quá cao, van an

toàn sẽ tự động mở để giảm áp suất, bảo vệ hệ thống

2.5 Mạch bơm

2.5.1 Mạch 1 bơm lưu lượng cố định.

Ưu điểm:

- Hệ thống hoạt động ổn định,đúng lưu lượng thiết kế và ít xảy ra sự cố

- Ngõ ra của bơm có thể không tải và nối về bể khi không có yêu cầu

- Tổn thất qua van tràn nhỏ và nhiệt sinh ra dễ dàng thoát đi

Nhược điểm:

- Không linh hoạt: Lưu lượng nước không thể thay đổi dễ dàng để đáp ứng

nhu cầu sử dụng thay đổi

- Nguy cơ quá tải: Nếu nhu cầu sử dụng tăng đột ngột, bơm có thể bị quá tải

và gây hư hỏng

- Không hiệu quả về năng lượng: Khi nhu cầu sử dụng giảm, bơm vẫn hoạt

động với công suất cố định, gây lãng phí năng lượng

Tới hệ thống

2.5 Mạch bơm

2.5.2 Mạch một bơm lưu lượng cố định kết hợp bình tích áp

Mạch này là sự kết hợp giữa một máy bơm hoạt động với lưu lượng cố định và một bình tích áp Bình tích áp đóng vai trò như một bộ đệm áp lực, giúp ổn định áp suất trong hệ thống và cung cấp thêm lưu lượng khi cần thiết

Mạch dùng 1 bơm lưu lượng cố định

nạp vào bình tích áp (Accumulator) A,

đồng thời cấp cho hệ thống Khi áp

suất trong mạch đã đạt mức điều

chỉnh, công tắc áp suất B sẽ ngắt dòng

điện cấp cho van C để giảm tải cho

bơm

- Kết hợp song song: Các bơm hoạt động độc lập, tăng lưu lượng tối đa của hệ thống.

- Kết hợp nối tiếp: Đầu ra của bơm này nối với đầu vào của bơm tiếp theo, giúp tăng áp suất tổng của hệ thống (Chỉ dùng trong các hệ thống yêu cầu áp suất cao và lưu lượng nhỏ)

- Kết hợp hỗn hợp: Kết hợp cả 2 kiểu song song và nối tiếp để đạt lưu lượng và áp suất mong muốn

( Thường chỉ dùng trong các hệ thống phức tạp và cần điều khiển chính xác)

2.5 Mạch bơm

2.5.3 Mạch dùng nhiều bơm

- Mạch 2 bơm (Điều chỉnh áp suất hệ thống)

Nguyên lý hoạt động:

- Bơm A và B: Bơm chất lỏng vào hệ thống

- Van C, D: Điều chỉnh áp suất trong hệ thống không vượt qua giá trị cho phép và giảm khi cần thiết

- Van 1 chiều E: Không cho bơm A xả vào van D

Phần 03Các loại bơm thủy lực

3.1 Bơm bánh răng

* Nguyên lý làm việc

Tại mỗi vòng quay nó tạo ra một vùng có áp suất thấp ở khu vực các cặp răng ra khớp Khi từng cặp răng vào khớp, dầu trong chân răng bị nén đồng thời bịt kín ngăn dòng chảy ngược từ vùng nén sang vùng hút , kết quả dầu bị nén liên tục vào ống đẩy

Khi muốn tăng lưu lượng và giảm kích thước của bơm, người ta dùng nhiều bánh răng, thường dùng nhất

là bơm có 3 bánh răng

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

3.1 Bơm bánh răng

* Phân loại:

- Dựa vào tính chất ăn khớp của cặp bánh răng người ta chia ra:

3.1 Bơm bánh răng

* Lưu lượng bơm bánh răng :

- Lưu lượng 1 vòng quay (lưu lượng vòng) :

n : số vòng quay của bơm, v/ph

: hiệu suất của bơm (= 0,8 - 0,9)

h : chiều cao ăn khớp, h=2m

3.1 Bơm bánh răng

* Đặc điểm và ứng dụng của bơm bánh răng :

- Do không có van hút và van xả nên nó có thể quay với tốc độ cao (đến 2.500 v/ph)

- Bơm bánh răng có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền nhưng hiệu suất thấp, lưu lượng cố định

- Bánh răng ăn khớp trong có lưu lượng và áp suất ổn định, làm việc êm hơn loại ăn khớp ngoài

- Áp suất làm việc của bơm thông thường khoảng 50 bar, và có thể đạt đến 200 bar

- Bơm bánh răng có lưu lượng nhỏ, thường dùng để bơm dầu

3.2 Bơm cánh gạt

* Nguyên lý làm việc :

Bơm cánh gạt là loại bơm thể tích Khi rotor quay, lực ly tâm làm các cánh gạt di trượt trong rãnh và chuyển động tựa theo mặt trong của thân bơm để tạo ra buồng làm việc của bơm với 2 vùng: vùng có áp suất thấp (vùng hút) và vùng có áp suất cao (vùng đẩy)

Bơm cánh gạt

3.2 Bơm cánh gạt

* Phân loại:

- Dựa vào cấu trúc của stato người ta có thể phân thành 2 loại:

3.2 Bơm cánh gạt

* Phân loại:

- Dựa vào khả năng điều chỉnh lưu lượng của bơm ta có 2 loại:

3.2 Bơm cánh gạt

* Lưu lượng bơm cánh gạt:

- Lưu lượng trung bình q trong một vòng quay của bơm

n số vòng quay của bơm/đơn vị thời gian, [v/ph]

 hiệu suất của bơm ( = 0,8 - 0,95)

3.2 Bơm cánh gạt

* Đặc điểm và ứng dụng của bơm cánh gạt :

- Ưu điểm:

+ So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt có lưu lượng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn

+ Cấu tạo đơn giản, giá rẻ, làm việc êm và bền

+ Dễ điều chỉnh lưu lượng hơn so với bơm bánh răng (bơm cánh gạt đơn)

3.3 Bơm piston

* Phân loại:

- Phân loại theo chu kỳ làm việc: người ta phân làm 2 loại

3.3 Bơm piston

* Phân loại:

- Phân loại theo cách bố trí piston:

3.3 Bơm piston

* Phân loại:

- Phân loại theo nguồn dẫn động:

3.3 Bơm piston

* Lưu lượng bơm piston:

=> Q 

A R  . sin 

𝑣 ớ 𝑖𝑣= 𝑑𝑥 𝑑𝑡 =𝑅𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑑𝜑 𝑑𝑡 =𝑅 𝜔 𝑠𝑖𝑛𝜑

=> Vậy lưu lượng tức thời của bơm piston dao động theo hàm sin

đạt Qmax tại φ = π/2, và Qmin tại φ = 0

- Lưu lượng trung bình (Q): Q =  Q TL

Bơm piston đơn: QLT = A.s.n ; [lít/ph]

Bơm piston kép: QLT = (2A-a)s.n ; [lít/ph]

A : diện tích làm việc piston, [dm2]

[dm2]

QLT : lưu lượng lý thuyết

n : số vòng quay/1phút của bơmTrong đó :

3.3 Bơm piston

* Độ không đồng đều về lưu lượng bơm của piston :

3.3 Bơm piston

* Đặc điểm và ứng dụng của bơm piston :

- So với bơm cánh gạt, bơm piston không phải mồi nước

- Có khả năng tạo được áp suất rất cao hoặc lưu lượng rất nhỏ

- Tuổi thọ cao hơn các bơm khác, nhất là khi phảo làm việc liên tục với áp suất cao

- Do những ưu điểm đó nó thường được dùng làm các loại bơm chữa cháy, bơm lắc tay dùng để bơm nước ở các giếng sâu

- Nhược điểm chính là kích thước lớn, công kềnh, giá thànhchế tạo và bảo dưỡng cao

- Lưu lượng không đồng đều so với các loại bơm ly tâm

3.3 Bơm trục vít

Bơm trục vít gồm 2, 3 hoặc nhiều trục quay ăn khớp với nhau trong một vỏ bơm, dầu được đẩy theo hướng dọc trục bơm

3.4 So sánh các loại bơm thủy lực

Loại bơm thủy lực làm việc Áp suất Hiệu suất Tốc độ làm việc

3.5 Chọn bơm

- Các thông số ảnh hưởng đến việc lựa bơm thủy lực:

- Áp suất làm việc cực đại

- Lưu lượng cực đại

- Kiểu điều khiển bơm

- Tốc độ hoạt động của bơm

- Loại chất lỏng bơm

- Độ ồn của bơm

- Kích thước, khối lượng bơm

- Hiệu suất bơm

- Giá thành

- Bảo dưỡng và phụ tùng thay thế

Phần 04

Cơ cấu chấp hành

4.1 Xilanh thủy lực

Xilanh thủy lực là một trong những bộ

phận chính của máy móc, thiết bị sử

dụng hệ thống truyền động và tự động

thủy lực Xilanh được dùng để chuyển

đổi nguồn năng lượng của dầu hay

chất lỏng thủy lực khác thành động

năng để tạo ra lực ở đầu cần Sau đó,

tác động vào để thực hiện các nhiệm

vụ như: kéo, đẩy, nén hay thậm chí là

nghiền hiệu quả nhất.

Hình 4.1: Xilanh thủy lực ứng dụng cho xe cần cẩu.

4.1.1 Khái niệm:

4.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo cụ thể của một chiếc xilanh thủy lực bao gồm: Piston, cần piston, bích của xilanh, thân và ắc phía đầu cần xilanh, vít

khóa, vú mỡ, bạc đạn tự xoay, vỏ ngoài xilanh,…

Xilanh thủy lực hoạt động

khá là đơn giản Trong

xilanh lực được áp dụng tại

một điểm sẽ được chuyển

đến tại một địa điểm khác

dựa vào việc sử dụng một

chất lỏng không nén được

Tất cả lực được tạo ra khi

hoạt động của xilanh đều

d : Đường kính cần (mm)

h : khoảng cách hành trình làm việc của xilanh (mm)

A : Diện tích làm việc của xilanh (mm)

F : Lực (N)

m : Tải trọng (kg)

P : Áp suất làm việc (Bar)

Q : Lưu lượng dầu cấp vào xilanh (lít/ phút)

X : Thể tích buồng xilanh

T : Thời gian xilanh chạy hết hành trình

v : Vận tốc chuyển động của piston (m/s)

4.1.2 Lực tác động của xilanh lên tải trọng