Ta thấy máy nén rất quan trọng trong môi trường sản xuất cũng như đời sống hằng ngày Việc tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại Bơm- Quạt- Máy Nén có vai trò quan trọng t
TỔNG QUANG
Vài nét về lịch sử phát triển bơm, quạt, máy nén
- Bơm, quạt, máy nén thuộc loại các máy thủy lực và máy thủy khí Máy thủy lực thô sơ đã có từ thời cổ xưa như: Guồng nước là máy thủy lực đầu tiên, sử dụng năng lượng nước để kéo các cối xay lương thực hoặc đưa nước vào đồng ruộng, có mặt khoảng 3000 năm TCN
- Các máy hút nước sử dụng sức người và vật ở Ai Cập hàng mấy ngàn năm TCN
- Bơm piston được dùng ở thế kỷ thứ I TCN Bơm piston có loại xích xô được dùng rộng rãi ở Cai-rô để lấy nước ở độ sâu 91,5m vào thế kỷ thứ 5-6 TCN
- Khoảng năm 1805 nhà bác học người Anh là Niu Kowmen đã phát minh ra bơm piston để lấy nước trong các nhà máy khai thác mỏ, dung xilanh hơi ngưng tụ để tạo lực cần thiết trên trục máy nhờ áp suất khí quyển
4.Bơm piston để lấy nước trong các nhà máy khai thác mỏ
- Năm 1840-1850 nhà bác học người Mỹ là Vortington đã giả thiết cơ cấu của bơm hơi mà trong đó piston của bơm và động cơ hơi được phân bố trên một trục chung, sự chuyển động của piston được điều chỉnh nhờ một hệ thống phân bố hơi đặc biệt
-Trong những năm 1751-1754 nhà bác học Euler đã viết về lý thuyết cơ bản của tuabin nước nói riêng và của máy thủy khí cánh dẫn nói chung, làm cơ sở để hơn 80 năm sau,
-Vào năm 1830 nhà bác học người Pháp là Phuôc-nây-rôn đã chế tạo thành công tuabin nước đầu tiên
- Vào năm 1831 nhà bác học người Nga là Xablucop đã sáng chế ra bơm ly tâm và quạt ly tâm đầu tiên, Đây chính là những bước nhảy lớn trong lịch sử phát triển các máy năng lượng
6 Nhà bác học người Mỹ Vortington 7.Máy bơm quạt ly tâm
-Nhà bác học vĩ đại người Anh là Reynolds khi nghiên cứu cấu tạo của máy bơm nhiều cấp đã đưa vào những thiết bị định hướng cánh dẫn xuôi và ngược Năm 1875 phát minh ra loại bơm nhiều cấp được dung cho đến hiện đại ngày nay
8.Osborne Reynolds (1842-1912) 9 Bộ thực hành thí nghiệm
- Phát minh bơm không khí và dạng đơn giản của máy nén hiện đại với một chu kỳ nén gắn liền với tên tuổi của nhà vật lý vĩ đãi người Đức là Gerike vào năm 1640 Sự hoàn thiện máy nén ở thế kỷ 18-19 đã thúc đẩy sự phát triển của công nghiệp quăng mỏ và luyện kim
-Vào cuối thế kỷ 18 ở Anh nhà bác học Vinkinsơn đã sáng chế ra máy nén piston 2 xilanh, nhà bác học Uatt đã chế tạo thành công máy hút không khí có truyền động bằng hơi
10.Máy nén piston 2 xilanh 11 Bình chứa khí nén và bơm
- Máy nén nhiều cấp có làm lạnh trung gian giữa các cấp nén xuất hiện ở Đức vào năm 1849 do nhà bác học Raten sáng chế ra
- Vào năm 1831 nhà bác học Nga Xablucôp sáng chế ra quạt ly tâm đầu tiên dùng để làm mát hầm mỏ và làm sạch máy
-Đặc biệt là 80 năm gần đây, lý thuyết về thủy khí động lực phát triển rất mạnh , có nhiều thành tựu to lớn trong việc ứng dụng các phát về lĩnh vực máy thủy khí
12 Quạt ly tâm 13 Cánh quạt hướng trục
- Ngày nay máy thủy khí có rất nhiều loại với nhiều kiểu dáng khác nhau được dùng trong mọi lĩnh vực của đời sống cũng như trong công nghiệp và nông nghiệp Để đáp ứng nhu cầu về năng lượng ngày càng to lớn của công nghiệp hiện đãi, ngày nay người ta đã chế tạo được các tuabin cỡ lớn có công suất đến 500.000kW hoặc lớn hơn, Số lượng bơm, quạt, máy nén
10 cũng như tuabin các chủng loại khác nhau đã được sản xuất hàng năm lên đến hàng triệu chiếc.
Định nghĩa và phân loại
- Bơm: là máy để di chuyển dòng môi chất và tăng năng lượng của dòng môi chất Khi bơm làm việc năng lượng mà bơm nhận được từ động cơ sẽ chuyển hóa thành thế năng, động năng và trong một chừng mực nhất định thành nhiệt năng của dòng môi chất
- Quạt : là máy để di chuyển chất khí với cơ số tăng áp 𝜀 < 1,15(- tỷ số giữa áp suất cửa ra và cửa vào của máy) hay áp suất đạt được p 1,15 hay áp suất đạt được p 1,15 hay áp suất đạt được p 0 – dòng môi chất được máy cấp cho năng lượng, vậy là máy bơm (chất lỏng hoặc khí)
Nếu ∆𝑒 𝐵𝐴 < 0 – máy được dòng môi chất cấp cho năng lượng vậy máy là động cơ thủy khí
Vậy cột áp thủy khí là năng lượng đơn vị của dòng môi chất trao đổi với máy thủy khí Cột áp máy thủy khí là:
2𝑔 ( 1.1) Thành phần thế năng đơn vị gọi là cột áp tĩnh, kí hiệu
𝛾 ( 1.2) Thành phần động năng đơn vị gọi là cột áp động, kí hiệu 𝐻 đ :
Là lượng là môi chất chuyển động qua máy trong một đơn vị thời gian
Tùy thuộc đơn vị đo có lưu lượng thể tích , lưu lượng khối lượng, lưu lượng trọng lượng
Tính bằng đơn vị thể tích, ký hiệu Q gọi là lưu lượng thể tích đơn vị là 𝑚 3 ⁄𝑠, 𝑚 3 ⁄ℎ, 1 𝑠⁄ Tính bằng đơn vị khối lượng, ký hiệu M gọi là lưu lượng khối lượng, có đơn vị đo là 𝑘𝑔/𝑠; 𝑘𝑔/ℎ
Trong đó : là khối lượng riêng của môi chất: 𝑘𝑔/𝑚 3
Tính bằng đơn vị trọng lượng , kí hiệu G gọi là lưu lượng trọng lượng, có đơn vị đo là 𝑁/𝑠; 𝑁/ℎ; 𝑘𝐺/𝑠
𝐺 = 𝛾 𝑄 = 𝜌 𝑔 𝑄 = 𝑔𝑀 trong đó : g là gia tốc trọng trường; 𝑚 𝑠⁄ 2
𝛾 là trọng lượng riêng của môi chất ; 𝑁/𝑚 3
3.3 Công suất và hiệu suất
Ta cần phân biệt rõ hai loại công suất : công suất thủy lực và công suất trên trục a Công suất thủy lực: ký hiệu 𝑁 𝑡𝑙 (có đơn vị là W) là cơ năng mà dòng chất lỏng trao đổi với máy thủy lực trong một đơn vị thời gian
Ký hiệu N ( có đơn vị đo là W) là công suất trên trục của máy khi làm việc Công suất thủy lực khác công suất trên trục Quá trình làm việc trong máy càng hoàn thiện thi N và 𝑁 𝑡𝑙 càng ít khác nhau
Hệ số 𝜂 < 1 gọi là hiệu suất của bơm
Hệ số 𝜂 < 1 gọi là hiệu suất của động cơ thủy lực c Hiệu suất của máy thủy lực:
Kí hiệu 𝜂 dùng để đánh giá tổn thất năng lượng trong quá trình máy trao đổi năng lượng với dòng môi chất Từ công thức (1.8) và (1.9) ta có
KẾT QUẢ THỰC TẬP
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KHẢO NGHIỆM QUẠT
2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các loại quạt
Vẽ hình cụ thể, nêu rõ nguyên lý hoạt động, các thông số hình học và ảnh hưởng của chúng đến các thông số đặc tính của các loại quạt có tại xưởng
Quạt hướng trục: dạng chong chóng, 1 và 2 tầng cánh; dạng cánh, số cánh, tỷ lệ d tr /d r , khe hở đầu cánh,…
2.2.2.Khảo nghiệm quạt bằng phương pháp ống pitot
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KHẢO NGHIỆM BƠM
2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các loại quạt hiện có tại xưỡng CK5
Vẽ hình cụ thể, nêu rõ nguyên lý hoạt động, các thông số hình học và ảnh hưởng của chúng đến các thông số đặc tính của các loại quạt có tại xưởng
Quạt ly tâm 1 tầng cánh, nhiều tầng cánh, chịu nhiệt: dạng cánh, số cánh, kích thước miệng hút,…
Nhằm xác định các đặc tính khí động của quạt: Lưu lượng, áp suất, công suất, số vòng quay, hiệu suất
Xây dựng đường đặc tính của các loại quạt
Bài 4: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và khảo nghiệm bơm
2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động các loại bơm
Vẽ hình (hoặc chụp hình) thể hiện cấu tạo của các loại bơm, giải thích nguyên lý hoạt động, các thông số đặc tính chính,…
Bơm thể tích: Bơm pít tông, bơm rô to,…
Bơm động học: Bơm ly tâm, bơm hướng trục,…
Xác định: lưu lượng , cột áp công suất , hiệu suất
Bài 5: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại máy nén
Vẽ hình cụ thể, nêu rõ nguyên lý hoạt động, các thông số hình học
Bài 6 Vận hành hệ thống bơm quạt máy nén và đo đạt các thông số
1 Vài nét về lịch sử phát triển bơm, quạt, máy nén
- Bơm, quạt, máy nén thuộc loại các máy thủy lực và máy thủy khí Máy thủy lực thô sơ đã có từ thời cổ xưa như: Guồng nước là máy thủy lực đầu tiên, sử dụng năng lượng nước để kéo các cối xay lương thực hoặc đưa nước vào đồng ruộng, có mặt khoảng 3000 năm TCN
- Các máy hút nước sử dụng sức người và vật ở Ai Cập hàng mấy ngàn năm TCN
- Bơm piston được dùng ở thế kỷ thứ I TCN Bơm piston có loại xích xô được dùng rộng rãi ở Cai-rô để lấy nước ở độ sâu 91,5m vào thế kỷ thứ 5-6 TCN
- Khoảng năm 1805 nhà bác học người Anh là Niu Kowmen đã phát minh ra bơm piston để lấy nước trong các nhà máy khai thác mỏ, dung xilanh hơi ngưng tụ để tạo lực cần thiết trên trục máy nhờ áp suất khí quyển
4.Bơm piston để lấy nước trong các nhà máy khai thác mỏ
- Năm 1840-1850 nhà bác học người Mỹ là Vortington đã giả thiết cơ cấu của bơm hơi mà trong đó piston của bơm và động cơ hơi được phân bố trên một trục chung, sự chuyển động của piston được điều chỉnh nhờ một hệ thống phân bố hơi đặc biệt
-Trong những năm 1751-1754 nhà bác học Euler đã viết về lý thuyết cơ bản của tuabin nước nói riêng và của máy thủy khí cánh dẫn nói chung, làm cơ sở để hơn 80 năm sau,
-Vào năm 1830 nhà bác học người Pháp là Phuôc-nây-rôn đã chế tạo thành công tuabin nước đầu tiên
- Vào năm 1831 nhà bác học người Nga là Xablucop đã sáng chế ra bơm ly tâm và quạt ly tâm đầu tiên, Đây chính là những bước nhảy lớn trong lịch sử phát triển các máy năng lượng
6 Nhà bác học người Mỹ Vortington 7.Máy bơm quạt ly tâm
-Nhà bác học vĩ đại người Anh là Reynolds khi nghiên cứu cấu tạo của máy bơm nhiều cấp đã đưa vào những thiết bị định hướng cánh dẫn xuôi và ngược Năm 1875 phát minh ra loại bơm nhiều cấp được dung cho đến hiện đại ngày nay
8.Osborne Reynolds (1842-1912) 9 Bộ thực hành thí nghiệm
- Phát minh bơm không khí và dạng đơn giản của máy nén hiện đại với một chu kỳ nén gắn liền với tên tuổi của nhà vật lý vĩ đãi người Đức là Gerike vào năm 1640 Sự hoàn thiện máy nén ở thế kỷ 18-19 đã thúc đẩy sự phát triển của công nghiệp quăng mỏ và luyện kim
-Vào cuối thế kỷ 18 ở Anh nhà bác học Vinkinsơn đã sáng chế ra máy nén piston 2 xilanh, nhà bác học Uatt đã chế tạo thành công máy hút không khí có truyền động bằng hơi
10.Máy nén piston 2 xilanh 11 Bình chứa khí nén và bơm
- Máy nén nhiều cấp có làm lạnh trung gian giữa các cấp nén xuất hiện ở Đức vào năm 1849 do nhà bác học Raten sáng chế ra
- Vào năm 1831 nhà bác học Nga Xablucôp sáng chế ra quạt ly tâm đầu tiên dùng để làm mát hầm mỏ và làm sạch máy
-Đặc biệt là 80 năm gần đây, lý thuyết về thủy khí động lực phát triển rất mạnh , có nhiều thành tựu to lớn trong việc ứng dụng các phát về lĩnh vực máy thủy khí
12 Quạt ly tâm 13 Cánh quạt hướng trục
- Ngày nay máy thủy khí có rất nhiều loại với nhiều kiểu dáng khác nhau được dùng trong mọi lĩnh vực của đời sống cũng như trong công nghiệp và nông nghiệp Để đáp ứng nhu cầu về năng lượng ngày càng to lớn của công nghiệp hiện đãi, ngày nay người ta đã chế tạo được các tuabin cỡ lớn có công suất đến 500.000kW hoặc lớn hơn, Số lượng bơm, quạt, máy nén
10 cũng như tuabin các chủng loại khác nhau đã được sản xuất hàng năm lên đến hàng triệu chiếc
2: Định nghĩa và phân loại
- Bơm: là máy để di chuyển dòng môi chất và tăng năng lượng của dòng môi chất Khi bơm làm việc năng lượng mà bơm nhận được từ động cơ sẽ chuyển hóa thành thế năng, động năng và trong một chừng mực nhất định thành nhiệt năng của dòng môi chất
- Quạt : là máy để di chuyển chất khí với cơ số tăng áp 𝜀 < 1,15(- tỷ số giữa áp suất cửa ra và cửa vào của máy) hay áp suất đạt được p 1,15 hay áp suất đạt được p 1,15 hay áp suất đạt được p 1,5 vỏ của máy được thiết kế có thiết bị làm lạnh bằng nước
Máy nén tấm phẳng có thể sử dụng để hút khí hoặc hơi từ thể tích có áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển Trong trường hợp này, máy nén gọi là bom chân không Chân không được tạo thành bởi bơm chân không tấm phảng đạt tới 95%
Hình 74 Kích thước hình học cơ bản của máy nén tấm phẳng
2.3 Kiểm tra thử chạy máy nén
Máy nén được kiểm tra là loại máy nén roto
Kiểm tra xác định các đầu dây của máy nén
+Sử dụng đồng hồ vạn năng VOM, chỉnh về thang đo điện trở ( chọn X1 )
+ Đánh số 1-2-3 mỗi đầu dây, đo ngẫu nhiên từng cặp dây, ta có được điện trở các cặp dây
+ Tìm cặp đo có điện trở lớn nhất thì đó là cặp dây đề (S) và chạy (R), chân còn lại là chân chung (C)
+ Đánh dấu cố định chân chung , đặt một kim đo vào chân chung, đầu còn lại lần lượt đặt qua
2 đầu dây, cặp nào có điện trở lớn hơn thì cặp đó có dây đề (S) , còn lại là dây chạy (R)
Kết quả đo: chọn block nén và thực hiện các bước đo ta có kết quả sau
+khi đo ngẫu nhiên từng cặp, cặp R và S có điện trở lớn nhất: 8 𝛺
+ cố định chân chung, đặt kim đo vào chân chung và đo lần lượt từng đầu dây : chung-chạy = 3
Kiểm tra rò rỉ máy nén
Dùng đồng hồ vạn năng kiểm tra chọn thang đo điện trở và cài X10k
+chập 2 que đo để về ∞
+đặt que đo vào từng chân, que còn lại thì thì chạm vào vỏ máy nén, chạm ngẫu nhiên trên vỏ, nếu đồng hồ vẫn chỉ về ∞ thì máy nén không rò điện và ngược lại
Sau khi thử từng chân , thì kim của VOM chỉ về ∞ chứng tỏ máy nén không rò rỉ điện
Kết luận sau 2 bước thử , kiểm tra và thử chạy thì máy nén hoạt động được
Kết cấu cụ thể của các máy nén pittong rất đa dạng Tuy vậy từng máy đều có các bộ phận chính chủ yếu sau đây: thân máy, trục khuỷu, xilanh, pittong, tay biên, con trượt, Xecmăng, van hút và van đẩy, hệ thống bơm dầu bôi trơn, hệ thống làm mát máy, hộp đệm kín,…
Hình 71 Cấu tạo máy nén pít tông a) Thân máy:
Thân máy là giá đỡ các bộ phận khác của máy Vì vậy, thân máy phải có độ ổn định lớn,
81 đủ nặng và bền Trong thân máy là không gian chuyển động quay tròn của trục khuỷu và chứa dầu bôi trơn a) Trục khuỷu:
Trục khuỷu nhận chuyển động quay tròn từ động cơ, rồi cùng với biên tạo ra chuyển động qua lại của pittong b) Tay biên:
Tay biên làm nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ trục khuỷu hay trục lệch tâm thành chuyển động qua lại của pittong c) Xilanh:
Xilanh có nhiệm vụ tạo ra không gian hút và nén hơi Nó làm việc với nhiệt độ và áp suất luôn thay đổi theo chu kỳ hút và nén d) Pittong:
Pittong có đường kính lớn hơn 50 mm mới có xecmăng Vật liệu để chế tạo pittong phụ thuộc vào tính chất của hơi nén, công suất nén e) Xecmăng: Để ngăn chặn hoặc giảm thiểu rò rỉ khí giữa pittong và lót, vòng pittong được cung cấp, để tạo ra vòng kín f) Các van hút và đẩy (xupap hút và đẩy):
Nhiệm vụ của chúng là phải đóng mở đúng lúc, khi đóng phải kín, khi mở phải ít gây tổn thất trở lực, tuổi thọ cao, dễ chế tạo, dễ thay thế, không tạo ra nhiều không gian chết g) Hộm đệm kín:
Hộp đệm có nhiệm vụ bít kín không gian trong máy với bên ngoài để tránh tổn thất khí nén hoặc chống xâm nhập không khí vào máy, trong khi trục quay và cán chuyển động qua lại h) Hệ thống làm mát:
Khi khí được nén thì nhiệt độ của nó tăng Hệ thống làm mát loại bỏ một phần nhiệt nén, phân bố đều nhiệt ngăn chặn các điểm nóng cục bộ Bình làm mát khí sẽ chỉ được trang bị ở dòng máy nén 2 cấp, còn máy nén hơi 1 cấp sẽ không có bộ phận này
Mỗi loại máy nén sẽ có nguyên lý hoạt động khác nhau Nhưng đa số, máy nén khí piston được hoạt động dựa theo nguyên lý thay đổi thể tích, quy trình nén của thiết bị được thực hiện giữ khí vào một không gian khép kín và giam thể tích của khí, áp suất của khí nhờ đó sẽ được tăng lên Khi áp suất cao hơn so với áp suất ngưng tụ hơi thì khí sẽ được đưa ra khỏi không gian khép kín này Và dựa trên nguyên tắc di chuyển của một piston lên xuống trong xilanh Đối với máy nén khí một cấp một chiều: Không khí được hút trực tiếp từ bên ngoài thông qua bộ lọc khí Piston sẽ tiến hành nén khí và đẩy ra bình chứa khí nén Tại đây, khí nén chỉ được nén một lần duy nhất Trong lúc này, thanh truyền tay quay được nối với piston sẽ giúp piston có thể chuyển động tịnh tiến
+ Khi piston sang phải, thể tích tăng dần, lúc này áp suất giảm, van nạp sẽ mở ra để không khí bên ngoài đi vào trong xilanh, quá trình nạp khí bắt đầu được thực hiện
+ Khi piston sang trái, không khí trong xilanh được nén lại, áp suất tăng lên, van nạp sẽ đóng, đến khi áp suất tăng cao hơn sức căng lò xo, van xả sẽ tự động mở Lúc này, khí nén sẽ đi qua van xả theo đường ống đến bình chứa khí (hay còn gọi là bình tích áp) và kết thúc một chu kỳ làm việc
+ Chu kỳ làm việc sẽ tiếp tục được lặp đi lặp lại để cung cấp khí nén, thúc đẩy các thiết bị khác hoạt động
Hình 72 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy nén pít tông Đối với máy nén khí hai cấp một chiều: Không khí được dẫn từ môi trường ngoài vào máy nén, đi qua bộ lọc khí đến piston
+ Khi piston đi xuống, thể tích phần không gian phía trên piston lớn dần, áp suất giảm, khi van nạp mở ra, không khí sẽ được nạp vào phía trên piston Đồng thời, thể
83 tích dưới piston giảm dần, áp suất tăng lên, van xả mở ra đưa khí theo đường ống qua bình chứa
KẾT QUẢ BÀI TẬP
Bài giải Phương trình năng lượng becnuli tại mặt thoáng của bể cần bơm và miệng hút của bơm
2𝑔 + ℎ𝑐𝑏 ℎú𝑡 + ℎ 𝑚𝑎𝑠𝑎𝑡 ℎú𝑡 P1=Pa, khi P2 = 0, Zh = 1 m ( lúc bơm ban đầu )
4 = 0,0347 𝑚 3 /s P1=Pa, khi P2 = 0, Zh = 5 m ( lúc bơm cuối )
2 = 0,03 𝑚 3 /s Thể tích nước bị hút đi
