Cơ Khí - Giáo trình Máy Phụ Tàu Thủy phần 3 potx

Máy thuỷ lực là các máy truyền cơ năng cho chất lỏng chảy qua chúng bơm, hoặc nhận năng lượng từ chất lỏng và truyền cho bộ phận công tác sinh công có ích động cơ thuỷ lực.. Đối với các

thức p’qt=ghqt=al, trong đó a=v0/tđg.

Từ đồ thị xây dựng với v0=const thấy, khi tđg=t0/2 thì

p’vd=pqt Tuy vậy, khi tđg<t0 thì áp suất quán tính tính theo

công thức trên là không thực tế; khi tđg>t0thì áp suất quán tính

có thể được coi như giá trị trung bình theo thời gian của áp suất

khi có va đập thuỷ lực

Hình 1.32 So sánh áp suất quán tính và va đập

Chương ii Phân loạI và ứng dụng của máy thuỷ lực

Đ 2.1 Khái niệm chung.

2.1.1 Khái niệm chung về máy thuỷ lực.

Máy thuỷ lực là các máy truyền cơ năng cho chất lỏng chảy qua chúng (bơm), hoặc nhận

năng lượng từ chất lỏng và truyền cho bộ phận công tác sinh công có ích (động cơ thuỷ lực).

Máy bơm (gọi tắt là bơm) là máy thủy lực phổ biến trong tất cả các lĩnh vực Trên tàu,bơm được dùng để bơm chuyển chất lỏng với các mục đích khác nhau trong hầu hết các hệthống

Động cơ thuỷ lực sử dụng năng lượng thuỷ lực của chất lỏng, chuyển thành cơ năng dẫn

động máy công tác Tổ hợp tua bin (khí, hơi, thuỷ lực)- máy phát điện là ví dụ về sử dụng nănglượng chất lỏng, chúng có vai trò rất lớn trong lĩnh vực năng lượng Trên tàu các mô tơ thuỷ lựcdùng trong các hệ thống lái, cẩu, neo, điều khiển v.v

Nếu kí hiệu năng lượng đơn vị của chất lỏng trước và sau máy thuỷ lực là e1 và e2, trong

đó-g 2

v g

- khi chất lỏng qua bơm: e2>e1;

- khi qua động cơ thuỷ lực: e2<e1

*Dùng năng lượng đơn vị để so sánh tiện hơn vì không cần quan tâm đến lưu lượng mật độ.

Như vậy, bơm và môtơ thuỷ lực làm việc trên nguyên tắc ngược chiều (chuyển hoá năng lượng) nhau Khi chất lỏng qua bơm thì năng lượng của nó được gia tăng dưới dạng áp suất và

động năng, nhờ vậy mà chất lỏng được đưa đi xa hoặc lên cao Đối với môtơ thì ngược lại, nó

sử dụng năng lượng của chất lỏng để tạo công cơ học dẫn động các thiết bị khác Trong trườnghợp đầu, bơm phải do máy khác dẫn động (như động cơ điện, máy hơi nước hoặc tua bin, độngcơ dizel, sức người) Năng lượng chất lỏng nhận được sẽ được chuyển thành thế năng áp suất(trong trường hợp được đưa lên cao hoặc nén dưới áp suất) và nhiệt do ma sát với thành ống vàcác tổn thất thuỷ lực cục bộ khác Như vậy, muốn đưa chất lỏng đi xa, công do bơm truyền chochất lỏng phải khắc phục được các tổn thất này

Như đã nói, bơm và động cơ (môtơ) thuỷ lực làm việc trên nguyên tắc ngược chiều nhau,

do mục đích sử dụng khác nhau nên về cấu tạo chúng có những chi tiết khác nhau và cấu tạocủa bản thân các bộ phận làm việc có thể khác nhau (ví dụ cánh bơm và cánh tua bin, cánh máynén li tâm và cánh tua bin hơi hoặc khí) Tuy nhiên chúng thường tạo thành các cặp tương ứngcùng kiểu loại, nhiều máy thuỷ lực được thiết kế dùng để đồng thời làm bơm hoặc động cơ.Một số bơm, tuy không được chế tạo để dùng làm môtơ, nhưng trong khai thác chúng có thểlàm việc ở chế độ môtơ nếu không có biện pháp ngăn ngừa thích hợp Việc nghiên cứu, tínhtoán thuỷ động lực, tổn thất thuỷ lực cũng như tính toán sức bền đối với các chi tiết chịu tải chủyếu của các máy thuỷ lực cùng cặp tương tự nhau Ngoài ra, đặc tính làm việc của các máy này

có nhiều nét tương tự nhau Do vậy, trong phần này và, nói chung, trong khuôn khổ giáo trìnhnày chủ yếu chỉ xét kỹ về bơm dùng trên tàu thuỷ vì tính phổ thông của chúng Các động cơthuỷ lực chỉ được xem xét xen vào hoặc trong các hệ thống cụ thể ở trong giáo trình này

Bơm và động cơ thuỷ lực còn dùng trong các bộ truyền động thuỷ lực để truyền cơ năng

từ các động cơ sang bộ phận thực hiện, thay đổi tốc độ và dạng chuyển động của bộ phận thựchiện Bơm, nhận năng lượng từ động cơ, truyền năng lượng cho chất lỏng Chất lỏng qua bơm

vào động cơ thuỷ lực truyền cơ năng cho thiết bị bị dẫn Chức năng của bộ truyền động thuỷ lưccũng tương tự như truyền động cơ (hộp số, hộp giảm tốc, khớp nối) nhưng so với truyền độngcơ thì truyền động thuỷ lực có các ưu điểm sau.

1 Làm việc êm Các khe hở không thể tránh được và sai số chế tạo trong các bộ truyền

động cơ dẫn đến rung động Bật, tắt hoặc thay đổi tỉ số truyền bộ truyền động cơ kèmtheo va đập, giật

2 Có thể thay đổi được tỉ số truyền không nhảy bậc Các bộ truyền động cơ cho phépthay đổi tỷ số truyền vô cấp (ví dụ, đĩa ma sát) không đủ tin cậy và chỉ có thể sử dụngkhi công suất nhỏ

3 Có thể làm momen trên trục dẫn ít phụ thuộc tải của bộ phận thực hiện Điều này làmcho dễ bảo quản máy và dễ bảo vệ động cơ hoặc bộ truyền động quá tải Động cơ cóthể làm việc toàn tải ở khi bộ phận thực hiện ở chế độ nghỉ

4 Có thể truyền công suất lớn Dễ dàng tạo ra, tích luỹ và sử dụng năng lượng thuỷ lựclớn, truyền lực hoặc mômen lớn

2 Hiệu suất thấp hơn so với truyền động cơ, điện

3 Đòi hỏi chất lỏng thuỷ lực có độ sạch cao

4 Dễ rò rỉ chất lỏng công tác qua những chỗ không kín trong hệ thống

5 Lắp ráp các hệ thống ống dài trong điều kiện dưới tàu khó khăn, phức tạp

6 Giá thành các máy thuỷ lực chủ yếu cao

2.1.2 Các thông số cơ bản của máy thuỷ lực.

Chế độ làm việc của các máy thuỷ lực, nói chung, đặc trưng bởi các thông số cơ bản sau:sản lượng (hoặc lưu lượng), cột áp, công suất, vòng quay và hiệu suất

Sản lượng của bơm là lưu lượng chất lỏng qua cửu đẩy của bơm Cũng như lưu lượng, sản

lượng có thể tính bằng thể tích (Q: m3/h, m3/s, l/ph) hoặc khối lượng (Qm:T/h,kg/ph, v.v.) Đốivới động cơ thuỷ lực thì dùng thuật ngữ lưu lượng thích hợp hơn vì lượng chất lỏng lưu chuyển

không phải là mục đích sử dụng của động cơ

Cột áp (H) là chênh lệch năng lượng đơn vị trọng lượng của chất lỏng ở thiết diện trước và

sau máy thuỷ lực, có đơn vị tính bằng mét (m)

Như đã biết, đối với chất lỏng hạt thì thành phần năng lượng có ý nghĩa sinh công cơ gồm

áp suất tĩnh z  p /  g và động năng v2/2g Đối với các chất khí, khối lượng riêng nhỏ so vớichất lỏng nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của trọng lượng và khi qua máy nén hay tua bin, nhiệt

độ (đặc trưng cho nội năng) của chúng thay đổi đáng kể, nên để đánh giá trao đổi và chuyển

hoá năng lượng thì người ta dùng độ chênh entanpi- i=u+p/, và chênh ngoại động năng- v2/2,tức là tính cho một đơn vịkhối lượng chất khí Đối với bơm, theo định nghĩa thì cột áp bằng:

) g /(

) v v ( ) g /(

2    

trong đó các chỉ số 1 và 2 chỉ các thông số trước và sau bơm ở đây bỏ qua ảnh hưởng của lực trọng trường.

Công suất của bơm (công suất tiêu thụ) là năng lượng (công) động cơ truyền cho bơm

trong một đơn vị thời gian (W, KW) Đối với động cơ thì công suất tính cho đầu ra, tức là côngsuất có ích Công suất có thể được xác định từ lập luận như sau Mỗi đơn vị trọng lượng chấtlỏng qua máy nhận (hoặc mất) một lượng năng lượng H, trong một đơn vị thời gian chất lỏngqua máy với trọng lượng bằng gQ Do đó, đối với bơm thì năng lượng chất lỏng nhận đượctrong một đơn vị thời gian chính là công suất có ích và bằng

H.2.1) Công suất đưa đến máy là N, một phần công suất

này bị mất Các tổn thất trong máy được chia thành tổn thất

cơ giới- hm; tổn thất lưu lượng- hQ; vàthuỷ lực- hh

Tổn thất cơ giới là các tổn thất ma sát trong các ổ đỡ,

các thiết bị làm kín trên trục, giữa các chi tiết có chuyển

động tương đối, ma sát bề mặt ngoài bánh cánh với chất

lỏng Phần công suất còn lại được truyền cho chất lỏng và

được gọi là công suất thuỷ lực - Ntl Năng lượng bánh

cánh truyền cho một đơn vị trọng lượng chất lỏng qua bơm gọi là cột áp lý thuyết Hlt, nó lớnhơn cột áp H của bơm một lượng bằng tổn thất thuỷ lực hh khi chất lỏng chảy qua bánh cánhcủa bơm:

Thể tích chất lỏng qua bơm trong một đơn vị thời gian là Q’ hoặc trọng lượng bằng

gQ’ Do đó, công suất thuỷ lực của bơm, tức là công suất truyền cho toàn bộ lượng chất lỏngqua bộ phận công tác của bơm sẽ là:

Ntl=Q’gHlt ( 2.6)Tổn thất cơ giới được đánh giá bằng hiệu suất cơ giới, nó bằng tỉ số giữa công suất cơgiới, tức là phần công suất còn lại sau mất mát do ma sát cơ giới, với công suất bơm tiêu thụ

Tổn thất lưu lượng Không phải toàn bộ chất lỏng qua cửa vào của bơm đều đi ra qua cửa

đẩy đến nơi tiêu thụ mà một phần dò qua các khe hở trở về cửa hút (do chênh áp suất), ra ngoàiqua các thiết bị làm kín trên trục v.v… Năng lượng chất lỏngnhận được khi qua bơm rồi lạiquay về cửa hút hay rò ra ngoài bị mất đi vô ích Tổn thất lưu lượng được đánh giá bằng hiệu suất thể tíchQ, bằng tỉ số giữa công suất còn lại sau khi trừ đi phần công suất truyền cho chấtlỏng bị rò lọt, trên công suất thuỷ lực

Q=N’/Ntl=(Ntl-NQ)/Ntl, (2.8)

trong đó N - công suất mất cho lượng chất lỏng rò lọt.

Hình 2.1.Cân bằng năng lượng trong bơm.

Mỗi đơn vị khối lượng chất lỏng rò lọt đem theo năng lượng Hlt, do đó công suất tổn thấtvì rò lọt là

Tổn thất thuỷ lực Dạng tổn thất năng lượng thứ ba là các tổn thất để khắc phục sức cản

thuỷ lực ở lối vào, ra khỏi bơm, trong các bánh cánh Tổn thất thuỷ lực được đánh giá bằng hiệu suất thuỷ lực h, nó bằng tỉ số giữa công suất có ích chia cho công suất N’ Dựa vào các phươngtrình (2.2), (2.5) và (2.9)

h=Ne/N’=H/Hlt=H/(H+hh) (2.11)Biết rằng hiệu suất bơm   Ne / N, nhân và chia vế phải với NtlN’, được

m Q h tl

Như vậy, về nguyên lí hoạt động thì có thể phân các máy thuỷ lực thành ba loại chính:

máy thể tích (positive displacement)- có thể là bơm hoặc mô tơ thuỷ lực; máy cánh- tua bin

hoặc bơm; vàbơm phụt.

Trong các bơm thể tích, chất lỏng được hút và nén do thể tích khoang công tác thay đổi,theo chu kì thông với đường ống hút và đẩy ở đây năng lượng chất lỏng được gia tăng dướidạng áp suất tĩnh và về cơ bản không phụ thuộc tốc độ bơm hay của chất lỏng Đối với các

động cơ, lực chất lỏng truyền cho bộ phận bị dẫn là các lực áp suất do chênh áp giữa cáckhoang cao áp và thấp áp Các máy thể tích, theo tính chất chuyển động của bộ phận công tác

Máy thuỷ lực

(động cơ và bơm)

(máy động lực) Bơm phụt

Kiểu piston Kiểu rô to Máy li tâm

(hoặc hướng tâm) Hướng trục Bơm xoáy lốc

Bơm hướng chéo

được chia ra hai loại: kiểu piston hay kiểu chuyển động tịnh tiến (reciprocating); kiểu rô to

(rotary)

Nhược điểm cơ bản của bơm piston là lưu lượng không đều, kết cấu và truyền động phứctạp, cồng kềnh hơn so với các kiểu khác, tốc độ cũng bị hạn chế do lực quán tính lớn và điềukiện chống xâm thực Tuy vậy, lĩnh vực áp dụng của bơm piston rất phong phú trong các hệthống đặc biệt, lưu lượng nhỏ và áp lực lớn: bơm cao áp, bơm cấp dầu nhờn bôi trơn xi lanh,các bơm tay v.v Còn ví dụ về động cơ thuỷ lực kiểu tịnh tiến là: kích thuỷ lực, xi lanh thuỷ lựctrụ- piston trong các máy lái, nâng hạ cần cẩu, trong các hệ thống điều khiển

Đến lượt mình, các máy rô to được phân thành: máy cánh gạt, bơm trục vít, bánh răng

(tuy cũng có các mô tơ trục vít và bánh răng nhưng do hiệu suất thấp, mô men nhỏ và đòi hỏi

áp lực cao nên không phổ biến trên tàu), bơm vành nước cánh gạt, bơm và mô tơ kiểu rô to piston v.v Về kết cấu chúng cũng rất đa dạng và sẽ được nói chi tiết hơn ở các phần sau Kiểu

sau cùng về thực chất cũng là những bơm (hay mô tơ) kiểu piston Nói chung về mặt động lựchọc thì các máy kiểu quay có ưu điểm hơn so với kiểu chuyển động tịnh tiến và cho lưu lượng

đều hơn

Các máy cánh hay còn gọi là máy động lực (dynamic machines) đều phải có bộ phận

công tác cơ bản là bánh cánh có các cánh và quay Năng lượng bánh cánh truyền cho chất lỏng(đối với bơm) hoặc nhận từ chất lỏng (động cơ) trên cơ sở tương tác động lực học giữa các cánhvới chất lỏng chảy bao quanh Khác biệt cơ bản so với các máy thể tích là lực tương tác ở đâyphụ thuộc vào biên dạng của các cánh, vận tốc và đặc điểm dòng chảy bao Theo đặc điểm củadòng chất lỏng qua máy có thể phân thành: các máy hướng kính (gồm bơm li tâm hoặc tua bin hướng tâm), hướng trục, bơm hướng chéo, bơm xoáy lốc.

Loại bơm thứ ba (xem sơ đồ phân loại) không thuộc hai nhóm trên làbơm phụt Loại cũng

được sử dụng ở trên tàu cũng như trong các ngành công nghiệp, chúng hoạt động trên nguyêntắc dùng chất lỏng có năng lượng cao truyền cho chất lỏng cần được bơm chuyển

Theo cách hiểu thông thường thì bơm là các máy dùng để làm việc với các chất lỏng (đểbơm chuyển chất lỏng), còn quạt gió hay máy nén dùng để làm việc với chất khí Tuy nhiên, sựkhác biệt giữa "chất khí" và "chất lỏng" có tính tương đối Khái niệm "chất lỏng" bao gồm tấtcả các vật chất có tính chất chảy được, nghĩa là, có khả năng thay đổi hình dạng dưới tác dụngcủa các lực bé tuỳ ý Như vậy, theo định nghĩa này thì "chất lỏng" bao gồm cả chất lỏng, đượcgọi là chất lỏng giọt, và khí Các chất lỏng giọt khi ở dạng giọt nhỏ dưới tác dụng của sức căng

bề mặt có dạng hình cầu còn lượng chất lỏng lớn thường tạo bề mặt phân chia tự do với khí

Đặc điểm quan trọng của chất lỏng giọt là ít thay thể tích khi áp suất thay đổi nên thường đượccoi là không nén được Ngược lại, các khí có thể giảm thể tích đáng kể dưới tác dụng của ápsuất và giãn nở không hạn chế khi không có áp suất Thế nhưng nếu không xét đến sự khác biệtnày, các qui luật chuyển động của chất lỏng giọt và của khí ở những điều kiện nhất định có thểcoi là tương tự nhau Một trong những điều kiện này là tốc độ dòng khí phải nhỏ so với tốc độtruyền âm trong nó Chính vì vậy mà trong thực tế kĩ thuật thông thường, nhiều qui luật, hiệntượng hoặc phương pháp nghiên cứu tính toán có thể phù hợp cho cả bơm và máy nén khí hayquạt gió, hệ thống bơm chuyển nước và khí nén hay thông hơi Trừ một số bơm tương đối đặcbiệt, kiểu loại máy nén khí hay quạt gió cũng gần tương tự như bơm: máy thể tích (piston, bánhrăng, trục vít, cánh gạt) và máy cánh (li tâm, hướng trục) Do đó mà trong giáo trình này ưu tiêncho việc nghiên cứu kĩ về lí thuyết các bơm hơn, một số qui luật hiện tượng xảy ra trong máynén hay quạt gió cũng tương tự như trong bơm

2.2.2 ứng dụng các loại bơm trên tầu thuỷ.

Các kiểu loại bơm có nguyên lí làm việc khác nhau nên phạm vi làm việc của chúng (phạm

vi sản lượng, cột áp, công suất) cũng khác nhau vì chỉ trong phạm vi nhất định chúng có hiệu

suất lớn nhất, kích thước và vòng quay hợp lí Biểu đồ dưới cho biết các vùng sử dụng của baloại bơm tiêu biểu: vùng I- vùng sử dụng của bơm

kiểu piston, vùng II- bơm li tâm và vùng III – bơm

hướng trục [4] Các bơm khác nằm ở khu vực

chuyển tiếp giữa các vùng Từ biểu đồ thấy bơm thể

tích dùng khi lưu lượng nhỏ và cột áp lớn Với lưu

lượng lớn, cột áp nhỏ hơn thì sử dụng bơm cánh

chiếm ưu thế, ở vùng lưu lượng rất lớn và cột áp

tương đối nhỏ người ta dùng bơm hướng trục

Ngoài ra, khi lựa chọn bơm còn phải chú ý xem

tính năng (đặc tính) của nó có phù hợp hay không.

Đó là quan hệ giữa các thông số cơ bản của bơm

(cột áp, sản lượng, hiệu suất) Trong khai thác, vì

nhiều lí do mà một thông số của bơm thay đổi,

chẳng hạn cột áp, ta phải biết khi đó sản lượng của

bơm có đủ nhu cầu không hoặc nó thay đổi thế nào

Đặc điểm làm việc của bơm còn cần thiết cho việc

bố trí, lắp đặt các trang thiết bị phụ (van an toàn,

thiết bị điều chỉnh, mồi v.v.) và qui trình vận hành.

Ngoài các vấn đề nêu trên, khi chọn bơm cũng phảỉ lưu ý đến tính chất của chất lỏng Cáctính chất cần quan tâm là:

1 Nhiệt độ- cao hay thấp

2 áp suất- có độ chân không hay áp suất lớn

hơi nước Bơm cấp nước nồi hơi 100400 Chịu nhiết độ

áp suất cao Li tâm, piston,xoáy lốc.Cấp nước xối tro xỉ ra

bơm phụtBơm nước làm mát bầu

10010

Chuyển dầu nhờn (từ két dựtrữ đến các te hoặc két làmviệc)

Bơm dầu nhờn trước khi

bẩn, khả năng

tự hút hoặcchiều cao hútcho phép lớn

nt

Dằn (có thể kiêm hút khô

trục.Thiết bị

Chương iii Bơm cánh

3.1.1 Khái quát.

Các máy thuỷ lực cánh là những máy trong đó năng lượng

chất lỏng thay đổi nhờ tương tác động lực với các cánh của bánh

cánh khi chảy bao qua chúng Ta xét cụ thể hơn cơ chế trao đổi

năng lượng trên các cánh của máy thuỷ lực (hình 3.1) Khi có

dòng chảy qua profin cánh, ở mặt dưới và trên cánh có độ chênh

áp làm xuất hiện lực P , gọi là lực nâng Tương tự như vậy, lực

nâng xuất hiện trên các cánh của bánh cánh các máy thuỷ lực

cánh khi chuyển động trong chất lỏng ở các bơm cánh, mô men

của lực nâng ngược chiều với chiều quay của bánh cánh Cơ

năng do động cơ truyền cho bánh cánh khắc phục mô men này

và sinh công, công này, theo định luật bảo toàn năng lượng truyền cho chất lỏng làm cho cột ápchất lỏng được gia tăng Năng lượng chất lỏng, một phần chuyển thành nhiệt do ma sát giữacác phần tử chất lỏng, phần còn lại ở dạng cơ năng và là phần công có ích của bơm Bơm phải

có kết cấu sao cho tổn thất năng lượng là nhỏ nhất

Trong các động cơ thuỷ lực (tua bin), chiều mômen của lực nâng trùng chiều quay củabánh cánh Tác dụng lên bánh cánh, chất lỏng làm bánh cánh quay và truyền năng lượng chonó

Các máy thuỷ lực có thể có một hoặc nhiều tầng Trong các máy nhiều tầng, có nhiều bánhcánh được lắp trên cùng một trục, chất lỏng đi lần lượt qua các tầng

Ntl=M=Q(vu2r2-vu1r1)

Theo công thức (2.5): Ntl=QgHlt, do đó

Phương trình cơ bản trên của các bơm cánh lần đầu tiên được Ơle đưa ra Nó cho biết quan

hệ giữa cột áp của bơm với các vận tốc chất lỏng (trị số lẫn phương chiều)- chúng phụ thuộc

vào sản lượng và tốc độ quay của bánh cánh, vào hình dạng của bánh cánh và của các lối dẫnchất lỏng Dòng chất lỏng ở chỗ vào bánh cánh do kết cấu trước bánh cánh tạo ra nên mômen

động lượng tại cửa vào vu1r1do kết cấu lối vào quyết định và gần như không phụ thuộc kết cấubánh cánh Dòng ra do bản thân bánh cánh tạo ra, mômen động lượng cửa ra vu2r2 do kết cấu

Hình 3.1 Lực tác dụng lên profin cánh.

bánh cánh, đặc biệt các yếu tố hình học mép ra (đường kính ngoài, chiều rộng, góc nghiêngcánh), quyết định Phương trình cơ bản trên cho phép dựa vào cột áp, lưu lượng và tốc độ quaycủa bánh cánh để tính toán các yếu tố cửa ra của bánh cánh.

Các cánh dẫn hướng ở lối vào, nếu có, không cho chất lỏng quay, trong trường hợp này(hoặc trong thực tế để đơn giản) thì vu1r1=0 Khi đó

Hlt=H/h=(/g) vu2r2 (3.2)

*Các công thức (3.1), (3.2) chỉ là công thức gần đúng vì vận tốc chất lỏng ở các điểm khác nhau

ở các mép vào, ra khỏi cánh không như nhau, nói cụ thể hơn, công thức chỉ đúng khi xét cho một dòng nguyên tố Tuy vậy, trong thực tế vẫn dùng, các gía trị vận tốc và bán kính là các giá trị trung bình Nó chỉ có ý nghĩa lý thuyết, cho phép ta đánh một cách định tính sự phụ thuộc lẫn nhau của các thông số cơ bản của bơm (cột áp, lưu lượng, hiệu suất), định hướng trong thiết kế…Đặc tính chính xác của bơm chỉ xác định bằng thực nghiệm và dùng lí thuyết đồng dạng để khái quát hoá kết quả.

3.2.1 Nguyên lí làm việc của bơm li tâm.

Hình 3.2 mô tả sơ đồ đơn giản của bơm li tâm

Bộ phận dẫn dòng gồm ba phần cơ bản: lối dẫn chất

lỏng vào 1, bánh cánh 2 và lối dẫn dòng ra 3 Chất

lỏng được dẫn đến cửa vào 1 từ đường ống hút rồi

vào bánh cánh 2, nhiệm vụ của nó là truyền năng

lượng từ động cơ cho chất lỏng Trong hình vẽ trên,

bánh cánh gồm có đĩa chủ động (đĩa sau) a và đĩa bị

độngb (đĩa trước), giữa chúng có gắn các cánh c Về

nguyên tắc, các cánh này cong về phía ngược chiều

quay của bơm Đĩa chủ động được gắn chặt vào trục

Chất lỏng chuyển động qua bánh cánh từ tâm ra

ngoài Ra khỏi bánh cánh, chất lỏng theo đường dẫn

chất lỏng 3 ra đường ống đẩy hoặc, ở bơm nhiều

tầng, đến bánh cánh tiếp sau

* Các tua bin phổ biến nhất gồm tua bin hướng kính và hướng trục Tua bin hướng kính, về nguyên tắc, có kết cấu không khác bơm li tâm, hướng chuyển động của chất lỏng và chiều quay của bánh cánh ngược với bơm li tâm.

Hình 3.2 Sơ đồ bơm li tâm dạng công xon: 1- lối vào; 2- bánh cánh; 3- lối ra; 4- lưỡi; 5- ống loe

Trong bánh cánh, chuyển động của chất lỏng tương đối so với bánh cánh và cùng quay theobánh cánh- chuyển động theo Tổng của hai chuyển động này sẽ là vận tốc tuyệt đối của chấtlỏng, tức vận tốc tương đối so với vỏ bơm:

suất càng lớn thì vận tốc càng nhỏ, cho nên vận tốc tương đối của chất lỏng ở mặt trước cánhnhỏ hơn ở mặt sau Quĩ đạo chất lỏng ở gần cánh trùng với hình dạng cánh, còn ở chỗ khác quĩ

đạo của chúng không như vậy

Trên hình (3.3), các véc tơ C, U và W tạo thành tam giác tốc độ ở một điểm bất kì trongbánh cánh Theo sơ đồ số cánh vô hạn, hướng của W tiếp xúc với cánh Vận tốc theo cóphương tiếp xúc với vòng tròn cùng tâm với trục quay và qua điểm đang xét, chiều cùng chiềuquay của bánh cánh Phân vận tốc tuyệt đối C thành hai thành phần vuông góc nhau: Cu- thànhphần vận tốc vòng của vận tốc tuyệt đối và Cr-vận tốc kinh tuyến- là hình chiếu của vận tốc

tuyệt đối lên mặt phẳng qua đường tâm trục và điểm đang xét Mặt phẳng này gọi là mặtphẳng kinh tuyến

Qui định các kí hiệu như sau:

- góc giữa vận tốc tuyệt đối C và vận tốc theo;

- góc giữa vận tốc tương đối W và chiều âm của vận tốc theo;

c- góc giữa tiếp tuyến của cánh với chiều âm của vận tốc theo

Ta cũng qui định chỉ số 1 để chỉ các vận tốc và góc ở chỗ vào bánh cánh, chỉ số 2 chỉ các

đại lượng tương ứng ở cửa ra

Ta sẽ xây dựng tam giác tốc độ cho điểm G trên mép vào EF của cánh Vận tốc kinh tuyến

được xác định dựa vào phương trình lưu lượng Giả thiết vận tốc kinh tuyến phân bố đều trênchiều rộng bánh cánh b1, khi đó

trong đó Q’- lưu lượng chất lỏng qua bánh cánh, S1- diện tích mặt vuông góc dòng kinh tuyến.

Dòng kinh tuyến là dòng chảy qua bánh cánh với vận tốc bằng vận tốc kinh tuyến, nghĩa làdòng không có chuyển động vòng Mặt vuông góc với dòng kinh tuyến có dạng mặt cong có

đường tâm đối xứng Nó do đường cong CD, vuông góc với dòng kinh tuyến và qua điểm G,tạo ra khi quay quanh tâm bánh cánh Theo định lí Gulden, diện tích bề mặt quay này bằng tíchcủa chiều dài b1đường CD với chu vi vòng tròn do trọng tâm đường CD vẽ lên khi quay quanhtâm bơm:

trong đó R1- bán kính điểm trọng tâm đường CD

Một phần diện tích mặt này do các cánh chiếm chỗ, do đó diện tích mặt vuông góc của

dòng kinh tuyến cần tìm sẽ là S1=1S0, trong đó1<1-hệ số co hẹp trên cửa vào của bánh cánh.

Độ lớn 1được xác định dựa vào lập luận sau Diện tích S1=2  R1b1- 1b1z,

trong đó 1- chiều dày của cánh ở cửa vào đo trên vòng tròn (Hình 3.4); z- số cánh Từ tam giác ABC tính gần đúng 1=s1/sin 1c,

trong đó 1c- góc nghiêng của cánh; s1-chiều dày của cánh ở cửa vào đo theo chiều vuông góc bề mặt

ở các bơm phổ biến thì 1trong khoảng 0.75 (các bơm nhỏ) đến 0.85 (các bơm lớn) Nhưvậy

Cr1=Q/(2 R1b11Q), (3.7)

Như trên đã nói, thành phần vận tốc vòng (tiếp) của

vận tốc tuyệt đối Cu1 và dĩ nhiên, mômen động lượng

Cu1R1, ở cửa vào do kết cấu đường dẫn chất lỏng vào

quyết định Nhiều bơm chất lỏng vào theo hướng trục và

người ta coi Cu1=0 ở các bơm khoang dẫn chất lỏng vào

hình thân ốc (hình 3.28, chất lỏng vòng qua trục) hoặc

kênh dẫn chất lỏng sang tầng tiếp theo của bơm nhiều

tầng thì vận tốc này khác không

Vận tốc vòng của bánh cánh (tức là vận tốc theo) ở

cửa vào bánh cánh

trong đó  - vận tốc góc bánh cánh; R1-bán kính quay điểm G trên mép vào bánh cánh (hình 3.3)

Biết Cr1, Cu1và U1 có thể xây dựng tam giác tốc độ ở chỗ vào bánh cánh và xác định đượcvận tốc tương đối và các góc1và1

Hướng của cánh tại mép vào phải chọn sao cho

gần trùng hướng của vận tốc tương đối W1(tức là

1c1), nếu không sẽ xảy ra hiện tượng gián đoạn

giữa dòng và cánh dẫn đến tạo xoáy (xem hình 3.9,

b), tăng tổn thất thuỷ lực mạnh ở cửa vào bánh

cánh Kinh nghiệm cho thấy, hiệu suất thuỷ lực

cũng như chiều cao bơm có khả năng hút được chất

lỏng (chiều cao hút) tăng nếu mép vào cánh

nghiêng so với vòng tròn không phải góc 1 thu

được trên tam giác tốc độ dựng cho sản lượng tính

toán, mà là1c- lớn hơn1từ 380 Khi có độ lệch

giữa góc nghiêng cánh và hướng của vận tốc tương đối không lớn như vậy thì không xảy ragián đoạn giữa dòng và cánh Góc lệch giữa hướng của vận tốc tương đối với hướng cánh ởmép vào đựơc gọi là góc tấn.

Phần đầu cánh được làm mỏng đi khoảng hai lần (xem hình 3.4) trên chiều dài khoảng1/31/4 chiều dài cánh và mép cánh được vê tròn Nhờ thế dòng chảy bao qua mép cánh tốthơn và giảm được tổn thất thuỷ lực ở chỗ vào bánh cánh Ngoài ra còn tăng được chiều cao hút.Khi xây dựng tam giác tốc độ ở cửa vào đã kể đến co hẹp của dòng do các cánh Cho nêntam giác tốc độ trên là ở những điểm ngay sau mép vào cánh Đối với một số tính toán cần phảibiết tốc độ tương đối và tuyệt đối ngay trước mép vào cánh Chỉ số 0 dùng để chỉ các tốc độnày Dựa vào phương trình (3.5), thu được tốc độ kinh tuyến

Cr1=Q/(S0Q)=Q /(2 R1b1Q) (3.9)

Sự co hẹp của dòng không thể ảnh hưởng đến độ lớn thành phần vận tốc vòng của tốc độtuyệt đối Do đó: Cr0=Cr1 Tam giác tốc độ ngay trước chỗ vào bánh cánh mô tả trên hình 3.5bằng đường nét đứt

Chất lỏng ra khỏi bánh cánh qua diện tích bề mặt hình trụ