Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 33 BÀI 6 . BƠM LY TÂM I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM. - Tìm hiểu phư ơng pháp tính toán và chọn các thông số của bơm cho phù hợp với điều kiện kỹ thuật lắp đặt và vận hành bơm đúng kỹ thuật. - Khảo sát đư ờng đặc tính và điểm làm việc của bơm ly tâm. - Tính công suất của bơm. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 1. Khái niệm và phân lọai bơm. 1.1 Khái niệm: Bơm là lọai thiết bò đư ợc ư ùng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp, dùng để vận chuyển chất lỏng chuyển động trong ống. Bơm là lọai thiết bò chính cung cấp năng lư ợng cho chất lỏng để thắng trở lư ïc trong đư ờng ống khi chuyển động, nâng chất lỏng lên độ cao nào đó, tạo lư u lư ợng chảy trong thiết bò công nghệ… . Năng lư ợng của bơm đư ợc lấy tư ø các nguồn động lư ïc khác nhau . 1.2 Phân loại bơm: Theo nguyên lý họat động, bơm chất lỏng đư ợc chia làm 3 nhóm chính như sau * Bơm thể tích : Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sư ï thay đổi thể tích của không gian làm việc trong bơm. Do đó thể tích và áp suất chất lỏng trong bơmsẽ thay đổi, sẽ cung cấp năng lư ợng cho chất lỏng Việc thay đổi thể tích trong bơm có thể do: - Chuyển động tònh tiến (bơm pittông) - Chuyển động quay (bơm roto) * Bơm động lư ïc : Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sư ï chuyển động quay tròn của các bơm , khi đó động năng của cánh quạt sẽ truyền váo chất lỏng tạo năng lư ợng cho dòng chảy. Năng lư ợng của cánh quạt truyền vào chất lỏng có thể dư ới dạng : - Lư ïc ly tâm (bơm ly tâm) - Lư ïc đẩy của cánh quạt (bơm hư ớng trục) - Lư ïc ma sát : bơm xóay lốc * Bơm khí động : Việc hút và đẩy chất lỏng đư ợc thư ïc hiện nhờ sư ï thay đổi áp suất của dòng khí chuyển động trong bơm và tạo năng lư ợng cho dòng chảy - Bơm ejector : Việc thay đổi áp suất dòng khí sẽ tạo ra lư ïc lôi cuốn chất lỏng chuyển động cùng dòng khí - Thùng nén : tạo áp suất trên bề mặt chất lỏng nhằm tạo cho chất lỏng có thế năng cần thiết để chuyển động Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 34 2. Các thông số cơ bản của bơm. - Năng suất của bơm : là thể tích chất lỏng bơm cung cấp vào ống đẩy trong một đơn vò thời gian. Ký hiệu : Q (m 3 /s ; m 3 /h ; l/s ) - Cột áp của bơm : là áp suất chất lỏng tại miệng ra ống đẩy của bơm hay là năng lư ợng riêng của chất lỏng thu đư ợc khi đi tư ø ống hút đến ống đẩy của bơm. Ký hiệu : H ( m ) Cột áp của bơm đư ợc xác đònh theo công thư ùc : H = H 1 + H 2 + H 3 + H 4 + H 5 ( m ) H 1 : cột áp để khắc phục chiều cao nâng hình học, m H 2 : cột áp để khắc phục chênh lệch áp suất ở 2 đầu ống hút và đẩy, m H 3 : cột áp để khắc phục trở lư ïc trong ống hút, m H 4 : cột áp để khắc phục trở lư ïc trong ống đẩy, m H 5 : cột áp để khắc phục động năng giư ûa ống hút và ống đẩy, m - Công suất của bơm : là năng lư ợng tiêu hao để tạo ra lư u lư ợng Q và cột áp của bơm H . Ký hiệu : N ( KW , Hp ) Công suất của bơm đư ợc xác đònh theo công thư ùc : Trong đó : Q : lư u lư ợng của bơm, m 3 /s H : cột áp của bơm, m : khối lư ợng riêng của chất lỏng, kg/m 3 = 0,55 : hiệu suất của bơm g : gia tốc trọng trư ờng, m/s 2 3. Bơm ly tâm : 3.1 Cấu tạo và nguyên lý họat động : -Cấu tạo: Bơm ly tâm bao gồm vỏ bơm 3, bánh guồng trên đó có các cánh hư ớng dòng. Bánh guồng đư ợc gắn trên trục truyền động 1,ống hút 4 và ống đẩy 2 -Nguyên lý họat động: Khi bánh guồng quay dư ới tác dụng của lư ïc ly tâm chất lỏngtrong bánh guồng sẽ chuyển động theo cánh hư ớng dòng tư ø tâm bánh guồng ra mép bánh guồng và theo vỏ bơm ra ngòai. Vỏ bơm đư ợc cấu tạo theo hình xoắn ốc có tiết diện lớn dần có tác dụng làm giảm bớt vận tốc dòng chảy và tăng áp lư ïc dòng chảy. Khi chất lỏng trong bánh guồng chuyển động ra ngòai dư ới tác dụng của lư ïc ly tâm, sẻ tạo ra áp suất chânkhông tại tâm bánh guồng, do có sư ï chênh lệch áp suất ở bên ngòai và tâm bánh guồng chất lỏng sẽ theo ống hút chuyển động vào bánh guồng, tạo thành dòng chất lỏng chuyển động liên tục trong bơm. . . . ( ) 1000. Q H g N KW Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 35 Ư u điểm : Bơm ly tâm đư ợc ư ùng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống vì có nhiều ư u điểm như lư u lư ợng đề, gọn nhẹ, tốc độ quay lớn nên có thể trư ïc tiếp nối với động cơ, đơn giản ít chi tiết, lư u lư ợng lớn . Như ợc điểm : Phải mồi bơm khi khởi động, không tạo ra đư ợc áp suất lớn hơn 7 at, năng suất phụ thuộc vào cột áp của bơm 3.2 Hiện tượng xâm thực và chiều cao đặt bơm : Chất lỏng chuyển động vào miệng bơm ly tâm do áp suất ở đây thấp hơn áp suất khí quyển. Điều này đã tạo điều kiện cho các khí hòa tan có trong chất lỏng bốc hơi tạo ra các bọt khí ở miệng hút của bơm. Các bọt khí này cùng với chất lỏng sẽ chuyển động trong cánh guồng, khi đó áp suất lại tăng lên, khí lại hòa tan ngư ợc lại vào chất lỏng. Do quá trình hòa tan -ngư ng tụ-hòa tan xảy ra rất nhanh, thể tích bọt khí tăng lên và giảm đột ngột dẩn đến áp suất trong các bọt khí có thể đạt tới 100 - 1000 at. Hiện tư ợng đó tạo ra các va đập thủy lư ïc, bào mòn các kết cấu kim lọai tạo ra rung động và tiếng ồn. Hiện tư ợng này gọi là hiện tư ợng xâm thư ïc. Hiện tư ợng xâm thư ïc có hại cho bơm do đó cần phải hạn chế. Một trong như õng biện pháp hạn chế hiện tư ợng xâm thư ïc là giới hạn chiều cao hút của bơm. Chiều cao hút của bơm đư ợc xác đònh theo công thư ùc : 1: Trục động cơ 2 :Ống đẩy 3 : Vỏ bơm 4 : Ống hút )(, 2 2 1 1 1 max1 mh g v h g p g p z t Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 36 Trong đó p 1 : áp suất bể hút N/m 2 p t : áp suất hơi bảo hòa ở miệng hút N/m 2 h 1 : tổng trở lư ïc ống hút m v 1 : vận tốc ống hút m/s h : tổn thất ma sát do xâm thư ïc c : hệ số xâm thư ïc c = 500 1000 Chiều cao hút của bơm phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng đư ợc đư a ở bảngsau : Nhiệt độ 0 C 10 20 30 40 50 60 65 Chiều cao hút, m 6 5 4 3 2 1 0 3.3 Đặc tuyến của bơm ly tâm : * Đặc tuyến lý thuyết của bơm ly tâm: Đặc tuyến của bơm ly tâm là mối quan hệ hàm số giư ûa các thông số của bơm như : cột áp, lư u lư ợng, công suất, hiệu suất khi số vòng quay cố đònh và thay đổi . H = f (Q) ; N = f(Q), =f (Q). Trong đó mối quan hệ giư ûa cột áp và lư u lư ợng là quan trọng nhất - Đặc tuyến lý thuyết của bơm đư ợc thể hiện trên hình sau : Hình1: Đặc tuyến lý thuyết của bơm (Với là góc nghiêng của cánh guồng) * Đặc tuyến thư ïc của bơm : Trong thư ïc tế khi họat động do số cánh bơm có hạn và khi chất lỏng chuyển động trong bơm sẽ có tổn thất cột áp , đặc biệt là tổn thất cột áp tăng theo tỉ lệ bậc hai với lư u lư ợng . Do vậy đặc tuyến thư ïc của bơm sẽ là như õng đư ờng cong phi tuyến như hình vẽ : <90 o =90 o >90 o H Q Q N =20 o =90 o =160 o m c Qn h , 62,5 3/4 H H lt =f(Q) H th =f(Q) >90 o N th =f(Q) N lt =f(Q) N Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 37 Hình2: Đặc tuyến thư ïc tế của bơm ly tâm Mối quan hệ lý thuyết giư õa các giá trò : lư u lư ợng Q, cột áp H, công suất N khi số vòng quay thay đổi đư ợc thể hiện theo tỉ lệ: Đặc tuyến của mạng ống : là đư ờng cong biểu diển mối quan hệ H mo - Q trong đó: Q : lư u lư ợng H mo : tổn thất cột áp khi chất lỏng chuyển động trong ống dẫn H mo = C + KQ 2 Với: l 16 p 1 , p 2 : áp suất đầu vào và đầu ra của ống z 1 , z 2 : chiều cao đầu vào và đầu ra của ống l = 3,3m : chiều dài ống d = 0,021m: đư ờng kính ống = 39,26 : tổng hệ số trở lư ïc cục bộ trong ống = 0.03 : hệ số ma sát : khối lư ợng riêng của lư u chất 2.3.4 Điểm làm việc của bơm : - Giao điểm của đư ờng đặc tuyến bơm và mạng ống đư ợc gọi là điểm làm việc của bơm trong mạng ống - Trong quá trình làm việc, điểm làm việc của bơm không đư ợc phép nằm trong vùng không ổn đònh của bơm Đặc tuyến mạng ống 1-2: Vùng làm việc không ổn đònh 2-3: Vùng làm việc ổn đònh A : Điểm làm việc của bơm ; 2 1 2 1 n n Q Q 2 2 1 2 1 n n H H 3 2 1 2 1 n n N N 2 1 2 1 ( ) . p p C z z g 2 4 16 . .2 l K d d g H 1 2 A H max Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 38 đặc tuyến bơm III. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM. - Mở công tác tổng - Mở các van V 1 và V 2 - Mở bơm lỏng - Tư ø tư ø khóa hoàn toàn van V 1 lại - Chỉnh lư u lư ợng bằng van V 2 ở các chế độ khác nhau - Ư Ùng với mổi chế độ lư u lư ợng ta ghi giá trò áp suất ở đầu ra Lư u ý: khi đèn quá tải báo chúng ta phải tắt bơm ngay IV. PHÚC TRÌNH. 4.1. Bảng kết quả số liệu thí nghiệm : STT 1 2 3 4 5 6 Q (m 3 /s) H (mH 2 O) 4.2. Tính toán và vẽ đồ thò : - Vẽ đư ờng đặc tuyến bơm H=f(Q), N=f(Q) và đư ờng đặc tuyến mạng ống - Tìm điểm làm việc của bơm 4.3. Bàn luận : - Nhận xét về các đư ờng đặc tuyến - Nhận xét về mư ùc độ tin cậy của kết quả và các nguyên nhân sai số - Dư ïa trên đư ờng đặc tuyến ta có nhận xét gì về điểm làm việc của bơm - Nếu ư ùng dụng của bơm ly tâm trong đời sống cũng như trong công nghiệp p Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 39 1. Thùng chư ùa 2. Bơm 3. Lư u lư ợng kế 4. p kế V 1 , V 2 : van . : <90 o =90 o >90 o H Q Q N =20 o =90 o = 160 o m c Qn h , 62 ,5 3/4 H H lt =f(Q) H th =f(Q) >90 o N th =f(Q) N lt =f(Q) N Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 37 Hình2: Đặc. có thế năng cần thiết để chuyển động Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 34 2. Các thông số cơ bản của bơm. - Năng suất của bơm : là thể tích chất lỏng bơm cung cấp vào ống đẩy trong. Khoá Hóa Giáo trình thực hành Quá trình và thiết bò 33 BÀI 6 . BƠM LY TÂM I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM. - Tìm hiểu phư ơng pháp tính toán và chọn các thông số của bơm cho phù