Ebook lý thuyết và thực hành bơm quạt máy nén phần 1 TS lê xuân hòa, ths nguyễn thị bịch ngọc

Trang 1

TS LE XUAN HOA - ThS NGUYEN THỊ BÍCH NGỌC TRƯỜNG BAI HOC SU PHAM KY THUAT TP HO CHi MINH

LY THUYET VA THUG HANH

Trang 2

T.S LE XUAN HÒA - Th.S NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

Li thayet & Date hanh BOM - QUAT

MAY NEN

Trang 3

LÝ THUYẾT WĂ THỰC HANH BOM - QUAT - MAY NEN

TS LE XUAN HOA - ThS NGUYEN THI BICH NGOC

Chiu trach nhiĩm xudt ban

Gidm Dĩe: VO VAN DANG Tổng biín tập NGUN ĐỨC HUNG

Biín lập TRẦM MY Trinh bay DUY TRẤN

Vĩ bia: DUY TRAN

Liín kết xuốt bản

C.TY VAN HOA Tri DAN - HS NGUYEN TRAL 96/7 Duy Tan - P.15 - @ Phú Nhuận - Tp HCM

BT: 8383669 - 9901846 - Fax: 9971765

Trang 4

Gisi thiệu

Năng lượng lă một trong câc uấn đề hăng đầu trong suốt lịch sử phat triển của nhđn loại Sử dụng năng lượng hợp lý, tiết biím va hiệu quả lă một trong cóc tiíu chí quan trọng đânh giú trình độ phút triển binh tế, công nghệ của một quốc gia

Nang lượng lă lĩnh uực rất rộng, bao quât nhiễu dạng khâc nhau Theo nghĩa rộng có thể gơm nhiệt năng, điện răng va co ndng Chuyển đổi từ dạng năng lượng năy sang dạng năng lượng khúc luôn luôn bhỉm theo sự tổn thất, nhưng tổng đại số câc dạng năng lượng lă không đổi Một trong những lĩnh oục được quan tđm đặc biệt lă lý thuyết uă ứng dụng động lực học thủy khi, oề lý thuyết có thể bao gồm cơ học lưu chất, thủy lực, khí nĩn, cơ học mơi trường liín tục

Vă ng dụng, chủ yếu lă câc thiết bi dĩng luong rat da dang va phong phú, trong đó bơm, quạt, móy nĩn lă một bộ phận không thể tâch rời “Bơm, quạt, mây nĩn” lă môn học cơ sở của nhiều chuyín ngănh từ mây động lực, nhiệt, điện lạnh, thiết bị thủy khí, thiết bị hệ thống, cho đến chế tạo mấy, điều khiển thúy bhí Hầu như mọi ngănh đều sử dụng câc thiết bị bơm, quạt, may nĩn, tu cơng nghiệp, nơng nghiệp, hóa chất, khai thúc dầu mỏ, cho đến giao thông oận tải va cả trong đời sống hăng ngăy

Cuốn sâch “Lý thuyết uă thực hănh bơm, qugại, mây nín”

cung cấp lý thuyết cơ bản cóc loại mây bơm chất lỏng 0ă chất khí, cóc logạt mây quạt uă mây nĩn khí s2 dụng trong cơng nghiệp uă dđn dụng Ngoăi phần lý thuyết cịn có câc băi tập ứng dụng, gồm loại băi có lời giải đđy đủ, băi có hướng dẫn uò đâp số, va băi tập chỉ có đâp số Cuốn sâch được biín soạn dựa trín câc tai liệu mới nhất, thực tiễn ứng dụng ở Việt Nam 0ò bứnh nghiệm nhiều năm nghiín cứu va giảng dạy của câc tâc giả Đốt tượng phục uụ chủ yếu lă sinh uiín câc trường đại học, câc trường trung cốp kỹ thuật, trường dạy nghă, câc công nhđn 0ò ky sư đang lăm viĩe trong linh vue nay va moi người quan tđm Đđy cũng có thể lă tăi liệu thơm khảo cho câc bạn đông nghiệp đang lăm công tâc đăo tạo Hy vong ban doc sĩ tim được

Trang 5

Chương I.MỞ ĐẦU

VAINET VE LICH SU PHAT TRIEN BOM, QUAT, MAY NEN

Bơm, quạt, mây nĩn thuộc loại mây thủy lực vă mây thủy khí Mây thủy lực thô sơ đê có từ thời cổ xưa Gng nước có lẽ lă mây thủy lực đầu tiín Guỗng nước lợi dụng năng lượng của nước để

kĩo câc cối xay lương thực hoặc đưa nước văo đồng ruộng, đê được

sử dụng khoảng 3000 năm trước cơng ngun Ngăy nay, guồng (cọn) nước vẫn cịn ở câc sơng suối vùng cao của nước ta, được câc dđn tộc thiểu số sử dụng đưa nước về nhă hoặc để giê gạo,

Câc mây hút nước sử dụng sức người, hoặc ngựa, lạc đă được sử dụng ở Ai Cập từ thời câc Kim Tự Thâp

Bơm piston được dùng ở thế kỷ thứ I trước công ngun Bơm piston có loại vít vô tận được dùng rộng rêi ở Cai-rô để lấy nước ở

độ sđu 91,5 m văo thế kỷ thứ 5 - 6 trước công nguyín Bơm nước

bằng vít vồ tận còn được Archimede chế tạo ở Hy Lạp cổ đại

Nói chung, cho đến trước thế kỷ 17, mây thủy khí rất thơ sơ vă ít chủng loại

Bơm piston

Năm 1640, nhă vật lý người Đức, Ơttơ Henrich, đê sâng chế bơm

piston đầu tiín để bơm khí vă nước dùng trong công nghiệp

Khoảng năm 1805 nhă bâc học người Anh lă Niu Kơmen đê sâng

chế bơm piston để lấy nước trong câc nhă mây khai thâc mỏ, dùng xilanh hơi ngưng tụ để tạo lực cần thiết trín trục mây nhờ âp suất

khí quyển

Trang 6

May canh dan

Trong những năm 1751-1754 nhă bâc học Euler đê viết lý thuyết cơ bản của tuabin nước nói riíng vă của mây thủy khí cânh dẫn nói

chung, lăm cơ sở để hơn 80 năm sau, năm 1830, nhă bâc học người Phâp lă Phuôc-nđy-rôn đê chế tạo thănh công tuabin nước đầu tiín vă văo năm 1831 nhă bâc học người Nga lă Xablucôp đê sâng chế bơm ly tđm vă quạt ly tđm đầu tiín Đđy chính lă những bước tiến

lớn trong lịch sử phât triển câc mây năng lượng

Bơm nhiều cấp

Nhă khoa học người Anh lă Reynolds khi nghiín cứu cấu tạo của bơm nhiều cấp đê âp dụng câc thiết bị định hướng cânh dẫn xuôi vă

ngược Năm 1875 đê phât minh ra loại bơm tương tự như loại bơm nhiều cấp hiện đại ngăy nay

Mây nĩn

Quâ trình phât minh bơm khơng khí vă dạng đơn giản của mây

nĩn hiện đại với một chu kỳ nĩn gắn liền với tín tuổi của nhă vật lý người Đức lă Gerike văo năm 1640 Sự hoăn thiện mây nĩn ở thế kỷ 18-19 đê thúc đẩy sự phât triển của công nghiệp khai thâc mỏ vă

luyện kim

Văo cuối thế kỷ 18 ở Anh nhă bâc học Vinkinsơn đê sâng chế

mây nĩn piston 2 xilanh, nhă bâc học Watt đê chế tạo thănh cơng

mây hút khơng khí có truyển động bằng hơi

Mây nĩn nhiều cấp có lăm lạnh trung gian xuất hiện ở Phâp văo

khoảng những năm 30 của thế kỷ 19

Mây nĩn nhiều cấp có lăm lạnh trung gian giữa câc cấp nĩn xuất hiện ở Đức văo năm 1849 do nhă bâc học Raten sâng chế

Quạt

Văo năm 1831 nhă bâc học Nga Xablucĩp sang chĩ quat ly tam đầu tiín dùng để lăm mât hầm mỏ vă lăm sạch mây

Đặc biệt lă 80 năm gần đđy, lý thuyết về thúy khí động lực phât

triển rất mạnh, có nhiều thănh tựu to lớn trong ứng dụng câc phât

minh về lĩnh vực mây thủy khí

Ngăy nay mây thủy khí có rất nhiều loại với nhiều kiểu dâng

khâc nhau được dùng trong mọi lĩnh vực cúa đời sống cũng như trong công nghiệp vă nông nghiệp Để đâp ứng nhu cầu về năng lượng ngăy căng to lớn của công nghiệp hiện đại, ngăy nay đê chế tạo được câc tuabin cỡ lớn có cơng suất đến 500.000 kW hoặc lớn hơn Số lượng bơm, quạt, mây nĩn, cũng như tuabin với nhiều chủng loại khâc nhau đê được sản xuất hăng năm lín đến hăng triệu chiếc

Trang 7

ĐỊNH NGHĨA VĂ PHĐN LOẠI

Định nghĩa

Bơm lă mây để đi chuyển dịng mơi chất vă tăng năng lượng của địng mơi chất Khi bơm lăm việc, năng lượng bơm nhận được từ

động cơ sẽ chuyến hóa thănh thế năng, động năng vă trong một

chừng mực nhất định thănh nhiệt năng của dịng mơi chất

Mây để bơm chất khí, tùy thuộc văo âp suất đạt được, được gọi lă

quạt, mây hút khí vă mây nĩn khí

Quợt lă thiết bị di chuyển chất khí với cơ số tăng âp e < 1,15 (

- tỷ số giữa âp suất cứa ra vă âp suất cửa văo của mây) hay âp suất

đạt được p < 1500 mmH,O

Mây hút khí lă mây lăm việc với e > 1,15 hay âp suất đạt được p > 1500 mmH Ö nhưng không lăm lạnh nhđn tao

Mây nĩn bhí lă mây lăm việc với e > 1,15, âp suất đạt được p > 1500 mm H,O, có lăm lạnh nhđn tạo ở nơi xđy ra quâ trình nĩn khí

Phđn loại

a- Phđn loại theo nguyín tắc tâc dụng của mây với dòng mơi chất

trong q trình lầm việc

Mây để chuyển chất lỏng vă khi

May nĩn Cho nước sạch Cho hỗn hợp Cho chất lỏng khí vă dung dịch đất, tro vă nước có độ nhớt cao

Phun tia Phun tia Phun tia

` ` N

Thĩ tich Thĩ tich Thĩ tich

¥ y ` `

Cânh dẫn Cânh dẫn Cânh dđn Canh din

Trang 8

b- Phđn loại theo tính chất trao đổi năng lượng vă cấu tạo

Bơm có ba loại:

1 Bơm cânh dẫn: gồm e Bom ly tam e Bơm hướng trục e Bơm hướng chĩo e Bơm xoây

2 Bơm thể tích: gầm

se Bom piston « Bom roto

« Bơm piston-roto 3 Bơm phun tia

Quạ¿ chỉ có loại cânh dẫn gồm: 1 Quạt ly tđm 2 Quạt trục Mây nĩn có ba loại: 1 Mây nĩn cânh dẫn: gồm e May nĩn ly tam * May nĩn truc

2 May nĩn thĩ tich: gom

« May nĩn piston e May nĩn roto 3 May nĩn phun tia

CAC THONG SO LAM VIEC CG BAN

Cĩt ap

Kha năng trao đổi năng lượng của mây thủy khí với dịng mơi

chất được thể hiện bằng mức chính lệch năng lượng đơn vị của dòng

môi chất ở 2 mặt trước vă sau mây Năng lượng đơn vi tại mặt cắt A-A:

Pay VA

Y 2g

Trang 9

Ph,Vp y t PA.VA ZA pa < ZB

Hinh 1.2— So dĩ may thủy khi trong hệ thống

Năng lượng đơn vị tại mặt cắt B-B:

„Pa „ aVs

Y 2E

Trong đó: e - năng lượng đơn vị (m) z - độ cao hình học (m)

p - âp suất của dòng chảy (N/m?) v - vận tốc cha dong chay (m/s)

œ - hệ số điều chỉnh động năng

g - khối lượng riíng của mơi chất (kg/m>)

y - trong lượng riíng của mơi chất (N/m?)

Chính lệch năng lượng đơn vị của dịng mơi chất qua mây thủy

khí giữa A va B la:

Cy =2%5

2 2 Pa Pa + ŒpVg —Œ,V¿

Y 2

Nếu Ae,, >0 - dịng mơi chất được mây cung cấp năng lượng, vậy mây lă bơm (chất lỏng hoặc khí)

ACpA =Zn Z4 +

Nếu Ae,, <0 - mây được dịng mơi chất cung cấp năng lượng, vậy mây lă động cơ thủy khí

Cột âp của mây thúy khí lă năng lượng đơn vị của dịng mơi chất trao đổi với mây thúy khí Cột âp cúa mây thủy khí lă:

2 2

Pe Pa 4 AgV_p ~AaVa

Trang 10

Thănh phần thế năng đơn vị gọi lă cột âp tĩnh, ký hiệu H;

Pa Pa

Y

Thănh phần động năng đơn vị gọi lă cột âp động, ký hiệu H:

H,=Zs—7„+ (1.2) 2 2 H ~o = OpVn —ØŒ¿Vặ 2g Vậy: H=H,+H, (1.4) (1.3) Lưu lượng Định nghĩa

Lưu lượng lă lượng môi chất chuyến động qua mây trong một đơn vị thời gian Tùy theo đơn vị đo có thể phđn loại thănh lưu lượng thể tích, lưu lượng khối lượng, vă lưu lượng trọng lượng

12

¢ Tính bằng đơn vị thể tích, ký hiệu Q, lă lưu lượng thể tích, đơn vị đo lă m°⁄s, m®⁄h, Is

® Tính bằng đơn vị khối lượng, ký hiệu M, lă lưu lượng khối

lượng, đơn vị đo lă kg/s, kg/h M=pQ

« Tính bằng đơn vị trọng lượng, ký hiệu G gọi lă lưu lượng trọng lượng, có đơn vị đo lă N/⁄s, Nh, kG4s,

Quan hệ giữa câc đại lượng năy như sau:

G =+yQ = pgQ = gM (1.5)

Công suất vă hiệu suất

Cần phđn biệt rõ hai loại công suất: e Công suất thúy lực

$ Cơng suất trín trục

a- Công suất thủy lực: Ký hiĩu N,, (don vị đo lă W) lă cơ năng dòng chất lỏng trao đổi với mây thủy lực trong một don vi thời gian

Công suất thủy lực được tính bằng tích của cột âp với lưu lượng trọng lượng của mây

Trang 11

b- Công suất lờm oiệc: Ký hiệu N (có đơn vị ơo lă W) lă cơng suất trín trục của mây khi mây lăm việc Công suất thủy lực khâc cơng suất trín trục Quâ trình lăm việc trong mây căng hoăn thiện thì N vă N, căng ít khâc nhau

e Đối với bơm:N > Nụ

N, +QH

TỊ T Hệ số n < 1 lă hiệu suất của bơm

«_ Đối với động cơ N<N,,

N=nN, =nyQH (1.8)

Hệ số n < 1 lă hiệu suất của động cơ thủy lực

c- Hiệu suất của mây thủy lực, ký hiệu n (tính theo % hoặc

khơng có đơn vị đo) dùng để đânh giâ tổn thất năng lượng trong quâ trình mây trao đổi năng lượng với dòng môi chất

Từ công thức (1.7) vă (1.8) có:

Ns = N, N (1.9)

N

Np `N (1.10)

ud

Trong điều kiện lăm việc, câc hiệu suất phụ thuộc văo rất nhiều yếu tố: loại mây, kích thước vă cấu tạo của mây, loại môi chất chuyển động trong mây, chế độ lăm việc của mây, câc đặc tính của mạng mă mây lăm việc trong đó

Để đânh giâ hiệu năng lượng của hệ thống chung gồm có mây vă

động cơ tương ứng, người ta còn sử dụng hiệu suất của hệ thống The Nụ

Nn =

Nop

Trong đó N,, — công suất điện để khới động động cơ

Để tính hiệu suất chung của mây thủy lực, thường đânh giâ thông qua câc dạng tổn thất

d- Tốn thất năng lượng trong mây thủy lực: có 3 dạng

e Tĩn thất cột âp của dịng mơi chất chảy qua mây gọi lă tổn thất thủy lực, được đânh giâ bằng hiệu suất thúy lực, còn gọi

Trang 12

Tĩn that do ma sât của câc bộ phận cơ khí trong mây thủy lực gọi lă tổn thất cơ khí, được đânh giâ bằng hiệu suất cơ khí, ký hiĩu ny

Tĩn thất do rị rỉ mơi chất lăm giảm lưu lượng lăm việc của mây gọi lă tổn thất lưu lượng được đânh giâ bằng hiệu suất lưu

lượng, ký hiệu Tịo

Hiệu suất chung của mây thủy lực lă:

N= Nee Nex

BAI TAP

Bai 1-1

Một mây thủy lực (bơm nước)

(1.11)

tiíu hao cơng suất trín trục NĐ =

18,9 kW, hiệu suất của mây rị=

0,71 Xâc định câc thông số của bơm: lưu lượng, cột âp

Biết âp suất đư tại cửa ra của

P›

bơm x = 50,8mvă độ chđn không

vs Pex

ở cửa văo " =3m , đường kính

ống hút d, = 100mm, đường kính ống đẩy d, = 75mm, a, = œ, = 1 Hình 1.3 Giải: 1 Cơng thức tính cột âp: 3 2 P,P, _.2 —Yi H= , có thể bỏ qua độ cao hình học Y 2g Pax +Pcx , V2 7 Vr

Hay y - H= Pac Pes Y | Ya Mh 2g

Vận tốc v,, v, được xâc định từ phương trình liín tục: Q = v5, = v,S,

' § ^ > 8, nd?

Trang 13

H— PAg +Per „ 169” - 16@' y 2gxd; 2gx°dƒ 3 16 16 = $3,84+Q° — 5 9 (saan se am H = 53,8 + 3437,3Q° So 7H

2 Cĩng thife tinh cĩng suat tiĩu hao trĩn truc: *Y = `

ya Nne 18,9.10°.0,71 _ 1,379 YQ 9,81.10°.Q Q

Kết hợp 2 phương trình cột âp, sẽ thu được phương trình bậc 3 theo lưu lượng Q:

Hay

» _ 1,379

53,8 + 3437,3Q° =—~— hay 3437,3Q' +53,8Q-1,379 =0 Giải phương trình sẽ nhận được: Q = 0,025 m3⁄s = 25 l/s Vậy cột âp sẽ lă: H = 538+3437,3.0,025? = 55,95m

Đâp số: Q = 25 1⁄s; H = 55,95 m Bai 1-2

Một mây bơm nước tiíu hao

cơng suất trín trục N = 5,5 kW

Tính câc thông số: cột âp, lưu ns

lượng vă hiệu suất của bơm Biết /

âp suất dư ở cứa ra của bơm dy 4

/

P› em (cộệt nước) vă âp suất tk M2 2 ⁄

` 3 Vy,

chđn không tại cửa văo cua bom d ý

i ?

P

cK !7777/7/77//

“ym tốc độ trong đường ⁄

ống đẩy v = 4 m⁄s, đường kính aos may

ống đẩy d, = 75 mm, duĩng kinh

ông hút d, = 100 mm

Đâp số: Q = 17,65 V/s; H = 24,56 m; N = 4,24 kW; n = 0,75

Hinh 1.4

Trang 14

Băi 1-3

,„ Hụ

Một mây bơm nước có tỷ số 1H D03, có âp suất ra P> y = 6m : âp suất văo my =3m đường kính ống hút D, = 200mm, P ¿

đường kính ống day D, = 150mm

Xâc định câc thông số cúa bơm: H, Q,N Biết hiệu suất rị = 76%

vă Az,, = 0

Dap sĩ: H = 64m; Q = 92 Vs; N = 76kW

Bai 1- 4

Một bơm nước đặt câch bể hút Ă với độ cao hút z, = 1,36m Hệ số

tổn thất trong đường ống hút š = 4

Tính câc thơng số của bơm: lưu lượng, cột âp vă công suất trín

2

trục Biết âp suất dư ở cửa ra của bơm x =8186m vă chđn không

ở cửa văo bơm H,„ = 4 m; đường kính ống hút va đẩy D, = 300 mm,

D, = 200 mm; hiệu suất của bơm n = 76%

Trang 15

Chương II KHÂI NIỆM CHUNG VỀ BƠM

ĐỊNH NGHĨA VĂ PHĐN LOẠI

Định nghĩa

Bơm lă mây để tạo ra dòng chất lỏng chuyển động Nói câch khâc, bơm lă mây dùng để di chuyển chất lỏng vă tăng năng lượng

của dòng chất lỏng Khi bơm lăm việc, năng lượng bơm nhận được từ

động cơ sẽ chuyển hóa thănh thế năng, động năng vă trong một

chừng mực nhất định thănh nhiệt năng của dòng chất lỏng

Bơm lă loại mây thủy lực dùng để biến đổi cơ năng của động cơ thănh năng lượng để vận chuyển chất lông hoặc tạo nín âp suất cần thiết trong hệ thống truyền dẫn thủy lực

Phạm vi sử dụng

Bơm được sử dụng rộng rêi trong nhiều lênh vực:

e Trong nông nghiệp:bơm lă thiết bị không thể thiếu dĩ thực hiện thủy lợi hóa, chăn nuôi, trồng trọt

se Trong công nghiệp: bơm được sử dụng trong câc công trình

khai thâc mỏ, dầu khí, câc cơng trình xđy dựng

«e Hiện nay trong kỹ thuật vận chuyển, phât triển xu hướng dùng

bơm vă đường ống dẫn để vận chuyển câc sản phẩm của ngănh khai thâc mỏ (dầu khí), hóa chất, ngun vật liệu xđy dựng, vă đó lă phương tiện vận chuyển thuận lợi vă kinh tế

e Trong ngănh chế tạo mây, bơm được sử đụng phố biến, lă một

trong những bộ phận chú yếu của hệ thống điều khiển vă

truyền động thúy lực trong nhiều loại mây móc

Phđn loại

a Theo nguyín lý lăm việc vă cấu tạo của bơm (Hình 1.1) b Theo cơng dụng

e Bơm cấp nước nồi hơi (trong câc nhă mây nhiệt điện) e Bơm dầu (trong câc hệ thống truyền động thủy lực)

Trang 16

c Theo phạm ví cột âp vă lưu lượng sử dụng

Bơm được chia thănh câc loại: bơm có cột âp cao, trung bình, ‹hoặc thấp; bơm có lưu lượng lớn, trung bình, hoặc nhỏ

Trong kỹ thuật, ba loại bơm được sử dụng rộng rêi lă bơm ly tđm,

bơm hướng trục, vă bơm piston Biểu đồ phđn bố phạm vì sử dụng của câc loại bơm thông dụng được thể hiện trín Hình 2.1

H.m 10000 por " .— 1000 ) Ộ kể Bơm ly tal 100 7 ma | eee _H= ane _ Bơm hướng trục ] 10 100 1000 10000 ơ ohh

Hình 2.1 —- Phạm vi sử dụng của câc loại bơm thơng dụng

CÂC THƠNG SỐ LĂM VIỆC CƠ BẢN

Bơm bao giờ cũng lăm việc trong một hệ thống đường ống Để

biết rõ công dụng, quâ trình lăm việc vă câc thông số cơ bản của

bơm, có thể nghiín cứu sơ đồ thiết bị của bơm lăm việc trong hệ thống đơn giản (Hình 2.2)

Khi bơm lăm việc, chất lỏng từ bể hút qua lưới lọc chắn râc theo ống hút đi văo bơm Sau khi qua bơm, chất lỏng được bơm cấp cho năng lượng chảy văo ống đẩy để lín bể chứa Từ bể chứa, chất lỏng được phđn phối về câc nơi tiíu thụ Trong hệ thống truyền động

thủy lực, chất lỏng sau khi ra khỏi bơm có âp suất cao, qua bộ phđn

phđn phối đi văo động cơ thủy lực để thực hiện câc chuyến động cho từng cơ cấu lăm việc

Bơm có ð thơng số lăm việc cơ bản: lưu lượng @, cột âp H, công

suất N, hiệu suất n, va cot âp hút cho phĩp [H,,] Phần tiếp theo sẽ lần lượt trình băy câc thông số năy

Trang 17

wb bbe Bĩ chita Z4 ống đẩy EU Động cơ K, 2 ong X YL, Z⁄ “Ben ⁄⁄⁄⁄⁄Z 1 Z4 2 Bể hút ⁄⁄⁄⁄/⁄//⁄/ Hình 2.2 ~ Sơ đồ hệ thống bơm ASAAAA Lưu lượng

Lượng chất lỏng bơm vận chuyển trong một đơn vị thời gian được

gọi lă lưu lượng

Tùy theo đơn vị đo có 3 loại lưu lượng: lưu lượng thể tích Q, đơn vị đo lă m°/s, }⁄s, m2⁄h ; Ìưu lượng khối lượng M, don vi do 1a kg/s, kg/h,

g/s ; lưu lượng trọng lượng G, đơn vị đo lă N⁄s, N/h, kG4s,

Lưu lượng của bơm được xâc định bằng câc dụng cụ đo trung bình lắp trín ống đẩy như ống Venturi, lưu lượng kế kiểu măng chắn hoặc câc dụng cụ đo trung bình bằng thùng lường hoặc cđn đặt ở cuối ống đẩy Câc loại dụng cụ đo năy chỉ xâc định được giâ trị trung bình của

lưu lượng trong một đơn vị thời gian

Cột âp

Ký hiệu H (m) Cột âp được hiểu lă năng lượng đơn vị mă bơm

truyền cho chất lông Từ sơ đỗ hệ thống lăm việc của bơm (Hình 2.2), có:

Trang 18

2 2 H-[* sy+Ð, 1] [+ 3) y 2g 2 y 2g 2 2 — Ví —V P; —~ Pz 43 2 H=y+ (2.1) Y 28

Trong đó: p,, pạ — lă câc âp suất tuyệt đối Po =P —Pck>

P; =P TPax

Pow Pax — 1 tri sĩ dp suat trĩn chđn không kế vă âp kế

- +

Do dĩ: P3—P2 _ Pax Pex

y Y

Cơng thức tính cột âp của bơm sẽ có dạng: H=y + Pax *Pex „TY

Y 2g

Trong hệ thống bơm có thế coi hệ số hiệu chỉnh động năng a = 1,

vì dịng chảy trong hệ thống bơm có tiết điện ống nhỏ vă vận tốc lớn, thường lă chảy rối vă được gọi lă địng chảy rối kích thước bĩ

(2.2)

Nếu đường kính ống hút vă ống đẩy bằng nhau, vă khơng trích lưu lượng trín đường ống đẩy thì v, = v, vă khoảng câch y có thể bỏ qua (y = 0) thi tri số cột âp có thể xâc định băng câc trị số đo trín âp kế vă chđn không kế lắp ở cửa văo vă ra của bơm:

H= Pax + Pex Y

Khi khơng có câc số liệu đo cụ thể của bơm đang lăm việc như

Pox P„y mă chỉ có câc số liệu yíu cầu của hệ thống lăm việc như

P,, Py Z- có thể tính cột âp yíu cầu của bơm theo câc giâ trị năng lượng ở bể hút vă bể chứa như sau:

(2.3)

Viết phương trình năng lượng Bernoulli cho mặt cắt (1-1) vă (2-2):

Trang 19

Từ đđy có thể thấy, nế+ p, = p, vă v, nhỏ thì âp suất ở cửa văo của bơm p, < p„, nghĩa lă p, phải được đo bằng chđn không kế,

Phương trình năng lượng Bernoulli cho mặt cắt (1-1) vă (2-2) còn

được viết đơn giản lă:

e, =e, +hy, hay e,=e,~-h,,

Tương tự, phương trình năng lượng Bernoulli cho mặt cắt (3-3) vă

(4-4): 2 2 Pì | ¥3 —+—=2,+—+— th Pa , Ya y 2g J ¥ 2g wi (2.6) 2 2 P; Ps V3 Vụ T>==t *`®+|z;+-t+h

hạ T— tống tổn thất năng lượng ở ống đấy (m)

2 2

Vị V

Trong hầu hết câc trường hợp thực tiễn 2 — 2g nhỏ hơn i, tăi + huu | rất nhiều, nín p, > p„; nếu Pp, = p, thi p, > p,, nghĩa lă âp suất ở cửa ra của bơm phải được đo bằng âp đế

Phương trình năng lượng Bernoulli cho mặt cắt (3-3) vă (4-4) còn

được viết đơn giản lă:

e,=e,+h,,

Thay e, vă e, văo phương trình cột âp: H=e,-e, =(e, +h,y)—(e, ~ hyn)

=e,-e,t+hy, +h, =e, -e, thy

P4 —Pi + Vă — VỊ

Y 2g

h, =h,, +h,, — tong ton that nang lượng trong hệ thống (m)

H=z+ thy (2.8)

Từ công thức (2.4), cột âp yíu cầu của bơm dùng để khắc phục: e Chính lệch độ cao hình học giữa mặt thông bế chứa vă bể

Trang 20

Dạ—DÐ;

e Độ chính âp suất trín mặt thông bể chứa vă bể hút

2 2

as

2g

e Tổn thất năng lượng trong hệ thống đường ĩng h,

e_ Độ chính động năng giữa bể chứa vă bể hút

Cột âp của bơm lăm việc trong một hệ thống cũng chính lă cột âp của hệ thống

Py

` P >,

Cac thanh phan z va : lă những đại lượng không thay đối đối với một hệ thống cho trước, do đó:,

H, =z+P¿—Pì

y gọi lă cột dp tinh cua hĩ thĩng = (2.9)

2 2 v,—Vv

Còn câc số hạng 2s — vă h„ lă những đại lượng thay đổi theo

lưu lượng của hệ thống, phụ thuộc vận tốc đòng chất lỏng trong ống,

do đó:

2

v?—v

H, = “et h, - goi la cột âp động của hệ thống — (9.10)

Vậy: H=H,+H, (2.11)

Nếu biểu điễn bằng đề thị phương trình cột âp của hệ thống (2.8) sẽ nhận được đường cong biểu thị đặc tính lăm việc của hệ thống gọi

lă đường đặc tính của hệ thơng hay cịn gọi lă đường đặc tính lưới

Trang 21

Công suất vă hiệu suất

Theo (1.6), công thức tính hiệu suất thủy lực của bơm lă:

N,, = GH = yOH (2.12)

y - khĩi lugng riĩng cha chất lỏng, tính bằng N/m3 Q - lưu lượng của bom, m/s

H - cột âp toăn phần của bơm, m

Để tạo ra N, (còn gọi lă cơng suất có ích) thì trục bơm phải có cơng suất lớn hơn, vì trong khi lăm việc bơm phải tiíu hao một,

phần năng lượng để bù văo câc tổn thất thủy lực vă tổn thất ma sât

giữa câc bộ phận lăm việc của bơm,

N, H

N- Ñu _ rQH (2.13)

TỊ Th

n < 1 lă hiệu suất toăn phần của bơm, %

) N, H

Hiệu sudt la: n=—~= = N N (2.14)

Khi chọn động cơ để kĩo bơm, cần phải chọn công suất của động cơ N„ lớn hơn công suất tại trục N dĩ dĩ phòng trường hợp quâ tải vă bù tốn thất do truyền động từ động cơ đến bơm

N,, =k.N (2.15)

k > 1 — hĩ số an toăn phụ thuộc từng loại bơm, động cơ vă công suất lăm việc

Cột âp hút vă chiều cao hút cho phĩp

Khả năng lăm việc của bơm phụ thuộc rất nhiều văo quâ trình

hút của bơm Trong quâ trình bơm hút chất lỏng, bânh công tâc phải

tạo được độ chính âp nhất định giữa cửa hút của bơm vă mặt thoâng của bể hút Độ chính âp năy được gọi lă cột âp hút của bơm, nhờ đó, chất lồng chảy từ bể văo bơm

P.TP

H, — (2.16)

P,, P, - 4p suất ở mặt thoâng của bể hút vă cửa văo của bơm Nếu p, = p, (âp suất khí trời) thì cột âp hút bằng cột âp chđn

không tại cửa văo của bơm

D, — D›

Trang 22

Hình 2.4 — Sơ đồ lưới trín đường ống hút hy aes |e

Thay phương trình (2.4) văo phương trình trín:

2

_ Vv

H,, =PiT Pr 7g yah, (2.18)

Y 2g

Dễ dăng nhận thấy cột âp hút của bơm dùng để khắc phục chiều

cao hút z,, tổn thất trín ống hút h_ vă tạo nín động năng cần thiết của dòng "thầy ở cửa văo của bơm v 2/26; do đó cột âp hút tùy thuộc văo trị số âp suất trín mặt thông của bể hút, đồng thời âp suất năy luôn luôn có giới hạn nhất định

Trường hợp p, = p„, theo công thức (2.18), khả năng hút tối đa

của bơm ứng với khi âp suất p, = 0 lă:

Hă =H¿x„„v= = =10mH,O

Điều kiện lăm việc của bơm sẽ lă:

2

Vv

H, =, +— +h, < Hex max (2.19)

28

Thực tế cột âp hút của bơm khi p, = p„ không bao giờ đạt được đến 10 m H,O vì âp suất ở cửa ra của bơm khi giảm đến một mức năo đó sẽ bằng âp suất hơi bêo hòa của chất lỏng tại nhiệt độ lăm

việc, sẽ gđy ra hiện tượng xđm thực (ăn mịn) bín trong bơm

Hiện tượng xđm thực

Khi chất lỏng ở nhiệt độ nhất định sẽ sôi vă bốc hơi bêo hòa dưới

âp suất tương ứng Ấp suất năy được gọi lă âp suất hơi bêo hòa p,„

Bảng âp suất hơi bêo hòa của nước

Nhiệt độ,!t“ O0 10 20 30 40 60 80 100 120 P,,⁄, m 0,06 0,12 O24 048 0,75 2,03 4,83 10,383 20,2

Trang 23

Như vậy ở một nhiệt độ năo đó, khi âp suất trong chất lỏng bằng âp suất hơi bêo hịa p,„ thì chất lỏng sẽ sơi, tạo nín nhiều bọt khí

trong địng chảy Câc bọt khí năy bị đòng chảy cuốn văo những vùng có âp suất p > pạụ„, sẽ ngưng tụ đột ngột thănh những giọt chất lỏng

có thể tích nhỏ hơn rất nhiều so với thể tích cúa bọt khí Do đó trong địng chảy xuất hiện những khoảng trống cục bộ, những phan tử chất lỗng xung quanh sẽ trăn đến với vận tốc rất lớn, lăm cho âp suất tại

đó đột ngột tăng lín rất cao, có khi tới hăng ngăn atmôtphe Ấp

suất cục bộ năy có thể lăm rỗ bề mặt kim loại, phâ hồng câc bộ phận

lăm việc của mây Hiện tượng năy gọi lă hiện tượng xđm thực (ăn

mòn), thường xảy ra trong câc mây thủy lực có âp suất nhỏ, nhiệt độ cao Nhất lă ở nơi chất lỏng có vận tốc vă âp suất thay đổi đột ngột

Khi biện tượng xđm thực xảy ra, dòng chảy bị giân đoạn, gđy

tiếng động bất thường vă mây bị rung nhiều, lưu lượng, cột âp vă hiệu suất của mây bị giảm đột ngột Hiện tượng xđm thực kĩo đăi sẽ

lăm câc bộ phận lăm việc của mây bị phâ hỏng

Để trânh hiện tượng xđm thực, cần thỏa mên điều kiện:

Pa 5 Pon

Y Y

Để trânh hiện tượng xđm thực, đối với từng loại bơm được sản xuất, trong câc tăi liệu kỹ thuật đều ghi rõ cột âp chđn không cho

phĩp (H,„J ứng với p, = 1 at vă t = 20°C

Điều kiện để bơm có đầy đủ khả năng hút lă:

2

Vv

Hị =2; +A the s [Hex | (2.20) Vậy chiều cao hút cho phĩp của bơm lă:

2

lz, ]=[H„ |- 3 —h, (2.21)

Nếu khơng có giâ trị FH,„] thi [z,] phai dude tinh theo diĩu kiĩn

không xảy ra hiện tượng xđm thục

Điều kiện để không xđy ra hiện tượng xđm thực lă cột âp toăn phần tại cửa văo của bơm, nơi có âp suất nhỏ nhất, nguy hiểm nhất, phải lớn hơn âp suất hơi bêo hòa của chất lổng tại nhiệt độ lăm

việc

2

E2 2> P8 + An y 2g Y (2.22)

Trang 24

Mặt khâc, từ công thức (2.4):

Pa + Vo = Da -Z, ~ h,

y 2g Y

Thay văo biểu thức trín, chiều cao hút cho phĩp của bơm lă:

b,l=P: -ÍPtsansn, Y Y — (8/38)

Cột âp chống xđm thực Ah được xâc định bằng thực nghiệm, phụ

thuộc văo số vòng quay vă lưu lượng của bơm Theo Rutdơnhep:

4

5

Ah > if 32] (2.24)

n — tốc độ quay của bânh công tâc (vòng/phút)

Q — lưu lượng (m3%⁄s)

C - hệ số phụ thuộc văo đặc điểm kết cấu của bơm, có giâ trị thay đổi trong khoảng 800+1000 C lấy giâ trị căng lớn thì điều kiện chống xđm thực của bơm căng tốt

BĂI TẬP

Băi II-†

Một mây bơm nước tiíu hao cơng suất trín trục N = 66 kW, hiệu suất nạ = 81%, lưu lượng Q = B00 mê⁄h vă cột âp chđn không cho phĩp

của bơm [H,„ ] = 5,5 m

Tính chiều cao hút cho phĩp của bơm [z, ], biết hệ số tổn thất trín đường ống hút š, = 5, đường kính ống hút vă ống đẩy bằng

Trang 25

Tính cột âp vă âp suất tại cửa ra của bơm Giải:

1) Chiều cao hút cho phĩp của bơm tính theo cơng thức:

falsbal-|s +42,

bỏ qua tổn thất dọc đường vă lấy dấu “=”

Vận tốc trín đường ống hút được tính theo lưu lượng vă vận tốc:

4Q

Vv ho ——

mrD(

Với Q = 500 m?⁄h = 0,139 m3⁄s; D, = D, = 250 mm = 0,25 m, thay văo:

4.0139 2 2

Vv, = 7 = 2,83m/s hay Yn _ 2,83 = 0,4m

7.0,25 2g 2.9,81

Vậy chiều cao hút lă: [Z, |= 5,5 - (0,4+ 5.0,4)= 3,1m

yQH

¿ Nn

2) Từ công thức tính cơng suất trín trục: NÑ = a hay H=—

yQ

66.10°.0,81 _

9,81.10°.0,139

3) Âp suất tại cửa văo của bơm tính từ phương trình Bernoulli

tại mặt cắt trín mặt thông của bể hút vă mặt cắt tại cửa văo bơm:

Cột âp của bơm lă: H= $ Po =2,+P24 ye 2 7 y 2g 2g 2 2 Hay P2=Pe—2,-™2 y 7ÿ 2g 2, =10-31-0,4-5.0,4=4,5m 2g P, —P, Yao — PsP Y 2g Y

Vậy âp suất tại cửa ra của bơm lă: Từ công thứ: H=y#+

P› ~H+P? —392+ 4/5 =43/7m

Y Y

¿ p

Trang 26

Băi II-2

Một bơm tiíu hao cơng suất trín trục N = 76 kW, bơm nước từ bể

z Pc oe z

kín  có âp suất nhỏ hơn khí trời my = 4m lín bể kín B có âp suất Pax

âp kế =lƠm_ Độ chính giữa 2 bể z = 40m

Tính lưu lượng vă cột âp của bơm Biết hiệu suất của bom yn = 76%,

tổn thất toăn bộ trong bệ thống lưới Shy =l0m, đường kính ống hút vă ống đấy bằng nhau Hình 2.6 Giải:

+ Phương trình đường đặc tính lưới

2

H=7+25—Pa , MaMa LH h,

Y 2g

Ps —PA _ Pak + Dex =14m

Y Ỳ

VỆ —V/

—p =0 vì đường kính ống hút vă ống đẩy bằng nhau

H=40+l4+0+10=64m + Lưu lượng

, yQH

Từ công thức tính cơng suất: N= "-

Nn _ 76.10°.0,76

yH 981.10°64

Đâp số: H = 64 m; Q = 92 1⁄4

Ta có: Q= = 0,092m’/s =921/s

Trang 27

Băi II-3

Bơm ly tđm đặt với độ cao hút, tổn thất trong ống hút

2

 “ Ă » 4 p V —

> Bas =1,505m Ấp suất toăn phần ở cửa ra + 2 =87m,

Xâc định cột âp của bơm vă tốn thất trín đường ống đẩy Biết độ cao giữa 2 bể chứa H„ = 68m; đường kính ống hút vă đường kính ống đẩy bằng nhau | I I") LHN ryt Hinh 2.7 He | yy tinh a hy |) Đâp số: H = 80m; Ð_h„ =10,495m Băi II-4

Xâc định công suất của động cơ kĩo bơm, lưu lượng Q = 4001/s có 46 cao hut z, = 3,5 m, ton that trong ống hút 2 hụy =0,7m, độ cao ống đẩy H, = ð0m, tốn thất trong đường ống đẩy x = 5,8m,

hiệu suất của bơm y = 80 %

d Hình 2.8 Ns C

Hướng dẫn: Tính cơng suất của động cơ theo công thức: N,

k.N,, trong đó k = 1,05

Trang 28

Chương II BƠM CÂNH DẪN

KHAI NIEM CHUNG VE BOM CANH DAN

Khai niĩm chung

Trong lịch sử phât triển của mây thủy lực thì mây thủy lực cânh dẫn ra đời tương đối muộn so với mây thủy lực thể tích Năm 1640, bơm piston đầu tiín do nhă bâc học người Đức sâng chế đê ra đời vă được dùng để bơm nước vă khí trong cơng nghiệp Nhưng mêi đến

năm 1830 nhă bâc học người Phâp Phuôcnđyrôn mới chế tạo thănh công tuabin nước Sau đó năm 1831 vă 1832 nhă bâc học người Nga

Xablucốp sâng chế ra bơm vă quạt ly tđm Đó lă những mây thủy lực cânh dẫn đầu tiín, Nhưng hiện nay mây thủy lực cânh dẫn được sử dụng rất phổ biến vă phạm vi ứng dụng ngăy căng được mở rộng

Mây thúy lực cânh dẫn bao gồm câc loại bơm vă động cơ cânh

dẫn như: bơm ly tđm, bơm hướng trục, câc loại tuabin nước

Trong mây thủy lực cânh đẫn việc trao đối năng lượng giữa mây với chất lỏng được thực hiện bằng năng lượng thúy động của đòng chất lỏng chảy qua mây

Nguyín lý lăm việc vă cấu tạo chung

Bộ phận quan trọng vă điển hình nhất của bơm cânh dẫn lă bânh

công tâc Bânh công tâc được cấu tạo từ câc bản cânh thường có dạng mặt cong gọi lă cânh dẫn vă câc bộ phận cố định chúng Trong bânh

công tâc câc cânh dẫn được ghĩp chặt với trục, khi lăm việc bânh công tâc quay trong môi trường chất lông

Bânh công tâc của bơm quay được lă nhờ động cơ kĩo bín ngoăi

vă trong q trình đó, qua câc cảnh dẫn cơ năng của động cø truyền

cho chất lỏng, tạo nín dịng chảy liín tục qua bânh cơng tâc Chính

lệch năng lượng thủy động của chất lỏng ở cửa ra vă cửa văo của bânh công tâc bằng cơ năng của bơm truyền cho chất lỏng (chưa kể

Trang 29

Phđn loại bânh công tâc

Theo phương chuyển động của dòng chất lỏng từ cửa văo đến cửa ra

của cânh dẫn, bânh công tâc cânh dẫn được chia thănh bốn loại: « Bânh cơng tâc ly tđm hoặc hướng tđm: chất lỏng chuyển động

qua bânh công tâc từ tđm ra ngoăi hoặc từ ngoăi văo tđm theo phương bân kính

e Bânh cơng tâc hướng trục: chất lỏng chuyển động qua bânh

công tâc theo phương song song với trục

«e Bânh cơng tâc tđm trục hoặc trục tđm; chất lông chuyển động qua bânh công tâc theo hướng tđm rồi chuyển sang hướng trục

hoặc ngược lại

e Bânh công tâc hướng chĩo: chất lỏng chuyển động qua bânh công tâc không theo hướng tđm cũng không theo hướng trục mă theo hướng xiín (chĩo)

Câc loại vận tốc, tam giâc vận tốc

Qú đạo chuyển động của câc phần tử chất lỏng qua bânh công tâc cânh dẫn rất phức tạp nhưng để đơn giân hóa tính tôn, có thể

giả thiết: "

e Dòng chảy qua bânh cơng tâc gồm câc dịng ngun tố như nhau s« - Qui đạo chuyển động tương đối của câc phần tử chất lỏng

trong bânh công tâc theo biín dạng cânh dẫn Điều kiện để có dịng chảy như giả thiết níu trín lă:

se _ Bânh cơng tâc có số cânh dẫn nhiều vô hạn vă mỗi cânh dẫn móng vơ cùng (cânh dẫn khơng có chiều đăy)

e_ Chất lỏng lăm việc lă chất lỏng lý tưởng

Với giả thiết trín, chuyển động tuyệt đối của mỗi phần tử chất lỏng qua bânh cơng tâc có thể phđn tích thănh hai chuyển động đồng thời: chuyển động theo (quay trịn cùng bânh cơng tâc) vă chuyển động tương đối (theo biín dạng cânh dẫn)

Chuyển động cúa câc phần tử chất lỏng qua bânh công tâc được đặc trưng bằng câc vận tốc:

-_

e - vận tốc tuyệt đối

u - vận tốc theo (của chuyển động theo), có phương thẳng góc

với bân kính

Trang 30

Hình 3.1 — Biểu diễn câc loại vận tốc

c=utv (3.1)

Hình 3.1 biểu thị vận tốc của câc phần tử chất lồng ở cửa văo vă

cửa ra của bânh công tâc bơm ly tđm

Chỉ số (1) vă (2) biểu thị vị trí chất lỏng bắt đầu văo vă ra khỏi bânh công tâc Để thuận tiện khi nghiín cứu câc thănh phần vận tốc

của đòng chảy, có thể dùng câc tam giâc vận tốc thay cho hình bình

hănh vận tốc Tam giâc vận tốc ở cửa văo vă ra của bânh công tâc:

Cy Wy C2 Wo CiR C2R Œi Br G2 Ba : > U) : U2 etsy : „Cu Vì ` a ~~ of Hình 3.2 ~ Tam giâc vận tốc

Khi dùng tam giâc vận tốc để biểu thị câc thông số động học của chất lỏng, ngoăi câc ký hiệu c, u, w, còn sử dụng câc ký hiệu sau:

œ - gỐc giữa ụ Vă c

B - góc giữa w vă ụ theo hướng ngược lại, biểu thị góc bố trí cânh dẫn

Ơ, ¬ gọ! lă góc uăo, B, — gọi lă góc ra

C, - hình chiếu của c lín phương ụ;

Trang 31

Trong câc bânh công tâc ly tđm hoặc hướng tđm, phương của c„

luôn luồn đi qua tđm của bânh công tâc, được gọi lă thănh phần vận tốc hướng kính

Trong bânh cơng tâc hướng trục, c„ hướng theo phương trục Phương trình cơ bản của mây thủy lực cânh dẫn

a- Phương trình moment

Mặt cắt của bânh công tâc cânh dẫn:

1.Bânh công tâc

2.Đĩa trước (đĩa phụ) 3.Cânh dẫn

4.Đĩa sau (đĩa chính)

5.Rênh cânh

.Hình 3.4— Câc thănh phần vận tốc vă tam giâc vận tốc

Ung dụng định lý cơ học về biến thiín moment động lượng, có

thể phât biểu đối với dòng chất lỏng chuyển động qua bânh công tâc

như sau:

“Biến thiín moment động lượng của khối chất lỏng chuyển động

Trang 32

bânh công tâc bằng tổng moment ngoại lực tâc dụng lín khối chất lỏng đó đối với trục, nghĩa lă bằng moment quay của bânh công tâc”

Xĩt một dịng ngun tố trong khối chất lỗng chuyển động qua

bânh công tâc của bơm ly tđm Dịng ngun tố có lưu lượng dQ,

động lượng tại mặt cắt (1-1) lă:

dk, =dlme,)=pdQe,

Tương tự, động lượng tại mặt cắt (2-2) lă: dK, = dime, }= p.dQ.c,

m, p - khối lượng vă khối lượng riíng của chat long

b — Vận tốc tuyệt đối

Moment động lượng của dịng ngun tế đối với trục quay của bânh công tâc tại mặt cắt (1-1) vă (2-2) lă:

dL, = dK, 1, =p.dQ.c,.R,.cos œ,

dL, =dK,.1, =p.dQ.c,.R;.cosœ,

Biến thiín moment động lượng của địng ngun tố chất lỏng

trong một đơn vị thời gian:

AL=dL, -dL, = p.dQ(c,.R, cosa, —c,.R, cosơ,

Vì đê giả thiết câc dịng ngun tế chảy qua bânh công tâc lă như nhau, nín biến thiín moment động lượng của toăn bộ khối chất lĩng chuyển động qua bânh công tâc bằng tổng biến thiín moment động lượng của câc dòng nguyín tố:

DAL = YpdQ(c,.R, cosa, —c,.R, cosa, ) =p.LdQ(c,.R, cosa, —c¢,-R, cosa,)

= p.Q,(c,.R, cosa, —c,.R, cosa, )

Q,— lưu lượng chảy qua bânh công tâc vă bằng lưu lượng lý thuyết

Gọi M lă moment do ngoại lực tâc dụng lín trục quay, tức lă moment quay cua truc:

M =) AL

M =p.Q,(c,.R, cosa, —¢,.R, cosa, ) (3.2)

Vậy phương trình moment quay của bânh cơng tâc có dạng tổng

Trang 33

M =p.Q,{+c,.R, cosa, Fc,-R, cosa, ) (3.4) Hang dấu trín cho mây bơm vă hăng dấu dưới cho tuabin

c- Phương trình cột âp

Như đê biết, cột âp H cúa mây thủy lực cânh dẫn lă năng lượng đơn vị của dòng chất lỏng trao đổi với mây thủy lực, đó chính lă công của một đơn vị trọng lượng chất lỏng trao đổi với mây

Hơn nữa, công suất thủy lực của mây quan hệ với cột âp lă:

Nụ =yQ.H,, =pgQ,H,„ (3.5)

H,, - cột âp của mây ứng với trường hợp dòng chảy qua mây thỏa

mên câc giả thiết đê níu, tức lă khơng có tổn thất vă bânh cơng tâc có số cânh dẫn nhiều vô hạn, còn gọi lă cột âp lý thuyết vô hạn

Mặt khâc, cơng suất trín trục quay lă:

N =M.o (3.6)

Nếu không xĩt câc tốn thất, công suất thủy lực bằng cơng suất

trín trục quay, đo đó:

pzQ,H,, =Mø@œ

Thay biểu thức tính M theo cơng thức (3.4) vă biến đổi:

(4 c,R, cosa, #c,R, cosa, ).o

H, = g (3.7) 4

Thay R,®=u,, R,@ =u,

va R, cosa, =c,,, R, cosa, =c,, vao biĩu thức trín, sẽ

thu được:

H = (+ Uc, + UC)

Jeo 8 (3.8) 3.8

Đđy lă phương trình cơ bản của mây thủy lực cânh dẫn còn gọi lă

phuong trinh Euler

d- Ý nghĩa năng lượng của phương trình cơ bản

Từ câc tam giâc vận tốc:

2

wi =c) +u) -2u,c, cosa, =c? tue —2u,c,,

2_ 22 2 — ¬2 2—

Wÿ =C;+U;T—2U;€; COSŒ¿; = C7 +u2 —2U;C¿„

Trang 34

l/¿ 2 2 UjCyy = —(c’ +ủ, -w?} 2

1

¬

Thay văo phương trình cơ bản:

« Đối với bơm: H,„ = «_ Đối với động cơ:

2 2 2 2 2 2 u,—u w,-WwW Cc -c — it 24 2 1 + ì 2 Hi ~ 2g 2g 2g Che cy =e; h

Số hạng 2g hoặc 2g lă phần thay đổi động năng đơn

vị của dòng chảy khi đi qua bânh công tâc, biểu thị thănh phần cột

âp động H,_

UO 2g oặc 2g - ty lệ với sơ vịng quay vă đường ve cai eo wt "

kính bânh cơng tâc, nó biểu thị thănh phần cột âp tĩnh tương đối,

được tạo thănh do lực ly tđm tâc dụng lín dịng chảy Trong trường

hợp bơm hướng trục R, = R., thì số hạng năy bằng không

Số hạng

whew! whew’

Số hạng 2g hay 2g - - phụ thuộc độ mở rộng mâng

dẫn của bânh công tâc, đối với bơm W, > W,, chứng tỏ một phần động năng biến thănh âp năng

Do đó, cột âp tĩnh lă:

2 2

H_.= u2 —Uý +) ~W;

lưt 2g 2g

Vậy: Fy = Hye + Hie (3.9)

BOM LY TAM

Khai niĩm chung

Ưu điểm cơ bản của bơm ly tđm:

« Bơm được nhiều loại chất lỗng như nước, đầu, nhiín liệu, hóa chất kể cả câc hỗn hợp của chất lỏng vă chất rắn

Trang 35

1 - Bảnh công tâc mm Trục bơm 3 - Bộ phận dẫn hưởng văo =® 4 - Bộ phận dẫn hướng ra

Xe (còn gọi lă buồng xoắn ốc) „ 5 - Ông hút 6 -Ông đẩy

Hình 3.5 ~ Sơ đố kết cấu của bơm ly tđm

e© Phạm vì sử dụng lớn vă năng suất cao, cụ thể: « _ Cột âp H từ 10 m HO đến hăng ngăn m H,O

« Lưu lượng Q2 + 70.000 mỶ⁄h « Cơng suất 1 + 6000 kW

se Số vòng quay 730 + 6000 v/ph

e_ Kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn, lăm việc tin cậy

e Hiệu suất rị của bơm tương đối cao so với câc loại bơm khâc: n\

= 0,65 + 0,90 ơ =ằ

ô Ch tiíu kinh tế tốt (giâ thănh tương đối rẻ)

Sơ đồ kết cấu của bơm ly tđm đơn giản biểu thị trín Hình 3.5 Trước khi cho bơm lăm việc cần phải lăm cho thđn bơm trong đó có bânh cơng tâc vă ống hút được điển đđy chất lông, được gọi lă qua

trình mơi bơm

Q trình lăm việc

Khi bơm lăm việc, bânh công tâc quay, câc phần tử chất lông

trong bânh công tâc dưới ảnh hưởng cúa lực ly tđm bị đồn từ trong ra

ngoăi chuyển động theo câc mâng dẫn vă đi văo ống đẩy với âp suất cao hơn, đó lă quâ trình đẩy của bơm Đồng thời ở cửa văo của bânh công tâc xuất hiện một vùng có âp suất chđn không, vă dưới tâc dung của âp suất ở bể chứa lớn hơn âp suất ở cửa văo của bơm, chất lỏng ở bể hút liín tục bị hút văo bơm theo ống hút Đó lă quâ trình hút của

Trang 36

bơm Quâ trình hút vă đẩy của bơm lă câc q trình liín tục, tạo nín dịng chảy liín tục qua bơm

Bộ phận dẫn hướng ra, có dạng xoắn ốc nín được gọi lă buồng

xoắn 6c, la gĩ dẫn chất lỏng từ bânh công tâc ra ống đẩy được điều hòa, ổn định vă cịn có tâc dụng biến một phần động năng của dòng chất lỏng thănh âp năng cần thiết

Phương trình lăm việc của bơm ly tđm

a- Phương trình cơ bản của bơm ly tđm (phương trình cột âp)

Bơm ly tđm lă một dạng của bơm cânh dẫn, từ phương trình cơ

bản của mây thủy lực cânh dẫn, âp dụng cho bơm cânh dẫn: (u,c,, —u,c,,)

H,,, = (3.10)

ỗ

Trong câc bơm ly tđm hiện đại, đa số câc bânh công tâc có kết

cấu cửa văo hoặc bộ phận dẫn hướng văo sà cho dịng chất lỏng ở cửa văo của mâng dẫn chuyển động theo hướng kính, nghĩa lă ¢

vng góc với ụ , ơ, = 90°, để cột âp của bơm có lợi nhất (e, = 0)

Tam giâc vận tốc ở cửa văo lă tam giâc vng:

Cì Ww)

— 0

Ơn= 90 Bi

Uy

Hình 3.6 — Tam giâc vận tốc ở cửa văo của bânh cơng tâc Khi đó phương trình cơ bản của bơm ly tđm có dạng:

U5C,,

H, =——* (3.11)

&

b- Cột âp thực tế -

Như đê biết, phương trình cơ bản của bơm ly tđm được lập từ

điều kiện giả thiết lý thuyết:

se Cânh dẫn nhiều vô hạn vă mồng vô cùng se Chất lỏng lă lý tưởng

Trang 37

Với giả thiết thứ nhất, vận tốc phđn bố đều trín câc mặt cắt của đòng chảy qua câc mâng dẫn Với giả thiết thứ hai, bỏ qua tổn thất

của dòng chảy trong câc mâng dẫn Do đó, cột âp tính theo phương

trình cơ bản được gọi lă cột âp lý thuyết ứng với số cânh dẫn nhiều

vô hạn (H,_)

Thực tế, cânh dẫn có chiều đăy nhất định, 2 + 20 mm, vă số cânh

dẫn hữu hạn, 6 + 12 cânh, gđy nín sự phđn bố vận tốc không đều trín câc mặt cắt của dòng chảy, tạo ra câc dịng xôy vă ôc dịng

quẩn trong mâng dẫn Điều năy thể hiện trín Hình 3.7

Hình 3.7 ~ Phđn bố vận tốc trong mâng dẫn

Mặt khâc, chất lỏng có độ nhớt đo đó gđy ra tốn thất trong dịng

chảy Vì vậy cột âp thực tế nhỏ hơn cột âp H,

Cột âp thực tế của bơm ly tđm H được tính theo cơng thức sau:

H=e,n,H,, (3.12)

s„ — hệ số kể tới ảnh hưởng của số cânh dẫn hữu hạn đến cột âp, được gọi lă hệ số cột âp; bằng lý thuyết về dịng xôy vă thực nghiệm, năm 1931 viện sĩ Prôtskua đê xâc định c, đối với bơm ly

tđm theo công thức sau:

e, =1 ~zsin8; (3.13)

Z - số cânh dẫn cúa bânh công tâc

Với 7 vă j, thông thường, trị số trung bình của hệ số cột âp

E; ~0,8

Trang 38

nụ, — hệ số kế tới tổn thất năng lượng của dòng chất lồng chuyển động qua bânh công tâc, phụ thuộc văo nhiều yếu tố như kích thước,

kết cấu của bânh công tâc vă bộ phận hướng dòng được gọi lă hiệu

suất cột âp của bânh công tâc

Với bơm ly tđm: rị, = 0,7+0,9

Nấu xĩt ảnh hưởng của số cânh dẫn hữu hạn đến cột âp, cột âp lý

thuyết ứng với số cânh dẫn hữu hạn lă:

H, =e,.H,, (3.14)

Cột âp thực tế của bơm ly tđm lă: ÚU;€¿y

H=Ez.T, (8.15)

Đối với bơm có kết cấu vă số vịng quay thơng thường thì:

u;

8z Tìn:C¿ạu = Ez.Tu-C¿ COSGŒ¿ “ VJ 5

Trong tính tôn gần đúng, có thể xâc định cột âp thực tế cua

bơm ly tđm theo biểu thức:

2

".-

2g

ụ - hệ số cột âp thực tế

(3.16)

Ảnh hưởng của kết cấu cânh đến cột âp của bơm ly tđm

Hình dạng bế trí kết cấu của cânh dẫn chủ yếu phụ thuộc văo góc B, vă j, tức lă góc văo vă ra của cânh dẫn Dưới đđy sẽ xĩt ảnh hưởng của câc góc năy đến cột âp của bơm ly tđm

a- Ảnh hưởng của góc /,

Góc văo B, (góc bố trí cânh dẫn) cũng lă góc biểu thị phương của vận tốc tương đối ở cửa văo của bânh công tâc Trường hợp có lợi nhất về cột âp của bơm, tam giâc vận tốc ở cửa văo phải lă tam giâc vuông

có a, = 90° Từ Hình 3.6, Ð, chỉ phụ thuộc văo u, vă c,, do đó:

Cc

tơ 2B, a = _1 (3.17)

uc

Theo phương trình cơ bản của bơm ly tđm H, ng 3 góc B,

không ảnh hưởng trực tiếp đến cột âp của bơm ly tđm Nhưng nếu J,

Trang 39

khơng thích hợp sẽ gđy ra va đập đòng chảy với cânh dẫn ở cửa văo bânh công tâc, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất vă cột âp của bơm

Trong thực tế thường chọn ÿ, = 15° = 30°

b- Ảnh hưởng của góc ÿ,

Lý thuyết vă thực nghiệm chứng tỏ rằng trị số của 8, có ảnh hưởng

trực tiếp đến phương vă giâ trị của câc thănh phần vận tốc của dòng chay trong mâng dẫn, do đó có ảnh hưởng quyết định đến cột âp toăn phần H va câc cột âp thănh phần H, vă H, của bơm Vì vậy đối với bânh công tâc bơm ly tđm, góc đ, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng

a) 8 < 90° b) fi = 90°

Hình 3.8 —- Câc câch hố trí cânh dẫn

Tùy theo trị số của P,, bânh cơng tâc có ba câch bố trí cânh dẫn: se 8, < 90°: cânh dẫn cong về phía sau (so với u) — được gọi lă bânh cơng tâc có cânh dẫn ngoặt sau (a) —- loại a thường gặp ở bơm để bơm câc chất lỏng như nước, dầu,

e Ð,=90°: cânh dẫn hướng kính ở cửa ra- được gọi lă bânh cơng

tâc có cânh dẫn hướng kính (b)

e £, > 90°: cdnh dan cong về phía trước — được gọi lă bânh công tâc có cânh dẫn ngoặt trước (c) — loại b, c thường gặp ở quạt vă mây nĩn để bơm câc chất khí

Ngoăi ra, trong thực tế hình đạng cânh dẫn của bânh công tâc

rất đa dạng, Hình 3.9 biểu diễn một số loại cânh dẫn có góc ra B,

khâc nhau:

Để hiểu rõ vai trò của B, đối với cột âp của bơm, có thể xĩt ba bânh công tâc ly tđm có:

e Kich thước như nhau se Góc văo j, như nhau

Trang 40

Hình 3.9 - Hình dạng cânh dẫn của bânh công tâc e Số vòng quay lăm việc như nhau

se Góc ra Ð, khâc nhau

Khảo sât cột âp do từng loại bânh công tâc tạo nín với câc kiểu cânh dẫn nói trín Khi vẽ câc tam giâc vận tốc cho câc kiểu bânh công tâc năy, cần chú ý:

« Câc bânh cơng tâc có B,, kich thước cửa văo, lưu lượng vă số vòng quay lăm việc như nhau nín có tam giâc vận tốc ở cửa

văo như nhau

-

e Câc bânh cơng tâc có đường kính ngoăi D, vă vòng quay lăm

việc như nhau nín chúng có vận tốc vịng u, bằng nhau Câc tam giâc vận tốc:

Hình 3.10 — Tam giâc vận tốc ở cửa văo