BÀI GIẢNG BƠM THỂ TÍCH

Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 MỤC LỤC BƠM THỂ TÍCH 4.1 Các thông số bơm thể tích 4.1.1 Lưu lượng 4.1.2 Áp suất 4.1.3 Hiệu suất công suất 4.2 Bơm piston 4.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc 4.2.2 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng bơm piston 4.2.3 Phân loại bơm piston 4.2.4 Đường đặc tính bơm piston 4.2.5 Số vòng quay giới hạn bơm piston 4.3 Bơm rô to 10 4.3.1 Khái niệm chung bơm rô to 10 4.3.2 Bơm bánh 10 4.3.3 Bơm trục vít 12 4.3.4 Bơm cánh gạt 15 4.3.5 Bơm vòng 16 4.4 Bơm piston – rô to 17 4.4.1 Bơm piston – rô to hướng kính 17 4.4.2 Bơm piston – rô to hướng trục 18 BƠM TRONG HỆ THỐNG 19 5.1 Giới thiệu bơm hệ thống 19 5.2 Những khó khăn việc đánh giá thẩm định bơm 20 5.3 Triển vọng tiết kiệm lượng việc sử dụng bơm 21 5.3.1 Chọn bơm 21 5.3.2 Biến thiên vận tốc để điều chỉnh tốc độ dòng chảy 22 5.3.3 Ghép song song nhiều bơm 25 5.3.4 Sử dụng van điều chỉnh dòng chảy 26 5.3.5 Sử dụng van hồi (by – pass) 26 5.3.6 Phương pháp đóng ngắt bơm 26 5.3.7 Thay đổi đường kính cánh bơm 27 PHƯƠNG PHÁP CHỌN BƠM 28 6.1 Thiết kế hệ thống bơm 29 6.1.1 Loại chất lỏng 29 6.1.2 Đường đặc tính hệ thống 30 6.1.3 Các cách vận hành hệ thống 30 6.1.4 Sự thay đổi hệ thống tương lai 31 Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 6.2 Chọn bơm, loại truyền động thiết bị phụ 31 6.2.1 Loại bơm 31 6.2.2 Yêu cầu tự mồi bơm 31 6.2.3 Yêu cầu cột áp lưu lượng khác 32 6.2.4 Yêu cầu cao áp (trên khả bơm ly tâm đơn cấp) 32 6.2.5 Khả hiệu chỉnh xác 32 6.2.6 Đặc tính chất lỏng 33 6.2.7 Vật liệu làm bơm 33 6.2.8 Chọn phương pháp truyền động 34 BÀI TẬP 34 Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 4.1 Nguyên lý làm việc bơm piston tác dụng đơn Hình 4.2 Nguyên lý làm việc bơm piston tác dụng kép Hình 4.3 Đường đặc tính bơm piston Hình 4.4 Nguyên lý làm việc bơm bánh 11 Hình 4.5 Bơm bánh ăn khớp (trái) ăn khớp (phải) 12 Hình 4.6 Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm rô to trục vít 13 Hình 4.7 Bơm rô to trục vít đầu hút 13 Hình 4.8 Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm rô to trục vít 14 Hình 4.9 Bơm rô to trục vít cửa hút (trái) cửa hút (phải) 14 Hình 4.10 Cấu tạo bơm rô to trục vít 15 Hình 4.11 Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm cánh gạt (2 cánh) 15 Hình 4.12 Bơm cánh gạt cánh 16 Hình 4.13 Nguyên lý làm việc bơm vòng lobe 16 Hình 4.14 Bơm vòng lobe (trái) nhiều lobe (phải) 17 Hình 4.15 Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm rô to hướng kính 17 Hình 4.16 Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm rô to hướng trục 18 Hình 5.1 Các thiết bị hệ thống bơm cụ thể 20 Hình 5.2 Đường đặc tính bơm ly tâm điển hình nhà cung cấp 22 Hình 5.3 Hiệu việc sử dụng biến tầng 24 Hình 5.4 Đường đặc tính bơm hoạt động song song 25 Hình 5.5 Điều chỉnh lưu lượng bơm van 26 Hình 5.6 Phương pháp cắt bớt cánh bơm bơm ly tâm 28 Hình 6.1 Chọn loại bơm dựa vào số vòng quay đặc trưng 31 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 5.1 So sánh phương pháp điều chỉnh lưu lượng bơm 28 Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 BƠM THỂ TÍCH 4.1 Các thông số bơm thể tích Các thông số làm việc bơm thể tích có số đặc điểm khác với thông số bơm cánh dẫn Theo nguyên lý, áp suất chất lỏng máy thủy lực thể tích phụ thuộc tải trọng Nếu buồng làm việc hoàn toàn kín, lưu lượng máy không phụ thuộc vào áp suất, áp suất tăng lên tùy thuộc vào áp suất phụ tải công suất bơm Khi lưu lượng máy thủy lực thể tích phụ thuộc vào vận tốc chuyển động piston Nếu vận tốc piston không thay đổi lưu lượng thay đổi Thực tế, buồng làm việc kín tuyệt trị số áp suất Khi tải trọng làm việc tăng đến mức xuất chảy rò chất lỏng, tiếp tục tăng tải lưu lượng máy hoàn toàn mát rò rỉ Ngoài ra, áp suất làm việc bị hạn chế sức bền máy Do vậy, để đảm bảo làm việc bình thường máy, phải hạn chế áp suất làm việc tối đa cách dùng van an toàn (van tự động thải chất lỏng để giảm áp suất làm việc tải trọng lớn) 4.1.1 Lưu lượng - Lưu lượng lý thuyết Q1 (lưu lượng chưa kể tới chảy rò) tổng thể tích làm việc máy đơn vị thời gian Q1 = q1.n q1 = lưu lượng riêng máy, thể tích làm việc máy chu kỳ Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 n = số chu kỳ làm việc máy đơn vị thời gian (thường số vòng quay trục máy) Q1 lưu lượng tính trình đơn vị thời gian nên gọi lưu lượng trung bình lý thuyết Khác với máy thủy lực cánh dẫn, lưu lượng tức thời máy thủy lực thể tích thay đổi theo thời gian, kể máy làm việc ổn định 4.1.2 Áp suất Cột áp máy thủy lực thể tích tạo nên chủ yếu thay đổi áp suất tĩnh chất lỏng chuyển động qua máy Do đó, máy thủy lực thể tích thường dùng áp suất để biểu thị khả làm việc máy Cột áp H áp suất p liên hệ với công thức thủy tĩnh học bản: H p  γ – trọng lượng riêng chất lỏng làm việc Áp suất buồng làm việc có liên quan đến lực tác dụng moment quay máy - Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến, áp suất làm việc p tác dụng lên piston tạo nên áp lực P: P = p F F: diện tích làm việc mặt piston - Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến, áp suất làm việc p tác dụng lên roto tạo nên moment quay M: M = kM.p KM – số máy, phụ thuộc vào kết cấu kích thước máy gọi hệ số moment Hệ số kM suy từ công thức tính công suất lý thuyết Nếu bỏ qua tổn thất: Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 N = N1 N1 = γ.Q1.H Thay H = p/γ vào phương trình N1 = Q1.p M Mặt khác: Vậy kM  Q1   Q1  p q1n q  2 n 2 KM thực tế < kM lý thuyết phụ thuộc vào hiệu suất η Trường hợp xét đến tổn thất moment quay bơm xác định theo công thức: pQ = ηM  M Q  p kM  p 4.1.3 Hiệu suất công suất Hiệu suất toàn phần máy thủy lực xác định theo công thức chung: η = ηQηCηH Đối với bơm thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ (vì động nhỏ) nên thường cho ηH = Do đó: η = ηQηC Công suất làm việc bơm thường xác định thông số thủy lực: N  QH pQ    Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 4.2 Bơm piston 4.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc Bơm piston làm việc theo nguyên lý thể tích, thể cụ thể Hình 4.1 Hình 4.1 Nguyên lý làm việc bơm piston tác dụng đơn Bơm piston truyền động động cơ, chuyển động quay trục động biến đổi thành chuyển động tịnh tiến piston xi lanh Nếu tay quay từ vị trí điểm C2 quay theo chiều mũi tên đến điểm C1thì piston di chuyển phía trái, thể tích buồng làm việc tăng dần, áp suất p giảm bé áp suất mặt thoáng bể chứa pa (p < pa) Do chất lỏng từ bể hút qua van hút vào buồng làm việc 5, van đẩy đóng Đó trình hút bơm Sau đó, tay quay tiếp tục quay từ điểm C1 đến điểm C2, piston đổi chiều chuyển động sang phải, thể tích buồng làm việc giảm dần làm áp suất tăng lên, van hút bị đóng, van đẩy mở để chất lỏng chảy vào ống đẩy thực trình đẩy bơm Quá trình hút đẩy bơm piston diễn gián đoạn xen kẽ lẫn nhau, tạo nên trình làm việc liên tục bơm Một trình hút đẩy gọi chu trình làm việc bơm Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 4.2.2 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng bơm piston Ưu điểm:  Có thể tạo nên áp suất lớn  Bơm loại chất lỏng có độ nhớt cao  Cấu tạo đơn giản Nhược điểm:  Chuyển động chất lỏng qua bơm không đều, lưu lượng bơm bị dao động  Kết cấu bơm tương đối cồng kềnh Phạm vi sử dụng: Bơm piston thường sử dụng cần áp suất cao cao (từ 200 at trở lên) lưu lượng tương đối nhỏ 4.2.3 Phân loại bơm piston a) Bơm tác dụng đơn (bơm tác dụng chiều) Hình 4.2 Nguyên lý làm việc bơm piston tác dụng kép Trong loại bơm này, chất lỏng làm việc phía piston, chu kì làm việc piston có trình hút đẩy nối tiếp Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm tác dụng đơn thể cụ thể Hình 4.2 Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 b) Bơm tác dụng kép (bơm tác dụng hai chiều) Trong loại bơm này, piston làm việc hai phía, có hai buồng làm việc A B, hai van hút 1,4 hai van đẩy 2,3 Trong chu trình làm việc bơm có hai trình hút hai trình đẩy (khi buồng A hút buồng B đẩy ngược lại) 4.2.4 Đường đặc tính bơm piston Hình 4.3 Đường đặc tính bơm piston Đối với bơm piston có n = const, ta thường biểu diễn thông số làm việc theo H lưu lượng Q không đổi việc điều chỉnh chế độ làm việc bơm thực cách thay đổi áp suất làm việc 4.2.5 Số vòng quay giới hạn bơm piston Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến điều kiện để không xảy tượng xâm thực số vòng quay làm việc bơm Do cần xác định số vòng quay làm việc giới hạn bơm nmax Để bơm làm việc được, số vòng quay cho phép [n] < nmax Đối với bơm nước, [n] = 100 ÷ 200 rpm Số vòng quay cho phép [n] phải giảm nhiệt độ chất lỏng bơm tăng Nếu bơm làm việc với số [n] cố định nhiệt độ chất lỏng tăng phải giảm chiều cao hút zh Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 4.3 Bơm rô to 4.3.1 Khái niệm chung bơm rô to Bơm rô to loại bơm mà phận làm việc trực tiếp trao đổi áp với dòng chất lỏng qua máy phận có chuyển động quay bánh răng, trục quay có cánh gạt,… gọi chung rô to Rô to có chuyển động tròn tạo dòng chảy tương đối Lưu lượng áp suất dòng chảy bơm rô to dao động so với dòng chảy loại bơm piston Áp suất làm việc bơm rô to thường cao so với bơm cánh dẫn thấp so với bơm piston, thông thường 20 ÷ 50 at  Bơm rô to có ưu điểm chung sau đây:  Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn nhẹ, tiêu kinh tế tốt (rẻ)  Làm việc chắn, tin cậy có tuổi bền cao  Có thể làm việc với số vòng quay lớn  Công suất đơn vị trọng lượng lớn Các ưu điểm chủ yếu làm cho bơm rô to sử dụng rộng rãi ngành chế tạo máy động lực ứng với điều kiện kỹ thuật phù hợp, hệ thống truyền động truyền lực dầu phận điều khiển cấu thủy lực 4.3.2 Bơm bánh a) Cấu tạo nguyên lý làm việc Sơ đồ kết cấu bơm bánh đơn giản thường có bánh Khi làm việc, bánh chủ động quay, kéo bánh bị động quay theo chiều mũi tên Chất lỏng chứa đầy rãnh bánh vỏ bơm chuyển từ vùng hút đến vùng đẩy vòng theo vơ bơm Vì thể tích chứa chất lỏng vùng đẩy giảm bánh Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 10 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 Hình 5.1 Các thiết bị hệ thống bơm cụ thể A – Bơm; G – Van by-pass; B – Bộ thị mức nước; H – Bộ trao đổi nhiệt; C – Bể cấp nước; I – Đường đo đạc; D – Động bơm; J – Ống đẩy bơm; E – Bộ điều khiển động bơm; K – Ống hút bơm F – Van bướm; 5.2 Những khó khăn việc đánh giá thẩm định bơm Trong thực tế, khó để đánh giá thẩm định đặc tính bơm, lý sau đây: a) Thiếu đặc tính kỹ thuật bơm: Bảng đặc tính kỹ thuật đòi hỏi việc đánh giá bơm Hầu hết công ty không cung cấp tài liệu kỹ thuật gốc chứa thông tin đó, việc tính toán thẩm định thông số lưu lượng cột áp thực cách xác b) Khó khăn việc đo đạc dòng lưu chất: Có nhiều phương pháp để tính toán dòng lưu chất Trong hầu hết trường hợp, tốc độ dòng chảy tính toán gián tiếp thông qua loại chất lỏng, cột áp kích cỡ ống…, phương pháp có hệ Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 20 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 số xác không cao Một phương pháp khác người ta lấy thể tích bể chứa chia cho thời gian bơm đầy bể chứa Tuy nhiên phương pháp sử dụng bơm hoạt động phải đóng van đẩy bơm lại Phương pháp xác nhanh để đo đạc dòng chảy bơm sử dụng lưu lượng kế siêu âm c) Không cân chỉnh dụng cụ đo cách hợp lý: Việc cân chỉnh áp kế đường hút đường đẩy cân chỉnh dụng cụ đo khác quan trọng để đem lại kết đo xác Nhưng lúc cân chỉnh thực hiện, thay vào người ta sử dụng số hệ số xác Điều dẫn đến thiếu xác việc tính toán đánh giá bơm 5.3 Triển vọng tiết kiệm lượng việc sử dụng bơm 5.3.1 Chọn bơm Trong chọn bơm, nhà cung cấp cố gắng chọn loại bơm mà có đường đặc tính phù hợp với đường đặc tính hệ thống cung cấp người sử dụng tốt Điểm làm việc bơm (POP) giao điểm đường đặc tính bơm đặc tính hệ thống Tuy nhiên, trường hợp điểm POP nằm điều kiện hoạt động lý tưởng khó xảy Ví dụ, ta chặn bớt van đẩy, đường trở lực hệ thống di chuyển sang phía bên trái kéo theo điểm POP di chuyển theo (Hình 4.19) Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 21 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 Hình 5.2 Đường đặc tính bơm ly tâm điển hình nhà cung cấp Điểm làm việc hiệu (BEP) bơm điểm mà bơm hoạt động có đường kính bánh công tác lớn nhất, nói cách khác, điểm mà bơm có hiệu suất cao Tất điểm bên phải hay bên trái điểm BEP đầu có hiệu suất thấp Điểm BEP bị ảnh hưởng ta chọn bơm có kích thước lớn yêu cầu Lý đó, lưu lượng qua bơm bị điều chỉnh nhiều phương pháp, đóng bớt van sử dụng đường by – pass điều làm trở lực cục tăng lên dẫn đến trở lực toàn hệ thống tăng theo Kết đường đặc tính hệ thống di chuyển sang bên trái cắt đường đặc tính bơm điểm khác Lúc này, điểm BEP thấp so với ban đầu Nói cách khác, hiệu suất bơm giảm xuống lưu lượng cửa giảm xuống lượng tiêu hao lại không đổi Biện pháp khắc phục dùng truyền động hai nhiều cấp, điều chỉnh số vòng quay thấp hơn, dùng bánh công tác nhỏ cắt bớt bánh công tác 5.3.2 Biến thiên vận tốc để điều chỉnh tốc độ dòng chảy a) Vai trò số vòng quay rô to Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 22 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 Trong bơm ly tâm, bánh công tác quay tạo cột áp Vận tốc biên bánh công tác chịu ảnh hưởng trực tiếp số vòng quay rô to, nên thay đổi số vòng quay rô to ảnh hưởng trực tiếp đến đường đặc tính bơm Các thông số đặc tính bơm (lưu lượng Q, cột áp H, công suất N) thay đổi ứng với số vòng quay khác rô to Để đảm bảo an toàn cho bơm tốc độ khác nhau, ta cần phải biết mối quan hệ chúng Và mối quan hệ thể rõ ràng Định luật đồng dạng: Lưu lượng Q tỷ lệ bậc số vòng quay n: D *  M  DN QM nM  QN nN    Cột áp H tỷ lệ bậc số vòng quay n: H M  nM  H N  nN   DM  *    DN    Công suất N tỷ lệ bậc số vòng quay n N M  nM   DM   *   N N  nN   DN  Như thể định luật trên, số vòng quay rô to tăng lên gấp lần lượng tiêu thụ tăng lên lần Vì vậy, cần giảm số vòng quay rô to dẫn đến kết lượng lớn lượng tiêu thụ gảm Đây sở cho phương pháp tiết kiệm lượng cách thay đổi số vòng quay Có thể thấy rõ ràng phương pháp thay đổi số vòng quay luôn hiệu phương pháp sử dụng van điều chỉnh Bởi van điều chỉnh giảm lưu lượng bơm lượng tiêu thụ không thay đổi Ngoài ra, số vòng quay giảm đem lại lợi ích sau:  Tuổi thọ bạc đạn tăng lên Đó bạc đạn đỡ áp lực sinh bánh công tác, mà áp lực lại tỷ lệ với bình phương số vòng quay rô to Đối với bơm, tuổi thọ bạc đạn tỷ lệ bậc với số vòng quay rô to Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 23 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014  Rung động, tiếng ồn giảm bớt tuổi thọ đệm kín tăng lên b) Sử dụng điều tốc Như đề cập trên, điều chỉnh tốc độ quay rô to phương pháp hiệu để điều chỉnh lưu lượng bơm, tốc độ quay giảm lượng tiêu thụ giảm theo Phương pháp thường sử dụng để điều chỉnh số vòng quay rô to sử dụng điều tốc VSD (Variable Speed Drive) Bộ điều tốc cho phép số vòng quay rô to thay đổi cách vô cấp, thường sử dụng hệ thống:  Bộ điều tốc bao gồm ly hợp thủy lực, khớp nối thủy lực đai puly điều chỉnh  Bộ điều tốc điện bao gồm ly hợp điện, điều chỉnh động rô to dây quấn biến tần VFDs (Variable Frequency Drivers), phương pháp biến tần sử dụng rộng rãi phổ biến Trong nhiều hệ thống, phương pháp biến tần có ý nghĩa lớn việc cải thiện suất làm việc bơm điều kiện làm việc khác Sự hiệu việc giảm số vòng quay rô to thể hình 34 Hình 5.3 Hiệu việc sử dụng biến tầng Như thể hình trên, biến tầng giảm số vòng quay rô to xuống, đường đặc tính Q – H đường công suất di chuyển xuống dưới, đường hiệu suất di chuyển phía bên trái Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 24 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 Các điểm thuận lợi phương pháp biến thiên vận tốc việc tiết kiệm lượng là:  Điều chỉnh lưu lượng cách nhanh chóng dễ dàng  Tăng độ bền cho hệ thống hao mòn bơm, bạc đạn đệm kín giảm  Giảm chi phí đầu tư bảo trì van điều khiển, đường bypass khởi động thông thường không cần thiết  Công suất khởi động không cần cao, chấp nhận động khởi động với dòng thấp 5.3.3 Ghép song song nhiều bơm Vận hành bơm song song với tắt bơm nhu cầu giảm xuống phương pháp có ý nghĩa đáng kể việc tiết kiệm lượng Ghép song song nhiều bơm phương án lựa chọn tĩnh áp chiếm 50% tổng áp Hình 35 thể đường đặc tính bơm hoạt động riêng lẻ, bơm hoạt động song song bơm hoạt động song song Nó đường đặc tính hệ thống không thay đổi bơm vận hành song song lưu lượng hệ thống tổng lưu lượng bơm thành phần Hình 5.4 Đường đặc tính bơm hoạt động song song Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 25 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 5.3.4 Sử dụng van điều chỉnh dòng chảy Một phương pháp khác để điều chỉnh lưu lượng hệ thống đóng bớt van đường đẩy Phương pháp làm giảm lưu lượng hệ thống lại không giảm lượng tiêu thụ, tĩnh áp hệ thống bị tăng lên Hình 36 thể di chuyển đường đặc tính hệ thống van đẩy bị đóng bớt nửa Hình 5.5 Điều chỉnh lưu lượng bơm van 5.3.5 Sử dụng van hồi (by – pass) Lưu lượng bơm giảm bớt cách lắp đặt đường hồi Trong phương pháp này, đường đẩy bơm chia làm nhánh: nhánh vận chuyển chất lỏng đến nơi sử dụng, nhánh lại hồi chất lỏng lại bể chứa Nói cách khác, có lượng chất lỏng bị bơm ngược trở lại nguồn Phương pháp sử dụng hao phí lượng lượng nước bị hồi 5.3.6 Phương pháp đóng ngắt bơm Một phương pháp đơn giản hiệu việc giảm lưu lượng bơm sử dụng van đóng ngắt, sử dụng bơm hoạt động cách không thường xuyên liên tục Ví dụ như, bơm sử dụng để bơm đầy bể chứa với tốc độ không đổi Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 26 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 Trong hệ thống này, điều khiển cài đặt cho bơm khởi động mực nước thấp ngưng hoạt động mực nước dâng lên đến mức cao 5.3.7 Thay đổi đường kính cánh bơm Thay đổi đường kính cánh bơm dẫn đến thay đổi theo tỷ lệ vận tốc biên cánh bơm, từ làm thay đổi lưu lượng qua bơm Mối quan hệ thể rõ qua Định luật đồng dạng: QM nM  QN nN D *  M  DN    Thay đổi đường kính cánh bơm phương pháp hiệu để điều chỉnh lưu lượng qua bơm, nhiên, trước lựa chọn phương án cần phải cân nhắc vấn đề sau:  Phương án sử dụng trường hợp hệ thống cần lưu lượng thay đổi  Cánh bơm không nên bị cắt 25% so với kích thước cũ, dẫn đến việc bơm bị rung xâm thực làm giảm hiệu suất bơm  Phải trì cân cho bơm, cánh bơm phải cắt Thay đổi cách bơm khác phương án hiệu việc cắt bớt cánh bơm, nhiên chi phí lại cao thực cánh quạt nhỏ Hình 37 thể rõ thay đổi đường đặc tính bơm điểm làm việc bơm cắt bớt đường kính bơm ly tâm Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 27 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 Hình 5.6 Phương pháp cắt bớt cánh bơm bơm ly tâm Bảng 5.1 So sánh phương pháp điều chỉnh lưu lượng bơm Phương án điều chỉnh lưu lượng Thông số Van điều Cắt cánh bơm VFD chỉnh Đường kính cánh bơm (mm) 430 375 430 Cột áp (m H2O) 71,7 42 34,5 Hiệu suất (%) 75,1 72,1 77 80 80 80 23,1 14 11,6 Lưu lượng (m3/hr) Công suất tiêu thụ (kW) PHƯƠNG PHÁP CHỌN BƠM Việc chọn bơm hệ thống bao gồm bước sau:  Thiết kế hệ thống bơm  Lựa chọn bơm loại truyền động  Xác định đặc tính kỹ thuật bơm  Tham khảo báo giá  Đánh giá đấu thầu Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 28 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014  Tiến hành mua bơm Trong trình xác định thiết bị hệ thống bơm, người kỹ sư cần biết yêu cầu hệ thống, đường đặc tính hệ thống, sở chọn lựa loại bơm, đặc tính kỹ thuật, xác định phương pháp kiểm tra, kiểm nghiệm, yêu cầu nhà thầu cung cấp vẽ cần thiết để xác định yêu cầu nhà cung cấp Sau hoàn thành bước trên, người kỹ sư cần đưa báo giá nhà thầu, tiến hành đấu thầu để chọn nhà cung cấp đặt hàng 6.1 Thiết kế hệ thống bơm Bước nhằm để xác định yêu cầu điều kiện hệ thống mà bơm hoạt động 6.1.1 Loại chất lỏng Việc mô tả cách toàn diện loại chất lỏng vận chuyển phải thực Đó bao gồm đặc tính kỹ thuật độ nhớt, tỷ trọng, áp suất bay hơi, tính kềm, khả ăn mòn, độ bay hơi, khả bắt lửa, tính độc hại Tùy thuộc vào trình hệ thống mà đặc tính có ảnh hưởng quan trọng đến việc thiết kế hệ thống bơm Dưới vài dẫn chứng:  Khả ăn mòn chất lỏng ảnh hưởng tới việc lựa chọn vật liệu làm bơm  Nếu chất lỏng có lần tạp chất, việc chọn loại đệm kín kết cấu chống mài mòn cần phải xem xét lại  Chất lỏng có tính chất độc hại cần thiết sử dụng đệm kín kép theo qui định nhà nước cân nhắc yếu tố an toàn  Các chất khí lẫn vào chất lỏng hút vào bơm ảnh hưởng đến cột áp bơm Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 29 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 Bơm phải hoạt động khoảng điều kiện cho phép đặc tính vật lý hóa học, ảnh hưởng khác điều kiện nhiệt độ áp suất khác không chấp nhận 6.1.2 Đường đặc tính hệ thống Người kỹ sư cần hiểu rõ trình hệ thống mà bơm hoạt động thiết kế sơ sơ đồ thiết bị, đường ống dụng cụ đo Bản thiết kế thể đường kính chiều dài sơ ống, lưu lượng hệ thống, van, khớp nối tất thiết bị khác tạo nên trở lực hệ thống Những vẽ dùng để tính toán kích thước cuối ống trở lực hệ thống Với thông tin trên, ta thiết lập đường đặc tính hệ thống, mối liên hệ lưu lượng cột áp hệ thống Trong trình xác định trở lực hệ thống, ta cần tính toán thêm vào cho phù hợp ăn mòn đóng cặn bơm làm việc tương lai Vì trở lực hệ thống hàm số tốc độ dòng chảy, kích thước ống thiết bị khác nên phần riêng hệ thống có đường đặc tính riêng Người ta thường nối đường đặc tính riêng để tạo thành đường đặc tính tổng hợp hệ thống Cột áp bơm chọn phải nằm phía đường đặc tính hệ thống tất điểm làm việc điều kiện khác dòng chảy 6.1.3 Các cách vận hành hệ thống Việc xem xét cách vận hành hệ thống quan trọng việc xác định thiết bị hệ thống Phân tích cách vận hành khác bơm vận hành liên tục hay gián đoạn, bơm ghép song song hay nối tiếp,… sở để định số lượng bơm cần thiết, cột áp, lưu lượng,… Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 30 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 6.1.4 Sự thay đổi hệ thống tương lai Yếu tố cuối cần phải xem xét khả mà hệ thống thay đổi tương lai Khi mà thay đổi hệ thống tương lai dự đoán trước mức độ chắn đó, hệ thống thiết kế ứng với dự đoán 6.2 Chọn bơm, loại truyền động thiết bị phụ 6.2.1 Loại bơm Người ta thường chọn loại bơm dựa vào số vòng quay đặc trưng Hình 6.1 Chọn loại bơm dựa vào số vòng quay đặc trưng 6.2.2 Yêu cầu tự mồi bơm Nếu bơm hút chất lỏng từ nguồn nằm phía miệng hút bơm, yêu cầu tự mồi bơm cần thiết Các loại bơm thể tích bơm piston, bơm trục vít bơm bánh có khả tự mồi bơm phạm vi công suất thấp Cũng có vài loại bơm ly tâm thiết kế đặc biệt để tự mồi bơm trường hợp Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 31 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 6.2.3 Yêu cầu cột áp lưu lượng khác Bơm ly tâm hướng trục có khả hoạt động điều kiện lưu lượng cột áp khác Bằng cách quan sát đường đặc tính bơm, ta dễ dàng xác định vùng lưu lượng cột áp mà bơm làm việc Cột áp hệ thống thay đổi cách điều tiết van đẩy cách sử dụng phương pháp thay đổi số vòng quay bơm 6.2.4 Yêu cầu cao áp (trên khả bơm ly tâm đơn cấp) Tùy theo yêu cầu lưu lượng, bơm ly tâm bơm hướng trục thực yêu cầu khác cho cột áp cao Nếu lưu lượng tương đối thấp yêu cầu, bơm bánh ăn khớp tốc độ cao bơm piston chọn Khi phải lựa chọn hai phương án trên, số vấn đề sau cân nhắc:  Liệu rung động bơm piston gây hại cho vận hành hệ thống? Liệu giảm chấn có đủ để ngăn chăn tác hai đó?  Liệu chất lỏng có đủ để tránh xảy tượng ăn mòn sớm xi lanh piston Nếu lưu lượng cao cột áp cao yêu cầu, bơm ly tâm nhiều tầng cánh sử dụng Các thiết kế khác loại bơm phù hợp với điều kiện làm việc đặc biệt khác (nhiệt độ cao, lạnh sâu, nước, hydrocarbon,…) 6.2.5 Khả hiệu chỉnh xác Trong trình làm việc với lưu lượng thấp, mà đòi hỏi xác việc đo lưu lượng, sử dụng bơm định lượng phù hợp Loại bơm cung cấp lưu lượng khác Một số loại bơm biết bơm bánh răng, Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 32 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 bơm piston kiểu trụ trượt, bơm màng sử dụng kết hợp với phương pháp điều tốc để điều chỉnh với lưu lượng khác 6.2.6 Đặc tính chất lỏng Các đặc tính chất lỏng độ nhớt, tỷ trọng, áp suất bay hơi, độ bền hóa học tạp chất yếu tố quan trọng cần phải xem xét chọn lựa bơm Bơm có khả vận chuyển nhiều loại chất lỏng Bơm trục vít thường dùng để bơm loại dung dịch nhão kem đánh răng, bơ đậu phộng dầu gội đầu lựa chọn tốt cho việc bơm nước xăng Bơm rô to loại bơm thể tích khác thường dùng hệ thống điều khiển thủy động, dùng hệ thống nước sinh hoạt Bơm cánh gạt dùng để bơm nhựa đường nóng hệ thống bôi trơn dầu Chọn lựa kiểu bơm tốt cho loại chất lỏng định thường khó, thông thường dựa vào kinh nghiệm 6.2.7 Vật liệu làm bơm Loại vật liệu chọn phụ thuộc vào chất lỏng vận chuyển môi trường làm việc Khả chịu đựng ăn mòn gỉ sét quan trọng việc lựa chọn vật liệu làm bơm Người kỹ sư phải xác định loại vật liệu phù hợp kinh tế trường hợp cụ thể Các yêu cầu hoạt động liên tục hay gián đoạn, giới hạn vận hành tuổi thọ bơm phải cân nhắc cẩn thận chọn vật liệu làm bơm Bơm thường làm gang xám, gang dẻo, đồng thau, thép carbon, thép hợp kim nhiều vật liệu composit hợp kim đặc biệt khác Monel, Hastelloy Titanium Ngoài cần phải xem xét yếu tố tuổi thọ làm việc độ an toàn Gang xám không sử dụng trường hợp vỏ bơm phải chịu áp suất cao có đặc điểm giòn dễ bị nứt gãy bị sốc nhiệt Trong trường Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 33 Bài giảng MTK-Chương Bơm thể tích 2014 hợp vậy, vỏ bơm phải làm vật liệu có độ bền dẻo cao thép carbon hay thép hợp kim 6.2.8 Chọn phương pháp truyền động Chọn phương pháp truyền động có ý nghĩa quan trọng tương tự chọn bơm Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp truyền động giá thành đầu tư, phương pháp truyền động khả dụng khả vận hành ổn định Nếu yếu tố giá thành xem xét động điện tốc độ không đổi phương pháp kinh tế Để đảm bảo yêu cầu vận hành ổn định, ta sử dụng đồng thời bơm truyền động nước bơm động điện dự phòng Trong bơm cứu hỏa, cần thiết phải có ắc qui khởi động động diesel để hoàn toàn không phụ thuộc vào nguồn điện bên Bộ điều tốc có giá thành cao lại có ý nghĩa đáng kể việc tiết kiệm lượng Nếu bơm truyền động tua bin hơi, chí phí đầu tư cao phải lắp đặt thêm hệ thống đường ống chi phí bảo trì định kì BÀI TẬP Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 34