THỰC HÀNH CƠ HỌC BƠM LY TÂM

Báo cáo thực hành quá trình cơ học bài bơm ly tâmTính toán các quá trình làm iệc của bơmCác công thức tính toán cho các chế độ dòng chảycách vận hành hệ thống bơm ly tâm đang được giản dạy tại truong đại học công nghiệp tp hcm

Trang 1

BƠM LY TÂM

I.Mục đích thí nghiệm:

- Xác định cột áp toàn phần của bơm, công suất và hiệu suất cho bơm ly tâm bằng việc đo đạc các thông số khi thay đổi lưu lượng bơm

- Khảo sát và xây dựng các đường đặc tuyến của bơm

- Sử dụng định luật tỉ lệ để tiên đoán các thông số đặc trưng của bơm.

- Khảo sát sự ảnh hưởng của việc thay đổi cột áp ống hút đối với bơm, đồng thời khảo sát hiện tượng xâm thực bằng cách thay đổi áp suất trong ống hút với việc thay đổi van hút

để thay đổi lưu lượng

- Xây dựng đường đặc tuyến của mạng ống để xác định điểm làm việc của bơm

II.Cơ sở lý thuyết:

1 Các thông số đặc trưng của bơm

Các thông số đặc trưng hoạt động của bơm ly tâm được mô tả hoặc minh họa bằng sử dụng bằng sử dụng các đồ thị đặc tuyến của bơm Ba đường biểu diễn đặc tuyến của bơm được sử dụng nhiều nhất là:

+ Sự thay đổi cột áp toàn phần tạo ra do bơm với lưu lượng

+ Công suất cấp cho bơm với lưu lượng

+ Hiệu suất của bơm với lưu lượng

1.1 Cột áp toàn phần

Sự thay đổi cột áp toàn phần do bơm tạo ra là kết quả của công thực hiện bởi bơm

có thể được tình như sau:

Ht = Hs + Hv + He

Với:

+ Hs là chênh lệch cột áp tĩnh

+ Hv là chênh lệch cột áp động

+ He là chênh lệch chiều cao hình học

Chênh lệch cột áp tĩnh Hs được tính như sau:

Trong đó:

Pin là áp suất chất lỏng tại đầu vào, (Pa)

Trang 2

Pout là áp suất chất lỏng tại đầu ra, (Pa)

Chênh lệch cột áp động Hv được tính như sau:

Trong đó:

vin là vận tốc đầu vào, (m/s)

vout là vận tốc đầu ra, (m/s)

Chênh lệch chiều cao hình học He được tính như sau:

He = zout - zin

Trong đó:

zin là chiều cao hình học tại đầu vào, (m)

zout là chiều cao hình học tại đầu ra, (m)

1.2 Công suất cung cấp

Công suất cung cấp đối với động cơ bơm được tính như sau:

Trong đó:

n là tốc độ quay của bơm, (vòng / phút)

t là moment xoắn của trục, (N)

1.3 Hiệu suất bơm

Hiệu suất bơm có thể tính như sau:

Trong đó:

Ph là công suất thủy lực tác động tới chất lỏng, có thể được tính như sau:

Ph = gQHt

Trong đó:

Q là lưu lượng thể tích, (m3/s)

2 Đường đặc tuyến của bơm

2.1 Đường đặc tuyến ở một tốc độ không đổi

Mỗi thông số trong các thông số đặc trưng của bơm được đo ở một tốc độ bơm không đổi và được biểu diễn so với lưu lượng thể tích (Q) chuyển động qua bơm

Có 3 loại đường:

- Đường Ht – Q biễu diễn mối quan hệ cột áp và lưu lượng Cột áp giảm khi lưu lượng tăng Loại đường này là đường đặc trưng tăng Một đường đặc trưng cột áp – lưu lượng ổn định là một đường mà chỉ có một lưu lượng tương ứng với một cột áp

- Đường Pm – Q biểu diễn mối quan hệ giữa công suất cung cấp cho bơm và

sự thay đổi lưu lượng qua bơm Ngoài vùng hoạt động tối ưu của bơm đường này trở nên thẳng, do đó một sự thay đổi lớn công suất chỉ tạo ra một sự thay đổi nhỏ trong vận tốc dòng

Trang 3

- Đường E – Q biểu diễn lưu lượng bơm tại vị trí bơm hoạt động hiệu quả nhất Khi lựa chọn bơm cho một ứng dụng mà nơi đó lưu lượng hoạt động

cơ bản đã biết, thì nên chọn loại bơm mà hiệu suất tối ưu tại hoặc gần với lưu lượng này

2.2 Đường đặc tuyến tổng hợp

Một cách biểu diễn các thông số đặc trưng của bơm là xây dựng các đường bao của công suất hoặc hiệu suất không đổi trên một đồ thị cột áp bơm với lưu lượng bơm

Những đường này cho phép các kỹ sư hiểu hiệu suất tối đa của một bơm trên một dải các thông số hoạt động và có thể hỗ trợ trong việc lực chọn bơm thích hợp với các điều kiện đã cho

3 Định luật tỷ lệ

Vì ảnh hưởng của độ nhớt chất lỏng lên đặc tính của bơm là nhỏ, và hiện tượng xâm thực không xuất hiện, đặc tính của một loại bơm nhất định được biểu diễn như sau:

Trong đó: n là tốc độ bơm (rpm hoặc Hz), và D là đường kính cánh guồng (m) Tất cả vận tốc chất lưu ở các điểm tương ứng với máy là cùng hướng và tỷ lệ với tốc độ cánh guồng

Khi như thế, đối với một bơm xác định hoạt động ở các tốc độ khác nhau, một đồ thị đơn giản của dữ liệu được hình thành như mô tả sau:

Phương trình vô thứ nguyên là một dạng cơ bản mà định luật tỷ lệ được rút ra Định luật tỉ lệ cho phép đặc trưng của các bơm cùng các thông số hình học của các loại hay tốc độ khác nhau để tiên đoán đủ chính xác đối với các mục đích thí nghiệm

Các định luật này thường được sử dụng để tính sự thay đổi lưu lượng, cột áp và công suất của một bơm khi loại, tốc độ quay hoặc khối lượng riêng của lưu chất thay đổi

Biểu thức sau cho phép tính cột áp tổng, công suất ở một tốc độ n1 được thay đổi đến một tốc độ khác n2:

Trang 4

4 Ảnh hưởng của cột áp đầu vào (hiện tượng xâm thực)

4.1 Hiện tượng xâm thực

Nếu áp suất tại bất kỳ điểm nào mà thấp hơn áp suất bay hơi của chất lỏng ở nhiệt độ tại điểm đó, sự hóa hơi sẽ xuất hiện và điều này thường xảy ra nhất trong ống hút nơi có

áp suất thấp nhất

Chất lỏng được hóa hơi xuất hiện bong bóng với chất lỏng, và sau đó bị phá vỡ cùng với lực gây hại cơ học mà bơm có thể chịu được

Điều này được biết đến là hiện tượng xâm thực, được kèm theo bởi sự tăng tiếng ồn đặc trưng và sự rung động làm giảm cột áp và tiềm ẩn nguy cơ gây hại vật lý đối với bơm khiến bơm không đủ khả năng để tạo cột áp hút cần thiết để đạt được điểm hoạt động cần thiết

4.2 Chiều cao hút thực cần thiết.

Chiều cao hút thực hay NPSH sẽ liên quan đến việc vận hành bơm để bơm nước ở các

lưu lượng khác nhau, trong việc điều tiết trong ống hút

NPSH là đại lượng cho áp suất hút tại điểm bắt đầu xuất hiện hiện tượng xâm thực

Giá trị NPSHA phụ thuộc vào hệ thống cụ thể của bơm sử dụng và được tính toán theo điều kiện của hệ thống

Đối với hệ thống bơm đơn giản dùng để bơm nước, NPSHA được tính như sau:

NPSHA = Hatmos + (Hvapour ± Hin + Hv ) Trong đó:

Hatmos : áp suất khí quyển biểu diễn theo cột áp, mmH2O

- Hvapour : áp suất bốc hơi của nước ở nhiệt độ đo được trong bài thí nghiệm, mmH2O

- Hin : Áp suất đo được trên ống hút bằng cảm biến áp suất, mmH2O

- Hv : Cột áp động trên ống hút, mmH2O

5 Đặc trưng của hệ thống

5.1 Tổng quát

Trang 5

Phân tích hệ thống đối với việc lắp đặt bơm được sử dụng để lựa chọn các điều kiện hoạt động ổn định của bơm và để xác định các điểm làm việc của chúng và

có liên quan đến việc xây dựng đường cong cột áp – lưu lượng cho hệ thống Đường cong hệ thống là một đường biểu diễn lưu lượng của hệ thống với cột áp của hệ thống, cho biết mối quan hệ giữa lưu lượng và tổn thất thủy lực trong hệ thống

Khi ta giả định rằng:

+ Tốc độ dòng là tỷ lệ với lưu lượng thể tích

+ Các tổn thất trong hệ thống là tỷ lệ bậc 2 với tốc độ dòng

→ Độ giảm áp trong hệ thống phải tỷ lệ bậc 2 với lưu lượng thể tích, và đường cột

áp hệ thống – lưu lượng là đường dạng parabol

5.2 Dự đoán các đặc tính của hệ thống

Một đường cong hệ thống có thể được tính toán bằng cách sử dụng các hệ số tiêu chuẩn đối với thiết kế hệ thống và đo lượng cột áp của hệ thống tại lưu lượng zero Phương pháp đơn giản nhất là sử dụng phương trinh Hazen – William cho tổn thất chính

Mặc dù đây không phải là phương pháp chính xác nhất và chỉ áp dụng cho nước chảy ở nhiệt độ thường nhưng đủ dùng cho nhiều mục đích thí nghiệm

Công thức tính như sau:

Tổn thất tổng trong hệ thống:

H = hf + hm

Tổn thất chính trong ống :

Tổn thất khác trong ống:

Trong đó:

L : Tổng chiều dài ống (m)

d: Đường kính ống (m)

V: Vận tốc ống (m/s)

g: gia tốc trọng trường (m/s2)

C: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm ống;

k : hệ số trở lực cục bộ

III Mô hình thí nghiệm

Chèn ảnh

IV Tiến hành thí nghiệm

Trang 6

Chuẩn bị

Van xả đáy phải được đóng hoàn toàn

- Đổ đầy nước trong bể chứa cách đỉnh bể chứa từ 5 đến 10 cm

- Mở hoàn toàn van hút và van đẩy

- Bật công tắc (MAINS) trên bộ IFD7 chuyển sang ON (đèn đỏ sáng)

- Mở máy tính và khởi động chương trình FM50 – 304, đợi khi chương trình

đã kiểm tra xong việ kết nối và sẵn sàng hoạt động

Các lưu ý

Đảm bảo mực nước trong bồn chứa phải cách đỉnh bồn ít nhất 10cm Phải đặt bơm ở chế độ sẵn sàng trước khi chỉnh tốc độ bơm

Khi bơm ở chế độ sẵn sàng và tốc độ bơm khác 0 nhưng bơm không hoạt động thì phải tắ ngay bơm và báo cáo ngay cho giáo viên

Đảm bảo không còn bọt khí trong hệ thống trước khi tiến hành thí nghiệm Kiểm tra các giá trị đo được trong các thí nghiệm, nếu thay đổi độ mở van

mà các giá trị không thay đổi thì bảo ngay cho giáo viên

Thí nghiệm 1: Xác định các thông số đăc trưng của bơm

Tiến hành thí nghiệm

Bật công tắc IFD7

Bật công tắc bơm FM50

Cài đặt tốc độ ở chế độ 70% Phần mềm sẽ tăng tốc độ bơm đến giá trị cài đặt

Cho bơm chạy tuần hoàn cho đến khi đuổi khí ra hết hệ thống Đóng và

mở nhẹ nhàng van hút và van đẩy một vài lần để khử một số bọt khí trong

hệ thống Sau đó mở hoàn toàn van hút

Trong bảng kết quả, đổi sheet thành 70%

Trang 7

Đóng van đẩy hoàn toàn để lưu lượng hoàn toàn bằng 0.

Nhấp chuột vào biểu tương GO để ghi lại giá trị đo được trong bảng số liệu của phần mềm

Mở van đẩy một ít để tăng lưu lượng lên một ít, đợi một lúc cho bơm hoạt động ổn định rồi nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị đo được vào bảng số liệu phần mềm

Tăng dần độ mở van và ghi nhận lại các giá trị đo vào bảng số liệu phần mềm cho đến khi van mở hoàn toàn

1.2 Kết thúc thí nghiệm

Ghi nhận các kết quả vào bảng Cài đặt tốc độ ở chế độ 0 và chuyển sang thí nghiệm tiếp theo

1 Thí nghiệm 2: Xây dựng các đường đặc tuyến tổng hợp

1.1 Tiến hành thí nghiệm

Cài đặt tốc độ bơm ở chế độ 50%

- Cho bơm chạy tuần hoàn cho đến khi đuổi hết khí ra khỏi hệ thống Đóng

và mở nhẹ nhàng van hút và van đẩy một vài lần để khử một số bọt khí trong hệ thống Sau đó mở hoàn toàn van hút

- Trong bảng kết quả, đổi tên sheet thành 50%

- Đóng van đẩy hoàn toàn để lưu lượng bằng 0

- Nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị đo được vào bảng giá trị của phần mềm

Mở van đẩy một ít để tăng lưu lượng lên một ít, đợi một lúc cho bơm hoạt

động ổn định rồi nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị đo được vào bảng số liệu phần mềm

- Tăng dần độ mở van và ghi nhận lại các giá trị đo vào bảng số liệu phần mềm cho đến khi van mở hoàn toàn (ít nhất 10 giá trị)

Mở một sheet mới trên màn hình và đổi tên thành 60%

Trang 8

- Cài đặt tốc độ bơm là 60% và tiến hành thí nghiệm như trên.

- Cài đặt tốc độ bơm là 80% và tiến hành thí nghiệm như trên

2 Thí nghiệm 3: Định luật tỷ lệ

Nếu thí nghiệm 1 và 2 đã có kết quả thì không cần phải tiến hành thí nghiệm này Chúng ta sử dụng kết quả từ thí nghiệm 1 và 2

Cài đặt tốc độ bơm ở chế độ 50%

- Cho bơm chạy tuần hoàn cho đến khi đuổi hết khí ra khỏi hệ thống Đóng

và mở nhẹ nhàng van hút và van đẩy một vài lần để khử một số bọt khí trong hệ thống Sau đó mở hoàn toàn van hút

- Trong bảng kết quả, đổi tên sheet thành 50%

- Đóng van đẩy hoàn toàn để lưu lượng bằng 0

Mở van đẩy một ít để tăng lưu lượng lên một ít, đợi một lúc cho bơm hoạt

động ổn định rồi nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị đo được vào bảng số liệu phần mềm

- Tăng dần độ mở van và ghi nhận lại các giá trị đo vào bảng số liệu phần mềm cho đến khi van mở hoàn toàn (ít nhất 10 giá trị)

Mở một sheet mới trên màn hình và đổi tên thành 60%

Trang 9

Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của cột áp hút (hiện tượng xâm thực)

2.2 Lưu ý:

Tất cả các thí nghiệm khác, chúng ta điều chỉnh van đẩy để thay đổi lưu lượng khí tiến hành thí nghiệm Chỉ trong thí nghiệm thí nghiệm này, van đẩy sẽ mở hoàn toàn, trong khi van hút sẽ được điều chỉnh

Tiến hành thí nghiệm Cài đặt tốc độ bơm ở chế độ 70%

- Cho bơm chạy tuần hoàn cho đến khi đuổi hết khí ra khỏi hệ thống

- Cài đặt tốc độ bơm ở chế độ 20% và đổi tên sheet thành 20%

- Đóng van hút lại một chút để làm giảm lưu lượng đo được

Đóng van hút một ít để giảm lưu lượng xuống một ít, đợi một lúc cho bơm hoạt động ổn định rồi nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị đo được vào bảng số liệu phần mềm

- Giảm dần độ mở van và ghi nhận lại các giá trị đo vào bảng số liệu phần mềm cho đến khi van đóng hoàn toàn (ít nhất 10 giá trị)

Mở van hút hoàn toàn

- Tạo một sheet mới với tên 60%

- Lặp lại thí nghiệm như trên với tốc độ bơm 20%

- Tạo một sheet mới với tên 100%

- Lặp lại thí nghiệm như trên với tốc độ bơm 20%

- Bọt khí sẽ được quan sát quanh bánh guồng trong suốt thí nghiệm Tuy nhiên, hiện tượng xâm thực có thể không xảy ra trong điều kiện làm việc của hệ thống này Nếu nó diễn ra, hiện tượng xâm thực có thể phát hiện dễ

Trang 10

dàng bằng việc giảm hoặc sự biến động của áp suất và tiếng ồn đặc biệt Nếu hiện tượng xâm thực bắt đầu xuất hiện, hãy ghi chú lại Ngay sau khi đọc kết quả hãy mở dần van hút để không còn hiện tượng xâm thực nữa để tránh những tác hại đến cánh guồng

- Nếu hiện tượng xâm thực không xuất hiện thì có thể do nhiều nguyên nhân như: nhiệt độ chất lỏng cao, lưu lượng lớn, áp suất môi trường thấp, cột áp hút thấp

- Nếu hiện tượng xâm thực thật sự đã được ghi chú trong suốt quá trình thí nghiệm, thì chúng ta phải tháo cánh guồng ra và kiểm tra những thiệt hại trên đó

Ghi nhận các kết quả vào bảng

Mở hoàn toàn van hút Cài đặt tốc độ ở chế độ 0 và chuyển sang thí nghiệm tiếp theo

3 Thí nghiệm 5: Xây dựng đường đặc tuyến hệ thống và xác định điểm làm việc.

- Đo chiều dài đường ống của hệ thống, không bao gồm phần đi qua bơm

- Cộng tất cả các giá trị hệ số trở lực cục bộ trong hệ thống: nối bể chứa với ống, nối ống với bể chứa, các co, van và lưu lượng kế

- Bật công tắc IFD7

- Bật công tắc bơm FM50

- Cài đặt tốc độ bơm ở chế độ 100%

Cho bơm chạy tuần hoàn cho đến khi đuổi hết khí ra khỏi hệ thống

- Cài đặt tốc độ bơm 90% và nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị

đo được vào bảng giá trị của phần mềm

Lặp lại việc đó với mỗi lần giảm đi tốc độ 10% cho tới khi tốc độ đạt 0%

Trang 11

Tạo sheet mới với tên 70% (tốc độ thiết kế của bơm).

Đóng van đẩy một ít để đảm bảo lưu lượng giảm đi một ít, đợi một lúc cho

hệ thống ổn định rồi nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị đo được vào bảng số liệu phần mềm

- Giảm dần độ mở van của van đẩy để đảm bảo lưu lượng giảm dần dần Ghi nhận lại các giá trị đo vào bảng số liệu phần mềm cho đến khi van đóng hoàn toàn (ít nhất 10 giá trị)

Ghi nhận các kết quả vào bảng

Mở hoàn toàn van đẩy, cài đặt tốc độ ở chế độ 0%

Tắt IFD7

THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG

Mục đích thí nghiệm Biết vận hành thiết bị truyền nhiệt, hiểu nguyên lý đóng mở van đeer điều chỉnh lưu lượng, và hướng dòng chảy, biết những sự cố có thể xảy ra và cách xử lý tình huống

Khảo sát quá trình truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội gián tiếp giữa

2 dòng qua một bề mặt ngăn cách là ống lồng ống

Tính toán hiệu suất toàn phần dựa vào cân bằng nhiệt lượng ở những lưu lượng dòng khác nhau

Khảo sát ảnh hưởng của chiều chuyển động lên quá trình truyền nhiệt trong 2 trường hợp xuôi chiều và ngược chiều

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	37,97 KB