Đề tài Tìm hiểu về các loại máy và thiết bị vận chuyển chất lỏng, khí

Việc tìm kiếm, tiếp cận công nghệ mới, tìm hiểu về nguên lý hoạt động và các dạng hỏng hóc thường gặp của thiết bị để tìm biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị là rất quan trọng vì từ đó

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KHOA DẦU KHÍ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CƠ KHÍ VÀ MÁY TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỀ TÀI: Tìm hiểu về máy và thiết bị vận chuyển lỏng, khí

Giảng viên: Th.s Đoàn Văn Huấn

Nhóm thực hiện:

1 Trịnh Thành Công 1021010050

2 Thiều Thị Kim Chi 1021010036

3 Bùi Kim Dung 1021010067

4 Nguyễn Hữu Đạt 1021010093

5 Trần Quốc Đạt 1021010097

6 Nguyễn Văn Đức 1021010106

7 Nguyễn Ngọc Dương 1021010078

Hà Nội - 2013

4.2.1 Bơm chân không màng(bơm màng) 40 4.2.2 Bơm chân không dầu, bơm hút chân không dòng nước 41

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời kỳ hội nhập kinh tế WTO, với vai trò là ngành đóng góp phần quan trọng vào GDP toàn quốc, dầu khí càng được chú trọng đầu tư phát triển Hiện nay có rất nhiều công ty dầu khí trong và ngoài nước như: Vietsopetro, BHP,

BP, Mobil, Schlumberger… với nhiều mỏ dầu mới được phát hiện và khai thác đã chứng tỏ tiềm năng rất lớn về dầu khí của nước ta

Trước thực tế đó, một nhiệm vụ quan trọng được đăt ra là phải có một hệ thống thiết bị hiện đại, phù hợp, mang lại hiệu quả kinh tế cao Hiện nay, máy móc, thiết bị phục vụ cho công tác tìm kiếm, thăm dò, khai thác dầu khí rất đa dạng và phong phú Việc tìm kiếm, tiếp cận công nghệ mới, tìm hiểu về nguên lý hoạt động

và các dạng hỏng hóc thường gặp của thiết bị để tìm biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị là rất quan trọng vì từ đó ta có thể nắm bắt được ưu, nhược điểm từng thiết

bị để có thể sử dụng hợp lý mang lại năng suất làm việc cao nhất, với thời gian lâu nhất

Mặc dù các chất lỏng đặc biệt có thể được vận chuyển bằng gầu kéo, nhưng phương thức thông thường là vận chuyển chất lưu bằng đường ống , bơm, máy thổi, máy nén, hoặc bơm phun Các phương thức vận chuyển trên sẽ được nghiên cứu trong đồ án này Với mục tiêu sử dụng sao cho có năng suất cao nhất va khả năng làm việc của các thiết bị vận chuyển chất lỏng, khí

Là một đề tài kỹ thuật nên cần sự nghiên cứu sâu, song do kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm chưa nhiều nên ảnh hưởng nhất định đến kết quả đề tài, rất mong thầy cô và các bạn góp ý

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY VÀ THIẾT BỊ

VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG

Vận chuyển là một quá trình không thể thiếu trong sản xuất công nghiệp Các máy và thiết bị vận chuyển được sử dụng để vận chuyển nguyên vật liệu, bán thành phẩm, thành phẩm trong dây chuyền sản xuất

Theo phương thức làm việc, các thiết bị vận chuyển được chia thành hai loại sau đây:

-Loại vận chuyển liên tục: gồm có băng tải, vít tải, gàu tải, các thiết bị vận chuyển bằng không khí, bằng thủy lực…

- Loại vận chuyển gián đoạn: gồm có cẩu, palăng, cầu trục, thang máy,… Trong các nhà máy sản xuất và chế biến thực phẩm, để vận chuyển những vật liệu rời, vật liệu đóng túi, những kiện hàng hoặc những vật liệu đơn chiếc theo phương nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng, chủ yếu dùng máy và thiết bị vận chuyển liên tục Khác với loại làm việc gián đoạn, những máy và thiết bị vận chuyển liên tục có thể làm việc trong một thời gian không giới hạn, chuyên chở vật liệu theo một hướng nhất định không dừng khi nạp liệu và tháo liệu Nhờ vậy năng suất của chúng tương đối lớn hơn so với loại làm việc gián đoạn

Các máy và thiết bị vận chuyển liên tục hiện nay có thể chia ra hai nhóm chính:

- Máy có bộ phận kéo: gồm có băng tải, xích tải, cào tải, gàu tải, nội tải, giá tải

- Máy không có bộ phận kéo: gồm các loại vít tải, các máy vận chuyển quán tính, các hệ thống vận chuyển bằng không khí và thủy lực

Tuy nhiên ở chương này chúng ta sẽ nghiên cứu các thiết bị vận chuyển được chia thành hai nhóm: thiết bị vận chuyển cơ học và thiết bị vận chuyển bằng khí nén

Ở Việt Nam, máy và thiết bị vận chuyển chất lỏng đã có từ lâu, nhưng ở quy

mô công nghiệp thì phải nói đến vận chuyển bằng đường ống chính là có sớm hơn

cả, nền tảng của vận tải chất lỏng ở nước ta

Các tuyến đường ống công nghiệp ra đời và phát triển gắn liền với quá trình phát triển của ngành dầu khí VN Từ năm 1959, trên cơ sở hỗ trợ của Chính phủ Liên Xô (cũ) và những phát hiện của các nhà địa chất Pháp đầu thế kỷ XX về một

số vết lộ dầu ở Đồng Hồ (Quảng Ninh), Núi Lịch (Yên Bái), Nậm Úm và Sài Lương (Sơn La), Đầm Thị Nại (Quy Nhơn - Bình Định), VN đã tiến hành khảo sát địa chất dầu khí ở miền Bắc Nhưng do hoàn cảnh chiến tranh, những hoạt động này chỉ dừng lại ở phạm vi thăm dò địa chất Mãi đến tháng 3.1975 mới phát hiện dòng khí thiên nhiên và condensate (khí ngưng tụ) có giá trị thương mại tại giếng khoan ở Tiền Hải-Thái Bình Ngày 3.6.1980, Chính phủ VN và Chính phủ Liên Xô (cũ) ký Hiệp đinh hợp tác tìm kiếm thăm dò khai thác dầu khí ở thềm lục địa Nam

VN Năm 1981 ký Hiệp định thành lập Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Việt Xô (Vietsovpetro) tại Vũng Tàu Năm 1986 khai thác tấn dầu thô thương mại đầu tiên

ở mỏ Bạch Hổ, đánh dấu VN vào trong danh sách các nước sản xuất dầu khí trên thế giới Năm 1987 Luật Đầu tư nước ngoài được ban hành Năm 1993 Luật Dầu khí được ban hành (sửa đổi, bổ sung năm 2000 và 2008) Hoạt động dầu khí triển khai mạnh mẽ Năm 1995 thành lập Tổng Công ty Dầu khí VN nay là Công ty TNHH Một thành viên do Nhà nước làm chủ sở hữu với tên gọi Tập Đoàn Dầu khí

VN (Petrovietnam- PVN)

Đường ống đầu tiên là hệ thống đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn được xây dựng trên cơ sở hợp đồng hợp tác kinh doanh giữa Petrovietnam với các đối tác nước ngoài là BP VN và ConocoPhillips VN Dự án khởi động từ năm 2001, do

BP điều hành Đến năm 2008 đã chuyển giao cho Petrovietnam, hiện nay do Tổng công ty khí Việt Nam (PVGas), thuộc Tập đoàn Dầu khí, vận hành Đường ống này dài 400km, công suất 7 tỷ m3 khí/năm, vận chuyển khí từ bồn trũng Nam Côn

Sơn ngoài khơi vào đất liền và sau khi xử lý tại trạm Dinh Cố, phân phối cho Khu công nghiệp Phú Mỹ, Hiệp Phước Ngoài ra, PVGas còn chịu trách nhiệm vận hành hệ thống đường ống khí PM3-Cà Mau dài 330km, công suất 2 tỷ m3/năm Năm 2010 PVGas đã ký hợp đồng hợp tác kinh doanh với Chevron (Hoa Kỳ), MOECO (Nhật Bản) và PTTEP (Thái Lan) để thực hiện Dự án Đường ống dẫn khí

Lô B-Ô Môn, công suất 6,4 tỷ m3/năm, dài gần 400km đi qua địa bàn TP.Cần Thơ

và các tỉnh Hậu Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu, Cà Mau, chủ yếu cung cấp cho Khu công nghiệp Khí Điện Đạm Cà Mau, Trung tâm Điện lực Ô Môn, Trà Nóc - Cần Thơ

Ngoài ra, phải kể đến Tổng công ty Xăng dầu Việt Nam (Petrolimex) đang vận hành, khai thác một số tuyến đường ống vận chuyển xăng dầu, tổng chiều dài 500km, công suất vận chuyển 4 triệu tấn/năm, phần lớn nằm ở các tỉnh, thành phía Bắc như Hải Phòng, Hải Dương, Hà Nội, Hà Nam… Hệ thống đường ống này có nguồn gốc sở hữu Nhà nước, được xây dựng để cung cấp xăng dầu cho nhu cầu quốc phòng và các hoạt động kinh tế - xã hội theo kế hoạch Do được xây dựng và đưa vào vận hành từ năm 1973 nên đã lạc hậu, quá tải, hiện nay Petrolimex đang triển khai nâng cấp đường ống và khai thác thương mại

Có thể nói rằng các hệ thống đường ống VN hiện hữu có nguồn gốc từ mục đích khai thác thương mại chỉ được xây dựng trong quá trình thăm dò, khai thác dầu khí; đầu tiên hết là đường ống Nam Côn Sơn Theo quy định của Luật Dầu khí

và Nghị định số 48/2000/NĐ-CP ngày 12.9.2000 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành Luật Dầu khí, ngoại trừ liên doanh Vietsovpetro thành lập theo Hiệp định

ký kết giữa VN với Liên Xô (cũ), các doanh nghiệp trong nước, doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài khác, chỉ có thể tham gia hoạt động dầu khí thông qua hợp đồng dầu khí ký kết với Petrovietnam, thường là đầu tư dưới hình thức hợp đồng hợp tác kinh doanh (BCC) để thực hiện dự án (như dự án Nam Côn Sơn, Lô B-Ô Môn.) Do vậy, các đường ống đã được xây dựng theo điều kiện và quy chuẩn của

từng dự án được phê duyệt Có thể xem quy định nói trên của Luật Dầu khí và Nghị định số 48/2000/NĐ-CP là quy định về điều kiện kinh doanh vận tải đường ống hiện nay

Về điều kiện tiêu chuẩn kỹ thuật bảo đảm an toàn đường ống vận chuyển khí, dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ thì Nghị định số 13/2011/NĐ-CP ngày 12.02.2011 của Chính phủ về an toàn công trình dầu khí trên đất liền quy định những điều kiện khá rõ ràng, chi tiết về:

- Tiêu chuẩn thiết kế độ dày thành đường ống; độ sâu của đường ống đặt ngầm tối thiểu tính từ mặt bằng hoàn thiện tới đỉnh ống

- Biện pháp an toàn, đảm bảo các phương tiện thủy hoạt động không thể đâm,

va vào đường ống; các giải pháp kỹ thuật tăng cường chống rung động và va đập đối với đường ống chôn ngầm chạy cắt ngang qua đường giao thông bộ hoặc đường sắt

- Khoảng cách an toàn giữa hai đường ống chôn ngầm đặt song song, hai đường ống liền kề (1 ống đặt ngầm, 1 ống đặt nổi), đường ống chôn ngầm đặt xiên

Tóm lại, đối với điều kiện kinh doanh dịch vụ vận tải đường ống phải tham chiếu quy định của pháp luật chuyên ngành dầu khí Với lợi điểm hiệu quả, nhanh chóng, chi phí thấp, phương thức vận tải đường ống chắc chắn sẽ phát triển hơn nữa trong tương lai không xa, vì vậy cần có những kiến nghị sửa đổi, bổ sung pháp luật hiện hành cho phù hợp với xu thế chung Phương thức vận tải đường ống ở

VN chủ yếu dùng để vận chuyển khí và xăng dầu Hệ thống đường ống hiện nay được xây dựng trong quá trình thăm dò, khai thác dầu khí và được pháp luật dầu khí điều chỉnh về điều kiện kinh doanh

CHƯƠNG 2: ĐƯỜNG ỐNG

Chất lỏng có thể được vận chuyển bằng rất nhiều cách, một số trường hợp chất lỏng đặc biệt có thể được vận chuyển bằng gàu múc Tuy nhiên, phương thức vận chuyển thông thường và thông dụng nhất hiện nay vẫn là vận chuyển bằng đường ống

Hình 2.1: Một số hình ảnh về đường ống dẫn chất lỏng

2.1 Khái niệm, phân loại

Thuật ngữ "Đường ống" là một lĩnh vực kĩ thuật đặc thù được sử dụng để nghiên cứu thiết kế hệ thống dẫn các chất lỏng và khí.Đường ống thông thường được dùng để chỉ hệ thống vận chuyển chất lỏng, khí bằng con đường bên trong

 Đường ống được phân loại:

- Theo tiêu chuẩn chế tạo, ví dụ cùng vật liệu nhựa PVC có các loại ống CT1, CT2

- Theo kích thước ống, bao gồm đường kính trong, đường kính ngoài, chiều dày vỏ ống

2.2 Một số thông số

Đường ống tiêu chuẩn được sản xuất với các thông số kích thước riêng và được thiết kế với đường kính quy ước tính đơn vị inch, inchs,IPS( kích thước ống sắt) Theo sự phụ thuộc vào kích thước có 14 độ dày thành ống khác nhau được sản xuất với cùng đường kính ngoài, trong đó thông dụng nhất là thông số phụ lục 40: Schedule number = 1000P/S

Trong đó

+ P là áp suất đầu vào, psig + S là ứng suất làm việc cho phép psig Đường ống cho các thiết bị trao đổi nhiệt, làm lạnh và thiết bị phụ trợ cần thiết

đã được sản xuất với đường kính ngoài được xác định với mức tăng là 1/16 hoặc 1/8 in Các ống có kích thước tiêu chuẩn được làm từ các kim loại khác nhau, ceramics, thủy tinh, nhựa

Đối với ống có kích thước 2in, các ống nối không bắt vit có thể dược sử dụng Đối với kích thước lớn hơn thông thường được hàn lại Việc lắp ghép các thiết bị vào trong đường ống hoặc tháo dỡ có thể được tận dụng các gỡ Các gỡ thép, ống nối có gờ và các van được sản xuất trong các mức áp suất 150,300,600,900 và 2500psig Van cũng được làm bằng gang với áp suất 125 và 350psig Mức áp suất và nhiệt độ của vật liệu này trong các cấu trúc vật liệu khác nhau thường được dự đoán trước và lưu lại để ứng dụng trong thực tế

Các đường ống dẫn được nối với nhau trực tiếp bằng cách hàn, ren, bắt vít, keo dán, bằng mặt bích hoặc gián tiếp bằng các phụ kiện Chất liệu và kích thước của đường ống sẽ quyết định phương pháp kết nối

2.3 Van

Van được sử dụng trong hệ thống đường ống để đóng, mở và điều chỉnh lưu lượng dòng chảy

 Các dạng van thông dụng là van hình cầu, van cổng, van một chiều

- Van hình cầu được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng và áp suất dòng chảy

- Van một chiều được sử dụng để điều chỉnh dòng chảy theo một hướng

- Van cổng có các khe mở thông suốt dùng để điều khiển dòng chảy mà gần như không gây ra sự giảm áp suất

Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo van

Một số loại van khác bao gồm van nhánh, van điều chỉnh, van chắn, van phao, van mở nhanh, van an toàn …

Sự điểu khiển dòng chảy trong đường ống và cung cấp cho các thiết bị cô lập khi cần thiết được sử dụng các van Trong các van cửa dòng chảy đi thẳng được điều chỉnh bằng sự nâng lên hoặc hạ xuống cửa van Trong trường hợp van mở rộng thì gây ra sự giảm một lương nhỏ áp suất Trong các van cầu, dòng chảy bị đổi hướng và chủ yếu là do lực cản Loại van được sử dụng chủ yếu là van kín, đặc biệt là đối với dòng khí Các loại van cửa, van bướm, van đầy, van kiểm tra, thiết

bị mở nhanh khác bị giới hạn và thường tác dụng không mong muốn

Khóa trong các van tiết lưu được mở để điều chỉnh khi áp suất trong ống tăng lên tới một giá trị nhất định Khai cửa van mở thì sự tăng áp sẽ được kìm hãm Áp suất phù hợp là vài trăm psig

2.3.1 Van điểu khiển

Các van điều khiển có các cửa có thể điểu chỉnh được dòng chảy của chất lỏng khi đi qua chúng Các đặc trưng cơ bản của van trong quá trình là việc của van là đặc tính, độ ổn định và tính phục hồi/

Lưu lượng được mô tả bằng biểu thức: Cd = Cv/d2

Trong đó: d là đường kính của van

Cv là hệ số mở của van được xác định theo phương trình:

Q = Cv[(P1-P2)/ w] 0.5 ,gal/min đối với chất lỏng

Q = 22,7Cv[(P1-P2)P2/ aT] 0.5 ,SCFM của khí khi P2/P1>0.5

Q = 11,3CvP1/( aT) 0.5 SCFM của khí khi P2/P1<0.5

Trong đó: Pi là áp suất tính theo psig,

w là khối lượng riêng của nước

a là khối lượng riêng của khí

T là nhiệt độ

Các giá trị của Cd của các van thương mại từ 12 đối với các cầu van 2 điểm tự

và tới 32 để mở các van bướm Chúng có sự khác nhau giữa các nhà sản xuất

Các đặc tính là sự tương quan giữa độ mở của van và vận tốc dòng Hình dạng của các cửa và khe mở có thể được thiết kế để tạo ra sự tương quan toán học mong muốn giữa áp suất trên các và, khoảng dịch chuyển của thân supap, và vận tốc dòng qua các cửa

Sự biểu diễn luyến tính được mô tả theo Q=kx và tỉ lệ phần trăm bằng nhau bởi Q= k.exp(k,x)- với x là độ mở của van

Độ mở nhanh là một đặc điểm của van tựa nghiêng hoặc van đĩa phẳng, đoạn giới hạn trên 25% giá trị max của độ dịch chuyển thân supap là xấp xỉ đường thẳng Qua sự thay đổi lượng vật chất gấp 3 lần, sự hình thành đoạn thẳng và tỉ lệ phần trăm nhau giữa cấc van là hầu hết đạt được Khi độ giảm áp qua các van giảm dược hơn 25% so với độ giảm áp của cả hệ thống thì loại van có tỉ lệ phần trăm bằng nhau được ưu tiên hơn

Phần lớn các van hiện nay có tỉ lệ phần trăm bằng nhau

Miền ỏn định là khái niệm chỉ tỉ lệ dòng lớn nhất tới nhỏ nhất tại đó van có thể điều chỉnh tốt Nó rất khó để định lượng Một van thông thường có thể được thiết

kế để có thể sử dụng trong giới hạn vận tốc chảy lớn

Khả năng phục hồi được xác định bằng độ phục hồi áp suất đầu ra tại của van

từ áp suất tháp tại vena contracta Tại vena contracta xuất hiện dâng nước và khả năng phục hồi áp suất cao thì các bong bóng sẽ bị phá vỡ tạo lỗ hổng và tiếng động lớn Van tạo lớp tốt hơn thì khả năng phục hồi áp suất sẽ tốt hơn và sự tạo lớp là điều không mong muốn

Các van phải có khả năng điều chỉnh tốt độ giảm áp Trong đường ống vận chuyển chất lỏng dài, tại một thời điểm bất kì nếu 1 van điều chỉnh được mở hết cỡ thì sẽ làm giảm1% độ giảm áp của hệ thống

2.3.2 Các loại van

Hình 2.3: Một số loại van điều khiển bằng tay và tự động

(a) van cửa,phần lớn là dùng loại này

(b) van cầu,khi cần dùng van kín

(c) van kiểm tra để bảo đảm dòng chảy chỉ theo một hướng

(d van giảm áp ,trong đó cửa sẽ mở khi áp suất tăng

(e van điều khiển 1 cổng

(f)van điều khiển đảo chiều,2 cổng

Hình 2.3h: Mối tương quan giữa hệ số mở và hệ số

dòng của 3 phương thức mở van

Hình 2.4: Van điều khiển 2 cửa,trong đó mở

để duy trì áp suất khí quyển trên màng

(A) thân van; (B) tựa dịch chuyển ;(C) đĩa ;(D) dẫn hướng cho thân xupap; (E) ống nối có dẫn hướng ;(F) nắp đậy van; (G) vòng đỡ; (H) cánh tay đòn chịu lực; (J) màng ; (K) bộ nối giữa màng và thân van; (L) thanh giữ khóa (M) khóa (N) điểm tựa khóa (O) áp suất kết nối ;

2.3.2.1 Van cửa

Một loại van phổ biến nhất trong công nghiệp, nó đóng dòng chảy khi nó chắn ngang toàn bộ dòng chảy Khi van mở hoàn toàn thì cửa chúng không nằm trong dòng chảy vật chất Lúc này sự cản dòng của van là rất nhỏ tức là sự sụt áp hay mất năng lượng qua van là nhỏ nhất

Hình 2.5: Hình ảnh van cửa

Cửa van được gắn với cần van, phía trên có nắp bịt kín không cho vật chất rò rỉ

ra ngoài Nắp làm kín được nhồi vật liệu bít kín Đầu phía trên cần van được nói với tay quay

Hình 2.6: Cấu tạo van cửa

2.3.2.2 Van điều tiết

Dòng chảy đi qua van điều tiết bị chuyển hướng

Hình 2.7: Cấu tạo van điều tiết

Sự đổi hướng dòng chảy tạo nên sự cuộn xoáy và áp suất trong van cũng giảm nhiều nên năng lượng cung cấp cần nhiều hơn cho dòng chảy qua van Phần đáy cửa van song song với hướng dòng chảy, mọi tiếp xúc giữa cửa van và vòng làm kín sẽ kết thúc khi bắt đầu có dòng chảy

2.3.2.3 Van nút

Cửa van của loại này có dạng nút Cửa van được cấu tạo bằng kim loại có khe

hở xuyên suốt cửa van cho dòng đi qua Vị trí van được điều chỉnh bằng tay quay

Hình 2.8: Hình ảnh và cấu tạo van nút

kín mà không cần chất bôi trơn Van bi thường được chế tạo để dẫn dòng chảy nhiều hướng, và ít được dùng để điều tiết dòng chảy

chu vi làm kín Tỉ lệ dòng chảy dược điều chỉnh bằng góc của van và tối đa khi cửa van song song với đường ống Đây là loại van đóng mở nhanh, tạo sự xoáy và sụt

áp tương đối nhỏ Van bướm có thể được vận hành bằng tay quay hoặc tay vặn và

cần tới thang chỉ vị trí van

Ngoài ra còn một số loại van nữa như van màng, van một chiều, van an toàn

CHƯƠNG 3: MÁY BƠM

Máy bơm nước là một loại máy thủy lực, nhận năng lượng từ bên ngoài (cơ năng, điện năng, thủy năng…) và truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống

Người ta chia máy bơm nước ra nhiều loại dựa vào những đặc điểm như: nguyên lý tác động của cánh bơm vào dòng nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, mục đích bơm, loại chất lỏng cần bơm… Trong đó thường dùng đặc điểm thứ nhất để phân loại máy bơm; theo đặc điểm này máy bơm được

chia làm hai loại: bơm động học và bơm thể tích

3.1 Bơm động học

Trong buồng công tác của máy bơm động học, chất lỏng nhận năng lượng liên tục từ cánh bơm truyền cho nó suốt từ cửa vào đến cửa ra của bơm Loại máy bơm này gồm có những bơm sau:

3.1.1 Bơm cánh quạt

Bơm cánh quạt (gồm máy bơm nước ly tâm, hướng trục, cánh chéo): Trong loại máy bơm này, các cánh quạt gắn trên xe công tác (BXCT) sẽ truyền trực tiếp năng lượng lên chất lỏng để đẩy chất lỏng dịch chuyển Loại bơm này thường có lưu lượng lớn, cột áp thấp ( trong bơm nước gọi cụ thể là cột nước ) và hiệu suất tương đối cao, do vậy thường được dung trong công nghiệp và các ngành cấp nước khác

3.1.1.1 Máy bơm nước ly tâm

Bơm ly tâm là loại máy móc xuất hiện khá sớm, thông dụng cả trong công nghiệp và trong đời sống hàng ngày

 Nó được sử dụng rộng rãi nhờ có những ưu điểm tuyệt vời sau:

- Bơm ly tâm có cấu tạo khá đơn giản Do đó hầu hết thợ cơ khí đều có thể tự gia công và chế tạo một máy bơm ly tâm đơn giản bằng những phương tiện sẵn có Việc tháo lắp và sửa chữa bơm rất đơn giản, dễ làm

- Giá thành tương đối rẻ, diện tích không lớn nên dễ sử dụng và dễ di chuyển

- Có thể khởi động máy bơm nhanh, dễ dàng điều chỉnh

- Khi bơm có thể truyền nước đều đặn, liên tục Ngoài nước ra còn có thể bơm truyền được các loại chất lỏng khác, thậm chí là hỗn hợp chất rắn và chất lỏng

- Dễ thích ứng và nâng cao hiệu suất của liên hợp bơm

 Ngoài những ưu điểm trên thì bơm ly tâm cũng có các nhược điểm như:

- Không có khả năng tự hút (trước khi khởi động bơm cần đổ đầy chất lỏng vào bánh cánh và đường ống hút) nên làm tăng giá thành và thiết bị của bơm thêm phức tạp

- Hiệu suất thấp khi vòng quay nhỏ

- Hiệu suất của bơm giảm nhiều khi độ nhớt của chất lỏng cần bơm tăng lên

- Có sự phụ thuộc giữa hiệu suất của bơm đến chế độ làm việc của nó

 Cấu tạo của bơm ly tâm (hình 3.1)

Hình 3.1: Các bộ phận của bơm ly tâm

 Xét sơ đồ kết cấu của một bơm ly tâm đơn giản ở hình trên, ta thấy bơm ly tâm gồm các bộ phận chủ yếu sau:

- Bánh công tác: kết cấu có 3 dạng chính là cánh mở hoàn toàn, mở một phần

và cánh kín Bánh công tác được lắp trên trục của bơm cùng với các chi tiết khác cố định với trục tạo nên phần quay của bơm gọi là Roto Bánh công tác được đúc bằng gang hoặc thép theo phương pháp đúc chính xác Các bề mặ cánh dẫn và đĩa bánh công tác yêu cầu có độ nhẵn tương đối cao để giảm tổn thất Bánh công tác và Roto của bơm đều phải được cân bằng tĩnh và cân bằng động để khi làm việc bánh công tác không cọ xát vào thân bơm

- Trục bơm: thường được chế tạo bằng thép hợp kim và được lắp với bánh công tác thông qua mối ghép then Trục bơm được chế tạo bằng thép hợp kim hoặc thép chậm gỉ

- Bộ phận dẫn hướng: bao gồm bộ phận dẫn hướng vào và bộ phận dẫn hướng

 Nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm:

- Một vật khi quay quanh trục phải chịu một lực có hướng kéo vật ra xa trục

quay và có phương lực đi qua tâm quay Đó là lực ly tâm

- Hạt nước khi nằm trên một đĩa tròn phẳng đang quay sẽ chịu tác dụng của

lực ly tâm và dịch chuyển dần từ tâm quay ra phía ngoài

- Bơm ly tâm là loại bơm theo nguyên lý lực ly tâm Nước được dẫn vào tâm

quay của cánh bơm Nhờ lực ly tâm, nước bị đẩy văng ra mép cánh bơm

Năng lượng bên ngoài thông qua cánh bơm đã được truyền cho dòng nước, một phần tạo nên áp năng, một phần tạo thành động năng khiến nước chuyển động

- Trước khi bơm làm việc, cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánh công

tác) và ống hút được điền đầy chất lỏng, thường gọi là mồi bơm

- Khi bơm làm việc, bánh công tác quay, các phần tử chất lỏng ở trong bánh công tác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị văng từ trong ra ngoài, chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của bơm Đồng thời ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng có chân không và dưới tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của bơm, chất lỏng ở bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, đó là quá trình hút của bơm Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm

Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm

Bộ phận dẫn hướng ra (thường có dạng xoắn ốc nên còn gọi là buống xoắn ốc) để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy được điều hòa, ổn định và còn có tác dụng biến một phần động năng của dòng chảy thành áp năng cần thiết

 Đặc điểm của bơm ly tâm

- Bơm được nhiều loại chất lỏng như nước, dầu, hóa chất, kể cả hỗn hợp các chất lỏng và rắn

- Phạm vi sử dụng lớn và năng suất cao:

 Cột nước bơm H = 10÷hàng ngàn mét

 Lưu lượng bơm Q = 2÷ 100.000 𝑚3/h

 Công suất động cơ N = 1÷ 6000 kW

- Kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn, làm việc tin cậy

- Hiệu suất 𝜂 của bơm tương đối cao so với các loại bơm khác 𝜂 = 0,65÷ 0,9

- Giá thành không cao lắm

 Một số lưu ý khi sử dụng bơm ly tâm

- Khi mua bơm, phải chọn bơm theo đúng những yêu cầu về thông số kỹ thuật

- Trang bị các thiết bị đo áp suất, đo chân không, van một chiều… để làm việc hiệu quả hơn

- Trước khi khởi động máy, nên kiểm tra lại động cơ, các mối ghép, dầu bôi trơn… rồi mới bắt đầu đổ chất lỏng để mồi bơm

- Sau khi khởi động, nên đợi đến khi động cơ được ổn định mới mở khóa ở ống đẩy

- Trong lúc máy đang hoạt động, nên thường xuyên quan sát đồng hồ đo và nghe âm thanh của động cơ để kịp thời phát hiện những dấu hiệu bất thường

và giải quyết

- Nếu thấy chất lỏng không lên, lên không đều, lên quá ít… cần lập tức kiểm tra lại

- Trước khi tắt máy, nên đóng khóa của ống đẩy

 Ứng dụng của bơm ly tâm: bơm ly tâm dùng để bơm và vận chuyển các chất lỏng có độ nhớt thấp như nước ngọt, nước biển Dùng trong các hệ thống đòi hỏi lưu lượng lớn và đều nhưng không đòi hỏi cột áp cao như các hệ thống nước ngọt, nước biển làm mát máy, hệ thống ballast, cứu hỏa…

3.1.1.2 Bơm hướng trục, bơm hỗn hợp

Hình 3.3: Bơm hướng trục

Hình 3.4: Bơm hỗn hợp

Kiểu trục ngang thường dùng với trạm bơm nhỏ Máy bơm hướng trục dùng

để bơm nước có thành phần hạt lơ lửng kích thước đến 0,1mm hàm lượng lớn hơn 0,3% làm việc không lớn hơn 35C

Có thể đặt làm loại bơm này có khả năng làm việc trong môi trường nhiệt độ cao hơn và chịu được hàm lượng bùn cát lớn hơn quy định trên Bơm hướng trục là bơm có khả năng lưu lượng lớn, cột nước thấp, hiệu suất cao

 Bơm cánh chéo

Hình 3.6: Cấu tạo bơm hướng chéo trục đứng

Về các thông số cột nước, lưu lượng và hiệu suất thì máy bơm hướng chéo chiếm vị trí trung gian giữa hai loại bơm li tâm và hướng trục

Chất lỏng từ nguồn chuyển động theo hướng trục dọc ống hút 1 vào BXCT 2 Trong BXCT 2 dòng nước quay 1 góc nhỏ hơn 900 so với trục quay 7 rồi tịnh tiến vào trong buồng xoắn 3, sau đó qua đoạn côn khuếch tán vào ống đẩy 4

3.1.2 Một số loại bơm khác

Bơm xoắn: chất lỏng qua các rãnh BXCT của máy bơm sẽ nhận được năng

lượng để tạo dòng chảy xoắn và được đẩy khỏi cửa ra BXCT Người ta dung máy bơm này chủ yếu trong công tác hút nước hố thấm, tiêu nước, cứu hỏa,…

Bơm tia: dùng một dòng tia chất lỏng hoặc dòng khí bên ngoài có động năng

lớn phun vào buồng công tác của bơm nhờ vậy hút và đẩy chất lỏng Loại bơm này

bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dung để hút nước giếng và dung trong thi công

Bơm rung: cơ cấu công tác của bơm này là pít tong-van giao động qua lại

với tần số cao gây nên tác động rung cơ học lên dòng chất lỏng để hút đẩy chất lỏng Loại bơm này có lưu lượng nhỏ, thường được dung bơm nước giếng và giếng

mỏ

Bơm khí ép: loại bơm này nhờ tạo hỗn hợp khí và nước có trọng lượng riêng

nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước để dâng nước cần bơm lên cao Loại bơm này thường dung để hút nước bẩn hoặc nước giếng

Bơm nước va (bơm Taran): lợi dụng hiện tượng nước va thủy lực để đưa

nước lên cao Loại bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dung cấp nước cho vùng nông thôn miền núi

3.2 Bơm thể tích

Bơm thể tích: là loại bơm có thể biến đổi trực tiếp cơ năng thành thế năng, thông qua quá trình nén, giảm chất lỏng bằng cách thay đổi theo chu kì dung tích trong một thể tích kín Có thể chia bơm thể tích thành các loại bơm:

3.2.1 Bơm piston

Có 2 loại bơm piston bơm tác dụng đơn (bơm tác dụng một chiều) và bơm tác dụng kép (bơm tác dụng 2 chiều)

Bơm piston được truyền động bởi động cơ, chuyển động quay của trục động

cơ được biến đổi thành chuyển động tịnh tiến piston 1 trong xilanh 2

Nếu tay quay từ vị trí điểm 𝐶2 quay theo chiều mũi tên đến điểm 𝐶1 thì piston di chuyển về phía trái, thể tích buồng làm việc 5 tăng dần, áp suất p trong đó giảm đi và bé hơn áp suất ở mặt thoáng bể chứa 𝑝𝑎 ( p<𝑝𝑎) Do đó chất lỏng từ bể hút qua van hút 6 vào buồng làm việc 5, trong khi đó van đẩy 4 đóng Đó là quá trình hút của bơm

Hình 3.7: Nguyên lý làm việc của bơm piston tác dụng đơn

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 6 bị đóng, van đẩy 4 mở để chất lỏng chảy vào ống đẩy thực hiện quá trình đẩy của bơm Quá trình hút và đẩy của bơm piston diễn ra gián đoạn và xen kẽ lẫn nhau, tạo nên quá trình làm việc lien tục của bơm Một quá trình hút và đẩy kế tiếp nhau gọi là chu trình làm việc của bơm

3.2.2 Bơm piston-roto

Gồm bơm piston quay hướng trục và piston quay hướng kính

Hình 3.8: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm piston quay hướng trục

Nguyên lý hoạt động: trong bơm piston – roto hướng trục, các lỗ xi lanh

phân bố đều trên roto 1 nhưng không hướng kính mà song song với nhau theo hướng trục roto Piston 2 trong xi lanh luôn luôn được đầy và tựa một đầu vào đĩa

cố định nằm nghiêng 3 bằng các lò xo đặt trong xi lanh Khi roto quay, các piston quay theo, vì một đầu piston luôn tựa vào mặt đĩa nghiêng nên các piston cũng đồng thời chuyển động tịnh tiến tương đối với xi lanh Các lỗ xi lanh ở mặt cuối roto được lắp sát với nắp cố định 4 Trong nắp này có 2 rãnh hình vòng cung 5 được ngăn cách nhau bởi hai gờ 6, hai rãnh này được thong với hai lỗ để dẫn chất lỏng ra vào a, b Khi roto quay theo chiều mũi tên thì rãnh 5 bên trái là cửa hút A, rãnh bên phải là cửa đẩy B

Ưu điểm: tạo được áp suất nén cao và không phụ thuộc vào lưu lượng và tần

số quay của tay biên

Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, lưu lượng cấp không đều và chạy chậm, làm

tăng kích cỡ khi có lưu lượng lớn

3.2.3 Bơm bánh răng

Là loại roto quay, trong đó môi chất được chuyển dịch trong mặt phẳng thẳng góc với tâm quay của thiết bị Bơm bánh răng được dùng trong các máy thủy lực (máy ép, máy nâng, cần cẩu, máy đào đất,… ), trong hệ thống điều khiển tự động, trong bôi trơn các bộ phận chuyển động của máy Do không có van hút và đẩy nên bơm bánh răng có thể quay với tốc độ lớn (n = 700 – 5000 vòng/phút) và được truyền động trực tiếp bằng động cơ

Khi làm việc bơm bánh răng luôn tiếp xúc với dầu nhờn, dầu thủy lực, vì vậy tuổi thọ khá cao Các bề mặt làm việc của bơm phải được chế tạo với độ chính xác và độ lỏng cao thì mới tạo được áp lực và đỡ mất mát lưu lượng

Hình 3.9: Bơm bánh răng ăn khớp trong

3.2.4 Bơm cánh gạt

Bơm thủy lực cánh gạt là bơm thủy lực roto có kết cấu đơn giản làm việc ít

ồn, có khả năng điều chỉnh được lưu lượng Loại máy này yêu cầu việc lọc chất lỏng khắt khe khi làm việc

Phạm vi làm việc của bơm cánh gạt tác dụng đơn tương đối hẹp nhưng đối với bơm tác dụng kép phạm vi làm việc được mở rộng nhiều Máy thủy lực cánh gạt được sử dụng nhiều trong hệ thống máy công cụ khoan, doa, phay, tiện, mài

Hình 3.10: Bơm cánh gạt