Tài liệu môn Bơm quạt máy nén

- Trong quá trình hoạt động, sự thay đổi trạng thái của lưu thể luôn tuân theo định luật: - Nguyên lý ly tâm được ứng dụng để thiết kế và chế tạo cho cả bơm, quạt và máy nén.. - Khi pit

HOATRAN

BƠM QUẠT MÁY NÉN

Mục lục

PHẦN I: CÁC NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2

1 Nguyên lý thể tích: 2

2 Nguyên lý ly tâm: 2

3 Nguyên lý cánh nâng: 3

4 Nguyên lý phun tia: 3

PHẦN II: CÁC LOẠI BƠM 4

1 Bơm pittong tác dụng đơn 4

2 Bơm pittong tác dụng kép: 6

3 Bơm bánh răng: 7

4 Bơm trục vít: 7

5 Bơm cánh trượt 8

6 Bơm hướng trục: 9

7 Bơm ly tâm: 9

7.1 Phân loại bơm ly tâm: 10

7.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: 11

7.3 Hiện tượng xâm thực và cách khắc phục: 12

7.4 Định luật tỷ lệ: 12

7.5 Đặc tuyến của bơm ly tâm: 12

7.6 Ghép bơm song song và nối tiếp: 15

PHẦN III: CÁC LOẠI QUẠT 17

Quạt ly tâm: 17

I.1 Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: 17

I.2 Phân loại quạt ly tâm: 18

I.3 Sự làm việc của quạt ly tâm trong hệ thống: 18

Quạt hướng trục 19

II.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của quạt hướng trục 20

II.2 Đặc tuyến của quạt hướng trục: 20

Các sự cố thường gặp và cách khắc phục: 21

HOATRAN

BƠM QUẠT MÁY NÉN

PHẦN I: CÁC NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

1 Nguyên lý thể tích:

- Nguyên lý thể tích được ứng dụng để thiết kế và chế tạo bơm và máy nén Đối với bơm thì lưu thể

là các chất lỏng còn đối với máy nén thì lưu thể là các chất khí hoặc hơi

- Nguyên lý chính của máy là dung tích của buồng công tác thay đổi từ nhỏ đến lớn và ngược lại

 Khi dung tích của buồng công tác của máy thay đổi từ giá trị bằng 0 đến giá trị lớn nhất Đó là

quá trình hút lưu thể

 Ngược lại, khi dung tích của buồng công tác của máy thay đổi từ giá trị lớn nhất đến giá trị bé

nhất (giảm dần về 0) là quá trình nén và đẩy lưu thể

- Trong quá trình hoạt động, sự thay đổi trạng thái của lưu thể luôn tuân theo định luật:

- Nguyên lý ly tâm được ứng dụng để thiết kế và chế tạo cho cả bơm, quạt và máy nén

- Kênh chứa đầy lưu thể có khối lượng riêng ρ , quay xung quanh tâm O với vận tốc góc ω

Ta xét thành phần của lưu thể có khối lượng dm trong kênh giới hạn bởi mặt cong r và (r + dr)

Dm = ρ.a.b.r.dr = ρ.f.dr

Trong đó: f = a.b.r : Diện tích mặt cong bán kính r

- Lực ly tâm dR tác dụng lên phân tố dm:

dR = -α.dm = r.ω2.dm

HOATRAN

- Mặt khác, do chênh lệch áp suất giữa 2 mặt cong của thành phần chất lỏng nên có một lực hướng tâm dF tác dụng lên phân tố dm: dF = f(p+dp) – f.p = f.dp

- Điều kiện cân bằng của phân tố dm: dR + dF = 0

- Thay các giá trị ở trên vào và biến đổi ta có: dp = ρ.ω2.r.dr

- Lấy tích phân biểu thức trên từ 1-cửa vào của kênh dẫn đến 2-cửa ra của kênh, ta sẽ thu được hiệu

áp suất P2 – P1 của kênh:

 Hiệu áp suất P2 – P1: năng lượng mà lưu thể thu đc phụ thuộc vào ρ

 Muốn hiệu áp suất lớn thì cửa vào càng gần tâm O và cửa ra càng xa tâm O

 Hiệu áp suất tỷ lệ với bình phương số vòng quay n và bán kính r2

4 Nguyên lý phun tia:

- Nguyên lý phun tia dựa trên cơ sở của định luật bảo toàn năng lượng của dòng lưu thể thể hiện qua phương trình Becnuli: P + ρ.𝐶2

HOATRAN PHẦN II: CÁC LOẠI BƠM

1 Bơm pittong tác dụng đơn

a Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

- Bơm pittong tác dụng đơn gồm các bộ phận chính sau: Xi lanh hình trụ, trong đó có pittong chuyển động tịnh tiến qua lại nhờ cơ cấu truyền động tay quay thanh truyền Phía đầu xi lanh có 2 xupap hút và đẩy

- Khi pittong chuyển động từ trái qua phải, áp suất trong xilanh sẽ giảm xuống nhỏ hơn áp suất khí quyển Dưới tác dụng của áp suất khí quyển, xupap hút sẽ mở ra để nước tràn vào xi lanh và đồng thời xupap đẩy bị đóng lại

- Khi pittong chuyển động ngược lại từ phải qua trái, áp suất trong xi lanh sẽ tăng lên, khi đó xupap hút sẽ đóng lại, xupap đẩy sẽ mở ra và nước được đẩy ra ngoài

- Như vây, trong một chu kì chuyển động của pittong quá trình hút và đẩy chất lỏng được thực hiện một lần

- Khi trục quay từ B -> A, pittong di chuyển từ trái sang phải, chất lỏng được hút vào chứa trong xilanh Thể tích chất lỏng hút vào đúng bằng thể tích xilanh (π.D2/4).S

- Khi trục quay nửa vòng còn lại từ A -> B thì pittong di chuyển từ trái sang phải và đẩy lượng chất lỏng trong xilanh ra ngoài

- Như vậy, khi trục quay 1 vòng thì lượng chất lỏng do bơm cung cấp là (π.D2/4).S Khi bơm quay n vòng/phút thì lượng chất lỏng do bơm cung cấp là n.(π.D2/4).S, m3/phút

- Sự biến đổi lượng chất lỏng do bơm pittong tác dụng đơn cung cấp được mô tả dưới hình

- Khi trục quay được nửa vòng đầu tiên (từ 0 -> 1800) lượng chất lỏng ra bằng 0 Nửa vòng tiếp theo (180 -> 3600) lượng chất lỏng do bơm cung cấp có dạng parabol

b Ưu, nhược điểm:

- Tạo ra áp suất cao, thể tích bơm được chính xác trong một đơn vị thời gian

- Cấu tạo đơn giản

- Lưu lượng không đều, nhiều van, đóng mở

HOATRAN

2 Bơm pittong tác dụng kép:

a Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

- Bơm pittong tác dụng kép có 2 xupap hút và 2 xupap đẩy

- Khi pittong chuyển động về phía phải, thể tích khoảng trống trong xilanh bên trái tăng, áp suất trong giảm nên chất lỏng được hút vào buồng xilanh bên trái qua xupap 1 Đồng thời khi đó thể tích khoảng trống trong xilanh bên phải giảm, áp suất tăng, đẩy chất lỏng chứa trong xilanh bên phải qua xupap 4 vào ống đẩy

- Khi pittong chuyển động về phía trái, chất lỏng được hút vào buồng xilanh bên phải qua xupap 2

và đồng thời đẩy chất lỏng chứa trong xilanh bên trái qua xupap 3 vào ống đẩy

- Khi trục quay nửa vòng, pittong chuyển động từ trái sang phải, bơm hút vào một lượng:

F.S = (πD2/4).S

Và đẩy ra một lượng:FS –f.S = (πD2/4 – πd2/4).S (f.S: thể tích cán pittong đường kính d chiếm chỗ)

- Như vậy, khi trục quay 1 vòng, lượng chất lỏng do bơm cung cấp: FS + (FS – f.S) = (2F – f).S

- Khi trục quay n (v/p) chất lỏng do bơm cung cấp: n.(2F – f).S

- Vậy năng suất của bơm tác dụng kép: Q = η.n.(2F – f).S ,m3/phút

Trong đó:

+ f = πd2/4 : diện tích tiết diện cán pittong, m2

+ F = πD2/4 : diện tích tiết diện ngang của long xilanh, m2

+ D: đường kính trong của xilanh, m

+ d: đường kính của cán xilanh, m

+ S: quãng đường chạy của pittong, m

+ n: số vòng quay của trục chính, v/f

b Ưu, nhược điểm:

- Ưu điểm của loại bơm này là năng suất cao hơn, dòng chảy của chất lỏng ít bị biến đổi hơn loại bơm tác dụng đơn

- Nhược điểm là bơm có chiều dài lớn, lực ép của pittong lên 2 phía khác nhau, hộp chèn kín cho cán bơm phức tạp, bơm có nhiều van

c Nhận xét:

- Để thấy rõ hơn sự khác nhau lượng chất lỏng được cung cấp bởi bơm pittong tác dụng đơn và bơm pittong tác dụng kép, ta xem đồ thị sau

- Bơm bánh răng thường có năng suất nhỏ, thường từ 0,3 – 2 l/s, nhưng có thể tạo được áp suất rất lớn đến 700 at, thậm chí đến 1000 at

- Năng suất của bơm được xác định như sau: Q = (π.b.n/4.60).(𝐷12− 𝐷22).η

Trong đó:

+ b: chiều rộng bánh răng, m

+ n: số vòng quay của bánh răng, v/ph

+ D1, D2 : đường kính đỉnh và chân răng, m

HOATRAN

- Bơm trục vít được cấu tạo từ 2-3 trục vít ăn khớp với nhau, một trong số các trục vít là trục dẫn, các trục còn lại là trục bị dẫn Các trục vít này được đặt trong khoang của thân bơm sao cho đỉnh của cánh trục vít với thân là bé nhất

- Khi bơm làm việc thì chất lỏng được hút từ đầu này và đẩy về phía đầu kia của cặp trục vít Phần không gian rãnh của mỗi trục luôn chứa đầy chất lỏng và luông chuyển động từ phía hút sang phía đẩy

- Nếu là hai trục vít thì việc truyền động từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ cặp bánh răng ăn khớp Để

ăn khớp được thì các trục vít có chiều ngược nhau Khi bơm gồm 3 trục vít thì trục ở giữa là trục dẫn và đường kính ngoài của hai trục bên cạnh bằng đường kính trong của trục giữa

- Bơm trục vít có ưu điểm chính là bơm được các dung dịch đặc, như bùn, mật gỉ đường, hoa quả nghiền, bột nhão,… và nó được ứng dụng rộng rãi trong hóa chất thực phẩm,

- Lưu lượng của bơm được tính từ công thức: Q = 3

- Năng suất của bơm được xác định theo công thức: Q = (b.n.e ( 2пR – Sz)/30).η , m3/s

Trong đó:

b- chiều rộng roto, m

e- khoảng cách lệch tâm, m

n- số vòng quay của roto, vòng/phút

S- chiều dày cánh trượt, m

z- số cánh trượt

HOATRAN

R- bán kính vỏ máy (R= e+r)

r- bán kính roto, m

η- hiệu suất thể tích

- Bơm roto cánh trượt thường tạo ra áp suất 70at và lưu lượng tới 3,5l/s

- Bơm cánh trượt tạo lưu lượng cao hơn bơm Bánh răng do thể tích buồn công tác lớn hơn

6 Bơm hướng trục:

- Bơm hướng trục còn được gọi là bơm chong chóng, có cấu tạo như hình vẽ

- Loại bơm này được sử dụng rộng rãi trong thủy lời, vì có năng suất tương đối cao và áp suất nhỏ

- Trong thân bơm, chất lỏng chuyển động dọc theo trục nhờ chong chóng quay Khi ra khỏi chong chóng, chất lỏng được bộ phận chuyển hướng từ chuyển động quay sang chuyển động thẳng theo trục

- Ưu điểm là trở lực nhỏ, cấu tạo đơn giản, gọn Nên trong công nghiệp được dùng để bơm tuần hoàn dung dịch trong hệ thống cô đặc

- Loại bơm này có năng suất từ 0,1 – 25 m3/s áp suất từ 4 – 6m Hiệu suất đạt 90%

7 Bơm ly tâm:

- Bơm ly tâm được thiết kế và chế tạo dựa trên nguyên lý ly tâm

- Bơm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống hàng ngày vì nó có các ưu điểm:

+ Chạy êm, lưu lượng rất điều hòa,

+ Có thể quay với vận tốc rất lớn

+ Hiệu suất cao, đặc biệt với bơm có công suất lớn

+ Có thể sử dụng để bơm chất lỏng có nhiệt độ sôi cao

- Tuy vậy, bơm có một số nhược điểm:

+ Khi mới khởi động không có khả năng hút chất lỏng

+ Phải có bộ phận mồi bơm

+ Không nên tạo ra áp suất làm việc quá lớn (trên 7at)

+ Hiệu suất của các bơm nhỏ không lớn lắm

+ Năng suất của bơm Q phụ thuộc vào chiều cao H

Người ta có thể phân loại bơm theo nhiều cách:

a Theo áp suất: Bơm áp suất thấp, trung bình và cao Đối với bơm áp suất thấp và vừa thường làm một guồng Vì vậy, hay xảy ra hiện tượng xê dịch guồng cùng với trục và hiện tượng tuần hoàn chất lỏng

Để khắc phục hiện tượng này, người ta làm guồng kép có cánh ở 2 phía, nên lực chiều trục được cân bằng Ngoài ra để khử lực chiều trục, người ta còn chế tạo bơm theo nhiều cấp có miệng guồng đặt ngược nhau

b Theo số lượng guồng: Bơm một cấp với áp suất thấp và vừa, bơm nhiều cấp với áp suất cao

c Theo cách dẫn chất lỏng từ guồng vào ống đẩy: Có bơm không có thiết bị hướng và bơm có thiết bị hướng

e Theo vị trí của trục bơm, gồm có:

Bơm ly tâm thẳng đứng, bơm ly tâm nằm ngang

f Theo hệ số cao tốc ns:

- Bơm ly tâm vận tốc chậm: ns = 40 -80 v/ph, năng suất nhỏ nhưng chiều cao áp lực lớn

- Bơm ly tâm có vận tốc vừa: = 80-150 v/ph

- Vận tốc lớn: > 150 v/ph

- Bơm ly tâm chéo: = 300-600 v/ph

- Bơm ly tâm hướng trục: = 500-1200 v/ph

g Theo môi chất sử dụng: bơm nước, nước thải, dầu, axit, huyền phù, môi chất chịu nhiệt…

HOATRAN

h Kết hợp các cách phân loại: Phổ biến nhất là phân loại theo môi chất sử dụng và áp suất; phân loại theo môi chất với số lượng guồng

- Vỏ bơm được cấu tạo theo hình xoắn ốc, có tiết diện lớn dần, có tác dụng làm giảm bớt vận tốc đồng thời tăng áp lực dòng chảy khi chất lỏng trong bánh guồng chuyển động ra ngoài, dưới tác dụng của lực ly tâm, sẽ tạo ra áp suất chân không tại tâm bánh guồng Do sự chênh lệch áp suất bên ngoài (áp suất khí quyển) và tâm bánh guồng, chất lỏng sẽ theo ống hút chuyển động vào bánh guồng, tạo thành dòng chảy chuyển động liên tục trong bơm

HOATRAN

- Trước khi hoạt động, bơm ly tâm cần được mồi đầy nước trong bánh guồng Khi bánh guồng quay, dưới tác dụng của lực ly tâm chất lỏng trong bánh guồng sẽ chuyển động theo cánh hướng dòng từ tâm bánh guồng ra mép và đi theo vỏ bơm ra ngoài

- Đầu hút có lắp van một chiều và lưới lọc để ngăn không cho rác và các vật rắn khác theo chất lỏng vào bơm gây tắc bơm và đường ống đồng thời giữ được chất lỏng trong ống hút khi bơm ngừng

- Trên ống đẩy cũng thường lắp van 1 chiều để tránh chất lỏng khỏi bất ngờ đổ dồn về bơm gây ra

va đập thủy lực có thể làm hỏng cánh guồng và động cơ điện do bơm bất ngờ ngừng hoạt động,

- Khác với bơm pittong, bơm ly tâm lúc khởi động không có khả năng hút chất lỏng vì lực ly tâm xuất hiện khi guồng quay chưa đủ để đuổi hết không khí ra khỏi bơm và ống hút để tạo độ chân không cần thiết

- Chiều cao hút của bơm ly tâm phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của chất lỏng, trở lực trong ống hút và nhiệt độ chất lỏng Do đó, muốn tăng chiều cao hút của bơm, phải giảm trở lực trong ống hút và đảm bảo độ kín của ống, tránh để không khí lọt vào

- Chất lỏng chuyển động vào miệng bơm ly tâm do áp suất ở đây thấp hơn áp suất khí quyển, điều này đã tạo điều kiện cho các khí hòa tan có trong chất lỏng bốc hơi tạo ra các bọt khí ở miệng hút của bơm Các bọt khí này cùng chất lỏng sẽ chuyển động trong cánh guồn Khi đó áp suất lại tăng lên, khí lại hòa tan ngược lại vào chất lỏng

- Do quá trình bay hơi – ngưng tụ - hòa tan khí xảy ra rất nhanh Thể tích bọt khí tăng lên và giảm đột ngột dẫn đến áp suất trong các bọt khí tăng lên rất lớn Hiện tượng đó tạo ra sự va đập thủy lực, bào mòn các kết cấu kim loại, tạo ra sự rung động và tiếng ồn Hiện tượng này gọi là hiện tượng xâm thực

- Để tránh hiện tượng xâm thực, người ta cần tăng áp suất chất lỏng ở cửa vào của bơm bằng cách giảm chiều cao hút như đặt bơm thấp hơn mực chất lỏng trong bể hút

- Khi số vòng quay thay đổi trong quá trình làm việc thì năng suất và áp suất cũng thay đổi theo Quan hệ lý thuyết giữa các đại lượng: lưu lượng Q, cột áp H, công suất N, khi số vòng quay thay đổi thể hiện theo tỉ lệ như sau:

Q1/Q2 = n1/n2

H1/H2 = (n1/n2)2

N1/N2 = (n1/n2)3

- Tuy nhiên trong thực tế, quan hệ giữa các đại lượng không đúng hoàn toàn theo tỷ lệ như trên mà

nó thay đổi khi một trong các thông số của bơm thay đổi

a Đặc tuyến lý thuyết của bơm ly tâm:

- Đường thẳng biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa chiều cao áp lực Hlt∞ và lưu lượng Q theo công thức:

HOATRAN

+ ω : Vận tốc góc của guồng, s-1

+ β2 : góc nghiêng của cánh guồng khi ra

+ D2: đường kính ngoài của cánh guồng, m

+ B2 chiều dày của cánh guồng, m

b Đặc tuyến thiết kế của bơm ly tâm:

- Để xây dựng đặc tuyến thiết kế của bơm ly tâm, trước hết phải tính đến số cánh guồng có hạn (chiều cai áp lực chỉ còn lại Hlt), các tổn thất thủy lực ở guồng động và ở thiết bị hướng (đường cong hms) và cuối cùng là tổn thất do va đập thủy lực (đường cong hy)

- Để vẽ đặc tuyến ta quy ước chỉ dùng bơm có góc β2 < 900

 Chiều cao lý thuyết khi số cánh guồng có hạn được xác định theo công thức:

Qy : lưu lượng làm việc ứng với hiệu suất cực đại ,m3/s

 Tổn thất do va đập thủy lực (vì tạo thành các xoáy và hiện tượng đứt quãng dòng chất lỏng) xác định theo công thức:

+ D3 : đường kính nhỏ của guồng hướng, D3 = D2 + (2 ->6) ,mm

 Sau khi xây dựng các đường cong tổn thất, cộng các đường cong lại ta sẽ được đường đặc tuyến thiết kế của bơm

c Đặc tuyến thực của bơm ly tâm:

- Đặc tuyến thực của bơm ly tâm được xây dựng theo kết quả của quá trình thử bơm Mục đích thử bơm là xác định 3 thông số: lưu lượng Q, chiều cao áp lực H và công suất N ứng với số vòng quay

n không đổi

- Lưu lượng thường được đo trực tiếp hoặc gián tiếp Chiều cao áp lực được đo bằng áp kế, công suất được đo bằng các dụng cụ điện Từ đó ta xác định được hiệu suất của bơm

 Điểm 1: Q = 0 và Nmin

 Điểm 2: Hmax : điểm tới hạn

 Điểm 3: Đặc trưng bằng hiệu suất ƞmax và các trị số Qlv và Hlv gọi là trị số làm việc

 Điểm 4: Qmax và H = 0 (tại đây, N tăng lên quá cao và có thể dẫn đến cháy động cơ)

- Khi biết được đặc tuyến của bơm, ta có thể chọn được chế độ làm việc thích hợp trong điều kiên nhất định Ví dụ, trên hình vẽ ta thấy tại số vòng quay n = 970 v/ph, để bơm làm việc với hiệu suất

ƞ >0,75 thì lưu lượng có thể thay đổi trong khoảng Q = 600-1200 l/s và áp suất tương ứng H =