CHƯƠNG BƠM NƯỚC VA - BƠM XOÁY BƠM CHÂN KHÔNG 5.1 BƠM NƯỚC VA Bơm nước va thiết bị dâng nước khơng có động dẫn động, làm việc nguyên tắc sử dụng sức va thủy lực ðiều kiện ñể thiết bị làm việc ñược phải có nguồn nước cao chỗ đặt bơm nước va ñộ cao ñấy cho phép tháo từ nguồn lưu lượng lớn lưu lượng bơm nước va vài ba lần Hình 78 Sơ đồ bố trí bơm nước va Hình 78 giới thiệu sơ ñồ cấu tạo bơm nước va gồm ống dẫn nước 1, van nước va 2, van ñẩy 3, chụp khơng khí 4, ống đẩy Khi bơm khơng làm việc van trạng thái đóng ðể ñưa bơm vào làm việc, trước hết phải khởi ñộng cách mở van Khi van mở, tác dụng cột áp H1, nước từ nguồn theo ống chảy xuống qua van Vận tốc dòng nước chảy xuống tăng dần làm cho áp lực tác dụng lên mặt van tăng lên Khi dòng chảy đạt giá trị vận tốc giới hạn áp lực tác dụng lên van lớn thân tác dụng hiệu áp lực mặt mặt ngồi, van đóng lại Dòng chảy ống cấp ñột ngột bị dừng lại, tượng nước va xảy Lúc đó, đầu ống cấp, áp lực tăng lên cao, lớn áp lực chụp khơng khí Do tác dụng hiệu áp lực này, van ñẩy mở ra, nước tràn vào chụp Dưới tác dụng áp lực dư chụp, van đóng lại nước chụp đẩy lên bể chứa phần ðồng thời diễn với trình nước tràn phần vào chụp sóng nước va truyền ngược lên nguồn nên ống áp suất giảm ñi nhỏ áp suất khí ngồi van tự mở trọng lượng thân lò xo độ chênh áp lực mặt mặt van Một chu kỳ bơm kết thúc Các chu kỳ sau diễn cách ñều ñặn tự ñộng Hiệu suất bơm nước va tính tốn theo công thức: η = Q H / Q0 H1 (5.1) Giá trị η thường nằm khoảng 0,45 - 0,65 ðể bơm làm việc tốt, người ta thường lấy chiều dài ống cấp L = (5-8)H1 Bơm nước va có ưu điểm cấu tạo đơn giản, khơng tiêu tốn lượng bên ngồi Nhược điểm bơm van nước va chóng bị hư hỏng, trình quản lý phải thường xuyên bổ sung vào chụp khơng khí lượng khí bị hao hụt hòa trộn vào nước bị ñẩy lên bể chứa 5-1 ðể nâng cao hiệu suất bơm nước va, người ta ñã dùng van nước va kiểu tuốc bin đóng mở theo chu kỳ Làm hạn chế lượng nước bị hao phí chảy ngồi qua hốc van nước va 5.2 BƠM XỐY - SƠ ðỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC Hình 79 giới thiệu sơ đồ cấu tạo bơm xốy Các phận bơm gồm: bánh xe cơng tác lắp chặt trục 2, ñặt vỏ bơm Giữa vỏ bơm bánh xe công tác có kênh vòng hình xuyến đoạn cung abc Trên vỏ bơm có miệng hút miệng đẩy Giữa miệng hút miệng ñẩy ñược ngăn cách cung dc, phần vỏ bơm nằm sát với bánh xe cơng tác khe hở chúng ñủ ñể bánh xe công tác quay không cọ xát vào vỏ bơm Hình 79 Sơ đồ cấu tạo bơm xoáy Nguyên tắc làm việc bơm xoáy dựa tác dụng lực ly tâm Khi bơm làm việc, bánh xe công tác miệng hút phải ñược chứa ñầy chất lỏng Khi bánh xe công tác quay, tác dụng lực ly tâm, phân tử chất lỏng chuyển ñộng dọc cánh theo chiều hướng kính từ ngồi đồng thời quay theo bánh xe cơng tác Ra kênh vòng, chất lỏng gặp vỏ bơm lại quay vào kênh cánh bánh xe cơng tác Và chuyển động phần tử chất lỏng lặp ñi lặp lại số lần cho ñến tới miệng ñẩy Quỹ ñạo chuyển ñộng tuyệt ñối chất lỏng bơm theo đường xốy ốc ABCDEF (H-79) Cứ chuyển động vòng xốy dọc theo kênh vòng chất lỏng lại lần ñược nhận thêm lượng Như vậy, q trình chuyển động phần tử chất lỏng từ vào ñến khỏi bơm, liên tục nhận thêm lượng Do đó, cột áp bơm xốy cao bơm ly tâm nhiều Với kích thước số vòng quay bơm xốy tạo nên cột áp lớn cột áp bơm ly tâm từ 3-7 lần Bơm xốy làm việc với chất lỏng dễ bay hỗn hợp chất lỏng- chất khí khơng nên dùng để bơm chất lỏng bẩn bơm chóng bị hư hỏng Bơm xốy thường chế tạo với Q = - 10 m3/h H = 25 - 250 m nS = - 60 n = 750 - 3000 v/ph Ở nước ta, bơm xốy chế tạo với loại kê bảng 5-1 5-2 Bảng 5-1 Các thông số Ký hiệu bơm Lưu lượng Q (m3/h) Cột áp H (m) Số vòng quay n (v/ph) Hiệu suất η Công suất N (kw) 18 - 0,9 1,28 - 1* 1,68* - 1,5*4 37 1490 0,18 0,815 76 1500 0,24 3,6 145 1500 0,24 * Ký hiệu bơm: ví dụ 1,68 - 15*4 1,6 ðường kính miệng hút miệng đẩy tính mm giãm 25 lần 8- Bơm xốy; 1,5- hệ số tỉ tốc ñã giảm ñi 10 lần; 4- số cấp Bơm xốy thường chế tạo với hai loại: bánh xe cơng tác cánh kín bánh xe cơng tác cánh hở Bánh xe cơng tác cánh kín có hình dạng đĩa phẳng, vành ngồi phay thành cánh ngắn, phẳng (H-79a) Mặt chu vi bánh xe khơng sát với vỏ bơm Bánh xe thường có 18 - 28 cánh Bánh xe công tác cánh hở (H-79b) có cánh phẳng, dài gắn chặt may thường có 12 - 24 cánh Mặt chu vi bánh xe sát với vỏ chia kênh vòng thành hai phần bố trí hai mặt bên bánh xe cơng tác * Cột áp bơm xoáy Nguyên tắc làm việc bơm xoáy giống bơm ly tâm nên lần chất lỏng chuyển ñộng rảnh cánh bánh xe cơng tác từ R1 đến R2 (H-79) tuân theo phương trình Ơ - le: Hlt ∞/ = (U2C2U - U1C1U) / g Cũng bơm ly tâm, thường vận tốc C1U = nên Hlt ∞/ = U2C2U / g Do cột áp lý thuyết với số cánh nhiều vơ bơm xốy Hlt ∞ = iU2C2U / g (5.2) i : số lần tác dụng Người ta thường tính cột áp thực bơm xốy theo cơng thức: H = ϕ U2 / 2g (5.3) 5-3 Trong U = πD2n / 60 : vận tốc vòng bánh xe cơng tác ϕ = 3- 4,5 : hệ số cột áp bơm xốy, xác định thực nghiệm * Lưu lượng Lưu lượng bơm xốy Q= FV Trong F V diện tích tiết diện ngang kênh vòng vận tốc trung bình dòng chảy qua kênh vòng Vận tốc dòng chảy kênh vòng tăng dần từ vào ñến khỏi kênh Việc xác ñịnh giá trị tương đối phức tạp Bằng tính tốn người ta tìm cơng thức tính lưu lượng tối ưu bơm xốy qua vận tốc vòng U Q = 0,5FU Cũng loại bơm khác, thông số làm việc bơm xốy thể ñồ thị Q-H, Q-N, Q-η dựng phương pháp thực nghiệm gọi đường đặc tính cơng tác bơm xốy (H80) Hình 80 ðường đặc tính bơm xốy Từ đường đặc tính bơm xốy thấy đường có độ dốc lớn, cột áp cơng suất ñạt giá trị lớn lưu lượng 0, bơm xốy có hiệu suất thấp Giá trị hiệu suất lớn bơm xốy đạt khoảng 0,3 - 0,45 ứng với điểm có lưu lượng Q ≈ 0,5FU So với loại bơm khác, bơm ly tâm, bơm xốy có cột áp lớn, kích thước trọng lượng bé, có khả tự mồi, lưu lượng nhỏ, hiệu suất thấp khả chống xâm thực ðể có đặc tính làm việc tốt nâng cao khả chống xâm thực người ta chế tạo loại bơm mà trục ñặt bánh xe ly tâm bánh xe xoáy gọi bơm ly tâm-xốy * Bơm ly tâm - xốy Hình 81 giới thiệu cấu tạo bơm ly tâm - xốy, phận bơm gồm: ống hút 1, vỏ bơm 2, hộp đẩy 3, vòng chèn 4, bánh xe ly tâm 5, bánh xe xoáy 6, trục Trong thân bơm có rãnh xoắn ốc a nối vòng đẩy bánh xe ly tâm với kênh vòng bánh xe xốy Kênh vòng b thơng với hộp ñẩy hai lỗ c d 5-4 Hình 81 Bơm ly tâm - xoáy Khi bơm làm việc lần đầu tiên, phải đổ chất lỏng vào thân bơm (khơng cần đầy) Trục bơm quay, bánh xe ly tâm hút ñẩy chất lỏng vào rãnh xoắn a vào kênh vòng b Tại bánh xe xốy truyền thêm lượng đẩy hộp ñẩy Sau lên hộp ñẩy 3, phần chất lỏng lại quay lại kênh vòng theo lỗ d Lúc bánh xe ly tâm quay, hút khơng khí từ ống hút nén vào kênh vòng b, tạo nên hỗn hợp chất lỏng-khơng khí Bánh xe xốy ñẩy hỗn hợp qua lỗ c Tại ñây không tự tách bay ngồi, chất lỏng lại quay lại kênh vòng Q trình lặp lặp lại pía hút máy bơm tạo nên độ chân khơng đủ để chất lỏng bể hút tự chảy vào thân bơm Từ lúc trở ñi bánh xe ly tâm bắt ñầu ñẩy chất lỏng sang kênh vòng b, ñược bánh xe xốy truyền thêm lượng đẩy ngồi qua hộp đẩy Bơm ly tâm xốy có cột áp lưu lựng khơng bé có khả tự mồi Khi bơm làm việc cần thân bơm có lượng nhỏ chất lỏng để ngăn khơng cho khơng khí hộp đẩy quay lại Lượng chất lỏng cần ñổ vào làm việc lần ñầu lần sau có sẳn thân bơm nên khơng cần đổ vào 5.3 BƠM CHÂN KHƠNG Khái niệm chân không Trong khoa học kỹ thuật, chân khơng từ dùng để trạng thái khí mà áp suất thấp áp suất khí ðộ chân khơng chia ra: độ chân khơng thấp, trung bình, cao, cao siêu cao ðộ chân khơng thấp trạng thái khí có áp suất 1-760 mm thủy ngân ðộ chân khơng trung bình trạng thái khí có áp suất 0,01 - 1mm thủy ngân Trạng thái khí có áp suất 10-3 -10-6 mm thủy ngân độ chân khơng cao, áp suất 10-7 - 10-9 mm thủy ngân độ chân khơng cao, áp suất 10-10 mm thủy ngân trở lên ñộ chân không siêu cao ðộ chân không thường ñược ño milimét thủy ngân, mét cột nước, át mốt phe phần trăm ðộ chân khơng thấp thường đo phần trăm tính theo cơng thức ðộ chân không (%) = (760 - P0) / 760 * 100 5-5 Với P0 áp suất tuyệt đối bình rút chân không Phân loại bơm chân không Bơm chân khơng loại máy dùng để hút khí khỏi thiết bị, tạo nên áp suất nhỏ áp suất khí Tùy theo khả tạo nên độ chân khơng, bơm chân khơng chia làm hai nhóm: nhóm tạo nên độ chân khơng thấp trung bình, nhóm tạo nên độ chân khơng cao Nhóm thứ khơng nhóm bơm chân khơng thấp tạo nên áp suất chân không từ 760 - 10-3 mm thủy ngân Nhóm gồm: a) Bơm chân khơng kiểu pít tơng, loại dùng tương đối rộng rãi yêu cầu lưu lượng lớn Nó thường cho lưu lượng bơm từ 45 ñến 3500 m3/h, áp suất chân khơng đến 0,05 mm thủy ngân b) Bơm chân không kiểu rôtô với cánh trượt lưu lượng từ 200 ñến 5350 m3/h áp suất chân khơng đến 0,005 mm thủy ngân c) Bơm chân khơng kiểu vòng nước, ngun tắc làm việc giống bơm chân khơng kiểu rơtơ hút khí đẩy hỗn hợp khí nước Loại cho lưu lượng từ 0,25 ñến 465 m3/phút ñộ chân khơng từ 92 đến 99,99% Loại bơm có ưu điểm cấu tạo đơn giản, hút khí Vì dùng rộng rãi lĩnh vực kinh tế quốc dân Nhóm thứ hai nhóm bơm chân khơng cao, tạo nên độ chân khơng từ 10-3 - 10-6 mm thủy ngân Nhóm gồm bơm: a) Bơm chân không rôtô dầu, lưu lượng 0,1 - 350 l/s áp suất chân khơng đến 10-4 mm thủy ngân b) Bơm chân khơng bánh răng, loại dùng yêu cầu áp suất chân không 0,1 - 0,81mm thủy ngân c) Bơm chân không kiểu phun tia, nguyên tắc làm việc giống bơm phun tia (chương 1) ñây dùng chất khí làm chất cơng tác Bơm cho lưu lượng ñến 300 l/s áp suất chân khơng đến 0,9mm thủy ngân Thường sử dụng cơng nghiệp luyện kim, hóa chất dược d) Bơm chân khơng khuyếch tán làm việc bình có áp suất ban đầu mm thủy ngân Loại bơm lưu lượng ñạt tới 50000 l/s, áp suất chân khơng đến 10-7 mm thủy ngân Trên số loại bơm chân khơng chế tạo sử dụng giới Trong bơm bơm chân khơng kiểu vòng nước loại ñược dùng rộng rãi có cấu tạo ñơn giản Bơm chân khơng vòng nước Trong hệ thống cấp nước bơm chân khơng vòng nước ñược sử dụng rộng rãi ñể mồi cho bơm tâm trạm bơm Hình 82 giới thiệu sơ ñồ cấu tạo loại bơm 5-6 Hình 82 Bơm chân khơng vòng nước Bơm gồm vỏ có dạng trụ, Rơto với cánh phẳng, đặt lệch tâm so với vỏ Khi bơm làm việc vỏ có đổ nước Khi rơto quay, tác dụng lực ly tâm, nước bắn xung quanh bao lấy rơto Do rơto đặt lệch tâm với vỏ nên rơto vòng nước tạo thành khoảng khơng gian hình lưỡi liềm Các cánh chia khoảng khơng gian thành buồng 1/, 2/, 8/ tích khơng Ở mặt bên vỏ bơm có miệng hút miệng đẩy thơng với ống hút ống đẩy ng hút có tiết diện ngang lớn ống đẩy Khi bơm làm việ;, rơto quay theo chiều kim đồng hồ, Rơto quay từ 1/ ñến 4/ thể tích buồng tăng dần, áp suất giảm, khơng khí hút vào buồng qua miệng hút Rơto tiếp tục quay, thể tích buồng từ 5/ đến 8/ giảm dần, khơng khí nén lại đẩy ngồi qua miệng đẩy Trong q trình làm việc vậy, áp suất miệng hút ngày giảm dần, tạo nên độ chân khơng ngàng cao ống hút Khi bơm đẩy khí có lượng nước bắn theo Vì trình bơm làm việc phải thường xuyên bổ sung lượng nước bị hao hụt để đẩy vòng nước đủ ngăn cách hồn tồn, vòng hút với vòng đẩy, khơng cho khí từ vòng đẩy (buồng 5/, 6/, 7/, 8/) quay vòng hút (buồng 1/, 2/, 3/, 4/) Ngồi lượng nước có tác dụng làm nguội Bơm chân khơng vòng nước có loại cấp loại hai cấp ðể mồi bơm ly tâm thường dùng bơm chân không cấp Loại bơm thường tạo độ chân khơng từ - 9,6m cột nước ðể tính tốn bơm chân khơng, có nhiều phương pháp Phương pháp Plâyñerer phương pháp ñược sử dụng tương đối phổ biến Việc tính tốn bơm chân khơng tức xác định lưu lượng, độ sâu nhúng chìm cánh a kích thước chủ yếu bơm Hình 83 Sơ đồ tính tốn bơm ly tâm 5-7 Lưu lượng nước chuyển ñộng bơm chân khơng tính với tiết diện AB: Q = [π/4(D12 - D22) - zsL1] b n / 60 m2/s (5.5) Trong D1 D2 z L1 s b n đường kính rơto, tính m đường kính bầu rơto, tính m số cánh rơto chiều cao cánh, tính m chiều dày cánh, tính m chiều rộng cánh, tính m số vòng quay rơto phút Nếu bỏ qua tổn thất rò rỉ ma sát lưu lượng khí lý thuyết bơm hút khỏi thiết bị: Vlt = {π/4[(D1 - 2a)2 - D22] - z(L1-a)s}bn/60 m3/s (5.6) Lưu lượng khí thực tế ñược hút vào qua ống hút: V = ηTT Vlt (5.7) Với ηTT : hiệu suất thể tích bơm chân khơng thường ηTT = 0,7 - 85 Vận tốc phần tử chất lỏng biến đổi vòng quay rơto Ở vùng hút, vận tốc tăng dần lên đạt giá trị giá trị vận tốc vòng U1 (ở chu vi bánh xe) lối Vì vận tốc trung bình phần tử chất lỏng tiết diện CD U1, tiết diện AB lại vận tốc vòng ứng với điểm cánh Như vậy, chuyển ñộng sang vùng ñẩy, vận tốc phần tử chất lỏng bị giảm Do chiều dày vòng chất lỏng phía rơto dày phía dưới, tức L1 > L2 U1 = πD1n / 60 m/s Do tính lưu lượng chất lỏng công tác bơm ứng với tiết diện CD: Q = b L2 U1 (5.8) Giải hai phương trình (5.5) (5.8) tìm được: L2 = Q / bU1 = 1/ 4D1 (D12 -D22 - π/4 zsL1) (5.9) ðường kính vỏ bơm chân khơng D = D1 + L2 - a (5.10) Các cơng thức tính Phlayderer ñược ñưa ñơn giản phải dựa số giả thiết 5-8 Ống cho vòng chất lỏng tiết diện AB đủ dày để ngăn cách hồn tồn vùng hút với vùng đẩy Thực có lượng khí quay ngược từ vùng đẩy vùng hút nên cần phải kể đến lượng khí Ống cho vận tốc chất lỏng tiết diện CD vận tốc dòng ngồi chu vi rơto Do ma sát, CD vận tốc chất lỏng thay ñổi từ sát vỏ bơm Ở sát vỏ bơm vận tốc chất lỏng thường nhỏ U1 Chiều sâu nhúng chìm vào vòng nước a thường lấy 5,8mm cho chế độ làm việc bơm chân khơng Nhưng thực tế, chế ñộ làm việc khác bơm lượng nước tuần hồn bơm khác ñị dẫn ñến thay ñổi a Mặc dù kết tính tốn gần có hiệu chỉnh hệ số thực nghiệm phương pháp phlayderer phương pháp ñược dùng rộng rãi thời gian Ngồi người ta dùng phương pháp tính Lixitrkin, Veprirki Khi chọn bơm chân khơng cần phải tính lưu lượng khí u cầu theo công thức (2.83) lượng nước bổ sung cho bơm lấy khoảng 0,25-0,3m3/h Sơ đồ bố trí cách làm việc dùng bơm chân không mồi cho bơm ly tâm xem phần (2.23) 5-9 ... 1,28 - 1* 1,68* - 1 ,5* 4 37 1490 0,18 0,8 15 76 150 0 0,24 3,6 1 45 150 0 0,24 * Ký hiệu bơm: ví dụ 1,68 - 15* 4 1,6 ðường kính miệng hút miệng đẩy tính mm giãm 25 lần 8- Bơm xốy; 1 ,5- hệ số tỉ tốc ñã... nước va, người ta ñã dùng van nước va kiểu tuốc bin đóng mở theo chu kỳ Làm hạn chế lượng nước bị hao phí chảy ngồi qua hốc van nước va 5. 2 BƠM XỐY - SƠ ðỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC Hình 79 ... tiết diện CD: Q = b L2 U1 (5. 8) Giải hai phương trình (5. 5) (5. 8) tìm được: L2 = Q / bU1 = 1/ 4D1 (D12 -D22 - π/4 zsL1) (5. 9) ðường kính vỏ bơm chân khơng D = D1 + L2 - a (5. 10) Các cơng thức tính