Bom quat may nen

Mô phỏng số dòng chảy và áp suất trong bơm, quạt, máy nén.. Công suất và hiệu suấtCông suất thủy lực Công suất trên trục Công suất trên trục Công suất động cơ... Phương trình cơ bản của

BƠM – QUẠT – MÁY NÉN

PUMP – FAN – COMPRESSOR

tâm và Đường ống Đại học Quốc gia Tp HCM, 2006.

ed 2006.

Kiểm tra: 10%

TH/TN: 10%

Thi: 50%

Tiểu luận/ Bài tập lớn: 30% Đọc hiểu báo quốc tế Mô phỏng số

dòng chảy và áp suất trong bơm, quạt, máy nén Thiết kế bơm,

quạt, máy nén

• Các bài báo

quốc tế:

• Mô phỏng số dùng phần mềm ANSYS

Chia lưới mô phỏng bơm ly tâm Chia lưới mô phỏng bơm ly tâm

Phân bố áp suất trong hệ thống nước lạnh ĐHKK

Phân bố áp suất trong hệ thống nước giải nhiệt ĐHKK

Chương 1: Các khái niệm chung

• Bơm

• Quạt: tỉ số nén < 1,15

• Quạt: tỉ số nén < 1,15

• Máy nén: tỉ số nén > 1.15

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý thể tích Nguyên lý ly tâm

Nguyên lý cánh nâng Nguyên lý phun tia

Lực ly tâm = (khối lượng)*[(vận tốc góc)^2]*(bán kính)

Các thông số làm việc cơ bản

• Cột áp

– Phương trình cân bằng năng lượng:

2

2 out

out 1

2 in

2

1 u ( m W

Q )

gz 2

1 u ( m W

2

1 (

) 2

1

m

21

22

21

1

2

1 (

) 2

1 (

) v p - v m(p

Nội năng lỏng ít thay đổi theo áp suất

Lưu chất không nén được: v=const

)

( 2

1 )

( )

(

W tl  mg z 2  z 1  mv p 2  p 1  m  2 2   1 2

)

( g 2

1 g

p

p z

z mg

1

22

12

12

1 g

p

p z

z

1

2 2

1 2

• Công suất thủy lực

Trong đó: m là lưu lượng khối lượng (kg/s)

V là lưu lượng thể tích (m 3 /s)

Các thông số làm việc cơ bản (tt)

gH V

mgH

V là lưu lượng thể tích (m 3 /s)

• Công suất trên trục

Trong đó: là hiệu suất bơm



 W tl

W



Bài tập

Bài tập (tt)

Bài tập (tt)

Bài tập (tt)

Bài 1-4

Overall efficiency=volumetric efficiency*torque efficiency

(thực)

Chương 2: Bơm

Các thông số làm việc cơ bản

• Lưu lượng

Ống Pito Ống Venturi

Các thông số làm việc cơ bản

• Cột áp

????

z

Hệ số ma sát – Đồ thị Moody

Thành trơn – thành nhám

Quá độ từ chảy tầng sang rối khiRex=ux/ > 5.105

Hệ số tổn thất cục bộ

Đường đặc tính hệ thống

(system characteristic)

p a

p dư =1bar

Vẽ đường đặc tính hệ thống của một hệ

thống như hình vẽ với lưu lượng từ

40-100lit/s biết rằng đường kính ống hút

và đẩy là 0,25m, chiều dài ống là 50m,

Cho biết các hệ số tổn thất cục bộ và hệ số ma sát:

và đẩy là 0,25m, chiều dài ống là 50m,

sau bơm có một khóa điều chỉnh.

và ra khỏi ống đẩy;

Bơm

Công suất và hiệu suất

Công suất thủy lực

Công suất trên trục

Công suất trên trục

Công suất động cơ

Cột áp hút H h và chiều cao hút z h

• Cột áp hút

Chiều cao hút

Chiều cao hút cho phép [z h ]

Cột áp chân Cột áp chân không cho phép

Hiện tượng xâm thực

Điều kiện chống xâm thực

Một bơm có NPSHR=12,192m Tổn thất trên

đường ống hút là 1,8288m Tính cao độ của

bơm để tránh xâm thực trong hai trường hợp

309

Cho biết các hệ số tổn thất cục bộ và hệ số ma sát:

P

Bảng bão hòa của nước

Tóm tắt

Chương 3: Bơm cánh dẫn

Tam giác vận tốc

Phương trình cơ bản của máy thủy lực cánh dẫn

(N)

(N) (N)

(J) (J)

Phương trình cơ bản của máy thủy lực cánh dẫn

(J)

(J)

(W)

 (rad/s)

Phương trình cơ bản của máy thủy lực cánh dẫn

là …



Phương trình cơ bản của máy thủy lực cánh dẫn

Cột áp bơm ly tâm

Lưu lượng và hiệu suất lưu lượng

Lưu lượng và hiệu suất lưu lượng

c R

Rb 2

c Db

5 ,

72 b

R 2

Q

1 1

Bánh công tác bơm ly tâm có các kích thước chính: 2R 1 =120mm, 2R 2 =300mm, chiều rộng của cánh tại cửa vào

b 1 =60mm và cửa ra b 2 =25mm Lưu lượng Q=100L/s, số vòng quay n = 1450v/ph Các góc đặt cánh  1 =30 o và

 2 =25 o

Xây dựng tam giác vận tốc ở cửa vào và cửa ra của dãy cánh Tính các vận tốc thành phần c 1u và c 2u , và các góc  1

và  Tính cột áp lý thuyết của bơm.

và  2 Tính cột áp lý thuyết của bơm.

Bơm nước ly tâm thương mại có các thông số

Ảnh hưởng kết cấu cánh đến cột áp

Thông thường:

Cánh cong sau Cánh hướng tâm Cánh cong trước

Xem

Mặt khác ( 2 u ) 2 g c c 2 g u 2 2

2 R 2

2 R 2

BT: Biểu diễn đồ thị trên, biết u 2 =5 (đv), c 2R =1 (đv).

Đường đặc tính của bơm

(pump characteristics)

Số vòng quay không đổi

Số vòng quay thay đổi

Đặc tính lý thuyết

2R

a= Xét đến số cánh hữu hạn Xét đến tổn thất lưu lượng

Xét đến tổn thất áp suất

Xét đến tổn thất cơ khí

OA’’’=60%OA

O

C.P Kothandaraman, R Rudramoorthy, Fluid Mechanics and Machinery, 2007.

Đặc tính thực nghiệm

Đặc tính tổng hợp

Điểm làm việc của bơm

Ví dụ

Bình giãn nở

Dung tích bình giãn nở

Ứng dụng đồng dạng trong bơm ly tâm

(Affinity laws)

• Gọi chæ soá M - moâ hình, N - nguyeân hình.

M - moâ hình

N - nguyeân hình

Cùng 1 bơm: D M = D N

Đồng dạng cột áp

(3.11)

2

u 2 2

u

c n

D

60 g

Cùng 1 bơm: D M = D N

Đồng dạng công suất

3

N M 5

N

M N

M

n

n D

N

M N

M

n

n D

D N

Quan hệ tương tự của bơm ly tâm

Các thông

số

5

Phân tích thứ nguyên (đọc thêm)

Phân tích thứ nguyên (đọc thêm)

Xem hh không đổi.

Điều chỉnh chế độ làm việc của bơm

Điều chỉnh chế độ làm việc của bơm (tt)

VD: Một hệ thống ống nước được thiết kế với lưu lượng 150 gpm và cột

áp tổng là 36 ft Chọn bơm thích hợp theo đồ thị bơm cho sẳn.

Điều chỉnh chế độ làm việc của bơm (tt)

VD: Một bơm có đường kính bánh công tác 7 in., tốc độ 1750 rpm như

đồ thị đặc tính cho sẳn Bơm đang hoạt động tại điểm 1 trên đồ thị với công suất trên trục 2,1HP và hiệu suất 69,4% Cần giảm lưu lượng hệ thống đến 100 gpm Tìm cột áp, công suất trên trục và hiệu suất mới của bơm?

Đường kính bánh công tác 7 in.

Tốc độ 1750 rpm

Bơm đang hoạt động tại điểm 1.

Giảm lưu lượng đến 100 gpm.

Cột áp, công suất trên trục và hiệu

suất mới của bơm?

Bài III-18

The affinity laws do not scale pump/pipe system operating points.

Điều chỉnh chế độ làm việc của bơm (tt)

Ghép bơm

Q

10.1 Bơm đường kính 32 in có đường đặc

tính như hình 4.1a dưới chạy ở 1170 rpm

b) Hai bơm ghép song song.

c) Hai bơm ghép nối tiếp.

10.3 Hai bơm Bell & Gossett Series

80-SC Model 1 ½  1 ½  7B với bánh công

tác 6 ½ in hoạt động song song ở 1150

rpm để bơm 70 gpm nước ở cột áp 16,9

ft với cột áp tĩnh 10ft Xác định:

a Đường đặc tính hệ thống.

b Đường đặc tính tổng hợp của bơm.

c Hiệu suất mỗi bơm.

d Nếu một bơm hỏng, xác định năng suất,

cột áp và hiệu suất của bơm còn lại

10.7 Hai bơm 35 in có đồ thị đặc tính như hình

4.1b được ghép song song như hình vẽ Bơm

nước ở nhiệt độ 20oC, bỏ qua các tổn thất cục

bộ Xác định lưu lượng và công suất cần thiết

nếu:

a) Cả hai bơm đều hoạt động

b) Một bơm không hoạt động và bị cô lặp.

Hệ số ma sát

SỐ VÒNG QUAY ĐẶC TRƯNG

Specific speed

11.1 Một bơm ly tâm đường kính 18 in, hoạt động ở

880 rpm bơm nước ở 20 o C, các dữ liệu của bơm như sau:

Q, gal/phút

11.4 Bơm nước 70 o C ở lưu lượng

20000 gal/phút và 1800 rpm Xác định

loại bơm nếu chênh áp qua bơm là:

a 170 kPa

b.1350 kPa

8.4 Bơm Bell & Gossett Series 80-SC 227 (Phụ

lục 5) đường kính bánh công tác 6 in vận hành ở

1750 rpm dùng để bơm 80 gpm nước

1 Xác định cột áp, công suất trên trục, và hiệu suất

của bơm.

2 Sử dụng các quan hệ tương tự, xác định lưu

lượng, cột áp, công suất trên trục, và hiệu suất nếu đường kính bánh công tác thay đổi thành 6

½ in

3 So sánh kết quả tính toán bằng các quan hệ

tương tự với đường cong thực của bơm

 const (Đọc thêm)

Lực dọc trục trong bơm ly tâm

Cách khắc phục lực dọc trục

Chương 4: Bơm hướng trục (Bơm

cánh nâng)

(Axial pump)

360  90000 m 3 /h

Bơm ly tâm

Phương trình làm việc

1 2

Phương trình cơ bản của máy thủy lực cánh dẫn (3.10)

1 2

Cánh bơm phải thỏa mãn Cùng bán kính

Giảm khi bán kính tăng

Đường đặc tính thực nghiệm

(Characteristic curves)

Bơm hướng trục

Bơm ly tâm

Bơm thể tích

(Positive displacement pumps)

Bơm thể tích

(Positive displacement pumps)

của cánh guồng và xác định chiều cao cột áp

lý thuyết H l (mH 2 O)

ĐS: 0,218mH 2 O

Quạt (tt)

• Cần nung nóng không khí với lưu lượng

30000kg/h từ 20 o C đến 160 o C bằng 1 thiết bị trao đổi nhiệt.

Xác định năng suất (m 3 /s), cột áp (mét không khí) và

công suất quạt (kW) khi lắp trước và sau TBTĐN.

Biết tổn thất thủy lực của dòng không khí qua hệ thống là 120mmH 2 O ở điều kiện 20 o C và

 k =1,2kg/m 3 Hiệu suất tổng ở cả hai trường hợp

là như nhau 50%.

Hint:  H=const;  T=const

ĐS: 1,48 lần

104 o C

177 o C

Process heat transfer – R W Serth

ĐS: 410ft 2.24hp

Specific speed

Quạt ngang dòng cross-flow fan

Chương 6: Máy nén

Máy nén piston

Năng suất lạnh <700kW

Máy nén roto

Năng suất lạnh <3kW

Máy nén xoắn ốc

Năng suất lạnh 3,5-90kW (1 – 25 tons)

Máy nén trục vít

Năng suất lạnh 176-1758kW (50-500 tons)

Máy nén ly tâm

Năng suất lạnh 350-35000kW (100-1000 tons)

Cấu tạo và hoạt động của máy nén

piston

Xem animation Air compressor

nR

1 2

2 t( t )

k

kR

1 2

1 





Tác hại của dung tích thừa

p

2' 3'

2 3

Máy nén piston nhiều cấp

3 5

p 1

p 2

p 3

T=const

Ví dụ

• Máy nén không khí 2 cấp lý tưởng có làm mát

trung gian, áp suất ban đầu p 1 =1bar, t 1 =20 o C, áp suất cuối quá trình nén p 4 =9bar Lưu lượng 1kg/s.

Xác định công tiêu hao của máy nén, nhiệt độ cuối

quá trình nén, nhiệt thải qua bình làm mát trung gian Quá trình nén xem là đoạn nhiệt

Nếu nén 1 cấp thì công và nhiệt độ cuối là bao

nhiêu

ĐS: 401K

549K

Biểu diễn 4 câu trên lên cùng đồ thị p-v

263,2 kJ/kg 246,4

189,2 215,3

Hiệu suất đẳng entropi

h là enthalpy

Ví dụ

• Một máy nén hơi Freon-22 của hệ thống điều hòa

không khí Áp suất và nhiệt độ hơi vào là 6bar và

10 o C, quá trình nén không có trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh Áp suất hơi sau khi nén

là 20bar

Xác định nhiệt độ hơi ra khỏi máy nén và công suất

của máy nén nếu biết hiệu suất entrôpi của máy nén là 80% và lưu lượng hơi qua máy nén là

4kg/s

Đs: 82,7 o C, 152,75kW

Tính nhiệt máy nén lạnh

• Hệ số chỉ thị thể tích

C là thể tích tương đối của dung tích thừa:

C=0,03 – 0,05 Tổn thất áp suất đầu hút và đẩy:

0

dk

0

h0

i

p

p

p p

p

p C p

p p

at 1 05

, 0 p

p h   d  



• Hệ số tổn thất không thấy được

• Hệ số lưu lượng của máy nén

• Thể tích chuyển dời của pittông

k

0 '

• Hiệu suất chỉ thị

– Máy nén NH3 có con trượt b=0,002 – Máy nén NH3 không có con trượt b = 0,001 – Máy nén frêon b = 0,0025

• Công suất chỉ thị

Tính nhiệt máy nén lạnh (tt)

0 '

N N





P m (bar)

• Công suất hiệu dụng N e =N i +N m

• Công suất trên trục động cơ

Là hiệu suất truyền động

Tính nhiệt máy nén lạnh (tt)

tr

e

N N

N Q

Máy nén pittông con trượt nằm ngang

compressor

Máy nén trực lưu không có con trượt

Máy nén không trực lưu không có con

trượt

Ví dụ

• Tính toán nhiệt máy nén R22 một cấp, trực

lưu Biết máy lạnh, có bình hồi nhiệt, hoạt động như đồ thị T-s Cho biết Q 0 =60kW, t 0 =

4

T

3' lgp

1

2 3’

4

3

1'

1'

Butterfly valves

Ex 15-3 Dossat

Eccentric reducer

Bơm ngoại vi

(Peripheral pump, regenerative turbine pump)

centrifugal pump

regenerative

turbine pump