Bơm cánh gạt

Máy thủy lực cánh gạt là máy 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 v

3 . BM VAè ĩNG C CAẽNH GAT : I . Kết cấu và nguyên lý làm việc :1) Bơm cánh gạt tác dụng đơn :Bơm gồm có vỏ hình trụ ( 1 ) trong đó có roto ( 2 ) đặt lệch tâm 1 khoảng e , trên roto có các bản phẳng 3 có thể trợt trong rãnh của roto và luôn có khuynh hớng đi ra tì vào thành vỏ bơm nhờ lò xo 4 . Khi roto quay , các bản phẳng này gạt chất lỏng và gọi là cánh gạt . Phần không gian giới hạn giữa roto với vỏ bơm đợc gọi là thể tích làm việc . Nguyên lý làm việc :Giả sử khi làm việc roto quay theo chiều mũi tên, thể tích chứa chất lỏng ở vùng A tăng, áp suất chất lỏng giảm và chất lỏng bị hút vào bơm qua ống hút 5. ở vùng B, chất lỏng bị nén, áp suất tăng và chất lỏng đợc đẩy vào ống đẩy 6 .Để chất lỏng không bị chảy ngợc từ B về A cũng nh không bị chẹt trong các thể tích làm việc thì phải bố trí sao cho khi cánh gạt này bắt đầu gạt chất lỏng (vị trí I) thì cánh kia bắt đầu thôi không gạt chất lỏng nữa (ra khỏi vị trí II) .Lu lợng tức thời của bơm phụ thuộc vào diện tích bề mặt làm việc và tốc độ vòng của cánh gạt, nh vậy lu lợng bơm không đều, nó nhỏ nhất khi cánh gạt bắt đầu vào vị trí I và lớn nhất khi cánh gạt ở vị trí C .Để bơm có lu lợng đều hơn , ta tăng số cánh gạt lên từ 6 đến 12 cánh .Xét bơm 6 cánh gạt nh hình vẽ : Góc giữa 2 cánh gạt là : a = 6360oĐể chất lỏng không chảy ngợc từ buồng hút về buồng đẩy , ta bố trí các gờ chắn AB , CD có chiều dài thích hợp để khi bơm làm việc luôn có một cánh gạt nằm trong gờ chắn , nghĩa là góc chắn của AB , CD phải bằng a .Việc gạt chất lỏng đợc thực hiện khi chất lỏng đi qua AB , lu lợng nhỏ nhất khi chất lỏng ở A hoặc B và lớn nhất khi cánh gạt ở vị trí thẳng đứng . Để cánh gạt luôn có xu hớng đi ra tì vào vỏ bơm , ngời ta nối thông các đầu rãnh trên roto với bọng đẩy để chất lỏng có áp suất cao đi vào rãnh thay thế nhiệm vụ của lò xo đẩy cánh gạt đi ra . Hai bơm khảo sát trên trong một vòng quay của roto ( 1 chu kì làm việc ) thực hiện một lần hút và một lần đẩy nên gọi là bơm cánh gạt tác dụng đơn . Nhợc điểm của loại này là có lực tác dụng lên roto do chênh lệch áp suất giữa bọng đẩy và bọng hút . Do đó phải hạn chế áp suất làm việc của loại bơm này .Để khắc phục nhợc điẻn trên ta dùng bơm cánh gạt tác dụng kép .2 ) Bơm cánh gạt tác dụng kép:Kết cấu :Mặt trong của vỏ bơm không phải là mặt trụ , tâm roto và tâm stato trùng nhau , không có độ lệch tâm .BC và FG : 2 cung có bán kính không đổi r1DE và AH : 2 cung có bán kính không đổi r2Khi roto quay theo chiều mũi tên , chất lỏng đợc hút vào từ CD sau đó đợc đa vào EF.Tại phía kia , chất lỏng đợc trút vào từ GH , sau đó đợc đa vào AB . Vậy ta có :CD , GH : Hai bọng hút nối với ống hút AB , EF : Hai bọng đẩy nối với ống đẩyNh vậy trong một vòng quay ccos 2 quá trình hút và đẩy chất lỏng : bơm tác dụng kép .Các bọng hút và bọng đẩy đợc ngăn cách nhau nhờ kết cấu của vỏ bơm làm cho các cánh gạt liên tiếp nhau gạt trên các cung đồng tâm . Do lực hớng trục triệt tiêu lẫn nhau ( 2 bọng đẩy đối xứng ) nên áp suất làm việc trong bơm tác dụng kép có thể lớn hơn trong bơm tác dụng đơn .Để cánh gạt trợt dễ dàng trong rãnh , cánh có thể bố trí nghiêng 1 góc = 6 đến 13ongợc phía chiều quay của roto .3 ) Các thông số làm việc và u nh ợc điểm : Nh ợc điểm của bơm cánh gạt : So với bơm bánh răng , bơm cánh gạt có áp suất làm việc thấp hơn do có lực hớng kính và sự làm kín trong bơm cánh gạt không thể kín hơn bơm bánh răng . Bơm tác dụng đơn :2cmkg20p sl1505Q = n = 1000 đến 2000phvBơm tác dụng kép :2cmkg70p sl2005Q = Hiệu suất nhỏ thua bơm bánh răng :8,05,0 =Ưu điểm của bơm cánh gạt :- Kết cấu nhỏ gọn đơn giản . - Có khả năng điều chỉnh lu lợng mà không phải thay đổi số vòng quay ( bơm tác dụng đơn ) .- Sử dụng trong hệ thóng bôi trơn , truyền động thuỷ lực , hệ thống cờng hoá tay lái .- Làm việc tốt hơn với chất lỏng là dầu , nếu dùng nớc thì sự rỉ sét sẽ gây ra ma sát lớn giữa cánh gạt và rãnh làm giảm khả năng làm việc . II . L u l ợng của bơm cánh gạt tác dụng đơn : Gọi r : bán kính stato : chiều dày cánhZ : số cánh h : chiều cao làm việc của lá cánhh0: chiều cao làm việc của lá cánh ở vị trí cao nhấth0 = 2e1 ) L u l ợng trung bình : GọifA: diện tích tạo bởi cánh gạt và hai vị trí lúc bắt đầu và kết thúc gạtTa có :Q = fAbZnQ Tính toán trong 1 phút :Q = 2neb ( 2r Z )Q = Ql QTrong đó :9,08,0Q=2 ) L u l ợng tức thời : a ) Động học của cạnh :Gọi R = O2D là khoảng cacchs từ tâm roto đến đầu cánh , R thay đổi theo góc quay của cánh .0R0 ==Xét tam giác O1O2D :)4cos(ecosrR +=Vậy : = cosecosrR )cos1(e)1(cosr)er(Rh +==Trong đó :+ r e : bán kính roto nhỏ1cos : )cos1(eh =b ) L u l ợng tức thời của bơm : FuQC=Trong đó :+ F : diện tích làm việc của cánh gạt : F = hb+ uC: vận tốc vòng của trọng tâm phần làm việc của cánh gạt .=2hRuC( )[ ]+= cos1e5,0cosecosruCCos0= ( )[ ]+= cos1e5,0ruCKhi không kể chiều dày cánh thì :Q4 = bhuC =( )[ ]( )+ cos1ebcos1e5,0r Vậy :Q4 =( )[ ]( )+ cos1ebcos1e5,0rKết luận : Q thay đổi phụ thuộc góc :=o90= eb)e5,0r(Qmin4=o180 Q4max = 2rebKhông xét đến trờng hợp o900 =và trờng hợp o360270 = vì có hai cánh gạt luân phiên nhau gạt chất lỏng ở oo27090 == . Khi bỏ qua 0,5e thì lúc đó ta có : Q4max = 2Q4min Bơm tác dụng đơn nhiều cánh gạt : Q4max = 2reb Q4min phụ thuộc số lợng cánh gạt vì phụ thuộc vào điểm bắt đầu đi vào gờ chắn để làm việc tơng ứng với góc 2amin= với Z360ao= .So sánh ta thấy lu lợng đều hơn bơm 2 cánh gạt .c ) Sự hao hụt l u l ợng khi xét đến bề dày cánh : Gọi/4Q : lu lợng hao hụt do bề dày cánh /4Q: bơm 2 cánh gạtQ= vb/4Trong đó :+ v : vận tốc tơng đối của cánh trợt trong rãnh .v == sinldtdhXét bơm nhiều cánh gạt thì có ta thấy có 12Z cánh luôn chiếm chỗ trong buồng đẩy :( )+++++=a12Zsin asinsinblQ/4Gọi Q4 là lu lợng của bơm khi kể đến chiều dày cánh ./444QQQ =3 ) Điều chỉnh l u l ợng : Đối với bơm tác dụng đơn có thể điều chỉnh lu lợng bằng cách thay đổi độ lệch tâm e :Nếu 2 tâm trùng nhau :0Q0e ==Nếu 2 tâm lệch nhau :maxmaxQe Xê dịch thành vỏ về phía bên kia , máy làm việc đổi chiều , buồng đẩy trở thành buồng hút .III . L u l ợng của bơm tác dụng kép : Đặc điểm : Do các cung BC , DE , FG , AH có bán kính không đổi và đồng tâm với roto nên chiều cao làm việc h của lá cánh cũng không đổi , do các cánh thay nhau gạt chất lỏng trong 2 cung DE , AH nên lu lợng không thay đổi theo góc quay .Ta có : h = r2 r1 +=2rru12C Mà :Chbu2Q =Nên : ( )+= b2rrrr2Q1212( ) ( )21222122rrnb2rrbQ ==Khi kể đến chiều dày cánh :QQQ =Với : + h/: chiều cao cánh Ta có :=cosrrh12/Nên :( )=cosrrZnb2rrnb2Q122122Nhận xét :Q của bơm cánh gạt tác dụng kép = const nên do đó áp suất làm việc cũng không đổi . Đó là u điểm nổi bật của bơm cánh gạt tác dụng kép .IV . Lực tác dụng trong bơm cánh gạt :1 ) Moment quay của trục bơm : B tác dụng đơn :Độ chênh áp giữa 2 bản mặt cánh :hdppp =Lực tác dụng lên cánh : P = bhpLực P đặt tại trọng tâm phần làm việc của cánh gạt . Moment quay tác dụng lên cánh : ==)2hR(pbhPMVới : R = r ecos ( )= cos12l2h ( )= cos12ecoser ( )+= cos1e5,0rTa có : M( )[ ]( )+= cos1cos1e5,0rpbeVậy : MmpK=Và :K( )[ ]( )+= cos1cos1e5,0rbeMM đạt giá trị lớn nhất khi o180= Mpber2max= B tác dụng kép :Với : 2rr21+=Ta có : M( )2rrbrrp22112+= M( )2122rrpb = : không phụ thuộc 2 ) lực tác dụng lên cánh gạt :a ) Lực ly tâm :Sinh ra khối lợng của cánh chuyển động quay .Pl = marTrong đó :+ m : khối lợng cánh gạt+ ar: gia tốc ly tâm ar = 2*2/2hR =Với :+*h: chiều cao cả cánh ar = 2*cose2hr =Vậy : = cose2hrmP*2lNhận xét : Lực ly tâm phụ thuộc góc quay thay đổi theo t . +== e2hrmP180*2maxlo Lực ly tâm có xu hớng ép cánh gạt vào thành vỏ bơm .b ) Lực quán tính của chuyển động t ơng đối của cánh gạt trong rãnh : Khi roto quay , cánh tịnh tiến trong rãnh gây lực quán tính : Pqt = - maVới : ( )[ ]dtcos1eddthddtdva222=== a = cose2Pqt = -me cos2 : lực này có xu hớng đẩy cánh tì vào vỏ bơm hoặc ngợc lại tuỳ theo góc .=oo3602709000P,0cosqt<> : lực quán tính kéo cánh trở lại ( ngợc chiều lực ly tâm ) .Pqmax khi :180o=2maxqtmeP =c ) Lực tạo bởi áp suất chất lỏng tác dụng lên đầu cánh để đẩy cánh tì vào vỏ bơm:=pbPpLực tổng hợp tác dụng lên cánh gạt : msqltpPPPPP +++=Do có thể bỏ qua lực Pms nên : 2*2maxmee2hrmpbP +++=Lực Plà nguyên nhân gây ra sự mài mòn đầu cánh gạt và vỏ bơm , khi số vòng quay càng lớn ( lớn ) thì Pcàng lớn , sự mài mòn diễn ra càng nhanh .Để giảm bớt lực Pcó thể giảm chiều dày của cánh gạt :mm3 .3 ) Lực tác dụng lên roto :rb2pProto=Trong đó :+ r : bán kính statoLực này do chênh lệch áp suất ở bọng đẩy và bọng hút tác dụng lên roto . Để hạn chế lực này thì trong thực tế ngời ta đã phải tiến hành sử dụng 1 phơng pháp đó là phơng pháp giảm áp suất làm việc . 2cmkg3020p ( Bơm tác dụng đơn )Riêng đối với bơm tác dụng kép thì lực này không có .V . Tính bơm cánh gạt :Hình dạng đ ờng viền stato của bơm cánh gạt : Mặt stato không phải là mặt trụ tròn xoay mà gồm 2 mặt trụ bán kính R , ro nối với nhau bằng những đờng cong chuyển tiếp . Hình dạng đờng cong chuyển tiếp này xác định khả năng làm việc của máy vì nó xác định động học và động lực học của cánh gạt trong bơm do đó phải không có đột biến vận tốc của cánh gạt vì nếu có đột biến thì lực quán tính sẽ làm cho cánh gạt không tiếp xúc với stato hoặc tì quá mạnh vào stato dẫn đến việc ma sát làm cánh gạt mòn nhanh và làm việc có tiếng ồn .Đờng CA là đờng cong Archimède :+= ar0Với :( )=0rRaVà : t=Vận tốc tơng đối giữa roto và cánh gạt là :+== trRrdtddtdpW00Vậy : =0rRWTại C : W = 0 , sau đó đạt 0rR . Do đó ta phải khắc phục hiện tợng này bằng cách thay đổi đờng Arch bằng 2 đoạn :- CD : Tiếp tuyến với ro- DA : nối tiếp cung bán kính RTa có :ID = R1 - R1cos HC = ro - Rcos Vì : HC = ID Nên : =cos1cosRrR01Phơng trình đờng thẳng CD : =cosr0Viết phơng trình cung DA theo toạ độ cực :Xét tam giác O1OY2 :+= cosYOYO2OYYOOO122121Với : 1OYOO=Mà : OO1 = R R1 O1Y = R1 OY = Nên :( )0RRRcosR2212112=+Mặt khác : ( )( )==sinYOOOsinsinYOsinOO1111 cos( )211sinYOOO1=Giải phơng trình trên với 0> : 212211)RR(cosRcosR ++=Thay cos và rút gọn : ( ) ( ))(sin)RR(RcosRR221211+= Xác định vận tốc của cánh gạt trong roto ( W ) trên đoạn CD : ==20cossinrdtdW W Xác định vận tốc của cánh gạt trong roto ( W ) trên cung AB : ( ) ( )== sinRRdtdW1Xét 2 tam giác O1DB và OCB , ta có : W [...]... 2 8 Cánh gạt chuyển động cùng vận tốc quay u với : W +u =c Tại trọng tâm cánh gạt : l W = 2 Trong đó : + l : chiều dài cánh gạt Tại x : d 2 cos 2 2 sin 2 = 2 r0 dt 2 cos 3 l 2 a U = 2 a C0 = 2W aW= a W + a U + a C0 = a C Nhận xét : aW > aU Trên CD ta thấy Hiệu 2 gia tốc này hớng từ tâm đến mặt stato , lực quán tính hớng từ stato đến tâm Vì vậy lực ly tâm không đảm bảo nén cánh gạt. .. Hiệu 2 gia tốc này hớng từ tâm đến mặt stato , lực quán tính hớng từ stato đến tâm Vì vậy lực ly tâm không đảm bảo nén cánh gạt vào stato , do đó cánh gạt tì vào stato 2 điều kiện để thiết kế : W tăng dần sau đó giảm dần a U > a W đủ lớn để tạo sức ép cánh gạt lên stato khắc phục lực ma sát Thiết kế lại : =u 2 2( R r0 ) 2 = r0 2 4( R r0 ) W= 2 aW 4( R r0 ) 2 = 2 2 4( R r0 ) 2 = 2r0 . điểm của bơm cánh gạt : So với bơm bánh răng , bơm cánh gạt có áp suất làm việc thấp hơn do có lực hớng kính và sự làm kín trong bơm cánh gạt không. bơm có lu lợng đều hơn , ta tăng số cánh gạt lên từ 6 đến 12 cánh .Xét bơm 6 cánh gạt nh hình vẽ : Góc giữa 2 cánh gạt là : a = 6360oĐể chất lỏng không