Bơm quạt và máy nén

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT - CƠNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG TÀI LIỆU GIẢNG DẠY BƠM - QUẠT VÀ MÁY NÉN THẠC SĨ KIỀU ĐỖ MINH LUÂN Năm 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG TÀI LIỆU GIẢNG DẠY BƠM - QUẠT VÀ MÁY NÉN BAN GIÁM HIỆU LÃNH ĐẠO ĐƠN VỊ Năm 2014 TÁC GIẢ BIÊN SOẠN MỤC LỤC -o0o MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Vài nét lịch sử phát triển bơm - quạt máy nén 1.2 Định nghĩa phân loại 1.3 Các thông số làm việc Bài tập Chương 2: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BƠM 2.1 Định nghĩa phân loại 2.2 Các thông số làm việc 10 Bài tập 17 Chương 3: BƠM CÁNH DẪN 20 3.1 Khái niệm chung bơm cánh dẫn 20 3.2 Bơm ly tâm 25 3.3 Bơm hướng trục 49 Bài tập 54 Chương 4: BƠM THỂ TÍCH 61 4.1 Khái niệm chung bơm thể tích 61 4.2 Bơm piston 63 4.3 Bơm roto 78 4.4 Bơm piston - roto 95 Bài tập 105 Chương 5: QUẠT 108 5.1 Khái niệm chung máy quạt 108 5.2 Quạt ly tâm 110 5.3 Quạt trục 124 Câu hỏi ôn tập 135 Chương 6: MÁY NÉN CÁNH DẪN 136 6.1 Khái niệm chung máy nén 136 6.2 Máy nén ly tâm 138 6.3 Máy nén trục 143 Câu hỏi ôn tập 149 Chương 7: MÁY NÉN THỂ TÍCH 150 7.1 Máy nén piston 150 7.2 Máy nén roto 155 Câu hỏi ôn tập 160 TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU -o0o Bơm - quạt máy nén môn học sở quan trọng sinh viên khối kỹ thuật nói chung sinh viên ngành kỹ thuật mơi trường nói riêng Mơn học cung cấp lý thuyết loại máy bơm chất lỏng chất khí, loại máy quạt máy nén khí sử dụng cơng nghiệp dân dụng Vì hiểu sâu mơn học giúp cho kỹ sư có khả tính toán, thiết kế thiết bị, khả vận hành, cải tiến đề xuất thiết bị thích hợp cho công nghệ cụ thể, với suất hiệu cao để vận hành thực tế Tài liệu giảng dạy Bơm - quạt máy nén biên soạn sở người học học mơn tốn thủy lực mơi trường bậc đại học nên không sâu vào mặt lý luận tượng lý thuyết học lưu chất mà chủ yếu nghiên cứu phương pháp tính tốn ứng dụng kỹ thuật thực tế Tài liệu giảng dạy Bơm - quạt máy nén gồm hai phần: Phần 1: Bơm, bao gồm bốn chương Chương 1: Mở đầu Chương 2: Khái niệm chung bơm Chương 3: Bơm cánh dẫn Chương 4: Bơm thể tích Phần 2: Quạt máy nén bao gồm ba chương Chương 5: Quạt Chương 6: Máy nén cánh dẫn Chương 7: Máy nén thể tích Tài liệu giảng dạy Bơm - quạt máy nén trình bày kiến thức nguyên lý cấu tạo, đặc tính ứng dụng loại bơm - quạt máy nén có kèm theo ví dụ cụ thể câu hỏi ôn tập soạn theo chương lý thuyết, để giúp người học giải ứng dụng vào mơn học có liên quan Tác giả Chương MỞ ĐẦU -o0o 1.1 VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN BƠM - QUẠT VÀ MÁY NÉN: Bơm - quạt máy nén thuộc loại máy thủy lực máy thủy khí Máy thuỷ lực thơ sơ có từ thời cổ xưa Guồng nước máy thủy lực Guồng nước lợi dụng lượng nước để kéo cối xay lương thực đưa nước vào đồng ruộng, sử dụng khoảng 3000 năm trước công nguyên Các máy hút nước có sử dụng sức người vật sử dụng Ai Cập hàng ngàn năm trước công nguyên Bơm piston dùng kỷ thứ I trước cơng ngun Bơm piston có loại xích vơ dùng rộng rãi Cai-rơ để lấy nước độ sâu 91,5m vào kỷ thứ – trước cơng ngun Bơm nước vít vơ tận cịn Archimede chế tạo Hy Lạp cổ đại Nói chung trước kỷ thứ 17 máy thủy khí thơ sơ loại Bơm piston: Năm 1640 nhà vật lý học người Đức Ơttơ Henrich sáng chế bơm piston để bơm khí nước dùng cơng nghiệp Khoảng năm 1805 nhà bác học người Anh Niu Kơmen phát minh bơm piston để lấy nước nhà máy khai thác mỏ, dùng xilanh ngưng tụ để tạo lực cần thiết trục máy nhờ áp suất khí Năm 1840 – 1850 nhà bác học người Mỹ Vortington giả thiết cấu bơm mà piston bơm động phân bố trục chung, chuyển động piston điều chỉnh nhờ hệ thống phân bố đặc biệt Máy cánh dẫn: Trong năm 1751 – 1754 nhà bác học Euler viết lý thuyết tuabin nước nói riêng nhà máy thủy khí cánh dẫn nói chung, làm sở để 80 năm sau, vào năm 1830 nhà bác học người Pháp Phuôc-nây-rôn chế bơm ly tâm quạt ly tâm Đây bước nhảy lớn lịch sử phát triển máy lượng Bơm nhiều cấp: Nhà khoa học đại người Anh reynolds nghiên cứu cấu tạo bơm nhiều cấp áp dụng thiết bị định hướng cánh dẫn xuôi ngược Năm 1875 phát minh loại bơm tương tự loại bơm nhiều cấp đại ngày Máy nén: Q trình phát minh bơm khơng khí dạng đơn giản máy nén đại với chu kỳ nén gắn liền với tên tuổi nhà vật lý vĩ đại người Đức Gerike vào năm 1640 Sự hoàn thiện máy nén kỷ 18 – 19 thúc đẩy phát triển công nghiệp quặng mỏ luyện kim Vào cuối kỷ 18 Anh nhà bác học Vinkinsơn sáng chế máy nén piston xilanh, nhà bác học Watt chế tạo thành cơng máy hút khơng khí có truyền động Máy nén nhiều cấp có làm lạnh trung gian xuất Pháp vào khoảng năm 30 kỉ 19 Trang Máy nén nhiều cấp có làm lạnh trung gian cấp nén xuất Đức vào năm 1849 nhà bác học Raten sáng chế Quạt: Vào năm 1831 nhà bác học Nga Xablucôp sáng chế quạt ly tâm dùng để làm mát hầm mỏ làm máy Đặc biệt năm 80 gần đây, lý thuyết thủy khí động lực phát triển mạnh, có nhiều thành tựu to lớn việc ứng dụng phát minh lĩnh vực máy thủy khí Ngày máy thủy khí có nhiều loại với nhiều kiểu dáng khác dùng lĩnh vực đời sống công nghiệp nông nghiệp Để đáp ứng nhu cầu lượng ngày to lớn công nghiệp đại, ngày người ta chế tạo tuabin cỡ lớn có cơng suất đến 500.000 kW lớn Số lượng bơm, quạt, máy nén tuabin chủng loại khác sản xuất hàng trăm đến hàng triệu 1.2 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI: 1.2.1 Định nghĩa: Bơm máy để di chuyển dịng mơi chất tăng lượng dịng mơi chất Khi bơm làm việc lượng mà bơm nhận từ động chuyển hóa thành năng, động chừng mực định thành nhiệt dịng mơi chất Máy để bơm chất khí, tùy thuộc vào áp suất đạt gọi quạt, máy hút khí máy nén khí Quạt máy để di chuyển chất khí với số tăng áp  < 1,15 ( - tỷ số áp suất cửa áp suất cửa vào máy) hay áp suất đạt p < 1500 mmH2O khơng có làm lạnh nhân tạo Máy nén khí máy làm việc với  > 1,15 hay áp suất đạt p > 1500 mmH2O có làm lạnh nhân tạo nơi xảy q trình nén khí 1.2.2 Phân loại: a) Phân loại theo nguyên tắc áp dụng máy với dịng mơi chất q trình làm việc: Hình 1.1 Sơ đồ phân loại theo nguyên tắc tác dụng máy với dịng mơi chất Trang b) Phân loại theo tính chất trao đổi lượng cấu tạo: * Bơm có ba loại: Bơm cánh dẫn: gồm - Bơm ly tâm - Bơm hướng trục - Bơm hướng chéo - Bơm xoáy Bơm thể tích: gồm - Bơm piston - Bơm roto - Bơm piston - roto Bơm phun tia * Quạt có loại cánh dẫn gồm: - Quạt ly tâm - Quạt trục * Máy nén có ba loại: Máy nén cánh dẫn: gồm - Máy nén ly tâm - Máy nén trục Máy nén thể tích: gồm - Máy nén piston - Máy nén roto Máy nén phun tia 1.3 CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CƠ BẢN: 1.3.1 Cột áp: Hình 1.2 Sơ đồ máy thủy khí hệ thống Trang Khả trao đổi lượng máy thủy khí với dịng mơi chất thể mức chênh lệch lượng đơn vị dịng mơi chất mặt trước sau máy Năng lượng đơn vị mặt cắt A – A: eA  z A  pA    AvA2 2g Năng lượng đơn vị vị trí mặt cắt B – B: eB  zB  pB    B vB2 2g Trong đó: z - độ cao hình học p, v - áp suất vận tốc dòng chảy  - hệ số điều chỉnh động Chênh lệch động đơn vị dòng mơi chất qua máy thuỷ khí A B là: eAB  zB  z A  pB  pA    B vB2   AvA2 2g - Nếu eBA > 0: dịng mơi chất máy cung cấp lượng, máy bơm (chất lỏng khí) - Nếu eBA < 0: máy dịng môi chất cung cấp lượng, máy động thủy khí Vậy cột áp máy thủy khí lượng đơn vị dịng mơi chất trao đổi với máy thủy khí Cột áp máy thủy khí là: H  zB  z A  pB  pA    B vB2   AvA2 2g (1.1) Thành phần đơn vị gọi cột áp tĩnh, kí hiệu Ht: H t  zB  z A  pB  pA  (1.2) Thành phần động đơn vị gọi cột áp động, kí hiệu Hđ: Hđ  Vậy:  B vB2   AvA2 2g (1.3) H = Ht + Hđ (1.4) 1.3.2 Lưu lượng: * Định nghĩa: Lưu lượng lượng môi chất chuyển động qua máy đơn vị thời gian Tùy thuộc đơn vị đo có lưu lượng thể tích, lưu lượng khối lượng, lưu lượng trọng lượng - Tính đơn vị thể tích, kí hiệu Q gọi lưu lượng thể tích, có đơn vị đo m3/s, m /h, l/s Trang - Tính đơn vị khối lượng, kí hiệu M gọi lưu lượng khối lượng, có đơn vị đo kg/s, kg/h M  Q Tính đơn vị trọng lượng, kí hiệu G gọi lưu lượng trọng lượng, có đơn vị đo N/s, N/h, kG/s G   Q   gQ  gM (1.5) 1.3.3 Công suất hiệu suất: Cần phân biệt rõ hai loại công suất: - Công suất thủy lực - Công suất trục a Cơng suất thủy lực: kí hiệu Ntl (có đơn vị W) mà dòng chất lỏng trao đổi với máy thủy lực đơn vị thời gian Cơng suất thủy lực tính tích cột áp với lưu lượng trọng lực máy Ntl = GH = QH (1.6) b Công suất làm việc: kí hiệu N (có đơn vị đo W) công suất trục máy máy làm việc Công suất thủy lực khác công suất trục Q trình làm việc máy hồn thiện N Ntl khác - Đối với bơm: N > Ntl N Ntl    QH  (1.7) Hệ số  < gọi hiệu suất bơm - Đối với động cơ: N < Ntl N   Ntl   QH (1.8) Hệ số  < gọi hiệu suất động thuỷ lực c Hiệu suất máy thủy lực: ký hiệu  (đo % khơng có đơn vị đo) dùng để đánh giá tổn thất lượng trình máy trao đổi lượng với dịng mơi chất Từ cơng thức (1.7) (1.8) ta có: B  Ntl N Ð  N Ntl (1.9) (1.10) Trong điều kiện làm việc, hiệu suất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại máy, kích thước cấu tạo máy, loại môi chất chuyển động máy, chế độ làm việc máy, đặc tính mạng mà máy làm việc Để đánh giá hiệu lượng hệ thống chung gồm có máy động nó, người ta sử dụng hiệu suất hệ thống ht: ht  Ntl N ĐĐ Trang  Hlt H l  c2  c2  u  c2u  c1u     L    lt  Ll u  c2u  c1u  Từ tam giác vận tốc: c12  c12u  c12a ; c22  c22u  c22a Vì: c1a  c2a Vậy: c22  c12  c12u  c22u   c1u  c2u  c1u  c2u  Do dạng đơn giản hệ số hoạt tính là:   1 c1u  c2u 2u (6.26) Các cấp máy nén trục thường có hệ số hoạt tính   0,5 1, Xét đặc biệt mạng cấp có hệ số hoạt tính 0,5; 1,0; 0,75 * Cấp có   0,5 (hình 6.10): Từ biểu thức (6.26) suy ra: c1u  u  c2u c2u  u  c1u Tam giác vận tốc thỏa mãn điều kiện biểu thị hình 6.6 Từ có tỷ số: w12  c2u  ca2 w22  c1u2  ca2 Hình 6.10 Mạng cánh cấp có   0,5 Mạng cánh dẫn công tác làm tăng độ xoắn dòng c22u  c12u suy c12u  c22u  Từ suy w22  w12 Bất đẳng thức cho thấy kênh cánh dẫn bánh cơng tác cấp có   0,5 khuếch tán Ở ống khuếch tán xảy giảm vận tốc tương đối có biến động chuyển động tương đối thành Trang 147 Hệ số hoạt tính   0,5 cho ta mối quan hệ thành phần vận tốc dạng rãnh cánh sau cho mát lượng cấp Điều giải thích sử dụng cấp có   0,5 loại máy nén trục ổn định * Cấp có   1, (hình 6.11): Từ phương trình (6.26) áp dụng cho trường hợp này: c1u  c2u  hay c1u  c2u hay c1u  c2u Tam giác vận tốc ứng với trường hợp   1,0 biểu diễn hình 6.8 Hình 6.11 Mạng cánh cấp có   1, Từ tam giác vận tốc, xác định thơng số hình học sau: w12  ca2   u  c1u  w22  ca2   u  c2u  Từ suy ra: w2  w1 w12  w22  4u.c1u Vì tăng lượng q trình nén bánh cơng tác cấp khơng có tổn thất là: w12  w22  2u.c1u Từ tam giác vận tốc hình 6.8 với điều kiện c1u  c2u , suy ra: c1  c2 hay c22  c12 Do đó, động khơng thay đổi Đối với cấp có   1,0 lượng khí nhận từ bánh cơng tác chuyển hóa hồn tồn thành Trong cấp có   1,0 (100% hoạt tính) lượng nhận cấp có dạng (áp suất) Quá trình nén xảy rãnh cánh bánh công tác Trang 148 Trong trường hợp này, rãnh cánh hướng dịng khơng làm thay đổi giá trị vận tốc tuyệt đối, làm thay đổi hướng tương ứng với góc   * Cấp có cửa vào cửa hướng trục (   0,75 ): Xét trường hợp dịng khí vào cấp, khỏi cấp vào cấp nén theo hướng trục (hình 6.12) Dịng khí vào cấp theo hướng trục nên c1u  Giả sử c2u  0,5u , thay vào biểu thức (6.26):   1 c1u  c2u 0,5u  1   0, 25  0, 75 2u 2u Hình 6.12 Mạng cánh cấp có   0, 75 Suy ra, rãnh cánh bánh công tác xảy tăng áp suất giảm động chuyển động tương đối Năng lượng tăng áp không xét tổn thất lượng: w w  2 2 ca2  u  ca2  u2  u2 Thiết bị định hướng cấp có   0,75 có tính chất ống khuếch tán, xảy giảm vận tốc chuyển động tuyệt đối từ c2  c3  c1 Kết điều tăng áp suất tương đương với giảm động chuyển động tuyệt đối -Hết -CÂU HỎI ƠN TẬP Hãy trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động máy nén cánh dẫn ly tâm? Hãy trình bày trạng thái dịng khí máy nén cánh dẫn ly tâm? Hãy trình bày cấu tạo chung nguyên lý làm việc máy nén trục? Hãy trình bày phương trình làm việc máy nén trục? Thông số tính chất đặc trưng máy nén trục (năng lượng bánh cơng tác truyền cho dịng khí, hiệu suất có ích cấp ngun tố)? Hệ số hoạt tính máy nén trục? Trang 149 Chương MÁY NÉN THỂ TÍCH -o0o 7.1 MÁY NÉN PISTON: 7.1.1 Đồ thị công (đồ thị thị): Để hiểu chu trình hoạt động máy nén khí kiểu piston – xi lanh sử dụng đồ thị p = f (v), p áp suất, v thể tích khí xilanh thay đổi theo chuyển động piston (hình 7.1) Khi piston dịch chuyển từ phải sang trái, piston nén khí xilanh Van hút (cịn gọi van nạp) đóng suốt qúa trình nén khí Cịn van đẩy đóng thời điểm hiệu suất áp suất xilanh áp suất ống đẩy vượt qua lực đẩy lò xo Khi điều xảy ra, van đẩy mở piston thải khí vào ống đẩy Quá trình tăng áp suất biểu diễn đồ thị đường 1-2, cịn qúa trình thải khí đường 2-3 (hình 7.1) Hình 7.1 Sơ đồ máy nén đồ thị thị Vth: thể tích thải; Vch: thể tích chết; Vdn: thể tích dãn nở; Vh: thể tích hút; Vlv: thể tích làm việc Nếu p2 áp suất xilanh thải khí, thể tích khí thải với áp suất p2 vth Khi nén, nhiệt độ khí tăng, nước làm lạnh khơng thể thu tồn lượng nhiệt q trình nén khí thải Do đường nén đường đa biến với pvn = const Còn đường 2-3, theo lý thuyết đường đẳng áp p2 = const Nhưng thực tế ảnh hưởng quán tính khối khí, tác động khóa lị xo, áp suất khí thải liên tục thay đổi Trang 150 Khi piston đến vị trí cận trái, khơng thể thải tồn lượng khí, phần khí vch cịn lại xilanh (vch – thể tích chết, hay thể tích có hại) Vào đầu hành trình piston sang phải, khóa đẩy đóng lại phần khí lại khoảng chết vch dãn nở theo đường 3-4 Đường dãn nở đường đa biến có số np theo phương trình: pv p  const n (7.1) Quá trình dãn nở tiếp tục đến áp suất xilanh giảm đến p1  p0 , p0 : áp suất thể tích nạp khí Dưới ảnh hưởng hiệu số áp suất p0  p1 , khóa hút mở piston dịch chuyển sang phải, xảy hút khí nạp khí vào xilanh Áp suất p1 luôn nhỏ p0 có cản trở tuyến hút Q trình hút biểu diễn đường đẳng áp 4-1 Hình 7.1 đồ thị p = f(v) lý thuyết máy nén Đồ thị thực khơng có q trình hút thải đẳng áp, khác với đồ thị lý thuyết 7.1.2 Ảnh hưởng thể tích chết: Xilanh máy nén ln ln tích chết Điều cần thiết để tránh va đập piston vào nắp máy piston di chuyển đến cuối hành trình Khoảng khơng gian có hại (thể tích chết) thường đánh giá số phần trăm so với thể tích làm việc xilanh gọi thể tích tương đối khoảng khơng gian chết: a vch vlv (7.2) Trong loại máy nén cấp đại, a  0, 025  0, 06 (khi khóa phân bố nắp) Trong máy nén có nhiều cấp, khố phân bố bề mặt sườn xilanh với a  0, Sự diện khoảng không gian chết dẫn đến q trình hút khơng bắt đầu thời điểm bắt đầu hành trình ngược piston, mà thời điểm cuối trình dãm nở (tại điểm 4) Do thể tích hút vh thực tế nhỏ thể tích làm việc xilanh vh vlv Thể tích khoảng khơng gian chết có ảnh hưởng xấu đến thải máy nén Khi tăng gía trị tương đối khoảng khơng gian chết dẫn đến đẳng thức:  n1  a   p  1      Và lưu lượng tính theo biểu thức (7.3) khơng:   n1  Q1  1  a   p  1  T K vlv n      (7.3) Trong đó: T - hệ số nhiệt, tính đến ảnh hưởng làm nóng khí hút từ bề mặt khóa xilanh Trang 151 K - hệ số kín, tính đến ảnh hưởng rị rĩ qua khóa vành piston xilanh Điều minh họa hình 7.2 Hình 7.2 Đồ thị thị thay đổi khoảng khơng gian chết Khi tăng thể tích chết vch, tọa độ p dịch chuyển dần sang trái, đường nén đa biến phân bố rộng đến giá trị gới hạn vch điểm trùng vào điểm Thể tích thải khơng, lúc đường nén đường dãn nở trùng nhau, máy nén không hút, không thải Khoảng không gian có hại ảnh hưởng đến thải lớn hệ số tăng áp lớn, giá trị tương đối khoảng không gian chết chọn nhỏ hệ số tăng áp lớn 7.1.3 Cách bố trí máy nén nhiều cấp: Máy nén nhiều cấp thiết kế theo hai dạng bản: - Loại có piston dạng vi sai số cấp nén xilanh - Loại có nhiều cấp nén xilanh riêng rẽ Xét trường hợp bản: a Máy nén hai cấp có piston vi sai tác dụng hai hướng: Trong máy nén loại này, cấp nén bố trí theo hai bên piston Nguyên lý làm việc biểu diễn rõ ràng đồ thị thị hình 7.3, xây dựng chung chi hai cấp Nếu giả sử máy nén hút khơng khí từ khí quyển, đường hút cấp thấp so với đường áp suất khí Khi piston chuyển động sang phải, xảy trình hút vào cấp đầu theo đường 4’ – 1’, nén đẩy cấp thứ hai theo đường 3’ – 2” 2”- 3’ Khi piston bắt đầu di chuyển sang trái, cấp đầu xảy q trình nén, cịn cấp thứ hai xảy q trình dãn nở khí Q trình cuối xảy áp suất xilanh đạt tới p2' điểm 4” Tại thời điểm van hút cấp thứ hai mở piston chuyển động snag trái, hút khí từ khoảng khơng gian kín thiết bị lạnh, áp suất khí giảm Khi piston đến vị trí xác định điểm 2’, áp suất khí thiết bị lạnh giảm đến mức van đẩy cấp thứ mở khí từ cấp thứ qua thiết bị lạnh vào cấp thứ hai Áp suất khí thay đổi theo đường 2’- 3’ Trang 152 Hình 7.3 Sơ đồ đồ thị cơng máy nén hai cấp có piston vi sai tác động hai hướng Vào lúc đầu hành trình phía bên phải, cấp thứ xảy trình dãn nở khí theo đường đa biến 3’ – 4’ Thể tích xilanh cấp cấp hai khơng nhau, đồ thị xét có tỷ lệ trục hồnh khác Trong máy nén loại này, trình cấp thực hành trình khác piston, vậy, lực tác dụng lên phần khung kết cấu phân bố b Máy nén hai cấp có piston vi sai tác dụng phía: Đặc trưng máy nén loại phân bố cấp thứ cấp thứ hai theo phía piston; điều dẫn đến q trình hút trình đẩy xảy đồng thời hai cấp (hình 7.4) Hình 7.4 Sơ đồ đồ thị cơng máy nén hai cấp có piston vi sai tác động hướng Khi điểm 3”, với chuyển động piston phía phải, xảy trình dãn nở cấp thứ hai đến áp suất p2, áp suất tạo thiết bị lạnh piston di chuyển sang phải Ở vị trí 4” piston, van hút cấp thứ hai mở xảy q trình hút khí từ thể tích kín thiết bị lạnh Đây trình dãn nở khí theo đường đa biến 4” – 1” Ở cuối trình áp suất cấp thứ hai giảm đến p1' Khi hành trình piston tiếp tục sang trái cấp thứ hai, khí bị nén theo đường 1” – 2” thải theo đường 2” – 3” vào ống đẩy Trong thời gian này, cấp thứ xảy trình nén đa biến 1’ – 2’ đến áp suất p1' Tại thời điểm 2’, van đẩy cấp thứ mở khí bị đẩy từ cấp vào khoang kín thiết bị lạnh Q trình diễn theo đường đa biến 2’ – 3’và tăng áp suất p1' đến p2' Khi hành trình piston sang phải, xảy trình dãn nở hút cấp thứ Trang 153 Trong máy nén loại này, khoang cấp hai luôn phân cách van đóng, có trình, đồng thời khoang cấp thiết bị lạnh Trong máy nén có piston vi sai tác dụng phía, q trình nén thải khí xảy đồng thời hai cấp, phần khung kết cấu máy nén sinh lực lớn phân bố khơng đều, địi hỏi sử dụng bánh đà có khối lượng lớn để cân lực Kết cấu thường áp dụng tổ hợp với sơ đồ thuận dòng loại máy nén có số cấp lớn hai c Máy nén ba cấp có piston vi sai: Các cấp máy nén hình 7.5 bố trí liên hợp cho cặp cấp cạnh tạo thành máy nén hai cấp Để bảo đảm tính kinh tế, công hai cấp phải nhau, lực tác dụng phân bố không đồng khung kết cấu Để giảm lực phân bố chúng đồng hơn, thường sử dụng sơ đồ máy nén hai cấp có phân chia cấp thứ (hình 7.6) Hình 7.5 Sơ đồ máy nén ba cấp có piston vi sai Hình 7.6 Sơ đồ máy nén ba cấp piston vi sai có phân chia cấp thứ d Máy nén nhiều cấp có piston vi sai: Khi sử dụng nguyên lý tạo cấp với piston có đường kính thay đổi, thiết kế máy nén với khối lượng lớn cấp Hình 7.7 Sơ đồ máy nén nhiều cấp piston vi sai Trang 154 7.2 MÁY NÉN ROTO: 7.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc: Máy nén roto thuộc loại máy nén thể tích, nguyên lý làm việc tương tự bơm roto Loại máy nén roto sử dụng rộng rãi, máy nén roto phẳng (hình 8.8) Trong thời gian gần đây, máy nén trục vít sử dụng Khi roto quay, phẳng tạo thành khoang kín mang khí từ khoang hút sang khoang đẩy, đồng thời xảy trình nén khí Sơ đồ có cân khối lượng chất di chuyển tốt, cho phép roto quay với số vịng quay lớn nối máy trực tiếp với động điện Trong trình làm việc máy nén phẳng, lượng nhiệt lớn tỏa ma sát khí Vì hệ số tăng áp > 1,5, vỏ máy thiết kế có thiết bị làm lạnh nước Hình 7.8 Sơ đồ cấu tạo máy nén phẳng Roto; Thân máy; Các phẳng bố trí lệch tâm; Khoang kín tạo hai phẳng Máy nén phẳng sử dụng để hút khí từ thể tích có áp suất nhỏ áp suất khí Trong trường hợp này, máy nén gọi bơm chân không Chân không tạo thành từ bơm chân không phẳng đạt tới 95% 7.2.2 Các thông số bản: a Lưu lượng: Lưu lượng máy nén phụ thuộc vào kích thước hình học số vịng quay (hình 7.9) Hình 7.9 Kích thước hình học máy nén phẳng Trang 155 Giả sử phẳng hướng tâm, thể tích khí là: v  f b Trong đó: f – diện tích cực đại mặt cắt dọc hai phẳng; b – chiều rộng phẳng Có thể giả sử gần đúng: df  rd   r  2e  d 2e  2e  r  e  d  f   4e  r  e d  2e  r  e   Vì vậy: (7.4) Vì: r  e  R   2 Z Z – số phẳng Suy ra: f  4 eR Z (7.5) Thể tích phẳng: v 4 eRb Z (7.6) Lưu lượng thực máy nén là: Q  v.Z n.Q  4 e.R.b.n.Q (7.7) Q - hiệu suất lưu lượng, thường lấy Q  0,5  0,8 Hiệu suất lưu lượng phụ thuộc vào tổn thất bên qua khe hở hướng tâm hướng trục, chiều dày cánh số cánh dẫn b Lưu lượng máy nén trục vít: Q   S1.Z1  S2 Z2  l.n.Q (7.8) Trong đó: S1, S2 - diện tích rãnh trục vít thứ thứ hai Z1 , Z2 - số trục vít; l – chiều dài trục vít n – số vịng quay; Q - hiệu suất lưu lượng c Công suất hiệu suất: Cơng suất cấp máy nén roto có làm lạnh mạnh nước tính theo cơng thức đẳng nhiệt: Trang 156 N N dn p Q b.n.  1 1000.dn ck 1000.dn ck (7.9) Trong đó: p1 – áp suất đầu; Q1 – lưu lượng điều kiện hút; b – chiều rộng phẳng Đối với máy nén làm lạnh yếu khơng khí: N N de 1000.de ck (7.10) Công thức đẳng entropi tính theo cơng thức sau: k 1   k   p k  N de  p1.Q1    1  p1   k 1   (7.11) Tính hiệu suất máy nén khoảng: dn ck  0,5  0,6 ; de ck  0,6  0,7 Đối với loại máy nén trục vít, giá trị lớn chút ma sát khí trục vít nhỏ (hầu khơng) 7.2.3 Điều chỉnh chế độ làm việc máy nén: a Yêu cầu: Lưu lượng khí từ hệ thống ống dẫn thay đổi theo điều kiện tiêu thụ, máy nén cần phải thay đổi lưu lượng thải để tương ứng với lưu lượng tiêu dùng khí từ hệ thống ống Cùng với điều này, mạng lưới cần phải đảm bảo áp suất yêu cầu nơi tiêu thụ Q trình gọi điều chỉnh với áp suất không đổi Nhiệm vụ điều chỉnh tác động lên máy nén để cân lưu lượng thải với lưu lượng nơi tiêu thụ khí nơi tiêu thụ Xung để dẫn đến điều chỉnh thường thay đổi áp suất mạng lưới, sinh thay đổi lưu lượng tiêu thụ khí Trong hệ thống điều chỉnh tốt, thay đổi áp suất nhỏ (khoảng 1% đến 10% áp suất khí quyển) b điều chỉnh cách thay đổi số vịng quay: Từ cơng thức (7.3):   n1  p   Q1  v1.n   a   1  T K vlv n      Có thể thấy lưu lượng máy nén điều chỉnh thay đổi số vòng quay trục máy nén Phương pháp nàu kinh tế sử dụng, đòi hỏi động truyền động dẫn có thiết bị thay đổi số vịng quay Vì thay đổi lưu lượng cách thay đổi số vịng quay động điện khơng sử dụng rộng rãi Phương pháp điều chỉnh sử dụng trường hợp truyền dẫn máy nén từ động từ động đốt trong, với thay đổi số vòng quay thực dễ dàng Trang 157 c Điều chỉnh tiết lưu ống nạp: Nếu tuyến hút máy nén có đưa thêm vật cản phụ máy nén giảm lưu lượng Giả sử đồ thị 1-2-3-4 đồ thị thị máy nén vật cản điều chỉnh ống hút (hình 7.10) Có thể lắp thêm vào tuyến hút vật cản phụ, làm giảm áp suất hút từ p1 đến p1đc, lúc q trình dãn nở đường – 4’ đường hút (hay nạp) đường 4’ – 1’ Hình 7.10 Điều chỉnh tiết lưu ống nạp Từ đồ thị thấy thể tích nạp giảm từ v1 xuống v1đc, cịn thể tích thải từ v2 xuống v2đc, lưu lượng máy nén thay đổi Sơ đồ điều chỉnh tự động loại thể hình 7.10 Nếu lưu lượng tiêu thụ từ bể mạng lưới giảm với lưu lượng thải cho trước máy nén 5, áp suất bể tăng khí đưa theo ống vào khoang hệ thống có piston 3, áp suất tác động lên piston, piston nén lị xo đóng van tiết lưu 4; lưu lượng thải máy nén giảm cân với lưu lượng tiêu thụ từ bể Phương pháp đơn giản tự động tác dụng, nên sử dụng rộng rãi hệ số nén cao, hiệu lượng không lớn d Điều chỉnh cách mở van nạp: Hình 7.11 Điều chỉnh cách mở van nạp Nếu giảm lưu lượng tiêu thụ từ mạng, áp suất tăng lên, áp suất đưa theo ống xung đến thiết bị dạng dạng piston khắc phục lực đẩy lò xo piston chuyển động xuống Cán piston có chạc 5, cản trở phẳng van nạp nằm đế Lúc q trình nén khơng xảy van nạp mở khí từ xilanh bị thải vào đường ống nạp Quá trình xảy áp suất bể bắt đầu giảm piston đẩy chạc cản trở phẳng nằm đế Sự giảm lưu lượng đạt nhờ thải lưu lượng (hình 7.11) Trang 158 Hình 7.12 Đồ thị cơng điều chỉnh mở van nạp Trên hình 7.12 đồ thị thị trường hợp điều chỉnh cách mở van nạp Phương pháp điều chỉnh đơn giản, hiệu suất lượng nhỏ, thải cần 15% cơng suất tồn phần Phương pháp sử dụng cho loại máy nén có hệ số nén lưu lượng Trong giai đoạn nay, thường áp dụng phương pháp mở khóa nạp hành trình piston thay đổi lượng máy nén từ giá trị định mức đến 0,1 giá trị định mức 7.2.4 Thay đổi thể tích khoảng khơng gian chết: Từ cơng thức (7.3), thấy vlv , n,  khơng đổi, điều chỉnh lưu lượng cách thay đổi khoảng khơng gian chết (hình 7.13) Với thể tích khoảng khơng gian chết vch, thể tích nạp khí v1 Nếu tăng thể tích chết đến vchđc vch đường đa biến dãn nở, xây dựng với vị trí trục tọa độ O’, đường 3-4’ thể tích nạp khí v1đc nhỏ v1 Đường đa biến nén 1-2’ tương ứng với thể tích khí thải v2đc  v2 Trong trường hợp giới hạn, thể tích khoảng khơng gian chết tăng đến mức đường đa biến dãn nở nén trùng nhau, đồ thị thị đường 1-3 Khi máy nén khơng nạp khơng thải; hai van đóng xilanh xảy trình dãn nở nén khối khí khơng đổi Ở phương pháp điều chỉnh này, kết cấu chế tạo dạng khoang phụ tích (dung tích) khơng đổi thay đổi, khoang nối với khoảng không gian chết, điều chỉnh tay tự động Để thực điều chỉnh lưu lượng cách điều hòa, thể tích phụ khoảng khơng gian chết phải có dạng hốc hội tụ thể tích tạo xilanh piston Hình 7.13 Đồ thị cơng thay đổi thể tích khoảng khơng gian chết Trang 159 Phương pháp kinh tế sử dụng rộng rãi máy nén có cơng suất lớn 7.2.5 Một số phương pháp điều chỉnh khác: Ngoài phương pháp nêu cịn dùng phương pháp: - Đóng tắt máy (khi công suất trục 200 kW) - Đưa khí từ khoang nén vào khoang nạp - Xã khơng tải từ mạng lưới qua van tự động Phương pháp đầu kinh tế, cịn hai phương pháp sau khơng kinh tế, nói chung dùng Hết CÂU HỎI ÔN TẬP Trình bày cấu tạo, nguyên lý đồ thị công máy nén piston? Ảnh hưởng khoảng không chết đến làm việc máy? Hãy trình bày sơ đồ bố trí, đồ thị cơng máy nén cấp có piston vi sai tác dụng hướng? Hãy trình bày sơ đồ bố trí, đồ thị cơng máy nén cấp có piston vi sai tác dụng hướng? Hãy trình bày cấu tạo, nguyên lý lưu lượng máy nén cánh gạt (hay máy nén phẳng)? Các phương pháp điều chỉnh chế độ làm việc máy nén? Trang 160 TÀI LIỆU THAM KHẢO o0o -1 Nguyễn Hữu Chí 1000 tốn thủy khí động lực Nhà xuất giáo dục, Hà Nội 1998 Nguyễn Văn May Bơm - quạt máy nén Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 1997 Lê Xuân Hòa – Nguyễn Thị Bích Ngọc Lý thuyết thực hành bơm - quạt máy nén Nhà xuất Đà Nẵng 2005 Trần Sĩ Phiệt - Vũ Duy Quang Thủy khí động học kỹ thuật Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1979 ... - Quạt ly tâm - Quạt trục * Máy nén có ba loại: Máy nén cánh dẫn: gồm - Máy nén ly tâm - Máy nén trục Máy nén thể tích: gồm - Máy nén piston - Máy nén roto Máy nén phun tia 1.3 CÁC THÔNG SỐ LÀM... giải ứng dụng vào mơn học có liên quan Tác giả Chương MỞ ĐẦU -o0o 1.1 VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN BƠM - QUẠT VÀ MÁY NÉN: Bơm - quạt máy nén thuộc loại máy thủy lực máy thủy khí Máy thuỷ lực... - Bơm ly tâm - Bơm hướng trục - Bơm hướng chéo - Bơm xốy Bơm thể tích: gồm - Bơm piston - Bơm roto - Bơm piston - roto Bơm phun tia * Quạt có loại cánh dẫn gồm: - Quạt ly tâm - Quạt trục * Máy