BÀI 15 BƠM LY TÂM VÀ GHÉP BƠM

báo cáo thực hành các quá trình thiết bị và cơ học trong công nghệ hoá BÀI 15 BƠM LY TÂM VÀ GHÉP BƠM của trường đại học Công nghiệp Tp.HCM do sinh viên biên soạn báo cáo và được giáo viên chỉnh sửa bài đúng theo yêu cầu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC  BÁO CÁO THỰC HÀNH CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC BƠM LY TÂM VÀ GHÉP BƠM GVHD: Trần Thảo Quỳnh Ngân SVTH: MSSV: 18073881 Lớp học phần: Ngày thực hành: 28.01.2020 Nhóm: MỤC LỤC BÀI 15: BƠM LY TÂM VÀ GHÉP BƠM 15.1 GIỚI THIỆU Bơm ly tâm là loại máy vận chuyển chất lỏng thông dụng nhất công nghệ hoá chất Việc hiểu nguyên lý hoạt động và đặc trưng của một bơm ly tâm la điều quan trọng nhất cốt lõi đối với bất kỳ sinh viên công nghệ nào Hình 15.1 Cấu tạo bơm ly tâm Bơm ly tâm chuyển lượng cung cấp từ motor điện hoặc tuabin để chuyển thành lượng động học (động năng) và sau đó chuyển thành lượng áp suất chất lỏng mà được bơm Các biến đổi lượng xuất hiện tác dụng của phần chính của bơm, cánh guồng và buồng xoắn ốc hay bộ khuếch tán Bánh guồng là bộ phận quay mà truyền lượng động cung cấp thành lượng động học Bộ xoắn ốc hay bộ khuếch tán là bộ phận tĩnh mà chuyển lượng động học thành thế (áp suất) Tất cả các dạng lượng liên quan đến hệ thống chuyển động chất lỏng được diễn tả các thuật ngữ cột áp (chiều cao cột chất lỏng) Chất lỏng quá trình vào đầu hút và sau đó vào mắt (tâm) của cánh guồng Khi bánh guồn chuyển động, nó quat chất lỏng đặt vào khoảng trống giữa các cánh ngoài và tạo gia tốc ly tâm Khi chất lỏng rời tâm cánh guống, một vùng áp suất thấp được tạo làm cho chất lỏng bên ngoài tràn vào Vì dạng cánh guồng là cong, chất lỏng được đẩy tiếp tuyến và theo hướng xuyên tâm lực ly tâm Tác động của lựa này bên bơm giống lực mà giữ nước cái gàu mà quay đầu dây Ý tương chủ đạo là lượng được tạo bơi lực ly tâm là lượng động học Lượng lượng cung cấp cho chất lỏng thì tỷ lệ với vận tốc gò hay cánh đuôi của cánh guồng Cánh guồng càmh quay nhanh hay cánh guồng càng lớn thì vận tốc cao cánh đuổi cánh guồng càng lớn và lượng cung cấp cho chất lỏng càng lớn Năng lượng động học này của chất lỏng thoát khỏi cánh guồng được sư dụng bằng cách tạo một trơ kháng đối với dòng Trơ kháng đầu tiên được tạo bơi bộ xoắn ốc của bơm (vỏ bơm) mà hãm chất lỏng và làm cho nó chuyển động chậm lại Trong đầu đẩy, chất lỏng giảm tốc nữa và vận tốc của nó được chuyển thành áp suất theo nguyên lý Bernoulli Ghép bơm là vấn đề rất cần thiết và quan trọng công nghiệp bơi vì nó mang lại nhiều lợi ích và đáp ứng được nhu cầu thực tế cần thiết Cho nên bài thí nghiệm này chúng ta sẽ làm thí nghiệm và nghiên cứu chúng ta ghép bơm nối tiếp, song song với các thông số kỹ thuật của hệ thống ghép bơm thay đổi thế nào so với lý thuyết 15.2 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Xác định cột áp toàn phần, công suất và hiệu suất của bơm ly tâm bằng cách đo đạc các thông số thay đổi lưu lượng chất lỏng (năng suất bơm) - Xây dựng đường đặc tuyến của mạng ống để xác định điểm làm việc của bơm - Xây dựng đường đặc tuyến hệ bơm ghép nối tiếp - Xây dựng đường đặc tuyến của hệ bơm song song 15.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15.3.1 Các thông số đặc trưng của bơm 15.3.1.1 Năng suất Năng suất của bơm là thể tích chất lỏng mà bơm cung cấp được một đơn vị thời gian Ký hiệu: Q Đơn vị tính: m3/s, l/s, l/ph, 15.3.1.2 Cột áp toàn phần Cột áp toàn phần là áp suất chất lỏng tại miệng của ổng đẩy Nó được tính sau: H = (Chênh lệch cột áp tĩnh + Chênh lệch cột áp động + Chênh lệch chiều cao hình học) H = Hs + Hv + He, (m) Chênh lệch áp tĩnh: Hs = , (m) Trong đó: : áp suất chất lỏng tại đầu ra, Pa Pin : áp suất chất lỏng tại đầu vào, Pa Chênh lệch cột áp động: Hv = , (m) Trong đó: vout = : là vận tốc tại đầu ra, m/s vin = : là vận tốc tại đầu vào, m/s Chênh lệch chiều cao hình học: He = zout - zin , (m) Trong đó:zin: chiều cao hình học tại đầu vào, m zout: chiều cao hình học tại đầu ra, m 15.3.1.3 Công suất cung cấp Công suất động cung cấp với bơm được tính sau: Pm = , (W) Trong đó: n: tốc độ vòng quay của bơm, vòng/phút t: moment xoắn của trục, N.m 15.3.1.4 Hiệu suất bơm Hiệu suất của bơm được tính sau: E = 100% Trong đó: Ph: công suất thuỷ lực tác động tới chất lỏng, có thể được tính sau: Ph = QHg , (W) Trong đó: Q: lưu lượng chất lỏng, m3/s 15.3.2 Đặc tuyến của bơm ly tâm 15.3.2.1 Đặc tuyến của bơm Hình 15.2 Đặc tuyến của bơm ở một tốc độ bơm không đổi Đường H – Q biểu diễn mối quan hệ giữa cột áp toàn phần và lưu lượng Khi cột áp toàn phần giảm lưu lượng tăng hoặc ngược lại Đường Pm – Q biểu diễn mối quan hệ giữa công suất cung cấp cho bơm và lưu lượng qua bơm Ngoài vùng hoạt động tối ưu của bơm đường này trơ nên phẳng, một sự thay đổi lớn công suất chỉ tạo một sự thay đổi nhỏ về vận tốc của dòng Đường E – Q biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất và lưu lượng bơm Đối với bơm nào đó thì nó sẽ đạt hiệu suất tương ứng với suất nào đó 15.3.3 Đặc tuyến mạng ống Đặc tuyến mạng ống là đường cong biểu diễn mối quan hệ Hmo – Q: Hmo = C + KQ2 , (m) Trong đó: Q: lưu lượng, m3/s Hmo: Tổn thất cột áp chất lỏng chuyển động ống dẫn, m C = + (z2 – z1) , (m) K=( Trong đó: P1,p2: áp suất đầu vào và đầu của ống, N/m2 Z1, z2: chiều cao đầu vào và đầu của ống, m L: chiều dài của ống, m : hệ số ma sát : khối lượng riêng của lưu chất, kg/m3 : tổng hệ số trơ lực cục bộ của ống 15.3.4 Ghép bơm nối tiếp Các bơm gọi là làm việc nôi tiếp nếu sau khỏi bơm này, chất lỏng được đưa tiếp vào ống hút của bơm kia, rồi sau đó mới được đưa vào hệ thống Như vậy các bơm làm việc nối tiếp, lưu lượng của chúng bằng và bằng lưu lượng tổng cộng của hệ thống, cột áp của hệ thống bằng tổng cột áp của các bơm Q = Q1 = Q2 = = Qn H = H1 + H2 + + Hn Các bơm làm việc nối tiếp được sư dụng hệ thống yêu cầu áp lực cao mà một bơm không đáp ứng được 15.3.5 Ghép bơm song song Các bơm làm việc cùng cấp nước vào một hệ thống đường ống gọi là làm việc song song Vì thế các bơm làm việc song song hệ thống thì chúng có cột áp bằng và bằng cột áp yêu cầu của hệ thống, còn lưu lượng của hệ thống sẽ bằng tổng lưu lượng của các bơm Theo lý thuyết, các bơm làm việc song song với thì cột áp tổng H tc của hệ thống bằng cột áp toàn phần của từng bơm: Htc = H1 = H2 = Hn và lưu lượng tổng cộgn của hệ thống bằng tổn lưu lượng của các bơm cùng làm việc: Q = Q1 + Q2 + Qn Như vậy các bơm làm việc nối tiếp được sư dụng hệ thống yêu cầu cần lưu lượng lớn mà một bơm không đáp ứng được Trong thực tế ta có thể ghép hai hoặc nhiều bơm làm việc song song cùng một hệ thống đường ống Thậm chí có nhữung trường hợp hai trạm làm việc song song một hệ thớng đường ớng 15.4 MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 15.4.1 Sơ đồ hệ thống Hình 15.6 (Sgk – tr.146) 15.4.2 Trang thiết bị, hoá chất - Chất lỏng sư dụng hệ thống là nước tính khiết - Các thông số cần thiết cho việc tính toán: + Công suất thiết kể của bơm: N = 0,37 kW + Lưu lượng tối đa của bơm: Qmax = 90 l/ph + Đường kính ống có ký hiệu sau: + = 0,03: hệ số ma sát + Thước dây 15.5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 15.5.1 Thí nghiệm 1: Xác định các thông số đặc trung của bơm 15.5.1.1 Chuẩn bị - Van xả đáy phải được đóng hoàn toàn - Cho nước vào bình chứa khảong 2/3 thể tích bình chứa Nếu bình chưa có nước thì kiểm tra van xả đáy trước cho nước vào - Mơ hoàn toàn tất cả các van 15.5.1.2 Các lưu y - Đảm bảo mực nước bình chứa khoảng 2/3 thể tích bình - Khi bơm bật bơm không hoạt động hoặc không có lưu lượng thì phải tắt bơm vào báo cáo cho giáo viên hướng dẫn - Đảm bảo không có bọt khí hệ thống trước tiến hành thí nghiệm - Thường xuyên kiểm tra và so sánh các giá trị đo quá trình làm thí nghiệm 15.5.1.3 Báo cáo - Biểu diễn đặc tuyến mạng ống (Ho – Q) và đặc tuyến thực của bơm (H-Q) - Xác định giao điểm của đường đặc tuyến của mạng ống và đặc tuyến thực của bơm để xác định điểm làm việc của bơm 15.5.2 Thí nghiệm 2: Ghép bơm nối tiếp 15.5.2.1 Chuẩn bị Giống thí nghiệm 15.5.2.2 Các lưu y Giống thí nghiệm 15.5.2.3 Báo cáo - Biểu diễn đặc tuyến mạng ống (Ho – Q) và đặc tuyến thực của hệ thống ghép bơm nối tiếp (H-Q) - Xác định giao điểm của đường đặc tuyến của mạng ống và đặc tuyến thực của hệ thống ghép bơm nối tiếp để xác định điểm làm việc của hệ thống ghép bơm nối tiếp 15.5.3 Thí nghiệm 3: Ghép bơm song song 15.5.3.1 Chuẩn bị Giống thí nghiệm 15.5.3.2 Các lưu y Giống thí nghiệm 15.5.3.3 Báo cáo - Biểu diễn đặc tuyến mạng của ống (Ho – Q) và đặc tuyến thực của hệ thống ghép bơm song song (H – Q) - Xác định giao điểm của đường đặc tuyến của mạng ống và đặc tuyến thuẹc của hệ thống ghép bơm song song để xác định điểm làm việc của hệ thống ghép bơm song song 15.6 KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 15.6.1 Kết qua 15.6.1.1 Thí nghiệm 1: Xác định các thông số đặc trưng của bơm Bảng 1: Thí nghiệm 1: Kết quả Xác định các thông số đặc trưng của bơm STT Q (LMP) 10 12 18 24 30 36 42 48 54 60 Tốc độ bơm n (rpm) 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 Phút (kg/cm2) Pđẩy (kg/cm2) -0,07 -0,09 -0,12 -0,14 -0,175 -0,18 -0,19 -0,25 -0,29 -0,33 1,5 1,8 1,6 1,4 1,3 1,2 1,15 0,8 0,55 0,4 Moment xoắn động t (N.m) 0.32 0.38 0.40 0.41 0.43 0.45 0.47 0.49 0.50 0.51 15.6.1.2 Thí nghiệm 2: Ghép bơm nối tiếp Bảng 2: Thí nghiệm 2: Kết quả Ghép bơm nối tiếp STT Q (LMP) Tốc độ bơm n (rpm) Phút (kg/cm2) Pđẩy (kg/cm2) Moment xoắn động t (N.m) 10 10 14 21 28 35 42 49 56 63 70 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 -0,07 -0,10 -0,12 -0,16 -0,18 -0,22 -0,28 -0,3 -0,35 -0,41 3,7 3,2 2,65 2,2 1,8 1,5 1,2 1,0 0,55 0.57 0.56 0.58 0.55 0.55 0.55 0.56 0.55 0.55 0.51 15.6.1.3 Thí nghiệm 3: Ghép bơm song song Bảng 3: Thí nghiệm 3: Kết quả Ghép bơm song song STT Q (LMP) 10 16 24 32 40 48 56 64 72 80 Tốc độ bơm n (rpm) 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 Phút (kg/cm2) Pđẩy (kg/cm2) -0,07 -0,10 -0,12 -0,15 -0,19 -0,27 -0,3 -0,375 -0,42 -0,51 2,3 1,75 1,65 1,5 1,35 1,25 1,1 0,9 0,75 15.6.2 Xử ly số liệu 15.6.2.1 Thí nghiệm1: Xác định các thông số của bơm Co 90o (0,75) Co chữ T,co 45o (1,5) Van thường (2) 11 Moment xoắn động t (N.m) 0.36 0.38 0.37 0.39 0.37 0.39 0.37 0.36 0.34 0.31 Van khoá (6,4) - Tổng hệ số trơ lực cục bộ = - Chiều dài ống: L = 5,695 (m) = 5,7 (m) - Đường kính của ống (): D = (m) - Hệ số ma sát: 11 Q = (l/ph) = = 110-4 (m3/s) Phút = -0,07 kg/cm2 = -0,07 98066,5 = - 6864,66 (Pa) Pđẩy = 1,5 kg/cm2 = 1,5 98066,5 = 147099,75 (Pa) - Chênh lệch áp tĩnh: Hs = = - Chênh lệch cột áp động: vout = vin (vận tốc đầu vào và đầu là nhau) Hv = (m) - Chênh lệch chiều cao hình học: He = zout – zin = 1,25 – 0,95 = 0,3 (m) - Cột áp toàn phần: Htp = Hs + Hv + He = 15,69 + + 0,3 = 15,99 (m) = 16 (m) C = = (m) K = ( = = 30265679,78 Hmo = C + KQ2 = + 30265679,78 (10-4)2 = 0,3 (m) - Công suất cung cấp Pm = = = 42,22 (W) Bảng 4: Phần xử lý số liệu TN1: Xác định các thông số đặc trưng của bơm Q (m3/s) 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006 0,0007 0,0008 0,0009 0,001 Phút (Pa) -6864,66 -8825,99 -11768 -13729,3 -17161,6 -17652 -18632,6 -24516,6 -28439,3 -32361,9 Pđẩy (Pa) 147099,8 176519,7 156906,4 137293,1 127486,5 117679,8 112776,5 78453,2 53936,58 39226,6 Pm (W) 42,22 50,14 52,78 54,1 56,74 59,37 62,01 64,65 65,97 67,29 Htp (m) 16 19,2 17,5 15,7 15 14,1 13,7 10,8 8,7 7,6 Hmo (m) 0,3 1,21 2,72 4,84 7,57 10,9 14,83 19,37 24,52 30,27 Hình : Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giũa cột áp và lưu lượng 12 15.6.2.2 Thí nghiệm2: Ghép bơm nối tiếp Co 90o (0,75) Co chữ T,co 45o (1,5) Van thường (2) 13 - Tổng hệ số trơ lực cục bộ Van khoá (6,4) = - Chiều dài ống (lúc đo): L = 6,4 (m) - Đường kính của ống (): D = (m) - Hệ số ma sát: Q = (l/ph) = = 1,6710-4 (m3/s) Phút = -0,07 kg/cm2 = -0,07 98066,5 = - 6864,65 (Pa) Pđẩy = 1,5 kg/cm2 = 98066,5 = 392266 (Pa) - Chênh lệch áp tĩnh: Hs = = - Chênh lệch cột áp động: vout = vin (lưu lượng đầu vào và đầu là nhau) Hv = (m) - Chênh lệch chiều cao hình học: He = zout – zin = 1,25 – 0,95 = 0,3 (m) - Cột áp toàn phần: H = Hs + Hv + He = 40,686 + + 0,3 = 41 (m) C = = (m) K = ( = =33640002,82 Hmo = C + KQ2 = + 33640002,82 (1,67x10-4)2 = 0,46 (m) - Công suất cung cấp Pm = = = 75,2 (W) Bảng 5:Phần xử lý số liệu TN2: Ghép bơm nối tiếp Q (m3/s) 0,000117 0,000233 0,00035 0,000467 Phút (Pa) -6864,66 -9806,65 -11768 -15690,6 Pđẩy (Pa) 392266 362846,1 313812,8 259876,2 Pm (W) 75,2 73,9 76,5 72,6 Htp (m) 41 38,3 33,5 28,4 Hmo (m) 0,46 1,83 4,12 7,33 13 0,000583 0,0007 0,000817 0,000933 0,00105 0,001167 -17652 -21574,6 -27458,6 -29420 -34323,3 -40207,3 215746,3 176519,7 147099,8 117679,8 98066,5 53936,58 72,6 72,6 73,9 72,6 72,6 67,3 24,1 20,5 18,1 15,3 13,8 9,9 11,45 16,48 22,44 29,3 37,09 45,79 Hình : Đồ thị biểu diễn sự giao điểm và điểm làm việc của bơm 15.6.2.3 Thí nghiệm3: Ghép bơm song song Co 90o (0,75) Co chữ T,co 45o (1,5) Van khoá (6,4) 12 - Tổng hệ số trơ lực cục bộ = - Chiều dài ống: L = 7,3 (m) - Đường kính của ống (): D = (m) - Hệ số ma sát: Q = (l/ph) = = 1,310-4 (m3/s) Phút = -0,07 kg/cm2 = -0,07 98066,5 = - 6864,65 (Pa) Pđẩy = 2,3 kg/cm2 = 2,3 98066,5 = 225553 (Pa) - Chênh lệch áp tĩnh: Hs = = - Chênh lệch cột áp động: vout = vin (lưu lượng đầu vào và đầu là nhau) Hv = (m) - Chênh lệch chiều cao hình học: He = zout – zin = 1,25 – 0,95 = 0,3 (m) - Cột áp toàn phần: H = Hs + Hv + He = 23,69 + + 0,3 = 24 (m) C = = (m) K = ( = = 35721205,36 Hmo = C + KQ2 = + 35721205,36 (1,33x10-4)2 = 0,635 (m) 14 - Công suất cung cấp Pm = = = 47,5 (W) Bảng 6: Phần xử lý số liệu TN3: Ghép bơm song song Q (m3/s) 0,000133 0,000267 0,0004 0,000533 0,000667 0,0008 0,000933 0,001067 0,0012 0,001333 Phút (Pa) -6864,66 -9806,65 -11768 -14710 -18632,6 -26478 -29420 -36774,9 -41187,9 -50013,9 Pđẩy (Pa) 225553 196133 171616,4 161809,7 147099,8 132389,8 122583,1 107873,2 88259,85 73549,88 Pm 47,5 50,1 48,8 51,5 48,8 51,5 48,8 47,5 44,9 40,9 H (m) 24 21,3 19 18,3 17,2 16,5 15,8 15 13,5 12,9 Hmo (m) 0,635 2,54 5,715 10,161 15,876 22,862 31,117 40,643 51,439 63,504 Hình – TN3: Đồ thị biểu diễn sự giao điểm và điểm làm việc của bơm 15.7 NHẬN XÉT VÀ BÀN LUẬN - Qua đồ thị các thí nghiệm ta thấy có điểm chung là lưu lượng tăng thì nhìn chung thì đặc tuyến của ống giảm và đặc tuyến của bơm tăng dần - Ở thí nghiệm 1,2,3 ta thấy lưu lượng với đặc tuyến bơm của ống và bơm đều khớp với đều tìm được điểm làm việc chung với Khi ghép bơm nối tiếp mà đóng từ từ van hút và giảm từ từ tốc độ quay của bánh guồng bơm thì cho cột áp và hiệu suất cao trường hợp mơ từ từ van hút và tăng từ từ tốc độ quay của bánh guồng bơm 1, công suất động gần bằng Còn ghép bơm song song thì kết quả ngược lại, trường hợp đóng từ từ van hút và giảm từ từ tốc độ quay của bánh guồng bơm thì cho cột áp cà hiệu suất thấp trường hợp mơ từ từ van hút và tăng từ từ tốc độ quay của bánh guồng bơm Vì thế nếu ghép bơm nối tiếp thì ta khơi động bơm tốc độ quay cao rồi từ từ giảm tốc độ quay để thu được hiệu suất cao, còn nếu ghép bơm song song thì ta khơi động bơm tốc độ quay thấp rồi từ từ tăng tốc độ quay lên - Điểm làm việc của bơm cắt Q = 42 l/ph - Điểm làm việc của hệ thống bơm nối tiếp cắt tại Q= 45 l/ph 15 - Điểm làm việc của hệ thống bơm song song tại Q= 40 l/ph *Kết luận: Bơm ly tâm có cấu tạo đơn giản, nguyên lý hoạt động dễ hiểu, dễ sư dụng đời sống và công nghiệp Khi cần làm việc hệ thống cần cột áp cao, ta nên ghép bơm nối tiếp Khi cần làm việc hệ thống cần lưu lượng cao, ta nên ghép bơm song song 15.8 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bin, Các quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất và thực phẩm, NXB khoa học và kỹ thuật, 2007 [2] Tập thể tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập & tập 2, NXB khoa học và kỹ thuật, 2012 16 ...MỤC LỤC BÀI 15: BƠM LY TÂM VÀ GHÉP BƠM 15. 1 GIỚI THIỆU Bơm ly tâm là loại máy vận chuyển chất lỏng thông dụng nhất công nghệ hoá chất Việc hiểu nguyên ly? ? hoạt động và đặc... động và đặc trưng của một bơm ly tâm la điều quan trọng nhất cốt lõi đối với bất kỳ sinh viên công nghệ nào Hình 15. 1 Cấu tạo bơm ly tâm Bơm ly tâm chuyển lượng cung cấp từ... của bơm - Xây dựng đường đặc tuyến hệ bơm ghép nối tiếp - Xây dựng đường đặc tuyến của hệ bơm song song 15. 3 CƠ SỞ LY? ? THUYẾT 15. 3.1 Các thông số đặc trưng của bơm 15. 3.1.1