Bơm, quạt, máy nén: Phần 2

Phần 2 giáo trình Bơm, quạt, máy nén gồm có những nội dung chính sau: Quạt, khái niệm chung máy nén, máy nén cánh dẫn, máy nén thể tích. Giáo trình sẽ phục vụ tốt cho việc giảng dạy, học tập và nghiên cứu trong các trường đại học kỹ thuật. Mời các bạn cùng tham khảo.

Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt 147 CHƯƠNG V: QUẠT 5.1- KHÁ I NIỆM CHUNG VỀ MÁY QUẠ T 5.1.1 - Khái niệm chung Quạt thuộc loại máy có cánh Chúng dùng để biến động thành lượng để di chuyển môi chất tạo cho áp cần thiết Quạt làm việc hệ thố ng Hệ thống bao gồm bình chứa , đường ống hút đường ố ng đẩy Quạt với độ ng kéo gọi thiết bị quạt Đối với quạt, áp suất sau khô ng lớn áp suất trước nên nén môi chất bỏ qua việc tính toán quạt tiến hành tương tự với bơm 5.1.2 - Các thô ng số đặc trưng innhg), cột áp, công Các thông số đặc trưng cho làm việc quạt là: suất (lưu i Mlượ h C Ho suất hiệu suất TP t a u h a- Năng suất Ky t m a h Su p đơn vị thời gian Năng suất gọi Là lượng môi chất quạt quạt đượ cH D ng lưu lượng Truo © t gh pyrt iđược đo đơn vị trọng lượng (kG/s, N/s,…) gọi Nếu lượng môC i ochấ suất trọng lượng, ký hiệu G Nếu lượng môi chất đo đơn vị thể tích (m3/s, m3/h, l/s,…) gọi suất thể tích, ký hiệu Q Giữa G Q có mối liên hệ: G = .Q (5.1) Thay trọng lượn g riêng  bằn g thể tích riêng  (nuy) ta có: Q G  G  (5.2) b- Cột áp Cột áp quạt lượng lượ ng quạt cung cấp cho 1kg môi chất môi chất chuyển động qua chún g Cột áp ký hiệu H Về mặt hình học, cột áp quạt xem chiều cao mà lượng chất lỏng nâng lên lượng mà chúng nhận đo mmH2O Để hiểu rõ thành phần cột áp H, ta xét hình vẽ sau: pI - áp suất mặt chất lỏng bình hút p1 - áp suất trước đầu vào quạt v1 - vận tốc chất lỏng đầu vào p2 - áp suất đầu quạt v2 - vận tốc chất lỏng đầu Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt 148 y - khoảng cách hai điểm đo đồn g hồ chân không kế đồng hồ áp kế pII - áp suất mặt chất lỏng bình chứa pII IV IV II z2 p2 p1 III III II y pI z1 I I hi Ho C P Hình 5.1 – Sơ đồ hệ thống má yT quạt huat t y Giả sử: e1- lượng riê ng chất lỏngphtrướ amcKquạt u S DHt lỏng sau quạt e1- lượng riêng củoangchấ u r ©T Từ định nghóa cộ tiá ghpt, ta coù: r y Cop H  e  e1 h Min Theo phương trình Becnulli, ta có: Suy ra: e1  p1 v12   z1  2g H p  p1 v 22  v12  y  2g vaø e2  p v 22   z2  y  2g (5.3) Đối với thiết diện I-I II-II, ta có: pI p v2  z1     h   2g (5.4) Đối với thiết diện III-III IV-IV, ta có: p v 22 p   z  II   h  2g  (5.5) Từ (5.4) (5.5), ta được: H p II  p I  z  h  Trong đó:  h   h   h - tổng tổn thất toàn đường ống  h -tổn thất đường ống hút Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn (5.6) Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt h 149 -tổn thất đường ống đẩy z = z + z2 + y Từ (5.6) ta thấy: cột áp dùng để vượt hiệu số áp lực hai bình, nâng chất lỏng lên khoảng h hai bình Z thắng trở lực đường ống h Đối với quạt, áp suất khí trước sau quạt khô ng khác tỷ trọ ng khí nhỏ, ta cho đại lượng: p  pI H t  II z0  H  h nghóa cột áp quạt sinh dùng để thắng trở lực đường ố ng c- Công suất hiệu suất nhng lượng Năng Mină Trong thời gian quạt làm việc, môi chất nhân từ quạt mộht isố C Hcocủa quạt lượng cung cấp liên tục cho dòng chảy động truyền cho TPtrụ t a u h Kycôtng suất trụ c Công suất động truyền qua trục quạt gọ i m a u ph Năng lượng truyền cho dòng chấgt D lỏHngS gọi năn g lượn g hữu ích Năng lượn g hữu on ích đơn vị thời gian hgọ i© T làrucông suất hữu ích t ig opylàr: Công suất hữuCích N  G.H  .Q.H Trong đó:  - đo bằn g N/m3 Hay G- ño baèng N/s G.H .Q.H  N 102 102  - đo bằn g kG/m Trong đó: ;W (5.7) ; kGm/s (5.8) G- đo kG/s N Hiệu suất là: - hiệu suất toàn phần  N dc Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn (5.9) Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt 150 5.2 - QUẠT LY TÂM 5.2.1- Kết cấu số chi tiết Quạt ly tâm dùng để vận chuyển chất khí tạo nên áp suất toàn phần không 1500kG/m2 (khi  = 1,2 kg/m3) có hệ số tăng áp  < 1,15 Do áp suất bé vậy, nén không ảnh hưởng nhiều đến làm việc máy tính bị nén khí bỏ qua Bởi sở lý thuyết quạt giống bơm khác kết cấu HS ng D uat T u ph y th am K Chi P Ho h Min ruo t©T h g i Hình 5.2 – Sơ đồ kết cấu quạt opyr C – Trục – Thanh truyền động – Đóa ( đóa sau) – Vỏ quạt – Cánh dẫn – Bệ quạt – Đóa phụ (đóa trước) – Ổ đỡ – Mạng cánh 10, 11 – Ống ra, ống vào Kết cấu: Bánh công tác quạt tạo trục 1, gắn chặt với đóa Các cánh dẫn làm việc gắn chặt với đóa đóa trước Đóa đảm bảo độ cứng cần thiết mạng cánh 5; truyền động quạt Vỏ quạt gắn với bệ có ổ đỡ mang trục quạt có bánh công tác 10 11 nắp kẹp ống vào ống Bánh công tác có cánh dẫn cong phía trước có áp lực cao bánh công tác có cánh thẳng cong phía sau có số vòng quay song hiệu suất thủy lực thấp Trong quạt thường dùng bánh công tác có cánh cong phía trước thẳng Cuối ống dẫn thường dùng đoạn ống chuyển tiếp có dạng loa để tiếp tục tăng áp khí sau khoûi voû Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt 151 Nguyên lý: Dòng khí vào bánh công tác qua ống vào theo hướng dọc trục, sau quay góc 90o chuyển động rãnh cánh từ tâm Sau khỏi bánh công tác, dòng khí vào vỏ xoắn ốc ống Chi P Ho T huat t y K pham Hình 5.3 – Sơ đồ Snguyê n lý tính toán u H ng D o u r 5.2.2 - Các thông số củatquạ © Tt ly tâm gh i r y a - p suất quạCt op h Min Ta biết rằng, điều kiện để máy quạt làm việc hệ thống ống dẫn, phụ thuộc lớn vào tính chất sau: chất khí (hoặc chất lỏng) phải thỏa mãn định luật bảo toàn lượng p2, c2 Ho o k p1, c1 Hình 5.4 – Sơ đồ hệ thống quạt khói Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt 152 Xét trường hợp: quạt ống dẫn hình vẽ, quạt quạt khói từ nồi qua ống khói vào môi trường xung quanh Viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-2, ta có: p c2 p1 c12   g.H    g.H  g. h k k 2 Với: p1, p2 - áp suất tónh tuyệt đối đầu cuối dòng khí 1-2 k - khối lượng riêng trung bình khí đoạn 1-2 c1, c2 - vận tốc tuyệt đối khí mặt cắt 1-1 2-2 H - cột áp mà quạt đạt h - tiêu hao cột áp đoạn 1-2 Ho - độ cao từ trục quạt đến miệng ống khóyi thuat K pham u Mà ta biết: S H ng D o u r p1 = p1t +htpo© T ; p2 = p2t + po - ogHo g pyri o C Với p1t, p2t - áp suất tónh (dư ) T Chi P Ho h Min o - khối lượng riêng khí trung bình theo độ cao ống khói Sau biến đổi ta được:  p t  p1t c 22  c12     h  H   1 H  k g 2g  k   Biểu thức H   k (5.10)   gọi sức hút tự nhiên hệ  Do phụ thuộc vào tỷ số o/k; sức hút tự nhiên dương (+) hay âm (-) Nếu o > k Ho > 0, sức hút tự nhiên dương (+) làm giảm cột áp mà quạt cần thiết Khi Ho > o < k , sức hút tự nhiên âm (-) làm tăng cột áp cần thiết công suất trục quạt Khi o = k với giá trị Ho, ta có sức hút tự nhiên không, lúc quạt làm việc với cột áp: H p2t  p1t c 22  c12   h k g 2g (5.11) Trong thiết bị nồi đại trạm nhiệt điện, có hiệu số nhiệt điện khí khói lớn độ cao ống khói lớn (từ 350  400m) nên sức hút tự nhiên hệ xuất lớn Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt 153 Để tính toán áp suất mà quạt đạt cách nhanh chóng người ta sử dụng phương pháp hệ số áp suất toàn phần Ta biểu diễn thành phần vận tốc c2u theo hệ số xoắn 2 = c 2u lối sử dụng u2 phương trình máy ly tâm , ta có: H l  u c u   u 22 g g (5.12) Đánh giá mát lượng quạt cách tính hiệu suất thủy lực:  tl  u 22 g H   tl H l  (5.13) p  .g.H   tl . u 22 Sử dụng hệ số áp suất toàn phần: p p .u 22 ruo t©T popypr.i.guh22 C p   tl  Ta coù: Hay HS ng D uat T u ph y th am K Chi P Ho (5.14) h Min (5.15) (5.16) (5.17) Để tiện tính toán áp suất toàn phần với loại cánh khác nhau, ta sử dụng bảng đây: 2 2 > 90o 1,1  1,6  p 0,60  0,75 0,66 1,2 = 90o 0,85  0,95 0,65  0,8 0,60  0,76 < 90o 0,50  0,80 0,70  0,90 0,35  0,72 Nếu dòng khí lối vào quạt có thông số p1t , c1 lối p2t , c2 áp suất toàn phần mà quạt đạt là: c 22  c12 p  p t  p1t   (5.18) b - Lưu lượng quạt ly tâm Để so sánh quạt làm việc với chất khí có nhiệt độ khác nhau, khối lượng riêng áp suất khác nhau, lưu lượng tính theo m3 tiêu chuẩn, nghóa đo suất theo điều kiện tiêu chuẩn không khí (p = 760 mmHg t = 0oC ) Khi đó, trọng lượng riêng không khí tính o = 1,293 kG/m3 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt 154 Lưu lượng tính theo m3 tiêu chuẩn biểu diễn: Q0  G 0 , mtc3 /s mtc3 /h (5.19) G - lưu lượng trọng lượng tính theo kG/s kG/h Sự liên hệ lưu lượng Qo lưu lượng thực tế tính theo công thức: Q0  Q  0 (5.20) Lưu lượng quạt tính theo điều kiện bình thường ( p = 760 mmHg , t = 20oC , = 50% - độ ẩm tương đối không khí) Q/  Q  / , m 3/s , m3/h P uat T Đối với không khí: ’= 1,2 kG/m3 Vaäy:  Q Q 1, / HS ng D u h Ky t m a ph Ho C  (5.21) nh i M hi (5.22) Truo t t© củ h g i c - Công suất hiệ u suấ a quạt yr Cop Trong số trường hợp, đặc trưng quạt áp suất toàn phần mà áp suất tónh pt tương ứng với cột áp tónh Ht Trong trường hợp người ta đánh giá hiệu lượng quạt hiệu suất tónh t t  .g.Q.H t Q.p t  N N (5.23) Vaäy: Hiệu suất tónh tỷ số công suất có ích để tạo thành áp suất tónh với công suất mà động truyền cho trục quạt Vì t <  Thường t = (0,7  0,8)  Công suất cần thiết quạt tính theo công thức: N .g.Q.H  (5.24) Hiệu suất toàn phần thường lấy khoảng  = 0,75  0,92 Công suất động để kéo quạt tính theo công thức sau: Nđc = m .g.Q.H . td (5.25) m - hệ số dự trữ công suất; m = 1,05  1,2 ; công suất nhỏ cần chọn m lớn Nđc = m Q.p . td Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt 155 td - hiệu suất truyền động; nối trực tiếp trục động với trục quạt tđ = 1; truyền cua-roa hình nêm tđ = 0,9  0,95 5.2.3 - Đường đặc tính quạt ly tâm Các đường đặc tính quạt xây dựng trực tiếp từ thực nghiệm với số vòng quay không đổi không khí có  = 1,2 kg/m3 Đối với đường đặc tính xây dựng với điều kiện chuẩn p = 760 mmHg, t = 20o vaø  = 50%, tính toán thực tế có lưu lượng, cột áp hiệu suất không thay đổi, áp suất công suất trục thay đổi tỷ lệ thuận với khối lượng riêng khí, tức là: p  po   1, vaø N  No   1,2 (5.26) Về mặt hình dạng đường đặc tính quạt khác đường đặc tính bơm cấu tạo nhn ngựa góc 2 bơm quạt khác Đặc biệt số quạt đường đặc tính có g iyê inM h C Ho bé tỷ số D2/D1 bé TP t a u h Ky t m a h Su p H D ng Truo © t h yrig Cop Hình 5.5 – Đường đặc tính số loại quạt ly tâm - quạt CT No8 - quaït U6-46 No4 - quaït BPH No4 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương V: Quạt 156 * Đường đặc tính có thứ nguyên n = const Chi P Ho h Min T huat t y am K Hình 5.7 – ĐườHngSặpch tính n = const gD unonkhi r T * Đường đặc tính có thứ tnguyê n thay đổi n = var quạt BB No11 © h g i yr Cop Hình 5.8 - Đường đặc tính có thứ nguyên n thay đổi n = var Trong thiết kế quạt, đường đặc tính không thứ nguyên sử dụng rộng rãi Đường đặc tính chung cho họ máy có kích thước hình học tương tự Đường đặc tính không thứ nguyên tiện dụng để tính kích thước làm việc quạt từ số liệu cho trước như: Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII:Máy nén cánh dẫn 206 - Ở ống khuếc h tán xảy giảm vận tốc tương đối có biến động chuyển động tương đối thành - Hệ số hoạt tính  = 0,5 cho ta mối quan hệ thành phần vận tốc dạng rãnh cánh cho mát lượng cấp Điều giải thích sử dụng cấp có  = 0,5 loại máy nén trục ổn định * Cấp có  = 1,0 Từ phương trình (7.26) áp dụng cho trường hợp ta coù: hay c 1u  c u  c 1u  c u hay c 1u  c 2u Tam giác vận tốc ứng với trường hợp biểu diễn hình 7.7 ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T y th am K u ph Chi P Ho h Min Hình 7.7 – Mạng cánh cấp có  = 1,0 Từ tam giác vận tốc ta có tỷ số hình học sau: w 12  c 2a  u  c1u  w 22  c 2a  u  c u  Từ suy w  w1 w 12  w 22  4u.c1u Vì vậy: tăng lượng trình nén bánh công tác cấp mát là: w 12  w 22  2u.c1u Từ tam giác vận tốc hình 13.5 với điều kiện c1u  c 2u , suy ra: c1  c hay c 22  c12 => động không đổi Vậy: lượng mà khí nhận từ bánh công tác chuyển hóa hoàn toàn thành Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương VII:Máy nén cánh dẫn 207 Trong cấp có  = 1,0 (100% hoạt tính) lượng nhận cấp có dạng (áp suất) Quá trình né n xảy rãnh cánh bánh công tác Trong trường hợ p này, rãnh cánh hướn g dòng khôn g làm thay đổi giá trị vận tốc tuyệt đối làm thay đổi hướng tương ứn g với góc 1 và2 * Cấp có lối vào lối hướng trụ c ( = 0,75) Ta xét trường hợp dò ng khí cho vào cấp khỏi vào cấp sau theo hướng trục, tức là: ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T y th am K u ph Chi P Ho h Min Hình 7.8 – Mạng cánh cấp có  = 0,75 Dòng khí vào cấp theo hướ ng trục nê n c1u  Giả sử : c u  0,5u thay vào ta có:   1 c 1u  c u 0,5u  1   0, 25  0,75 2u 2u Suy ra, rãnh cánh bánh công tác xảy tăng áp suất kết giảm động chuyển động tương đối Năng lượng tăng áp chưa tính đế n mát lượng ta có: 2 w w  c a2  u  c 2a  u2  3u2 Thiết bị định hướng cấp có  = 0,75 có tính ống khuếch tán, xảy giảm vận tốc chuyển động tuyệt đối từ c  c  c1 Kết điều tăng áp suất tương đương với giảm động chuyể n động tuyệt đối Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 208 CHƯƠNG VIII: MÁY NÉN THỂ TÍCH 8.1- MÁY NÉN PISTON 8.1.1- Đồ thị công ( hay đồ thị thị) ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T u ph y th am K Chi P Ho h Min Hình 8.1 - Sơ đồ máy nén đồ thị thị vch - thể tích chết vth - thể tích thải vdn - thể tích dãn nở vh - thể tích hút vlv - thể tích làm việc Ta theo dõi trình tự làm việc máy nén giúp đỡ đồ thị p = f(v), v-thể tích chứa xilanh giới hạn piston, phụ thuộc vào vị trí piston Khi piston dịch chuyển từ phía phải sang phía trái, piston nén khí nằm xilanh Van hút (hay gọi van nạp) đóng suốt thời gian trình nén khí Còn van đẩy đóng đến hiệu số áp suất xilanh áp suất ống đẩy thắng lực đẩy lò so 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, trình thải khí đường 2-3 Nếu p2 áp suất xilanh thải khí, thể tích khí thải với áp suất p2 vth Khi nén, nhiệt độ khí tăng, nước lạnh không lấy cách hoàn toàn lượng nhiệt trình nén khí thải Do đường nén đường đa biến: pvn = const Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 209 Còn đường 2-3, theo lý thuyết đường đẳng áp p2 = const Nhưng thực tế ảnh hưởng quán tính khối khí, tác động khóa lò so, áp suất khí thải không giữ không đổi Khi piston đến vị trí cận trái, không thải toàn khí, phần khí vch lại xilanh (vch - gọi thể tích chết hay thể tích có hại) Vào đầu hành trình piston sang phải, khóa đẩy đóng lại phần khí lại khoảng không chết vch dãn nở theo đường 3-4 Đường dãn nở đường đa biến có số np, có phương trình: p.v np  const (8.1) Quá trình dãn nở tiếp tục đến áp suất xilanh giảm đến p1 < p0, p0 - áp suất khoảng không mà khí hút vào Dưới ảnh hưởng hiệu số áp suất p0 - p1, khóa hút mở piston dịch chuyển sang nh phải, xảy hút khí vào xilanh i Mi h C Ho TPn hút Quá trình hút biểu t a Áp suất p1 luôn nhỏ p0 có cản trở củ a tuyế u h Ky t m diễn đường đẳng áp 4-1 a h Su p H D g Hình 8.1 đồ thị thị lýTthuyế ruon t máy nén © t h yrig Copc có khác so với đồ thị lý thuyết (chủ yếu đường hút đường đẩy) Đồ thị thị thự 8.1.2- Ảnh hưởng khoảng không chết Xilanh máy nén làm có khoảng không gian chết Điều cần thiết để tránh va đập piston vào nắp máy hành trình đến điểm cuối Khoảng không gian có hại thường đánh giá số phần trăm so với thể tích làm việc xilanh gọi thể tích tương đối khoảng không chết: a= v ch v lv (8.2) Trong loại máy nén cấp đại a = 0.025  0,06 (khi khóa phân bố nắp) Trong nén nhiều cấp, khóa phân bố bề mặt sườn xilanh a  0,2 * Sự diện khoảng không chết dẫn đến: trình hút không bắt đầu thời điểm bắt đầu hành trình ngược piston, mà thời điểm cuối trình dãn nở (tại điểm 4) Suy ra, thể tích hút vh mà thực tế piston hút nhỏ thể tích làm việc xilanh vh < vlv Thể tích khoảng không chết có ảnh hưởng xấu đến thải máy nén Khi tăng giá trị tương đối khoảng chết dẫn đến đẳng thức:  n1  a   p  1      Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 210 lưu lượng tính theo biểu thức sau 0:   n1  Q l  1  a  p  1 . T  K v lv n       (8.3) Trong đó: T - hệ số nhiệt, tính ảnh hưởng làm nóng khí hút từ bề mặt khóa thành xilanh;  K - hệ số kín, tính ảnh hưởng rò rỉ qua khóa vành đệm piston xilanh Điều thấy rõ hình 8.2: ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T y th am K u ph Chi P Ho h Min Hình 8.2 – Đồ thị thị thay đổi khoảng không chết Khi tăng vch, trục tọa độ p dịch chuyển sang trái, đường nén đa biến phân bố rộng đến giá trị giới hạn vch điểm trùng vào điểm Thể tích thải không, lúc đường nén đường dãn nở trùng nhau, máy nén không hút , không thải Khoảng hại ảnh hưởng đến thải lớn hệ số tăng áp lớn, giá trị tương đối khoảng không chết chọn nhỏ hệ số tăng áp lớn 8.1.3- Cách bố trí máy nén nhiều cấp Máy nén nhiều cấp làm theo cách chính:  loại có piston dạng vi sai số cấp nén xilanh  loại có nhiều cấp nén xilanh riêng rẽ Ta xét số trường hợp Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 211 a- Máy nén cấp có piston vi sai tác dụng hướng Trong máy nén loại cấp nén bố trí theo bên piston Nguyên lý làm việc biểu diễn rõ ràng đồ thị thị, xây dựng chung cho cấp nh i Mi h C Hình 8.3 – Sơ đồ đồ thị công máy nén cấp có pistonP.viHosai tác dụng hướng T huat t y Kquyển, đường hút cấp Nếu giả sử máy nén hút không khí từakhí ph m u S nằm thấp chút so với đường áp D suấ H t khí Khi chuyển động piston sang phải ng o u r xảy trình hút vào cấp đầ ©uTtheo đường 4’-1’, nén đẩy cấp thứ theo đường 3’-2” ght i r y 2”-3” Cop Khi piston bắt đầu di chuyển sang trái, cấp đầu xảy trình nén, cấp thứ xảy trình dãn nở khí Quá trình cuối xảy đến áp suất xilanh chưa đạt tới p2’ điểm 4” Tại thời điểm van hút cấp thứ mở piston, chuyển động sang trái, hút khí từ khoảng không kín thiết bị lạnh Và lúc áp suất khí giảm Khi piston chiếm vị trí xác định điểm 2’, áp suất khí thiết bị lạnh giảm đến chừng van đẩy cấp thứ mở khí từ cấp thứ qua thiết bị lạnh vào cấp thứ Áp suất khí thay đổi theo đường 2’-3’ 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 không nhau, đồ thị xét có tỷ lệ trục hoành khác Trong máy nén loại trình nén cấp thực hành trình khác piston, lực tác dụng lên phần khung phân bố b- Máy nén cấp có piston vi sai tác dụng phía Đặc biệt máy nén loại phân bố cấp thứ cấp thứ theo phía piston; điều dẫn đến: trình hút trình đẩy xảy hai cấp đồng thời Khi điểm 3” hình 8.4, với chuyển động piston phía phải xảy trình dãn nở cấp thứ đến áp suất p2, áp suất tạo thiết bị lạnh cấp hành trình piston sang phải Ở vị trí piston xác định điểm 4”, van hút cấp thứ Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 212 mở xảy 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 giảm đến p1’ Khi hành trình piston tiếp tục sang trái cấp thứ khí bị nén theo đường 1”-2” thải theo đường 2”-3” vào ống đẩy Trong thời gian cấp thứ xảy nh i Mi h C Ho tác dụng hướng Hình 8.4 – Sơ đồ đồ thị công máy nén cấp coù pistonTvi P sai t a u h y tvan điể mK2’ đẩy cấp thứ mở khí bị trình nén theo đa biến 1’-2’ đến áp suất p1’ Tại h m a p u S H Quá trình diễn theo đường đa biến 2’-3’ gây đẩy từ cấp vào khoang kín thiết bị glạD nh n o u r T hành trình piston sang phải xảy trình dãn nở hút tăng áp suất từ p1’ đến ph2t’.©Khi g i r y cấp thứ Cop Trong máy nén loại khoang cấp và2 luôn phân cách van đóng, có trình, xảy đồng thời khoang cấp thiết bị lạnh Thiết bị lạnh: công dụng làm lạnh khí nén, đóng vai trò bình chứa tức dung tích để nhận khí từ cấp thứ 1, sau sả khí vào cấp thứ Trong máy nén có piston loại vi sai tác dụng phía này, trình nén thải khí xảy cấp đồng thời, phần khung máy nén sinh lực lớn phân bố không đều, đòi hỏi sử dụng bánh đà có khối lượng lớn để cân lực Sơ đồ thường dùng tổ hợp với sơ đồ thuận dòng loại máy nén có số cấp lớn c- Máy nén cấp có piston vi sai Hình 8.5 – Sơ đồ máy nén cấp có piston vi sai Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 213 Các cấp máy nén hình 8.5 liên hợp cho cặp cấp cạnh tạo thành máy nén cấp Khi tạo đẳng thức công cấp riêng rẽ điều kiện hiệu kinh tế, sơ đồ cho ta phân bố không phần khung máy Để giảm lực phân bố chúng hơn, người ta sử dụng sơ đồ máy nén cấp có phân chia cấp thứ Hình 8.6 – Sơ đồ máy nén cấp piston vi sai có phân chia cấp thứ nh i Mi h C d- Máy nén nhiều cấp có piston vi sai Ho TP t a u h Khi sử dụng nguyên lý tạo cấp với piston có đườ Ky tng kính thay đổi, thiết kế máy m a h nén với khối lượng lớn cấp Su p H D ng Truo © t h yrig Cop Hình 8.7 – Sơ đồ máy nén nhiều cấp piston vi sai 8.2- MÁY NÉN ROTO 8.2.1- Cấu tạo, nguyên lý làm việc Ta có sơ đồ máy nén phẳng: Hình 8.8 – Sơ đồ cấu tạo máy nén phẳng 1.Roto; 2.Thân máy ; 3.Các phẳng bố trí lệch tâm ; 4.Khoang kín tạo phẳng Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 214 Máy nén roto thuộc vào loại máy nén thể tích, theo nguyên lý làm việc giống bơm roto Loại máy nén roto sử dụng rộng rãt máy nén roto phẳng Trong thời gian gần người ta có sử dụng máy nén trục vít 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 vòng quay lớn nối máy cách trực tiếp với động điện Trong trình làm việc máy nén phẳng, khối lượng nhiệt lớn tỏa masat khí Vì hệ số tăng áp > 1,5 vỏ máy thiết kế có thiết bị làm lạnh nước 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 bơm chân không phẳng đạt tới 95% nh i Mi h C 8.2.2- Các thông số Ho TP t a u h Ky t a- Lưu lượng m a h Su p H D Lưu lượng máy nén phụ thuộ cn vàgo kích thước hình học số vòng quay Truo © t h yrig Cop Hình 8.9 – Kích thước hình học máy nén phẳng Nếu giả sử phẳng hướng tâm, thể tích khí là: v = f.b Trong đó: f- diện tích cực đại mặt cắt dọc phẳng; b- chiều rộng phẳng Có thể giả sử gần đúng: df  rd  r  2e d  2e  2er  ed Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 215  Vì vậy: f   4er  e d  2er  e (8.4) Vì: r+e=R Suy ra: f   2 Z ; Z – số phẳng eR Z (8.5) Thể tích khí phẳng: v 4eRb Z (8.6) Vậy lưu lượng thực máy nén là: Q  v.Z.n. Q  4.e.R b.n. Q nh Mi Chi (8.7) o Q – hiệu suất lưu lượng, thường lấy  Q  0,5  0,8 at TP H u h Ky t m a ph t bên qua khe hướng tâm hướng Hiệu suất lưu lượng phụ thuộc vào H mấStu má D onngh dẫn trục, chiều dày cánh T sốrucá © t h yrig b -Lưu lượng má Copy nén trục vít Q  S1 Z1  S2 Z .l.n.Q Trong đó: (8.5) S1, S2 - diện tích rãnh trục vít thứ thứ 2; Z1, Z2 - số trục vít; l - chiều dài trục vít; n - số vòng quay;  Q - hiệu suất lưu lượng c- Công suất hiệu suất * Công suất cấp máy nén roto có làm lạnh mạnh nước tính theo công đẳng nhiệt: N Trong đó: N dn p Q b.n.  1 1000.dn  ck 1000.dn ck p1 - áp suất đầu; Q1 - lưu lượng điều kiện hút; b - chiều rộng phẳng Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn (8.6) Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 216 * Đối với máy nén làm lạnh yếu không khí N N de 1000.de ck (8.7) Công suất đẳng entrôpi tính theo công thức sau: N de  p k  p1 Q1   p1 k 1     k 1 k   1   (8.8) Tích hiệu suất máy nén nằm 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 ( không) nh i Mi h C Ho TP t a u h KyYt NÉN 8.3 – ĐIỀU CHỈNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦaAmMÁ h Su p H D 8.3.1- Yêu cầu ng Truo © t h rigthố Lưu lượng khíCtừ ng ống dẫn theo điều kiện tiêu thụ thay đổi, máy opyhệ nén cần phải thay đổi lưu lượng thải để cho 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 Điều chỉnh gọi điều chỉnh với áp suất không đổi Nhiệm vụ điều chỉnh tác động lên máy nén mà tác động làm cân lưu lượng thải với lưu lượng 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 Ở hệ thống điều chỉnh tốt, thay đổi áp suất nhỏ (khoảng 1% - 10% áp suất khí quyển) 8.3.2- Điều chỉnh cách thay đổi số vòng quay Từ công thức (8.3):   n1  Q l  v1 n  1  a  p  1 . T  K v lv n       ta thấy lưu lượng máy nén điều chỉnh thay đổi số vòng quay trục máy nén Phương pháp kinh tế sử dụng, đòi hỏi động truyền dẫn có thiết bị thay đổi số vòng quay Vì thay đổi lưu lượng cách thay đổi số vòng quay động điện không sử dụng rộng rãi Phương pháp điều chỉnh sử dụng trường hợp truyền dẫn máy nén từ động từ động đốt trong, mà thay đổi số vòng quay thực dễ dàng Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 217 8.3.3- Điều chỉnh tiết lưu ống nạp Nếu tuyến hút máy nén có đưa thêm vật cản phụ máy nén giảm lưu lượng Giả sử dt 1-2-3-4 đò thị thị máy nén vật cản điều chỉnh ống hút (hình 8.10) Ta cho thêm vào tuyến hút vật cản phụ, làm giảm áp suất hút từ p1 đến p1đc, lúc trình dãn nở đường 3-4’ đường hút (hay nạp) đường 4’-1 Từ đồ thị ta thấy rằng, thể tích nạp giảm từ v1 xuống v1đc, thể tích thải từ v2 xuống v2đc Tương ứng lưu lượng thải máy nén thay đổi ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T u ph y th am K Chi P Ho h Min Hình 8.10 - Điều chỉnh tiết lưu ống nạp Sơ đồ điều chỉnh tự động loại biểu diễn hình 8.10: 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 lò so làm 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 mặt lượng không lớn 8.3.4- 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 piston khắc phục lực đẩy lò so piston chuyển động xuống Cán piston có trạc 5, vòi cản trở phẳng van nạp nằm đế Lúc trình nén không xảy van nạp mở khí từ xilanh bị thải vào đường ống nạp Quá trình xảy đến áp suất bể chưa giảm piston không đẩy trạc không cản trở phẳng nằm đế Tóm lại giảm lưu lượng đạt nhờ thải lưu lượng Trên hình 8.12 đồ thị thị trường hợp Phương pháp điều chỉnh đơn giản, hiệu suất lượng nhỏ thải cần 15% công suất toàn phần Pương pháp sử dụng cho loại máy nén có hệ số nén lưu lượng Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 218 Hình 8.11 - Điều chỉnh cách mở van nạp ight opyr C uo © Tr HS ng D uat T y th am K u ph Chi P Ho h Min Hình 8.12- Đồ thị công điều chỉnh mở van nạp Trong giai đoạn nay, người ta sử dụng phương pháp mở khóa nạp hành trình piston thay đổi lưu lượng máy nén từ giá trị định mức đến 0,1 giá trị định mức 8.3.5- Thay đổi thể tích khoảng không chết Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT VIII: TP HCM Chương Máy nén thể tích http://www.hcmute.edu.vn 219 Hình 8.13 – Đồ thị công thay đổi thể tích khoảng không chết Từ công thức (8.3), ta thấy với vlv, n,  không đổi điều chỉnh lưu lượng inh M i cách thay đổi thể tích khoảng không chết (hình 8.13) Ch Ho P T uatlà v Nếu tăng thể tích chết đến Với thể tích khoảng không chết vch, thể tích nạ khí ypth K m a h p > v đườ n g đa biế n dã n nở , đượ c xâ y dự n g vớ i vị trí mớ i củ a trục tọa độ O’, đường 3vchđc ch Su H D 4’ thể tích nạp khí v1đc nhỏ vng Truo © t igh pynr1-2’ Đường đa biếnConé tương ứng với thể tích khí thải v2đc < v2 Trong trường hợp giới hạn, thể tích khoảng không chết tăng đến mức đường đa biến dãn nở nén trùng đồ thị thị đường 1-3 Và lúc máy nén không nạp không thải: hai van đóng xilanh xảy trình dãn nở nén khối khí không đổi Ở phương pháp điều chỉnh này, kết cấu chế tạo dạng khoang phụ tích (dung tích) không đổi thay đổi, khoang nối với khoảng không chết, điều chỉnh tay tự động Để thực điều chỉnh lưu lượng cách điều hòa, thể tích phụ khoảng không chết phải làm dạng hốc hội tụ thể tích tạo xilanh piston Phương pháp kinh tế sử dụng rộng rãi máy nén có công suất lớn 8.3.6- Một số phương pháp điều chỉnh khác: Ngoài phương pháp nêu dùng phương pháp:    Đóng tắt máy (khi công suất trục 200kW); Bằng cách đưa khí từ khoang nén vào khoang nạp; Bằng cách xả không tải từ mạng lưới qua van tự động Phương pháp đầu kinh tế, phương pháp sau không kinh tế, nói chung duøng Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn 220 TÀI LIỆU THAM KHẢO V.M Cherkassky Pums, fans, compressors Nhà xuất Mir Publishers, Moscow - 1980 (Tieán g Anh) V.M Cherkassky Bơm, quạ t, má y nén Nhà xuất Năng lượ ng , Moscow – 1984 (Tiế ng Nga) Nguyễ n Phướ c Hoàng - Phạm Đức Nhuận - Nguyễn Thạ c Tân Thuỷ lực máy thuỷ lực , tập II Nhà xuất Đại họ c trung học chuyên nghiệp, Hà Nộ i - 1979 i Minh Ch Ho P T uat Ngoâ Vi Châ u – Nguyễn Phướ c Hoà ng – Vũ KDuy y thQuang – Đặng Huy Chi – Võ Só Huỳnh am – Lê Danh Liên u ph S H g cD Bà i tập Thuỷ lực má y thuỷ uonlự r T t© Nhà xuất Đại yhọ ricghvà trung học chuyên nghiệp, Hà Nộ i - 1976 p o C Nguyễ n Văn May Bơm, quạ t, má y nén Nhà xuất khoa họ c kỹ thuật, Hà Nộ i – 1997 Trần Só Phiệ t – Vũ Duy Quang Thuỷ khí động lự c kỹ thuậ t Nhà xuất Đại họ c trung học chuyên nghiệp, Hà Nộ i - 1979 Nguyễ n Hữ u Chí 1000 bà i toá n thuỷ khí động lực Nhà xuất giáo dụ c, Hà Nội – 1998 Bộ môn thuỷ khí động lự c Giá o trình thuỷ lực má y bơm Trường đạ i họ c bá ch khoa Hà Nộ i 1968 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn