đăc trưng ( ns )
50 < ns < 80 80 < ns< 150 150 < ns < 180
Bảng 2.3: Phõn loại mỏy bơm theo số vũng quay
2.7. Đường đặc tớnh của mỏy bơm ly tõm
Cỏc thụng số bơm như H, Q, N, η thay đổi theo cỏc chế độ làm việc của
bơm với số vũng quay n khụng đổi hoặc thay đổi.
Cỏc quan hệ H = f(Q), N = f(Q), η = f(Q) biểu thị đặc tớnh làm việc của
bơm, được biểu diễn dưới dạng giải tớch theo phương trỡnh đặc tớnh, dưới dạng đồ thị được gọi là đường đặc tớnh của bơm.
Cỏc đường đặc tớnh ứng với số vũng quay làm việc khụng đổi (n = const) được gọi là đường đặc tớnh làm việc, ứng với nhiều số vũng quay (n biến thiờn) được gọi là đường đặc tớnh tổng hợp.
Trong ba đường đặc tớnh nờu trờn, quan trọng nhất là đường đặc tớnh cột ỏp H = f(Q), cho biết khả năng làm việc của bơm nờn được gọi là đường đặc tớnh cơ bản.
Từ đường H = f(Q) ta cú thể suy ra N = f(Q), η = f(Q).
2.7.1. Đường đặc tớnh lý thuyết
Từ phương trỡnh cơ bản cú thể xõy dựng đường đặc tớnh lý thuyết của bơm ly tõm.
Theo cụng thức trờn ta cú: Hl∞=u2gc2u (2.13) Từ tam giỏc vận tốc ở cửa ra:
o 90 β2< 1 α c2 w2 2 c c2u
Hỡnh 2.6. Tam giỏc vận tốc ở cửa ra
Trongđú:c2u=u2 - c2R.cotgβ2 (2.14)
Mặt khỏc, từ cụng thức lưu lượng lý thuyết, cú thể suy ra: c2R= 2 2 1 . .D b Q π (2.15)
Thay cỏc biểu thức trờn vào cụng thức cột ỏp lý thuyết: Hl∞= g g c u u2 2 2R 2 2 − . .cot β = ug22 - 1 2 2 2 2 . . . cot . Q g b D g u π β (2.16)
Đối với bơm cho trước u2, b2, D2 là những đại lượng khụng đổi, nờn phương trỡnh đặc tớnh lý thuyết cú dạng:
Hl∞=a – b.cotgβ2.Q1 (2.17) a, b - Là những hằng số dương.
Đường biểu diễn phương trỡnh này được gọi là đường đặc tớnh cơ bản lý thuyết. Đú là đường khụng đi qua gốc toạ độ, cú hệ số gúc tuỳ thuộc vào trị số gúc ra của bỏnh dẫn β2
Trong trường hợp tổng quỏt đối với mỏy thuỷ lực cú 3 dạng đường đặc tớnh lý thuyết.
0 Q l A ' A A'' ''' ''' '' ' o 90 (β < )2 H l l H (β = )2 90o o 90 (β > )2 H l l H A D D D D C B
Hỡnh 2.7. Đường đặc tớnh lý thuyết và đường đặc tớnh tớnh toỏn
Nếu β2 > 90o, cotgβ2 < 0, đường AB
Nếu β2 = 90o, cotgβ2 = 0, đường AC Nểu β2 < 90o, cotgβ2 > 0, đường AD
Đối với bơm ly tõm, β2 < 90o, do đú đường đặc tớnh của bơm ly tõm là đường nghịch biến bậc nhất AD. Đõy là đường đặc tớnh cơ bản lý thuyết của bơm ly tõm (đường nghịch biến bậc nhất) khi chưa xột số cỏnh dẫn hữu hạn và tổn thất.
- Khi kể tới ảnh hưởng do số cỏnh dẫn hữu hạn, đường đặc tớnh trở thành đường A'D', cú dạng:
Hl = εZ. Hl∞
Trong đú: εZ < 1 là hệ số kể đến ảnh hưởng của số cỏnh dẫn hữu hạn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khi kể tới cỏc loại tổn thất thuỷ lực của dũng chất lỏng qua bỏnh cụng tỏc, cỏc loại tổn thất thuỷ lực này đều tỷ lệ với bỡnh phương của vận tốc, nghĩa là bỡnh phương của lưu lượng, đường đặc tớnh trở thành đường cong bậc hai
'' ''D
A .
- Khi kể tới cỏc loại tổn thất cơ khớ và lưu lượng thỡ đường đặc tớnh dịch về phớa trỏi và thấp hơn A''D'' một chỳt, đú là đường A'''D'''. Đõy chớnh là đường đặc tớnh cơ bản tớnh toỏn của bơm ly tõm.
Việc xõy dựng đường đặc tớnh tớnh toỏn rất phức tạp và khú khăn, bởi vậy trong kỹ thuật thường xõy dựng cỏc đường đặc tớnh bằng cỏc số liệu đo được khi khảo nghiệm trờn cỏc mỏy cụ thể. Đú là đường đặc tớnh thực nghiệm H – Q, N – Q, η- Q của bơm.
Đối với bơm ly tõm, ngoài 3 đường đặc tớnh trờn cũn cú đường biểu diễn quan hệ cột ỏp chõn khụng cho phộp với lưu lượng [HCK] = f(Q).
0 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Q(l/s) N(kW) 30 50 40 20 N 10 η (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ] ck [H η H H(m) 40
Hỡnh 2.8. Đường đặc tớnh thực nghiệm của bơm ly tõm
Nhỡn chung, đường đặc tớnh xõy dựng bằng phương phỏp thực nghiệm cũng cú dạng giống đường đặc tớnh xõy dựng bằng phương phỏp tớnh toỏn nhưng chỳng khụng trựng nhau. Điều đú chứng tỏ bằng tớnh toỏn khụng xỏc định được đầy đủ và hoàn toàn chớnh xỏc cỏc loại tổn thất xảy ra trong bơm. Vỡ thế, việc nghiờn cứu cỏc loại mỏy thuỷ lực núi chung và mỏy bơm núi riờng bằng phương phỏp thuỷ lực là vụ cựng quan trọng.
Cụng dụng của đường đặc tớnh làm việc của bơm:
- Cỏc đường đặc tớnh H – Q, N – Q, η - Q, cho phộp xỏc định khu vực
làm việc cú lợi nhất ứng với hiệu suất cao nhất [ηmax hoặc η= (ηmax – 7%)];
- Qua hỡnh dạng của đường đặc tớnh cú thể biết tớnh năng làm việc của bơm để sử dụng bơm một cỏch hợp lý;
- Đường đặc tớnh [HCK] = f(Q) để tớnh toỏn ống hỳt và xỏc định vị trớ đặt bơm một cỏch hợp lý.
Mỗi đường đặc tớnh làm việc được xõy dựng với một số vũng quay làm việc khụng đổi của bơm. Nếu thay đổi tốc độ làm việc (vũng/phỳt) thỡ đường đặc tớnh làm việc cũng thay đổi theo. Để biết nhanh sự thay đổi cỏc thụng số Q, H, N, η của bơm khi n thay đổi, cần xõy dựng đường đặc tớnh tổng hợp.
5 10 Q(m/h) 80 60 40 20 0 0 0 10 20 Q(l/s) 3 10 20 15 30 η H(m) N(kW)
Hỡnh 2.9. Đường đặc tớnh tổng hợp của bơm ly tõm
Đường đặc tớnh tổng hợp của bơm là đường biểu diễn cỏc quan hệ Q-H, N-H với cỏc số vũng quay làm việc khỏc nhau, trờn đú cỏc điểm làm việc cựng hiệu suất được nối với nhau thành những đường cong gọi là đường cựng hiệu suất (đường đẳng hiệu suất).
2.8. Ảnh hưởng của khối lượng riờng và độ nhớt của chất lỏng đến khả năng làm việc của bơm ly tõm
Cỏc đường đặc tớnh của mỏy bơm cho bới lý lịch mỏy được xỏc định khi bơm nước cú ρ = 1.000 kg/m3 và ν = 0,01cm2/s
Thực tế cỏc bơm ly tõm được sử dụng để bơm nhiều loại chất lỏng cú tớnh chất vật lý khỏc nhau, cho nờn khi chọn và sử dụng mỏy bơm ta cần tớnh đến ảnh hưởng của khối lượng riờng và độ nhớt đến mỏy.
- Khối lượng riờng :
+ Q và H khụng phụ thuộc vào tỉ trọng
+ P, N, η thay đổi tỉ lệ thuận với tỉ trọng của chất lỏng.
- Độ nhớt: Khi độ nhớt tăng nờn mất mỏt cụng suất cũng tăng lờn do ma sỏt quay và cản trở thủy lực của dũng chảy chất lỏng trong khi mất mỏt về thể tớch giảm. Khi độ nhớt tăng, cột ỏp và lưu lượng của bơm đều giảm.
Sự thay đổi của Q, N, η phụ thuộc vào độ nhớt rất phức tạp và hầu như khụng thể tớnh bằng lý thuyết. Trong thực tế nú được tớnh theo cụng thức .
Q chất lỏng = Kq . Q nước ; H chất lỏng = KH .H nước.
η chất lỏng = Kη nước.
Cỏc giỏ trị Kq, Hh , Kη là cỏc hệ số chuyển đổi, được xỏc định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào lưu lượng và độ nhớt của chất lỏng. (phụ thuộc vào Re: Khi Re => tăng nhanh Kq – Kh – Kη→ 1)
2.9. Hiện tượng xõm thực trong bơm ly tõm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hiện tượng xõm thực khớ là sự phỏ hủy tớnh dày đặc của dũng chảy chất lỏng do sinh ra trong dũng chảy những khoang chứa đầy khớ và hơi của chất lỏng.
Hiện tượng xõm thực bắt đầu bằng sự xuất hiện trong dũng chảy dày đặc chất lỏng cỏc bọt khớ, hơi nhỏ và thể tớch cỏc bọt khớ này tăng nhanh do giảm ỏp suất cục bộ và tăng vận tốc của chất lỏng.
Dũng chảy chất lỏng cuốn theo cỏc bọt khớ - hơi đến vựng cú ỏp suất cao hơn, và ở đõy cỏc bọt khớ - hơi được ngưng tụ vào thời điểm tiếp hợp cỏc bọt khớ sinh ra xung õm. Quỏ trỡnh tiếp hợp xảy ra tức thời tạo nờn ỏp suất cục bộ cao và dưới tỏc dụng của ỏp suất này cỏc cỏnh quạt, thành và cỏc rónh của mỏy bơm bị phỏ hủy.
Hiện tượng xõm thực khớ thường dễ nhận biết bằng cỏc dấu hiệu bờn ngoài bởi độ ồn, độ va đập và độ rung của mỏy.
- Hậu quả :
+ Hiện tượng xõm thực khớ dẫn đến giảm lưu lượng, cột ỏp- cụng suất và hiệu suất của mỏy;
+ Mỏy bơm làm việc lõu ở chế độ xõm thực khớ cú thể bị phỏ hủy hoàn toàn.
- Nguyờn nhõn:
+ Do ỏp suất ở một điểm nào đú của dũng chảy giảm xuống và thấp hơn cả ỏp suất hơi bóo hũa của chất lỏng ở to đú nờn chất lỏng bốc hơi và sinh ra cỏc bọt khớ hơi;
+ Do khớ lọt vào mỏy bơm từ mụi trường bờn ngoài. - Cỏch phũng chống:
+ Tăng ỏp suất vào mỏy bơm bằng cỏch giảm mọi mất mỏt về ỏp suất cú thể trờn đường vào mỏy bơm (dựng đường ống vào ngắn, cú đường kớnh lớn, ớt cỏc thiết bị chặn, chiều cao lắp mỏy bơm thấp…);
+ Đảm bảo để khớ khụng lọt vào mỏy bơm từ bờn ngoài: theo đường ống hỳt, qua cỏc khe nứt.
- Khi thiết kế và chế tạo:
+ Tăng đường kớnh vào của bỏnh cụng tỏc và chiều rộng của cỏc rónh. Cỏc cỏnh quạt từ phớa ỏp suất cao được uốn cong, ở đường vào bỏnh cụng tỏc thứ I đặt thờm một bỏnh cụng tỏc phụ trợ( bỏnh theo trục);
+ Sử dụng cỏc vật liệu cú độ cứng cao, thộp khụng gỉ, đồng thau trong chế tạo. -Lượng dự trữ xõm thực khớ : Để khụng cú xõm thực khớ PB> PΠ Thụng thường Π P PB = 1,15ữ1,25 Với :
PB : ỏp suất tuyệt đối trờn đường vào bơm; PΠ : Ap suất hơi bóo hũa của chất lỏng.
Lượng dự trữ xõm thực khớ được gọi là tới hạn khi với giỏ trị này thỡ hiện tượng xõm thực khớ xảy ra. Để xỏc định giỏ trị tới hạn người ta dựng thực nghiệm bằng cỏch giữ nguyờn Q,H,N, η và thay đổi chiều cao chõn khụng của cột hỳt HB cho đến khi hiện tượng xõm thực xảy ra. Giỏ trị này được gọi là chiều cao chõn khụng giới hạn của cột hỳt gh
b
h
Trong thực tế người ta thường sử dụng khỏi niệm chiều cao chõn khụng cho phộp của cột nước cp
b h Với cp b gh b h h = 1,15-> 1,25 Ta thấy khi hb < hcp
b hiện tượng xõm thực khụng xảy ra. Cỏc đại lượng
∆h hoặc hcp
b đượcxỏc định bằng thực nghiệm và được ghi trong lý lịch mỏy.
Trong thực tế cú trường hợp phải ghộp nhiều bơm làm việc trong cựng một hệ thống, khi trong hệ thống cú yờu cầu cột ỏp hoặc lưu lượng lớn hơn cột ỏp, lưu lượng của một bơm, cú hai cỏch ghộp sau đõy
2.10.1. Ghộp song song
Dựng trong trường hợp hệ thống cú yờu cầu lưu lượng lớn hơn lưu lượng của một bơm. Điều kiện để cỏc bơm ghộp song song cú thể làm việc được là khi làm việc, cỏc bơm ghộp cú cựng một cột ỏp:
H1 = H2 = H3 = ... = Hi
Để xỏc định lưu lượng của bơm ghộp song song làm việc trong cựng một hệ thống, cần xõy dựng đường đặc tớnh chung của cỏc bơm ghộp (H - QC) và biết đường đặc tớnh lưới (Hlưới - Q).
Đường đặc tớnh chung của cỏc bơm ghộp song song (H - QC) trong hệ thống được xõy dựng bằng cỏch cộng cỏc lưu lượng với cựng một cột ỏp (cộng cỏc hoành độ trờn cựng một tung độ). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vớ dụ: Khảo sỏt hai bơm cú đường đặc tớnh khỏc nhau: (H1 – Q) và
(H2 – Q) ghộp song song (hỡnh 2.10), cú thể thấy với mọi cột ỏp H > HB trong hệ thống chỉ cú bơm 2 làm việc. Khi H = HB cả hai bơm đều cựng làm việc nhưng lưu lượng của hệ thống chỉ bằng lưu lượng của bơm 2 ứng với điểm B (QB = Q2) C Q = C+Q2C 1 Q H - Q Q 2 Q 2 1 Q C <Q1 + 1 Q Q = Q B 2 1 2 A H - Q H - Q 2 H - Q C B Q1 Q2 lu?i Q H H B 0 C C
Hỡnh 2.10. Ghộp song song hai bơm ly tõm
Điểm C (giao điểm của đường đặc tớnh chung cỏc bơm ghộp HC – Q và đường đặc tớnh lưới Hl – Q) là điểm làm việc của cỏc bơm ghộp trong hệ
thống. Khi đú bơm 1 làm việc với Q1C, bơm 2 làm việc với Q2C. Như vậy, tổng lưu lượng của hai bơm ghộp song song trong hệ thống nhỏ hơn tổng lưu lượng của hai bơm đú khi làm việc riờng rẽ trong cựng một hệ thống
QC = Q1C + Q2C < Q1 + Q2
(vỡ hệ thống làm việc với nhiều bơm ghộp song song cú cột ỏp lớn hơn do lưu lượng trong hệ thống tăng lờn so với khi từng bơm riờng rẽ làm việc trong hệ thống).
Nhận xột:
- Điều chỉnh hệ thống cú cỏc bơm ghộp song song tương đối phức tạp khi cỏc bơm ghộp cú đường đặc tớnh khỏc nhau nhiều. Do vậy cần ghộp cỏc bơm cú đường đặc tớnh gần giống nhau;
- Ghộp bơm song song cú hiệu quả lớn khi đường đặc tớnh của chỳng thoải (cú độ dốc nhỏ) và đường đặc tớnh của lưới khụng dốc lắm, do đú nờn ứng dụng ghộp song song trong cỏc hệ thống bơm cần thay đổi ớt, nhưng lưu lượng thay đổi nhiều;
- Số lượng bơm ghộp song song để tăng lưu lượng trong hệ thống cú giới hạn nhất định. Xỏc định bởi đường đặc tớnh chung và đường đặc tớnh lưới của cỏc bơm ghộp.
Như vậy, nếu ghộp song song nhiều bơm quỏ thỡ hiệu quả thấp, khụng kinh tế. Trong trường hợp cần thiết ta nờn chọn loại bơm khỏc cú lưu lượng lớn hơn phự hợp với yờu cầu làm việc của hệ thống.
2.10.2. Ghộp nối tiếp
Dựng trong trường hợp hệ thống cú yờu cầu cột ỏp lớn hơn cột ỏp của một bơm.
Điều kiện ghộp nối tiếp:
- Cỏc bơm ghộp phải làm việc với lưu lượng như nhau: Q1 = Q2 = Q3 = ... = Qi
- Cột ỏp làm việc của hệ thống cú ghộp nối tiếp bơm khi Q = const bằng tổng cột ỏp của cỏc bơm ghộp:
Hc = H1 + H2 + H3 + ... + Hi
Đường đặc tớnh chung của cỏc bơm ghộp (HC - Q) được xõy dựng bằng cỏch cộng cỏc cột ỏp của riờng từng bơm với cựng một lưu lượng (cộng cỏc tung độ trờn cựng một hoành độ).
Vớ dụ: Khảo sỏt hai bơm 1 và 2 cú đường đặc tớnh khỏc nhau ghộp nối tiếp (hỡnh 2.11), làm việc trong một hệ thống. Điểm A (giao điểm của đường đặc tớnh chung HC – Q và đường đặc tớnh lưới Hl – Q) là điểm làm việc của cỏc bơm ghộp trong hệ thống, xỏc định lưu lượng Q và cột ỏp của hai bơm ghộp (H1+H2). A Q C 1 H H - Q H - Q 1 2 H = H 2 C Q H + H1 H H2 H - Q C H H - Q l 0 1 2
Hỡnh 2.11. Ghộp nối tiếp hai bơm ly tõm
Nhận xột:
- Khi ghộp nối tiếp nờn chọn những bơm và hệ thống cú đường đặc tớnh dốc nhiều mới cú hiệu quả cao, vỡ khi thay đổi lưu lượng ớt đó tăng được cột ỏp theo yờu cầu;
- Khi ghộp hai bơm 1 và 2 nối tiếp liền nhau cần chỳ ý bơm 2 phải làm việc với ỏp suất cao hơn bơm 1 vỡ nếu khụng đủ sức bền bơm 2 sẽ bị hỏng. Vỡ thế phải chọn trờn ống đẩy của bơm 1 điểm nào khụng gõy nguy hiểm cho bơm 2 để ghộp;
- Việc ghộp bơm làm việc nối tiếp trong hệ thống tương đối phức tạp,