2. Tổn thất thuỷ lực
2.17.1. Điều kiện để bơm làm việc ổn định trong mạng lướ
Cho đặc tính đường ống cĩ Hhh > Hơ và cắt đặc tính của bơm ở hai điểm: A ở
nhánh hướng xuống. B ở nhánh hướng lên (hình 2-35). Cả hai điểm đều cĩ các điều kiện cân bằng về năng lượng của hệ thống bơm – mạng lưới. Nếu điểm làm việc nằm ở nhánh hướng xuống, sự cân bằng sẽ là ổn định; nếu nằm ở nhánh hướng lên thì sự cân bằng cĩ thể sẽ khơng ổn định. Giả sử do độ giảm tức thời của cột áp, lưu lượng tại mỗi điểm làm việc trên hình 2-25 tăng lên một lượng Q.
53
Hình 2-35: Đặc tính cùng làm việc của bơm và
đường ống.
CE – đặc tính đường ống; Q-H – đường đặc tính máy bơm.
Tại A khi lưu lượng trong hệ thống tăng lên một lượng QA sẽ cĩ giá trị: H = Hơ – H > 0
Sự thiếu hụt năng lượng H do bơm cấp vào hệ thống so với năng lượng yêu cầu
Hơ chỉ cĩ thể được bù lại bằng động năng của khối chất lỏng chuyển động trong hệ
thống. Vì thế vận tốc của khối chất lỏng bị giảm, lưu lượng cũng giảm đến giá trị cân bằng QA, vị trí cân bằng được khơi phục.
Tại B, khi lưu lượng của hệ thống tăng thêm một lượng QB sẽ cĩ giá trị:
H = Hơ – H < 0
Sự thừa năng lượng do bơm cấp H so với năng lượng yêu cầu Hơ sẽ làm tăng động
năng của khối chất lỏng chuyển động trong hệ thống. Do vậy vận tốc của khối chất lỏng tăng, lưu lượng tăng lên, hệ thống tiếp tục lệch khỏi vị trí cân bằng ở điểm B.
Tại A và B khi lưu lượng
giảm đi một lượng Q thì
hiện tượng xảy ra ngược lại.
54
Tại A hệ thống cũng tự khơi phục được vị trí cân bằng, cịn tại B hệ thống vẫn tiếp tục rời khỏi vị trí cân bằng. Như vậy khi điểm làm việc nằm trên nhánh hướng xuống của đường đặc tính thì bơm sẽ làm việc ổn định, cịn nằm trên nhánh hướng lên thì khơng ổn định.
Tuy nhiên cũng cĩ trường hợp hệ thống sẽ làm việc ổn định tại nhánh hướng lên
của đường đặc tính bơm, nếu cĩ Hâơ > Hhh. Trường hợp này đặc tính đường ống chỉ
cắt đường đặc tính bơm tại một điểm (hình 2-36) mà sự xáo động lưu lượng QB
dương sẽ tương ứng với giá trị dương của H = Hơ – H và ngược lại. Như vậy, điều
kiện làm việc ổn định của bơm trong hệ thống đường ống là: dấu của H phải dương khi sự nhiễu loạn của lưu lượng là dương và ngược lại. Điều kiện đĩ cĩ thể viết dưới dạng tốn học: dQ dH dQ dH 2.17.2 Sự làm việc khơng ổn định
Khảo sát chế độ làm việc khơng ổn định trong trường hợp đơn giản: khi bơm làm việc riêng lẻ trong mạng lưới cĩ đài (hình 2-37). Nước được bơm lên đài rồi từ đài
chảy vào mạng lưới. Cho lưu lượng chảy vào mạng lưới Ql nhỏ hơn lưu lượng QK
(lưu lượng tại tiếp điểm K của đặc tính đường ống với đường đặc tính máy bơm).
Hình 2-37: Sự làm việc khơng ổn định của máy bơm.
55
dQdH dH dQ
dH o
Bơm làm việc khơng ổn định. Vì vậy lưu lượng của bơm Q sẽ khác với lưu lượng Ql. Bơm sẽ làm việc khi Q = 0 hoặc Q > QK.
Giả sử ban đầu bơm làm việc với lưu lượng QA mà:
QA > QK > Ql
Do lưu lượng của bơm lớn hơn lưu lượng cấp vào mạng lưới nên mực nước trên đài nâng dần lên tức là Hhh của đặc tính đường ống tăng lên.
Vì vậy đặc tính đường ống được nâng dần lên song song với chính nĩ và điểm
làm việc của bơm sẽ lùi dần về phía cĩ lưu lượng nhỏ. Từ sau điểm Al, đường đặc
tính bơm sẽ cắt đường đặc tính đường ống tại hai điểm. Theo điều kiện Q > Ql mực
nước trong bể vẫn tiếp tục dâng lên, điểm làm việc của bơm vẫn lùi dần về phía cĩ lưu lượng nhỏ cho đến khi đường đặc tính của bơm tiếp xúc với đường đặc tính của ống tại K. do quán tính của chất lỏng, mực nước trong bể vẫn tiếp tục dâng lên. Đường đặc tính đường ống nâng lên vượt quá đường đặc tính bơm. Khi đĩ cột áp yêu cầu của mạng lưới đường ống lớn hơn cột áp làm việc của máy bơm. Bơm ngừng cấp nước vào mạng lưới và chuyển sang làm việc ở chế độ khơng tải. Khi đĩ cũng xuất hiện hiện tượng chảy ngược của nước từ đài về bể hút qua bơm cho đến
khi cột nước hình học của đường ống giảm xuống bằng cột áp Hơ của bơm khi Q = 0.
Ngay khi cột áp Hhh bắt đầu nhỏ hơn Ho bơm lại tiếp tục làm việc cho lưu lượng ứng
với điểm làm việc Al. Do lưu lượng của bơm lớn hơn lưu lượng cấp vào mạng lưới Ql
nên hiện tượng trên lại xảy ra và cứ lặp đi lặp lại như thế gọi là hiện tượng làm việc khơng ổn định của máy bơm trong hệ thống.
Trong trường hợp đang xét, khi Ql < QK thì sự làm việc của bơm bao giờ cũng là khơng ổn định. Nhánh hướng lên của đường đặc tính bơm cĩ các chế độ làm
việc khơng ổn định, trừ trường hợp Hhh < Ho. sự làm việc khơng ổn định của bơm
gây nhiều tác hại như đã nêu trên. Để tránh tình trạng làm việc khơng ổn định, khi làm việc nên chọn những bơm mà đường đặc tính chỉ cĩ một chiều dốc.