3.1- KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BƠM CÁNH DẪN
3.1.1- Khái niệm chung
Trong lịch sử phát triển của máy thuỷ lực thì máy thuỷ lực cánh dẫn ra đời tương đối muộn so với máy thuỷ lực thể tích. Năm 1640, bơm piston đầu tiên do nhà bác học người Đức sáng chế đã ra đời và được dùng để bơm nước và khí trong công nghiệp. Nhưng mãi đến năm 1830 nhà bác học người Pháp Phuôcnâyrôn mới chế tạo thành công tuabin nước. Sau đó năm 1831 và 1832 nhà bác học người Nga Xablucốp sáng chế ra bơm và quạt ly tâm. Đó là những máy thuỷ lực cánh dẫn đầu tiên. Nhưng hiện nay máy thuỷ lực cánh dẫn được sử dụng phổ biến nhất và phạm vi sử dụng ngày càng được mở rộng.
Máy thuỷ lực cánh dẫn bao gồm các loại bơm và động cơ cánh dẫn như: bơm ly tâm, bơm hướng trục, các loại tuabin nước…
Trong máy thuỷ lực cánh dẫn việc trao đổi năng lượng giữa máy với chất lỏng được thực hiện bằng năng lượng thuỷ động của dòng chất lỏng chảy qua máy.
3.1.2- Nguyên lý làm việc và cấu tạo chung
Bộ phận quan trọng và điển hình nhất của bơm cánh dẫn là bánh công tác. Bánh công tác được cấu tạo từ các bản cánh thường có dạng mặt cong gọi là cánh dẫn và các bộ phận cố định chúng. Trong bánh công tác các cánh dẫn được ghép chặt với trục, khi làm việc bánh công tác quay trong môi trường chất lỏng.
Bánh công tác của bơm quay được là nhờ động cơ kéo bên ngoài và trong qúa trình đó, do có các cánh dẫn mà cơ năng của động cơ truyền được cho chất lỏng, tạo nên dòng chảy liên tục qua bánh công tác. Chênh lệch năng lượng thuỷ động của chất lỏng ở lối ra và lối vào của bánh công tác chính bằng cơ năng của bơm đã truyền cho chất lỏng ( chưa kể tới tổn thất).
3.1.3- Phân loại bánh công tác
Theo phương chuyển động của dòng chất lỏng từ lối vào đến lối ra của cánh dẫn, bánh công tác cánh dẫn được chia thành bốn loại sau:
Bánh công tác ly tâm hoặc hướng tâm: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác từ tâm ra ngoài hoặc từ ngoài vào tâm theo phương bán kính.
Bánh công tác hướng trục: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác theo phương song song với trục.
Bánh công tác tâm trục hoặc trục tâm: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác theo hướng tâm rồi chuyển sang hướng trục hoặc ngược lại.
Bánh công tác hướng chéo: chất lỏng chuyển động qua bánh công tác không theo hướng tâm cũng không theo hướng trục mà theo hướng xiên (chéo).
3.1.4- Các loại vận tốc ,tam giác vận tốc
Quĩ đạo chuyển động của các phần tử chất lỏng qua bánh công tác cánh dẫn rất phức tạp nhưng để đơn giản tính toán, người ta giả thiết:
Dòng chảy qua bánh công tác bao gồm các dòng nguyên tố như nhau
Quĩ đạo chuyển động tương đối của các phần tử chất lỏng trong bánh công tác theo biên dạng cánh dẫn.
Điều kiện để có dòng chảy như giả thiết trên là:
Bánh công tác có số cánh dẫn nhiều vô cùng và mỗi cánh dẫn mỏng vô cùng ( cánh dẫn không có chiều dày)
Chất lỏng làm việc là chất lỏng lý tưởng.
Với giả thiết trên, chuyển động tuyệt đối của mỗi phần tử chất lỏng qua bánh công tác có thể phân tích thành 2 chuyển động đồng thời: chuyển động theo ( quay tròn cùng bánh công tác) và chuyển động tương đối ( theo biên dạng cánh dẫn).
Chuyển động của các phần tử chất lỏng qua bánh công tác được đặc trưng bằng các vận tốc:
c - vận tốc tuyệt đối
u - vận tốc theo (của chuyển động theo), có phương thẳng góc với bán kính v - vận tốc tương đối, có phương tiếp tuyến với biên dạng cánh dẫn.
v u
c (3.1)
Hình 3.1 – Biểu diễn các loại vận tốc
Hình 3.1 biểu thị vận tốc của các phần tử chất lỏng ở lối vào và lối ra của bánh công tác bơm ly tâm.
Chỉ số (1) và (2) biểu thị chỗ chất lỏng bắt đầu vào và ra khỏi bánh công tác. Để tiện việc nghiên cứu các thành phần vận tốc của dòng chảy, ta dùng các tam giác vận tốc thay cho các hình bình hành vận tốc. Ta có các tam giác vận tốc ở lối vào và ra của bánh công tác: c2 u1 c1 w1 1 1 2 2 u2 w2 R2 R1