Bài 2: Lắp đặt máy bơm ly tâm trục ngang công suất lớn I. Mục tiêu
2. Nghiên cứu hồ sơ máy bơm A. Lý thuyết liên quan
2.1. Đặc điểm, phân loại và nguyên lí làm việc của máy bơm li tâm 2.1.1. Đặc điểm của máy bơm li tâm
Đặc điểm nổi bật và bao trùm của máy bơm li tâm là phạm vi sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành sản xuất, kinh tế. Vì ng- ời ta đã chế tạo ra rất nhiều loại máy bơm li tâm ứng với nhiều cột n- ớc từ 10 – 1000 m, ứng với rất nhiều l- u l- ợng từ 1.5 – 2000 l/s, thích ứng với nhiều yêu cầu sử dụng khác nhau... Nh- ng nếu do cách đặt máy phải mồi ( hh > 0 ), thì tr- ớc khi máy làm việc phải có thêm một số phụ tùng khác nh- van đáy hoặc máy bơm mồi... do đó việc vận hành phức tạp hơn so với loại máy bơm khác. Nhà máy bơm li tâm th- ờng có kết cấu đơn giản.
2.1.2. Phân loại máy bơm
Có rất nhiều cách phân loại máy bơm li tâm, sau đây giới thiệu một số cách.
*) Theo cấu tạo. Máy bơm li tâm chia thành hai loại nh- sau:
- Máy bơm kiểu công son: loại này máy không có vỏ đỡ trực tiếp.
- Máy bơm li tâm kiểu bệ đỡ: loại này có vỏ gắn liền với bệ đỡ *) Theo số l- ợng bánh xe công tác.
- Máy bơm một cấp
- Máy bơm nhiều cấp Theo cửa n- ớc và.
- Máy bơm li tâm một cửa n- ớc vào - Máy bơm li tâm hai cửa n- ớc vào
*) Theo quy - ớc mở vỏ máy.
- Máy bơm vỏ mở đứng - Máy bơm vỏ mở ngang:
44
*) Theo hình thức lắp đặt.
- Máy bơm trục ngang - Máy bơm trục đứng
*) Theo công dụng.
Loại máy Công dụng
Bơm ly tâm trục ngang Bơm nước thô, nước sạch Bơm ly tâm đơn tầng trục đứng Bơm nước thô, nước sạch Bơm tuốc bin đa tầng trục đứng Bơm nước thô trong công trình thu
Bơm chìm đa tầng trục đứng Bơm nước thô trong giếng khoan Bơm chìm đơn tầng trục đứng Bơm nước thô trong công trình thu nước
sông hồ, bơm nước rò rỉ từ hố thu.
Ejecto ( Bơm phun tia ) Bơm nước thô từ giếng khoan công suất nhỏ
Bơm màng Bơm dung dịch hóa chất
Bơm chân không Mồi nước cho bơm ly tâm
Máy nén khí Bơm nước từ giếng khoan, sục khí trong dây chuyền xử lý nước trộn hóa chất.
Máy gió Sục khí bểlọc, làm giấu ôxy trong dây chuyền xử lý nước.
2.1.3. Nguyên lý làm việc của máy bơm
Máy bơm li tâm làm việc đ- ợc là nhờ lực li tâm. Khi vỏ bơm và ống hút đầy n- ớc, bánh xe công tác quay sẽ gây ra lực li tâm truyền cho n- ớc trong các khe cánh quạt một năng l- ợng làm nó văng ra vỏ bơm ( có cấu tạo xoắn ốc ). Lúc này nhờ có sẵn năng l- ợng n- ớc theo vỏ bơm hình xoắn ốc lên đến cửa đẩy. Cùng lúc này ở cửa vào của bánh xe công tác hình thành vùng có áp suất chân không. áp suất khí quyển trên mặt n- ớc bể hút ép làm cho n- ớc đi ng- ợc lên theo ống hút để vào lấp đầy vùng chân không tại cửa vào của bánh xe quay, do cấu tạo đặc biệt của vỏ mà động năng
45
chất lỏng giảm dần và áp năng tăng dần, điều kiện ban đầu đ- ợc lặp lại, hiện t- ợng nh- trên diễn ra liên tục và đó chính là nguyên lí làm việc của máy bơm li tâm.
Từ nguyên lí làm việc của máy bơm li tâm ta có các nhận xét sau:
Bánh xe công tác truyền năng l- ợng cho n- ớc bằng cách gây ra lực li tâm, đó là nguyên nhân cơ bản làm cho n- ớc chuyển động trong máy bơm.
Xét theo thứ tự tác động thì hiện t- ợng đẩy xẩy ra tr- ớc, hiện t- ợng hút xẩy ra sau. Hiện t- ợng hút là kết quả của hiện t- ợng đẩy. Dòng n- ớc đi vào theo h- ớng song song với trục và đi ra theo h- ớng vuông góc với trục.
N- ớc từ bể hút lên thân bơm nhờ áp lực khí quyển tác dụng lên mặt thoáng bể hút. Vậy khoảng cách thẳng đứng từ tâm bánh xe công tác đến mặt n- ớc bể hút phải nhỏ hơn chiều cao cột n- ớc đo áp của khí quyển trên mặt thoáng bể hút thì máy bơm mới hút đ- ợc n- ớc ( th- ờng cột n- ớc này nhỏ hơn 10 m ).
Các bộ phận chính của máy bơm li tâm.
Giới thiệu các bộ phận chính của máy bơm li tâm một cấp một cửa n- ớc vào (hình 2.8).
Máy bơm li tâm gồm hai bộ phận chính: bộ phận quay và bộ phận tĩnh.
Hình 2.8
46
1- Bánh xe công tác; 2- Cánh quạt; 3- Vỏ bơm; 4: Lỗ mồi n- ớc. 5- Khoá ống đẩy; 6-ống đẩy; 7- Đĩa bánh xe; 8: ống cửa vào;
9- ống hút; 10- L- ới chắn rác
Bộ phận tĩnh gồm vỏ bơm hình xoắn ốc đúc liền với bệ máy, ở cửa vào và cửa ra
đ- ợc nối với ống hút và ống đẩy.
Bộ phận quay gồm bánh xe cánh quạt đ- ợc gắn chặt với trục bơm.
Ngoài ra còn một số các chi tiết khác nh- : ổ trục, vành mòn, lỗ mồi n- ớc, lỗ thoát n- ớc, lỗ cắm chân không kế và áp kế...
2.2. Cấu tạo và tác dụng các bộ phận chính trong máy bơm li tâm
Máy bơm li tâm có nhiều loại khác nhau, nh- ng các bộ phận chính của từng loại máy bơm đều giống nhau về cấu tạo và tác dụng.
2.2.1. Vỏ máy bơm
*) Tác dụng.
Dẫn n- ớc từ ống hút vào bánh xe công tác, đảm bảo dòng chảy đối xứng với trục khi ra khỏi bánh xe công tác, do đó tạo điều kiện cho dòng chảy t- ơng đối ổn
định ở vùng bánh xe công tác.
Nhận n- ớc từ bánh xe cánh quạt và biến động năng của dòng chảy khi ra khỏi bánh xe công tác thành áp năng. Sở dĩ nh- vật vì vỏ bơm bao quanh bánh xe công tác và cấu tạo vỏ bơm có hình dạng mở rộng dần về phía cửa đẩy.
Vỏ máy còn có tác dụng gắn với các bộ phận tĩnh thành một khối cứng chỉnh thể.
*) Cấu tạo.
Vỏ máy gồm hai mảnh (hình 2.2): mảnh lớn và mảnh nhỏ. Mảnh nhỏ còn đ- ợc gọi là nắp vỏ máy.
Mảnh lớn chứa bánh xe công tác và buồng xoắn. Mảnh nhỏ tháo lắp đ- ợc dùng
để kiểm tra, bảo d- ỡng và sửa chữa. Hai mảnh gép chặt với nhau nhờ bu lông cấy ở mảnh lớn, chỗ tiếp xúc giữa hai mảnh có đặt vật đệm ( gioăng) để bịt kín khe hở tiếp giáp.
Trên vỏ có hai lỗ lớn (hình 2.8): lỗ cửa hút để bắt nối vỏ với ống hút, lỗ cửa đẩy
để nối vỏ với ống đẩy. Đối diện với lỗ cửa hút là lỗ xuyên trục để trục qua vỏ máy, tại
đây có ổ tr- ợt ( bạc) để bảo vệ trục và và vỏ máy. Bộ phận chắn n- ớc ( ép túp) để giữ
cho không khí khỏi lọt vào thân bơm khi máy làm việc. Ngoài ra còn có các lỗ nhỏ
đ- ợc đóng mở bằng bu lông nh- lỗ mồi n- ớc, lỗ tháo n- ớc sạch trong buồng xoắn khi ngừng máy lâu dài, lỗ cằm chân không kế, áp kế.
Căn cứ vào vị trí t- ơng đối của mặt phẳng tiếp xúc giữa hai mảnh và trục máy bơm, ng- ời ta chia vỏ máy làm hai loại:
47
Loại vỏ mở đứng (hình 2.2, hình 2.3): loại này mặt phẳng tiếp xúc vuông góc víi trôc.
Loại vỏ mở ngang (hình 2.7): Loại này mặt phẳng tiếp xúc song song với trục.
Máy bơm li tâm một cấp một cửa n- ớc vào vỏ có hình dạng xoắn ốc bao quanh bánh xe cánh quạt, dẫn n- ớc từ bánh xe công tác ra ống đẩy, khoang của vỏ xoắn ốc mở rộng dần để chất lỏng chảy ra ổn định, các tiết diện - ớt của dòng chảy tăng dần để cho vận tốc giảm dần dẫn tới động năng giảm dần và áp năng tăng dần tạo nên cột n- íc ®Èy.
Cửa hút nối liền với ống hút bằng mặt bích có bu lông xiết chặt, cửa nối với ống
®Èy còng vËy.
Đối với máy bơm li tâm kiểu công son, ph- ơng nối tiếp giữa vỏ bơm và ống đẩy có thể đặt xoay ở các vị trí khác nhau tuỳ theo yêu cầu cụ thể của nơi đặt máy do đó rất thuận tiện cho việc sử dụng (hình 2.9).
Vỏ máy bơm li tâm làm bằng gang đúc hoặc thép với máy bơm li tâm có áp lực lín.
Vỏ máy bơm li tâm một cấp hai cửa n- ớc vào, n- ớc vào ở hai bên bánh xe công tác. Để nối với ống hút, ng- ời ta bố trí một cửa chung về phía d- ới và có ống thông với hai cửa n- ớc vào. Vỏ loại này th- ờng tháo lắp theo ph- ơng ngang (hình 2.10).
Vỏ của máy bơm li tâm nhiều cấp, trong vỏ gồm nhiều buồng xoắn, mỗi buồng chứa một bánh xe công tác, các buồng thông với nhau, buồng đầu thông với cửa hút, buồng cuối cùng thông với cửa đẩy ( hình 2.11).
Giữa vỏ máy bơm và bánh xe cánh quạt ở chỗ cửa n- ớc vào, tồn tại một khe hở
để bánh xe cánh quạt quay không bị ma sát vào vỏ. Do có khe hở nên khi máy bơm làm việc, sẽ có một dòng n- ớc nhỏ nh- ng vận tốc lớn chảy ng- ợc từ ống đẩy về phía ống hút. Vì vậy sau một thời gian vận hành, với tác dụng của dòng n- ớc đó, tại khe hở, vỏ bơm và cánh quạt bị mài mòn. Để khỏi thay thế vỏ bơm và bánh xe cánh quạt mà vẫn đảm bảo khe hở cho phép, ng- ời ta lắp đặt một bộ phận chống mòn ( vành mòn ) gồm hai nửa vòng tròn lắp chặt vào vỏ bơm. Khi vành mòn bị mòn, khe hở lớn, ng- ời ta chỉ tiến hành thay thế vòng mòn đó.
48
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11 2.2.2. Bánh xe công tác ( Bánh xe cánh quạt )
*) Tác dụng.
Bánh xe cánh quạt là bộ phận quan trọng nhất trong máy bơm, nó có tác dụng truyền năng l- ợng của động cơ cho chất lỏng.
Ở máy bơm li tâm, bánh xe cánh quạt gồm hai loại: một cửa n- ớc vào và hai cửa n- ớc vào.
*) Cấu tạo:
49
Cấu tạo của máy bơm li tâm một cấp một cửa n- ớc vào (hình 2.12).
Bánh xe công tác loại này đ- ợc cấu tạo gồm hai đĩa, một đĩa có lỗ để lắp với trục bơm bằng một chốt dọc, đĩa kia hình vành khăn phần giữa là cửa n- ớc vào. Hai
đĩa gắn chặt với nhau bởi các cánh quạt kẹp ở giữa. Cánh quạt có dạng l- ợn cong ng- ợc chiều với chiều quay của bánh xe công tác, số l- ợng từ 6 – 12 cánh. Bánh xe cánh quạt đ- ợc đúc liền bằng kim loại, chiều dày cánh phụ thuộc vào tốc độ tiếp tuyến của dòng chảy trong bánh xe quay.
Hình 2.12 2.2.3. Trục máy bơm
Trục máy bơm có tác dụng nhận năng l- ợng của động cơ để truyền tới bánh xe công tác (hình 2.13).
50
Hình 2.13: Hình cắt dọc máy bơm li tâm (9-Trục máy bơm)
Trục máy bơm đ- ợc đúc bằng thép, có mặt cắt ngang hình tròn. Trục máy bơm chịu tất cả các lực chính trong máy bơm nh- : trọng l- ợng của bánh xe công tác, lực xoắn khi quay, lực dọc trục, lực chấn động, lực ma sát... Đối với loại máy bơm cỡ lớn, trục đ- ợc đúc bằng thép có pha thêm kim loại hiếm, quý nhằm tăng khả năng chịu lực của trục nh- crôm, kềm...
Trục máy bơm có thể chia thành ba phần: phần lắp bánh xe công tác, ở phần này trên trục có rãnh chốt, phần giữa nằm trong các ổ đỡ, ổ chắn và phần đầu trục có bộ phận nối trục với trục động cơ.
Trục bơm đ- ợc nối với trục động cơ tại phần đầu trục bằng khớp nối cứng hoặc khớp nối mềm, đảm bảo hai trục nối với nhau phải đồng tâm.
Để đỡ và h- ớng trục, trên trục phải có các ổ trục nằm ở các giá đỡ trục, có hai loại ổ trục là ổ tr- ợt và ổ lăn.
2.2.4. Các ổ trục
*) ổ tr- ợt
Cấu tạo của ổ tr- ợt là một vòng kim loại ôm lấy trục, th- ờng gọi là vòng bao trục hoặc đ- ợc gọi là vòng bạc. Vòng này đ- ợc làm bằng kim loại mềm, dẻo, ít bị mài mòn nh- đồng thau, ba bít, chất dẻo... đ- ợc đúc làm hai mảnh để tháo lắp dễ dàng.
ổ tr- ợt có - u điểm chịu lực tốt, nhất là lực chấn động, lực va đập, lắp ráp đơn giản, khi làm việc êm, ít tiếng động. Nh- ng ổ tr- ợt có ma sát lớn do đó hệ thống bôi trơn làm mát phải thêm thiết bị, dầu mỡ bôi trơn phải chất l- ợng cao, yêu cầu về chế
độ bôi trơn, làm mát phải triệt để.
*) ổ lăn: ổ lăn còn gọi là ổ bi. Gồm hai vòng, vòng trong ôm lấy trục, vòng ngoài tựa vào ổ đỡ, bi đ- ợc kẹp giữa hai vòng đó. Để bi không bật ra khi làm việc và
51
dễ tháo lắp, phải có vòng hãm hay còn gọi là áo bi. Nếu ổ bi có một vòng bi gọi là bi
đơn, nếu có hai vòng bi gọi là bi kép.
ổ bi có - u điểm là ma sát nhỏ, dầu mỡ bôi trơn dùng loại không cần chất l- ợng cao, chế độ bôi trơn, làm mát không khắt khe bằng ổ tr- ợt, nh- ng ổ bi chịu lực kém hơn ổ tr- ợt, lắp ráp phức tạp và có tiếng động khi làm việc lớn hơn ổ tr- ợt.
2.2.5. Bộ phận chắn n- ớc
*) Tác dụng.
Bộ phận chắn n- ớc còn gọi là vòng đệm lót, ép túp, thiết bị làm kín theo h- ớng trục... nằm bao quanh trục bơm chỗ lỗ xuyên trục
Nếu khe hở giữa trục và lỗ xuyên trục nhỏ thì khi trục quay sẽ bị lụt, mắc, ng- ợc lại, khi khe hở này rộng, n- ớc từ máy bơm chảy ra ngoài theo trục và không khí từ bên ngoài lọt vào máy bơm làm cho máy không hoạt động đ- ợc, do đó không tạo
đợc áp suất chân không tại cửa vào. Vì vậy bộ phận chắn n- ớc có tác dụng không cho n- ớc trong máy bơm theo trục chảy ra ngoài và không cho không khí bên ngoài lọt vào máy bơm.
*) Cấu tạo (hình 2.14)
Bộ phận chắn n- ớc bao gồm:
Vật bịt kín khe hở, làm bằng bông tẩm mỡ hoặc sợi amiăng có tác dụng bịt kín khe hở giữa trục bơm và vỏ bơm.
Trục và vỏ máy tại chỗ xuyên trục.
Vành chữ I dẫn n- ớc để làm mát cho bộ phận chắn n- ớc và trục. Vành chữ I nằm giữa hai lớp vật bịt kín khe hở, vành này có một lỗ thông với vỏ máy để trích n- ớc có áp từ thân bơm đến ống đẩy vào. N- ớc làm mát còn có tác dụng một phần bôi trơn sau đó thấm vào vật bịt kín và nhỏ từng giọt ra ngoài.
Nắp ép bằng kim loại nằm ngoài có bu lông đai ốc xiết chặt nắp ép với vỏ máy.
Đai ốc còn có tác dụng điều chỉnh mức độ ép chặt của nắp vào vật bịt kín.
52
Hình 2.14: Bộ phận chắn n- ớc
1- Vòng dẫn n- ớc; 2- Vòng đệm; 3- Nắp ép; 4- Trục bơm 5- Bu lông; 6- Vòng chặn ép
2.2.6. Vòng mòn
ở phần vỏ máy đẫ nói đến tác dụng của vòng mòn và vị trí đặt nó.
Vòng mòn có nhiều dạng khác nhau (hình 2.15): dạng phẳng, dạng th- ớc thợ, dạng gấp khúc... Mục đích tạo ra sức kháng cục bộ ở khe hở lớn để giảm tổn thất l- u l- ợng. Vòng mòn đ- ợc làm bằng thép tốt, có khả năng chống mài mòn cao.
Hình 2.15 2.2.7. Giá đỡ trục.
Thông th- ờng, với máy bơm công son, không có bệ đỡ trực tiếp, còn lại bệ đỡ
đ- ợc đúc liền với bơm.
2.3. Các trang thiết bị kèm theo một tổ máy bơm 2.3.1. Crêpin ( hình 2.16).
53
*) Tác dụng: Crêpin đ- ợc đặt ở đầu ống hút, gồm có van đáy ( còn gọi là van một chiều) và l- ới chắn rác.
Van đáy có tác dụng giữ n- ớc trong ống hút và thân bơm khi mồi n- ớc. Van
đáy chỉ mở khi dòng n- ớc đi từ bể hút vào ống hút.
Đặc điểm của van đáy: nếu van đáy kín, đỡ tốn công mồi n- ớc, nh- ng khó kiểm tra, bảo vệ vì nó ngập d- ới n- ớc sâu và tổn thất thủy lực lớn.
L- ới chắn rác bao quanh van một chiều có tác dụng giữ cho rác bẩn... không chui vào ống hút lên máy bơm.
Hình 2.16
*) Phân loại Crêpin.
Phụ thuộc vào van đáy. Th- ờng chia thành hai loại đĩa đĩa đơn và đĩa kép.
2.3.2. Van khoá
Khoá trên ống hút: đ- ợc bố trí khi có nhiều máy bơm có chung một ống hút lớn, hoặc khi khi máy bơm có hh < 0. Có tác dụng để máy bơm làm việc không ảnh h- ởng lẫn nhau và n- ớc ống hút không tự tràn vào máy bơm.
Khoá trên ống đẩy: đ- ợc đặt sát cửa ra của máy, khoá này có tác dụng điều chỉnh l- u l- ợng cần bơm.
Van một chiều hay còn gọi là van ng- ợc: Van này đ- ợc đặt trên ống đẩy có tác dụng không cho n- ớc chảy ng- ợc lại từ ống đẩy về ống hút của máy bơm khi bơm dừng đột ngột (hình 2.17, hình 2.18). Trong các trạm bơm tiêu với cột n- ớc thấp, ống xả ngắn có thể dùng van l- ỡi gà thay cho van một chiều ngăn dòng chảy ng- ợc (hình 2.19).