2.1. Các thông số cơ bản của bơm
Năng suất bơm (lưu lượng bơm): thể tích lưu chất mà bơm cung cấp vào đường ống đẩy trong một đơn vị thời gian.
3
h h đ đ
V = Q = v .A = v .A ; m
s (2.1)
vh và vđ: vận tốc dòng chảy trong ống hút và ống đẩy (m/s),
Ah và Ađ: tiết diện ống hút và ống đẩy (m2).
Công suất bơm: năng lượng tiêu hao để tạo ra lưu lượng Q và cột áp H của bơm.
Q.H.ρ.g
N = ; W
η (2.2)
H: cột áp của bơm (m),
: hiệu suất bơm,
Trên thực tế công suất bơm thường được đo bằng đơn vị HP (Horse Power), 1HP = 0,75 kW.
Cột áp bơm: áp suất lưu chất tại miệng ra ống đẩy của bơm hay là năng lượng riêng của lưu chất thu được khi đi từ ống hút sang ống đẩy của bơm.
5
2 i
i=1
H = H ; mH O (2.3)
Trong đó:
H1 = zđ- zh: cột áp để khắc phục chiều cao nâng hình học giữa ống hút và ống đẩy; zđ và zh: chiều cao đẩy và hút.
đ h
2
p - p H =
ρg : cột áp để khắc phục chênh lệch áp ở hai đầu hút và đẩy.
2 2
đ h
3
v - v H =
2g : cột áp để khắc phục chênh lệch động năng giữa ống hút và ống đẩy.
2
h h
4 h h
h
v l
H = . λ . + ξ
2g d
: cột áp để khắc phục trở lực trong ống hút.
2
đ đ
5 h đ
đ
v l
H = . λ . + ξ
2g d
: cột áp để khắc phục trở lực trong ống đẩy.
: hệ số ma sát, l: chiều dài, d: đường kính ống,
2
a h h h
h h h
h
. . ;
p v l
H = p - + 1 + λ + ξ m
ρg ρg 2g d
(2.4)
: tổng trở lực cục bộ.
Chiều cao hút của bơm:
Điều kiện xác định chiều cao hút:
Hh< 10 m;
Hh = f (nhiệt độ lưu chất).
2.3. Cột áp lý thuyết:
Các giả thiết:
Số cánh hướng dòng trong bánh guồng là vô tận và có chiều dày không đáng kể.
H
h
Lưu chất chuyển động trong bánh guồng không bị tổn thất, không có ma sát và không bị nén.
Sự chuyển động của lưu chất trong bơm: chuyển động dọc theo rãnh từ tâm ra ngoài bánh guồng theo phương bán kính và quay cùng guồng cánh.
Năng lượng của guồng cánh truyền cho lưu chất khi chuyển động từ cửa vào đến cửa ra bằng năng lượng của moomen xung lực.
Hình 2.9: Cánh bơm ly tâm và sơ đồ vận tốc lưu chất chuyển động trong cánh bơm 2.4. Phương trình cơ bản của bơm ly tâm – phương trình Euler:
2 2u 1 1u
2 2 2 1 1 1
LT
u .C - u .C u .C .cosα -u .C .cosα
H = =
g g (2.5)
Trong đó:
u1, u2: vận tốc vòng lưu chất khi đi vào và đi ra bánh guồng;
C1, C2: vận tốc tuyệt đối của lưu chất đi vào và đi ra bánh guồng;
1, 2: góc vào và ra của lưu chất (góc giữa u và C);
C1u, C2u: vận tốc tiếp tuyến (hình chiếu của C trên u);
w1, w2: vận tốc tương đối của chất lỏng đi vào cửa hút và đi ra cửa đẩy 2.5. Cột áp lý thuyết phụ thuộc vào dạng guồng cánh
Để giảm va đập khi lưu chất chuyển động vào cửa bánh guồng cũng như giảm tổn thất năng lượng, lưu chất chảy vào guồng theo phương bán kính (1 = 90o).
β
2
β
1
C
2r
C
1r
C
2u
C
1u
Từ (2.5): LT u .C .cosα2 2 2 u .C2 2u
H = =
g g
Và C = u - C .cotgβ2u 2 2r 2
2
2 2 2r 2
LT
u - u .C .cotgβ H =
g (2.6)
C2r: vận tốc hướng kính (hình chiếu của C2 trên phương bán kính r2;
β2: góc nghiêng của guồng cánh (góc tạo giữa vận tốc vòng và vận tốc tương đối).
(I) Guồng cánh thẳng góc theo hướng bán kính: β2 = 90o, cotgβ2 = 0
2 2 LT
H = u
g
(II) Guồng cánh cong về phía sau: β2 < 90o, cotgβ2 >0
2 2 LT
H < u
g
(III) Guồng cánh cong về phía trước: β2 > 90o, cotgβ2 < 0
2 2 LT
H > u
g
2.6. Cột áp thực bơm ly tâm
Thực tế: số cánh trong bánh guồng là có hạn và lưu chất chuyển động trong bánh guồng có tổn thất ma sát. Vì vậy: H = η .K.HTT h LT (2.7)
h = 0,7 ÷ 0,9: hiệu suất thủy lực (hydraulic);
K: hệ số tuần hoàn;
1 22
K = 1
2ε 1
1 + .
z 1 - r r
(2.8)
z: số guồng cánh;
: hệ số
• = 0,8 ÷ 1: bơm có thiết bị hướng dòng
• = 1 ÷ 1,3: bơm không có thiết bị hướng dòng r1 và r2: bán kính trong và ngoài của bánh guồng.
2.7. Đường đặc tuyến bơm ly tâm– cách xây dựng
Thông số cơ bản của bơm: cột áp H, năng suất Q, công suất tiêu thụ N, hiệu suất và số vòng quay của rotor n.
Theo lý thuyết: Q, H, N và n được ghi trên thân bơm ứng với max
Trên thực tế: Q, H thay đổi N, , n thay đổi
Thực nghiệm: thay đổi độ mở của van chắn trên đường ống đẩy, ghi nhận sự thay đổi Q, H, N và tính tương ứng với từng n. Đường cong đặc tuyến của bơm: đồ thị biểu diễn các mối quan hệ Q–N, Q–H và Q–.
Quan hệ Q–H: n = const, khi bơm làm việc ổn định thì Q và H
Đường đặc tuyến chung: gồm dãy các đường cong Q–H ứng với n khác nhau và các đường = const của các đường Q–H
Hình : Đặc tuyến bơm ly tâm (characteristic curves)
2.8. Đường đặc tuyến bơm ly tâm – vùng làm việc
Hình 2.12: Đặc tuyến cơ bản của bơm ly tâm
2.9. Đường đặc tuyến chung (Characteristic performance curves) - Ứng dụng Dùng đồ thị đặc tuyến chung để thiết lập giới hạn sử dụng bơm có hiệu quả nhất và chọn được chế độ làm việc thích hợp cho bơm. Trên đồ thị, đường p–p thể hiện chế độ làm việc tốt nhất của bơm, ví dụ: n = 1000, Q = 105 l/s, H = 12,5 m;
n = 750 rpm, Q = 80 l/s, H = 7 m.