Dòng xoáy được hình thành dưới các dạng
- Dòng xoáy mặt: Là dòng xoáy tạo nên trên mặt nước ở vùng quanh miệng ống hút. Nguyên nhân chủ yếu sinh ra xoáy mặt là độ ngập miệng ống hút không đủ. Một nguyên nhân nữa là do dòng chảy đến ống hút vì một nguyên nhân nào đó phân bố lệch hoặc do bố trí máy bơm không hợp lý. - Dòng xoáy ngầm cục bộ sinh ra tại các góc buồng hút, ở thành ống hút,
đáy bể hút, tại các mặt cắt co hẹp và mở rộng đột ngột của bộ phận hút. Dòng xoáy mặt gồm dòng xoáy cục bộ và xoáy vòng quanh ống hút.
Xoáy cục bộ phụ thuộc chủ yếu từ độ ngập h2 ở các mức độ khác nhau. (Xem hình 4 – 1)
- Xoáy gợn lăn tăn : Ở mức độ cao khi mặt nước bị lõm xuống nhưng lưu tốc xoáy còn bé và chưa hình thành bọt khí trong nước.
- Xoáy cạn : Mặt nước hình thành các phễu cục bộ nhưng nằm trên miệng ống hút. Bọt khí bị hút vào và đưa vào miệng ống hút một phần nhỏ, mức độ ảnh hưởng nhẹ.
- Xoáy sâu : Lưu tốc xoáy tăng lên và áp lực tâm xoáy là áp lực chân không, đuôi xoáy sâu vào miệng ống đưa một bộ phận lớn không khí vào ống.
- Xoáy vòng là xoáy vòng quanh đồng tâm với ống hút. Phụ thuộc từ độ ngập miệng ống hút, xoáy vòng sẽ phát triển với các mực độ khác nhau. Sự hạ thấp phễu xoáy đến mép ống sẽ đưa ồ ạt không khí vào máy bơm làm ngắt dòng hút.
a) Xoáy lăn
tăn b) Xoáy chứa bọt khí ngắt quãng bọt khí liên tục c) Xoáy chứa d) Xoáy đồng trục Xoáy mặt
Xoáy đáy Dòng xoáy ngầm tạo nên khi :
- Phân bố lưu tốc dòng chảy vào không đối xứng với công trình.
- Tại các vị trí có cấu tạo thay đổi như góc buồng, chỗ có vật cản, chổ mở rộng, co hẹp đột ngột….(hình 4 – 2).
Trên hình vẽ cho thấy với xoáy cục bộ ở mức độ xoáy cạn và xoáy vòng nhưng chưa ăn sâu đến mép ống thì đã có một bộ phận không khí dưới dạng bọt khí đi vào miệng ống hút. Nếu dòng xoáy phát triển sâu đến mép ống hút thì lượng không khí vào ống hút và vào bơm sẽ lớn làm cho lưu lượng, cột nước và hiệu suất giảm thấp nhanh chóng.
Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy nếu lượng không khí vào bơm bằng 3% so với lưu lượng bơm thì lưu lượng bơm sẽ giảm 16%, hiệu suất và công suất giảm 9%. Còn nếu không khí vào 10% thì lưu lượng sẽ giảm 44%, hiệu suất giảm 28%, nếu tiếp tục bơm sẽ không hút được nước.
8 6 4 2 10 12 14 H,m Q l/s 16 18 20 8 6 4 2 10 12 14 16 18 20 10 20 30 40 50 η% 60 50 40 30 20 10 0 0 η∼Q α=0,10 α=0,075 α=0,05α=0,03 α=0 Q~H 3Κ−6 D=218MM α=0 α=0,03 α=0,05 α=0,075 α=0,10 d D h1 h2 Lk D D B
Anh hưởng của lượng không khí lọt vào bơm đến năng suất bơm.
Trên hình biểu thị đường đặc tính của máy bơm 3K – 6 phụ thuộc vào tỷ lệ không khí đưa vào.
khi nuoc
Q Q
α =
Các hiện tượng xoáy ngầm làm cho dòng chảy bị thiên lệch (hình 4 – 2), sự phân bố lưu tốc và áp lực tại tiết diện vào ống hút không đều. Vì vậy áp lực khi ra khỏi cánh cũng không đều và dòng chảy sau cánh quạt không đi theo hướng đã định, tạo nên dòng uốn lượn gây ra tổn thất xung kích phụ thêm rất lớn; mặc khác do áp lực phân bố không đều nên lực tác động lên cánh quạt lớn nhỏ khác nhau khi quay vòng. Sự tác dụng không đều đó sẽ làm cân bằng động trục bơm bị phá vỡ và gây ra rung động lớn.
Đối với máy bơm ly tâm, do có ống hút dài nên áp lực và lưu tốc đủ thời gian phân bố lạ trước khi đi vào bánh xe cánh quạt nằm trực tiếp gần loa hút nước nên ảnh hưởng của hiện tượng này đối với máy bơm hướng trục trầm trọng và trực tiếp hơn so với máy bơm ly tâm.