Đang tải... (xem toàn văn)
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY THỦY LỰC .................................................21.1. Khái niệm và phân loại: ...............................................................................21.1.1. Khái niệm ..........................................................................................21.1.2. Phân loại............................................................................................21.2. Các thông số cơ bản của máy thủy lực: ........................................................31.2.1. Cột áp: ...............................................................................................41.2.2. Lưu lượng:.........................................................................................51.2.3. Công suất: .........................................................................................51.2.4. Hiệu suất: ..........................................................................................52. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BƠM ......................................................................72.1. Khái niệm và phân loại: ...............................................................................72.1.1. Khái niệm: .........................................................................................72.1.2. Phân loại: ..........................................................................................72.1.3. Phạm vi sử dụng: ............................................................................. 112.2. Các thông số làm việc cơ bản: ................................................................... 112.2.1. Lưu lượng:....................................................................................... 122.2.2. Cột áp: ............................................................................................. 122.2.3. Công suất và hiệu suất: .................................................................... 142.2.4. Cột áp hút và chiều cao cột áp hút cho phép: ................................... 142.2.5. Hiện tượng xâm thực: ...................................................................... 152.3. Bài tập: ........................................................................................................ 17
Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 Table of Contents KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY THỦY LỰC 1.1 Khái niệm phân loại: .2 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.2 Các thông số máy thủy lực: 1.2.1 Cột áp: .4 1.2.2 Lưu lượng: .5 1.2.3 Công suất: 1.2.4 Hiệu suất: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BƠM 2.1 Khái niệm phân loại: .7 2.1.1 Khái niệm: 2.1.2 Phân loại: 2.1.3 Phạm vi sử dụng: .11 2.2 Các thông số làm việc bản: 11 2.2.1 Lưu lượng: .12 2.2.2 Cột áp: .12 2.2.3 Công suất hiệu suất: 14 2.2.4 Cột áp hút chiều cao cột áp hút cho phép: 14 2.2.5 Hiện tượng xâm thực: 15 2.3 Bài tập: 17 Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY THỦY LỰC 1.1 Khái niệm phân loại: 1.1.1 Khái niệm - Máy thủy khí máy làm việc cách trao đổi lượng với chất lỏng (khí) theo nguyên lý thủy lực học nói chung học môi chất nói riêng - Trong phạm vi môn học Máy thiết bị thủy khí nghiên cứu loại bơm, quạt o Bơm: máy dùng để di chuyển dòng môi chất tăng lượng dòng môi chất Khi bơm làm việc, lượng bơm nhận từ động chuyển hóa thành năng, động chừng mực định thành nhiệt dòng môi chất o Quạt: thiết bị di chuyển chất khí với số gia tăng áp < 1,15 P < 1500 mmH2O ( = ) o Máy hút khí: làm việc > 1,15 hay P > 1500 mmH2O, không làm lạnh nhân tạo o Máy nén khí: làm việc > 1,15 hay P > 1500 mmH2O, có làm lạnh nhân tạo nơi xảy trình nén khí 1.1.2 Phân loại Ta phân loại máy thủy lực theo: nguyên tắc tác dụng máy với dòng môi chất trình làm việc, theo tính chất trao đổi lượng cấu tạo Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 Hình 1.1 Phân loại máy thủy lực - Theo nguyên tắc tác dụng máy thủy lực với dòng môi chất trình làm việc: người ta chia máy thủy lực thành nhiều loại khác chủ yếu có hai loại: o Máy thủy lực cánh dẫn: việc trao đổi lượng máy với chất lỏng thực lượng thủy động dòng chảy qua máy o Máy thủy lực thể tích: thực trao đổi lượng với chất lỏng theo nguyên lý nén chất lỏng thể tích kín áp suất thủy tĩnh - Theo tính chất trao đổi lượng cấu tạo 1.2 Các thông số máy thủy lực: Là số liệu kỹ thuật biểu thị khả làm việc đặc tính làm việc máy thủy lực bao gồm: cột áp, lưu lượng, công suất hiệu suất làm việc máy Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 1.2.1 Cột áp: - Năng lượng đơn vị mặt cắt A – A: = - + + Năng lượng đơn vị mặt cắt B – B: = + + Trong đó: P, v: Áp suất vận tốc dòng chảy (N/m2, m/s) e: Năng lượng đơn vị (m) a: Hệ số điều chỉnh động g: Khối lượng riêng môi chất (kg/m3) : Trọng lượng riêng môi chất (N/m3) - Chênh lệch lượng đơn vị dòng môi chất qua máy thủy khí: ∆ = − + + ∆ > 0: Môi chất máy cung cấp lượng: bơm, ∆ < 0: Máy dòng môi chất truyền lượng: tua bin Vậy: Cột áp máy thủy lực lượng đơn vị dòng môi chất trao đổi với máy thủy khí = − + + Cột áp tĩnh: = Cột áp động: đ − + = Cột áp toàn phần: H = Ht + Hđ Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 1.2.2 Lưu lượng: Là lượng môi chất chuyển động qua máy đơn vị thời gian + Q: Lưu lượng thể tích (m3/s; m3/h; l/s) + M: Lưu lượng thể tích: M = .Q (kg/s; kg/h) + G: Lưu lượng trọng lượng (N/s; N/h; kG/s) G = .Q = .g.Q = g.M 1.2.3 Công suất: Công suất thủy lực: Ntl (W) dòng chất lỏng trao đổi với máy thủy lực đơn vị thời gian Ntl = G.H = .Q.H Công suất làm việc: N (W) công suất trục máy máy làm việc - Bơm: N > Ntl = = - Động thủy lực: N < Ntl N = .Ntl = ..Q.H 1.2.4 Hiệu suất: Hiệu suất máy thủy lực, dùng để đánh giá tổn thất lượng trình trao đổi lượng với dòng môi chất = ; Đ = Trong điều kiện làm việc, hiệu suất phụ thuộc nhiều yếu tố máy, kích thước máy cấu tạo, loại môi chất, chế độ làm việc, đặc tính làm việc Để đánh giá hiệu lượng hệ thống chung gồm có máy động tương ứng, người ta sử dụng hiệu suất hệ thống tl Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng máy thiết bị thủy khí = 2013 ĐĐ NĐĐ: công suất điện để khởi động động - Để tính hiệu suất chung máy thủy lực, thường đánh giá thông qua dạng tổn thất Tổn thất cột áp dòng môi chất chảy qua máy (tổn thất thủy lực) đánh giá hiệu suất thủy lực (hiệu suất cột áp); H Tổn thất ma sát phận khí máy thủy lực (tổn thất khí), đánh giá hiệu suất khí; ck Tổn thất rò rỉ môi chất làm lưu lượng làm việc máy gọi tổn thất lưu lượng, đánh giá hiệu suất lưu lượng; Q Hiệu suất chung máy thủy lực: = H.Q.ck Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BƠM 2.1 Khái niệm phân loại: 2.1.1 Khái niệm: Bơm máy để tạo dòng chất lỏng chuyển động Nói cách khác bơm máy dùng để di chuyển chất lỏng tăng lượng dòng chất lỏng Là máy thủy lực dùng để biến đổi động thành lượng để vận chuyển chất lỏng tạo nên áp suất cần thiết hệ thống truyền dẫn thủy lực 2.1.2 Phân loại: Người ta phân loại bơm theo nguyên lý làm việc cấu tạo, theo công dụng, theo cột áp lưu lượng - Theo nguyên lý làm việc cấu tạo ta có bơm cánh dẫn, bơm thể tích, bơm phun tia - Theo công dụng: bơm cấp nước nồi hơi, bơm dầu, bơm nhiên liệu, bơm cứu hỏa bơm hóa chất - Theo phạm vi cột áp ta có: cột áp cao, thấp trung bình - Theo lưu lượng ta có: lưu lượng lớn, nhỏ trung bình Có hệ thống phân loại hơn, dựa vào lượng tác động vào lưu chất Ta có hai loại chính: động (dynamic) thể tích (displacement) Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 Hình 2.1 Phân loại bơm - Dynamic ta có loại chính: Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng máy thiết bị thủy khí a/ Bơm ly tâm 2013 b/ Bơm hướng trục Hình 2.2 Hai loại máy thủy lực động học - Displacement ta có loại chính: a/ Bơm piston b/ Bơm rotor Hình 2.3 Hai loại bơm thể tích Ngoài có loại bơm khác: Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page Bài giảng máy thiết bị thủy khí a/ Bơm Jet 2013 b/ Bơm thủy lực Hình 2.4 Các loại bơm khác Có ba loại bơm sử dụng rộng rãi gồm: ly tâm, hướng trục piston Hình 2.5 Các loại khác bơm nước Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 10 Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2.1.3 2013 Phạm vi sử dụng: Bơm sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kể đến như: - Trong nông nghiệp: thủy lợi hóa, chăn nuôi, trồng trọt,… - Trong công nghiệp: khai thác mỏ, dầu khí, công trình xây lắp… - Trong kỹ thuật vận chuyển: khai thác mỏ hóa chất, vật liệu xây dựng,… - Chế tạo máy: hệ thống điều khiển truyền động thủy lực,… 2.2 Các thông số làm việc bản: Bơm làm việc hệ thống đường ống Bơm có năm thông số làm việc Bao gồm: lưu lượng, cột áp, công suất, hiệu suất cột áp hút cho phép Hình 2.6 Các thông số làm việc bơm Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 11 Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2.2.1 2013 Lưu lượng: - Là lượng chất lỏng bơm vận chuyển đơn vị thời gian - Được xác định dụng cụ trung bình lắp ống đẩy ống Venturi, lưu lượng kế kiểu màng chắn dụng cụ đo trung bình thùng lường cân đặt cuối ống đẩy Chỉ xác định giá trị trung bình lưu lượng đơn vị thời gian 2.2.2 - Cột áp: Là lượng đơn vị mà bơm truyền cho chất lỏng H = era - evào = e3 - era + = = + + + − + + + P2 P3 áp suất tuyệt đối: P2 = Pa - Pck P3 = Pa + Pak Công thức tính cột áp bơm: = + + Trong hệ thống bơm coi hệ số động α = 1, dòng chảy hệ thống bơm có tiết diện nhỏ, vận tốc lướn thường chảy rối Nếu đường kính ống hút ống đẩy nhau, không trích lưu lượng đường ống đẩy (v3 = v2), y bỏ qua = ; xác định trị số AK CK kế Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 12 Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 Khi số liệu đo bơm làm việc: Pak; Pck,…mà có số liệu yêu cầu hệ thống ta tính cách viết phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 2-2; 3-3 4-4: + = + + +ℎ Hay: = + − + +ℎ e1 = e2 + hwt Với hwh: tổn thất lượng ống hút (m) Nếu P1 = Pa, v1 nhỏ P2 < Pa P2 đo chân không kế Tương tự phương trình Bernoulli cho mặt cắt 3-3 mặt cắt 4-4 + = + = + − Hầu hết thực tiễn: + +ℎ + +ℎ ≪ + +ℎ P3 > P4 P4 = Pa => P3 > Pa P3 đo áp kế e3 = e4 + hwd Phương trình cột áp: H = e3 – e2 = + + +ℎ Vậy cột áp yêu cầu bơm dùng để khắc phục: + Chênh lệch hình học mặt thoáng bể chứa bể hút, gọi độ cao dâng z + Độ chênh áp suất mặt thoáng bể chứa bể hút: + Độ chênh động bể hút bể chứa: + Tổn thất lượng hệ thống đường ống - Cột áp bơm làm việc hệ thống cột áp hệ thống Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 13 Bài giảng máy thiết bị thủy khí = + 2013 : cột áp tĩnh hệ thống, không đổi đơn vị hệ thống cho trước = + ℎ : cột áp động hệ thống, thay đổi theo lưu lượng hệ thống Cột áp = cột áp tĩnh + cột áp động Biểu diễn đồ thị phương trình cột áp hệ thống ta có đường cong biểu thị đặc tính làm việc hệ thống (đường đặc tính hệ thống, đường đặc tính lưới) 2.2.3 Công suất hiệu suất: Xem mục: 1.2.3 1.2.4 phần Khái niệm chung máy thủy lực 2.2.4 Cột áp hút chiều cao cột áp hút cho phép: Khả làm việc bơm phụ thuộc nhiều vào trình hút bơm Trong trình bơm hút chất lỏng, bánh công tác phải tạo độ chênh áp định cửa hút bơm mặt thoáng bể hút Độ chênh áp gọi cột áp hút bơm, nhờ đó, chất lỏng chảy từ bể vào bơm = = Nếu P1 = Pa = = + = +ℎ Cột áp hút bơm dùng để khắc phục chiều cao hút zh, tổn thất ống hút tạo động cần thiết ; tùy thuộc vào trị số áp suất mặt thoáng bể hút, áp suất có trị định Mà P1 = Pa Hhmax = (P2 = 0) = = = 10 mH20 Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 14 Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 Điều kiện làm việc bơm: = + +ℎ < Thực tế cột áp hút bơm P1 = Pa không đạt đến 10 mH20 áp suất cửa bơm giảm đến mức áp suất bão hòa chất lỏng nhiệt độ làm việc, gây tượng xâm thực (ăn mòn) bên bơm/ 2.2.5 Hiện tượng xâm thực: Khi chất lỏng nhiệt độ định sôi bốc bão hòa áp suất tương ứng Áp suất gọi áp suất bão hòa Pbh Bảng 2.1 Áp suất bão hòa nước TC 10 20 30 o Pbh/, m 0,06 0,12 0,24 0,48 40 60 80 100 120 0,75 2,03 4,83 10,33 20,2 Như vậy, nhiệt độ đó, áp suất chất lỏng Pbh chất lỏng sôi, tạo nên nhiều bọt khí dòng chảy Các bọt khí bị vào vùng áp suất lớn Pbh, ngưng tụ đột ngột thành giọt chất lỏng (vl ≪ vk) Do đó, dòng chảy xuất khoảng trống cục bộ, phần tử chất lỏng xung quanh tràn đến với vận tốc lớn, áp suất tăng lên cao, (> 1000 atm) Áp suất cục làm rỗ bề mặt kim loại, phá hỏng phận làm việc máy Đây gọi tượng xâm lực, thường xảy máy thủy lực có áp suất nhỏ, nhiệt độ cao Khi tượng xảy ra, dòng chảy bị gián đoạn, gây tiếng động bất thường máy bị rung nhiều, lưu lượng, cột áp hiệu suất máy giảm đột ngột Hiện tượng kéo dài làm phận làm việc máy bị phá hỏng Để tránh tượng thì: > Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 15 Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 Đối với loại bơm sản xuất, tài liệu kỹ thuật ghi rõ cột áp chân không cho phép [Hck] ứng với Pa = at t = 20oC Điều kiện để bơm đủ khả hút: = +ℎ ≤[ + ] Chiều cao hút cho phép bơm là: [ ]=[ ]− −ℎ Nếu giá trị [Hck] [zh] phải tính theo điều kiện không xảy tượng xâm thực Điều kiện để không xảy tượng xâm thực cột áp toàn phần cửa vào bơm, nơi có áp suất nhỏ nhất, nguy hiểm nhất, phải lớn áp suất bão hòa nhiệt độ làm việc + ≥ + ∆ℎ h: Cột áp chống xâm thực Mặt khác: + = Suy ra: [ ] = − − −ℎ + ∆ℎ + ℎ h: Xác định thực nghiệm, phụ thuộc vào số vòng quay lưu lượng bơm Theo Rutơnhep ta có: ∆ℎ ≥ 10 Trong đó: n: Tốc độ quay bánh công tác (vg/ph) Q: Lưu lượng (m3/s) Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 16 Bài giảng máy thiết bị thủy khí 2013 C: Hệ số phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu bơm, có giá trị thay đổi khoảng 800 ÷ 1000 C lớn điều kiện chống xâm thực tốt 2.3 Bài tập: BT 01: Đọc tài liệu 1, Phần: Energy transfer, Velocity diagrams and head generation Section2: Centrifugal pump theory Tóm tắt dạng gạch đầu dòng BT 02: Đọc tài liệu 1, phần Specify speed and optimum geometry Section2: Centrifugal pump theory Tóm tắt dạng gạch đầu dòng BT 03: Đọc giảng đặt câu hỏi kèm theo trả lời Đây để nhắc, tập sau có tập BT 04: Tìm tài liệu với từ khóa: “Centrifugal pump” Viết lại theo dạng tài liệu tham khảo Nguyễn Hải Đăng – BM Máy STH&CB – Khoa CKCN Web: www2.hcmuaf.edu.vn/?ur=dangnh FB: www.facebook.com/NguyenhaidangKCK Page 17