Đang tải... (xem toàn văn)
Bơm, quạt, máy nén" là một trong những môn học chuyên ngành quan trọng của sinh viên ngành "công nghệ nhiệt - điện lạnh".Cuốn sách này được biên soạn nhằm đáp ứng yêu cầu của sinh viên trường đại
Chương 4: BƠM LI TÂM 4.1.Cấu tạo bơm li tâm Hình 4.1a Hình 4.1b 1.Bánh công tác 2.Trục kéo bơm 3.Dẫn hướng vào bơm 4.Bộ phận dẫn hướng khỏi bơm 5.ng hút 6.ng đẩy Trước khởi động phải đổ nước đầy vào thân bơm phủ đầy bánh công tác ống hút phải điền đầt chất lỏng gọi mồi bơm.Vỏ bơm Hình 4.1.c Hình 4.1.c.Vỏ dạng xoắn ốc 1.Nguyên lí làm việc -Khi bánh công tác quay phần tử chất lỏng bánh công tác lực li tâm bị dồn từ theo máng dẫn vào ống đẩy với áp suất cao trình đẩy.Đồng thời lối vào tạo vùng có chân không để hút chất lỏng.Như chất lỏng liên tục chảy qua bơm trình hút đẩy liên tục 2.Phân loại bơm a.Theo cột áp: -Cột áp thấp: H < 20 mH20 -Cột áp trung bình: H < 20 - 60 mH20 -Cột áp cao: H > 60 mH20 b.Theo số bánh công tác: Hình 4.1 hình 4.2 -Bơm có bánh công tác: cấp, Hmax = 100 mH20, (Hình 4.1) -Bơm nhiều cấp:(Hình 4.2): Ghép nối tiếp nhiều bánh công tác.Số bánh công tác 2-8 có đến 12.Cột áp bơm nhiều cấp tổng cột áp cấp,còn lưu lượng lưu lượng cấp Hình 4.2 c.Theo cách hút chất lỏng vào bơm: -Bơm hút phía- Hình 4.1b -Bơm hút phía- hình 4.5: 4.2.Lý thuyết bơm li tâm 4.2.1.Phương trình bơm li tâm: Chương ta có phương trình máy cánh dẫn: H 1∞ = ± u C 2u u1.C 1u g [4.1] Để nâng cao cột áp bơm,chọn góc: α = 90o tức vận tốc C1 vuông góc với u1 thành phần C1u = 0.Khi phương trình cột áp bơm là:Hình 4.6 H l∞ =U2 C u g Hình 4.6 [4.2] 4.2.2.Cột áp thực tế bơm Phương trình 4.2 cột áp lí thuyết bơm với giả thiết : -Số cánh dẫn nhiều vô cùng,chiều dày cánh dẫn -Chất lỏng lí tưởng Tuy nhiên thực tế bơm có số cánh giới hạn 6-12 cánh.Do phân bố vận tốc không đều,hơn chất lỏng có độ nhớt nên cột áp thực tế khác cột áp lí thuyết Cột áp thực tế là: Với ε η H = ε Z η H l∞ [4.3] H Z H :Hệ số ảnh hưởng số cánh dẫn có hạn :Hệ số kể ảnh hưởng tổn thất chảy qua rãnh Các hệ số xác định sau: η Có thể chọn: Z =1− π sin β Z [4.4] ε = 0.8 η = 0.7-0.9 Vậy cột áp thực teá : Z H H = ε Z η U H C 2U [4.6] g Nhận xét chung: Cột áp thực bơm phụ thuộc: -Đường kính D2 bánh công tác -Số vòng quay n bơm -Thành phần vận tốc C2u lối bánh công tác tức góc β Tuy nhiên tăng D2 ,số vòng quay n β n tăng ảnh hưởng đến tượng xâm thực (xem công thức 3-21),còn D2 β bị giới hạn tổn thất dòng chất lỏng nên cột áp bơm cấp có giới hạn.Trị số lớn theo lí thuyết H < 250 mH20 Muốn có cột áp cao ta dùng bơm có nhiều cấp,thường chế tạo bơm cấp có cột áp nhỏ 100 mH20 Muốn cột áp có lợi bơm có hiệu suất cao phải chọn bánh công tác có số cánh phù hợp thông số kết cấu góc hợp lý 4.2.3.Ảûnh hưởng kết cấu cánh dẫn đến cột áp bơm 2 a.nh hưởng góc: β Để có lợi chọn : α = 900 ,còn góc β phụ thuộc vào thành 1 phần vận tốc c1 U1 : tg β = C U [4-8] 1 Như theo [4-2] góc β không ảnh hưởng trực tiếp đến cột áp Tuy nhiên ảnh hưởng đến hiệu suất gây va đập dòng chảy với cánh bơm nên cần chọn hợp lý Thường chọn : β = 15 - 300 b.nh hưởng góc : β Góc β ảnh hưởng định đến cột áp toàn phần H cột áp thành phần việc chọn góc β có ý nghóa quan trọng Theo giá trị góc β mà chia làm cách bố trí cánh dẫn: Hình 4.8 Hình 4.9 1 2 2 -Khi β < 900 cánh dẫn cong sau -Khi β = 900 cánh dẫn hướng kính lối -khi β > 900 cánh dẫn cong phía trước Thực nghiệm cho thấy với chất lỏng nên dùng loại cánh ngoặt sau có lợi tổn thất động nhỏ Vì với bơm thường chọn góc β < 900 β β β Cụ thể chọn: Vì từ phương trình cột áp [4-2] 1 H = g U C = g U (U − C cot g β ) 2 2 1∞ = max 2U 2 2m 2 1 U − U C m cot g β 2 g Như cột áp = C = hay : β = artg C U để có cột áp góc β phải thoả mãn: β > β = artg C U Tuy nhiên góc β lớn cột áp động lớn so với cột áp tónh điều không mong muốn nên thực tế chọn góc β cho : H = (0.7 − 0.8) H H = (0.3 − 0.2) H khống chế góc : β = 150-300 Đặc biệt chọn β = 500 Hình 4.10 2U 2m 2 2m 2 l ∞t l∞ l ∞ñ i∞ 2 Hình 4.10 Ảnh hưởng góc β đến cột áp 4.2.4.Lưu lượng bơm li tâm Công thức tính lưu lượng bơm li tâm: Q = C π D b [4.17] Hình 4.11 Lưu lượng thực tế nhỏ lưu lượng lí thuyết 4.3.Các đường đặc tính bơm li tâm Quan hệ thông số bản: Cột áp H,lưu lượng Q,công suất N, hiệu suất η thay đổi theo chế độ làm việc bơm với số vòng quay n H = H(Q) N = N(Q) η = η (Q) Gọi phương trình đặc tính.Nếu biểu thị lên đồ thị ta có đường đặc tính bơm Có loại đường đặc tính: -Đặc tính lý thuyết,đặc tính thực nghiệm -Đặc tính làm việc -Đặc tính tổng hợp Sau ta nghiên cứu loại đường đặc tính 1.Đặc tính làm việc Đặc tính làm việc xây dựng với số vòng quay n = const a.Đường đặc tính lí thuyết U C H = g Theo [4-2]: L m l∞ 2u Từ tam giác vận tốc ta có: C = U − C cot g β Q = C π D b neân xuy ra: Theo [4-17] Q C = π D b Thế vào ta coù: U cot g β Q = U − H g π D b g ta thaáy cột áp có dạng: 2U 2m [4-9] m L l 2m 2 l∞ 2 2 H l∞ l 2 = a − b cot g β Q [4-10] l Với a,b số dương chọn bơm Đây đường thẳng không qua gốc toạ độ có độ dốc phụ thuộc vào góc β Hình 4.12 Hình 4.13 Với β < 900 ta có đường AD Kể đến ảnh hưởng số cánh dẫn có hạn thành đường: A’D’ Kể đến ảnh hưởng tổn thất thuỷ lực thành đường : A’’D’’ Kể đến ảnh hưởng tổn thất khí thành đường: A’’’D’’’ Vậy đường cong A’’’D’’’ đường đặc tính thực bơm 2.Ống hút ống đẩy Đặt ống đẩy ống hút cách Hình 4.38 hình 4.39 3.Vài điểm ý sử dụng bơm a.Chọn bơm b.Các thiết bị phụ trợ đầy đủ:Đồng hồ đo áp,chân không,đo điện,van khoá ống hút ống đẩy c.Để mồi bơm có nhiều cách: -Tạo chân không bơm ống hút bơm chân không bơm phun tia -Cho chất lỏng bể chứa chảy bơm ống hút qua ống đẩy đường ống phụ -Dùng ống cao su dẫn nước máy vào để mồi bơm 4.9.Bơm li tâm kiểu trục đứng Bơm có đặc điểm trục bơm đặt theo phương thẳng đứng.Bơm dùng để hút nước chủ yếu giếng khoan thăm dò trạm bơm mực nước nguồn cấp có dao động lớn.Thường bơm nối trực tiếp vào động điện đặt thẳng đứng.Các bơm chế tạo theo loại sau đây: 1.Bơm dùng cho bể hút trạm bơm sâu( bể có mực nước dao động ,thay đổi lớn làm việc) Loại bơm thường chế tạo cấp có miệng hút Trục trung gian có chiều dài 1,5 - m Chế tạo bơm có suất :2.700-10.800 m3/h.Cột áp H = 30-78 m Hình 4.40 hình 4.41 2.Bơm giếng phun Hình 4.42 Bơm giếng phun chế tạo nhiều cấp ,gồm có phần : a.Phần riêng bơm gồm có nhiều bánh công tác b.ng đẩy:có trục dẫn động đặt giếng khoan,có vỏ bảo vệ trục Trục dẫn động ống đẩy có nhiều đoạn ,số đoạn phụ thuộc chiều sâu giếng c.Bộ phận vỏ tựa phía gồm mặt bích để bắt động điện bắt ống dẫn Hiện bơm chế tạo 3,4 cấp với cột áp tương ứng 33,44 55m.Lưu lượng 180 m3/h Loại bơm tuốc bin giếng phun dùng cho mỏ khai thác có lưu lượng thay đổi tuý theo kích cỡ bơm : Q = 18 -500 m3 /h 3.Bơm sâu Hình 4.43 Bơm sâu bơm li tâm nhiều cấp có trục đứng,còn có tên bơm hoả tiễn.Bơm thả chìm giếng khoan,để làm cạn nước hầm mỏ công trình xây dựng Vì phải thả chìm giếng nên bơm có cấu tạo đặc biệt làm kín động điện.Có loại bơm sâu tuỳ thuộc vào kiểu động điện kéo bơm: 1.Động điện khô 2.Động điện nửa khô 3.Động điện có đổ đầy dầu 4.Động điện ướt Chương BƠM HƯỚNG TRỤC 5.1.khái niệm chung -Bơm hướng trục loại bơm cánh dẫn làm việc theo nguyên lý cánh nâng ,có lưu lượng lớn cột áp nhỏ Phạm vi sử dụng thông thường là: Q = 0.1 – 25m3/s H = – 10 m cột nước,có đến 22 m -Khi số vòng quay đặc trưng ns lớn (ns > 600) dùng bánh công tác hướng trục có lợi Kết cấu bơm hướng trục đơn giản chắn: Hình 5.1 Bơm có phần tónh phần động: Phần động gồm:Bánh công tác gắn trục.Bánh công tác hình khối trụ, có số cánh dẫn từ: đến Phần đứng yên(phần tónh):Là vỏ thân bơm,hình trụ rỗng,phía gắn cán dẫn hướng phận đỡ trục.Dẫn động cho bơm từ động điện đặt vỏ bơm 5.2.Nguyên lý làm việc bơm hướng trục 1.Chuyển động chất lỏng bơm hướng trục Hình 5.2 -Khác với bơm li tâm, bơm hướng trục chất lỏng chuyển động mặt trụ đồng tâm với trục bơm vận tốc vòng lối vào lối bánh công tác : u1 = u2 = u Chất lỏng chảy theo hình xoắn ốc dọc trục nên phía khỏi bánh công tác người ta đặt cánh dẫn hướng dể nắn thẳng dòng chảy cho song song với trục Thành phần vận tốc dọc trục: cm lối vào 1-1 lối mặt cắt c1m = c2m = cm 2-2 nhau: 2.Phương trình bơm hướng trục(phương trình cột áp) Tương tự bơm li tâm ta vẽ tam giác vận tốc lối vào bánh công tác bơm hướng trục Hình 5.3 Chú ý đến tam giác vận tốc Thành phần vận tốc c1 cửa vào bơm có phương dọc trục,Từ tam giác vận tốc ta có: u1 = u2 = u vaø C1 = c1m = c2m = cm Từ phương trình máy cánh dẫn: u C − u C H = g 2u 1u 1∞ Áp dụng cho bơm hướng trục ta có: H 1∞ = U C g 2U [5- 1] Hoaëc: H W = 1∞ 2 −W 2g 2 − +C C 2g [5-2] So saùnh: [5-2] [2-9] ta thấy cột áp bơm hướng trục thành phần lực li tâm tham dự,mà thành phần với bơm li tâm quan trọng chủ yếu tạo nên cột áp cho bơm.Do tính chất bơm hướng trục có đặc điễm sau: a.Cột áp không bơm li tâm b.Cột áp tónh bơm hướng trục độ mở rộng cánh dẫn bánh công tác tạo neân: W −W H = 2g 2 l∞ c.Bánh công tác bơm hướng trục tạo cột áp góc lớn β > β góc vào: tức mặt cánh dẫn không phẳng mà phải mặt cong Các cặp trị số β β thay đổi theo bán kính R nghóa độ cong cánh dẩn giảm dần từ cánh dẫn có độ cong chiều không gian - xoắn vỏ đỗ 1 3.Lưu lượng bơm hướng trục Lưu lượng bơm hướng trục tính: Q = cm F Với F diện tích mặt cắt lối sau phận dẫn hướng bơm F= ( π 2 D −d ) Với : D đường kính bánh công tác d đường kính bánh công tác(đường kính bầu) Vậy : Q= ( ) π 2 D − d C m Trong c m thành phần vận tốc hướng trục: C m Với Kc hệ số vận tốc : = K c gH K c = 0.0055.3 nS Với: n s số vòng quay đặc trưng bơm H :cột áp toàn phần bơm 5.3.Đường đặc tính bơm hướng trục Các đường đặc tính thực nghiệm bơm hướng trục tương tự bơm li tâm,tuy nhiên hình dạng đường đặc tính bơm hướng trục có nét khác với bơm li tâm Hình 5.5 Trên hình 5.5 đường đặc tính bơm hướng trục có cánh dẫn cố định với số vòng quay không đổi -Trong bơm hướng trục cỡ lớn cánh dẫn bánh công tác thay đổi góc độ làm việc cấu khí : Hình 5.6 Gọi bánh công tác có cánh dẫn điều chỉnh -Đường đặc tính làm việc xây dựng với góc độ khác cánh dẫn Hình 5.7 So sánh đøng đặc tính bơm hướng trục với bơm li tâm có nhận xét sau: a.Đường đặc tính H-Q có độ dốc lớn hai đầu Khoảng có điểm uốn Hoặc điểm gãy xem: Hình 5.5 Cột áp cãng tăng lưu lượng giảm lớn đóng hoàn toàn khoá ống đẩy(Q = 0) = H H taïi Q = MAX H = ( 1.5 − ) H Thường : H : Cột áp làm việc với hiệu suất : η Với : b.Đường đặc tính: N – Q có hình dạng tương tự: H – Q,Khi Q = có công suất: N = Nmax Công suất Nmax vượt từ 1.5 – lần công suất bình thường bơm c.Phạm vi làm việc tối ưu bơm hướng trục tương đối hẹp:Hiệu suất giảm nhanh phía lưu lượng lớn nhỏ Do đặc điểm khởi động bơm hướng trục không nên đóng khoá ống đẩy không nên điều chỉnh lưu lượng bơm bằng khoá mà nên dùng phương pháp sau đây: -Điều chỉnh số vòng quay bơm -Dùng bánh công tác điều chỉnh góc độ làm việc ' ' MAX 5.4.Kết cấu bơm hướng trục -So với bơm li tâm bơm hướng trục có kết cấu đơn giản -Khi yêu cầu cột áp nhỏ lưu lượng lớn ( ns > 600),dùng bơm hướng trục giảm kích thước thiết bị trạm bơm -Bơm hướng trục thường bố terí thẳng đứng có ngang xiên -Kết cấu bơm minh hoạ tên hình 5.8 va hinh 5.9 -Khe hơ ûcủa cánh vỏ chọn: δ = 0.001 D, Với D đường kính bánh công tác -Chú ý chiều cao hút bơm hướng trục Zh < nên bơm thường phải đặt sâu xuống bể hút mồi bơm Chương BƠM THỂ TÍCH 6.1.Nguyên lí làm việc 6.2.Đường đặc tính bơm thể tích 6.3.Các thông số làm việc bơm thể tích 1.Lưu lượng riêng bơm 2.Lưu lượng lý thuyết bơm 3.Lưu lượng thực tế bơm 4.Hiệu suất thể tích hiệu suất khí bơm 5.Hiệu suất chung bơm 6.Công suất thuỷ lực bơm 7.Công suất cung cấp cho bơm 6.4.Các loại bơm thể tích 1.Bơm bánh Đường đặc tính làm việc bơm 2.Bơm cánh gạt 3.Bơm piston 4.Bơm trục vít 6.5.Lựa chọn bơm thể tích Các thông số lựa chọn bơm: 1.p suất làm việc: pmax 2.Lưu lượng cung cấp thực tế: Qp 3.Số vòng quay: n [v/ph] 4.Kiểu điều khiển lưu lượng bơm 5.Chọn loại dầu cho hệ thống ... c.Theo cách hút chất lỏng vào bơm: -Bơm hút phía- Hình 4.1b -Bơm hút phía- hình 4.5: 4.2.Lý thuyết bơm li tâm 4.2.1.Phương trình bơm li tâm: Chương ta có phương trình máy cánh dẫn: H 1∞ = ± u C... 6.Công suất thuỷ lực bơm 7.Công suất cung cấp cho bơm 6.4.Các loại bơm thể tích 1 .Bơm bánh Đường đặc tính làm việc bơm 2 .Bơm cánh gạt 3 .Bơm piston 4 .Bơm trục vít 6.5.Lựa chọn bơm thể tích Các thông... được(trên điểm B) -Khi cột áp HB bơm làm việc lưu lượng bơm (ứng với điểm B) Điểm A giao đường: Hc-Q HL-Q điểm làm việc bơm hệ thống Lưu lượng chung bơm nhỏ tổng lưu lượng bơm làm việc riêng