Giáo trình bơm quạt máy nén P1

T.S LEÂ XUAÂN HOAØ – Th.S NGUYEÃN THÒ BÍCH NGOÏC GIAÙO TRÌNH BÔM QUAÏT MAÙY NEÙN TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP HOÀ CHÍ MINH 9/2004 3 LÔØI NOÙI ÑAÀU “Bôm, quaït, maùy neùn” laø moät trong nhöõng moân hoïc chuyeân ngaønh quan troïng cuûa sinh vieân ngaønh “Coâng ngheä Nhieät – Ñieän laïnh”. Cuoán saùch naøy ñöôïc bieân soaïn nhaèm ñaùp öùng yeâu caàu cuûa sinh vieân Tröôøng ñaïi hoïc Sö phaïm kyõ thuaät veà saùch taøi lieäu chuyeân ngaønh. Saùch “Bôm, quaït, maùy neùn” goàm 8 chöông coù noäi dung ñeà caäp ñeán caùc lyù thuyeát cô baûn veà caùc loaïi maùy bôm chaát loûng vaø chaát khí, caùc loaïi maùy quaït vaø maùy neùn khí duøng trong coâng nghieäp vaø daân duïng, laøm cô sôû cho sinh vieân chuyeân ngaønh “Coâng ngheä Nhieät – Ñieän laïnh” hieåu roõ veà caùc loaïi bôm, quaït, maùy neùn thoâng duïng duøng trong caùc nhaø maùy nhieät ñieän vaø trong thöïc teá. Saùch seõ phuïc vuï toát cho vieäc giaûng daïy, hoïc taäp vaø nghieân cöùu trong caùc tröôøng ñaïi hoïc kyõ thuaät noùi chung vaø Tröôøng ñaïi hoïc Sö phaïm kyõ thuaät thaønh phoá Hoà Chí Minh noùi rieâng. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi luïc 5 MUÏC LUÏC Trang Lôøi noùi ñaàu 3 Muïc luïc 5 Chöông I : Môû ñaàu 9 1.1- Vaøi neùt veà lòch söû phaùt trieån bôm, quaït, maùy neùn 9 1.2- Ñònh nghóa vaø phaân loaïi 10 1.3- Caùc thoâng soá laøm vieäc cô baûn 12 Baøi taäp 15 Chöông II: Khaùi nieäm chung veà bôm 18 2.1- Ñònh nghóa vaø phaân loaïi 18 2.2- Caùc thoâng soá laøm vieäc cô baûn 19 Baøi taäp 26 Chöông III: Bôm caùnh daãn 31 3.1- Khaùi nieäm chung veà bôm caùnh daãn 31 3.2- Bôm ly taâm 37 3.2.1- Khaùi nieäm chung 37 3.2.2- Phöông trình laøm vieäc cuûa bôm ly taâm 38 3.2.3- Aûnh höôûng cuûa keát caáu caùnh ñeán coät aùp cuûa bôm ly taâm 40 3.2.4- Löu löôïng vaø hieäu suaát löu löôïng 45 3.2.5- Ñöôøng ñaëc tính cuûa bôm ly taâm 46 3.2.6- ÖÙng duïng ñoàng daïng trong bôm ly taâm 50 3.2.7- Soá voøng quay ñaëc tröng 53 3.2.8- Hieän töôïng xaâm thöïc 54 3.2.9- Kieåm tra bôm 55 3.2.10- Ñieàu chænh cheá ñoä laøm vieäc cuûa bôm 56 3.2.11- Gheùp bôm ly taâm 58 3.2.12- Löïc doïc truïc trong bôm ly taâm - Caùch khaéc phuïc löïc doïc truïc 60 3.3- Bôm höôùng truïc 65 3.3.1- Caáu taïo vaø phaïm vi söû duïng 65 3.3.2- Phöông trình laøm vieäc 66 3.3.3- Hình daïng caùnh 67 Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi luïc 6 3.3.4- Ñöôøng ñaëc tính 69 3.3.5- Ñieàu chænh cheá ñoä laøm vieäc 70 Baøi taäp 70 Chöông IV: Bôm theå tích 86 4.1- Khaùi nieäm chung veà bôm theå tích 86 4.1.1- Khaùi nieäm chung 86 4.1.2- Caùc thoâng soá laøm vieäc cô baûn cuûa bôm theå tích 87 4.2- Bôm piston 89 4.2.1- Caáu taïo, nguyeân lyù laøm vieäc 89 4.2.2- Phaân loaïi 90 4.2.3- Caùch tính löu löôïng cuûa bôm piston 91 4.2.4- Chuyeån ñoäng khoâng oån ñònh cuûa chaát loûng trong bôm. Phöông trình caùch khaéc phuïc 95 4.2.5- Aùp suaát cuûa bôm trong quaù trình huùt 98 4.2.6- Aùp suaát cuûa bôm piston trong quaù trình ñaåy 101 4.2.7- Voøng quay giôùi haïn cuûa bôm piston 103 4.2.8- Ñöôøng ñaëc tính 103 4.3- Bôm roto 105 4.3.1- Khaùi nieäm chung 105 4.3.2- Bôm baùnh raêng 106 4.3.3- Bôm truïc vít 115 4.3.4- Bôm caùnh gaït 118 4.3.5- Bôm chaân khoâng voøng nöôùc 123 4.4- Bôm 125 4.4.1- Khaùi nieäm chung, öu nhöôïc ñieåm, phaân loaïi 125 4.4.2- Bôm höôùng kính 126 4.4.3- Bôm höôùng truïc 133 Baøi taäp 136 Chöông V: Quaït 147 5.1- Khaùi nieäm chung veà quaït 147 5.2- Quaït ly taâm 150 5.2.1- Keát caáu vaø moät soá chi tieát chính 150 5.2.2- Caùc thoâng soá cuûa quaït ly taâm 151 5.2.3- Ñöôøng ñaëc tính cuûa quaït ly taâm 155 Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi luïc 7 5.2.4- Ñieàu chænh quaït 157 5.2.5- Löïa choïn quaït theo ñieàu kieän cho tröôùc 160 5.2.6- Phaân loaïi quaït vaø moät soá chi tieát chính cuûa quaït ly taâm 160 5.2.7- Aûnh höôûng cuûa taïp chaát khí ñeán söï laøm vieäc cuûa quaït 163 5.3- Quaït truïc 166 5.3.1- Nhöõng chuù yù veà quaït truïc 166 5.3.2 - Caùc phöông trình cô baûn cuûa quaït truïc 168 5.3.3- Nhöõng thoâng soá cuûa quaït truïc 173 5.3.4- Quaït truïc nhieàu caáp 176 5.3.5- Ñieàu kieän laøm vieäc cuûa quaït truïc 177 5.3.6- Ñaëc tính cuûa quaït truïc 177 5.3.7- Ñieàu chænh löu löôïng 178 Chöông VI: Khaùi nieäm chung maùy neùn 180 6.1- Khaùi nieäm chung 180 6.2- Nhieät ñoäng hoïc maùy neùn 183 Chöông VII: Maùy neùn caùnh daãn 195 7.1- Maùy neùn caùnh daãn ly taâm 195 7.1.1- Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy neùn ly taâm 195 7.1.2- Phöông trình laøm vieäc cuûa caáp maùy neùn 196 7.1.3- Tính toaùn laïi ñöôøng ñaëc tính 198 7.2- Maùy neùn truïc 201 7.2.1- Caáu taïo chung cuûa maùy neùn truïc, caáu taïo caáp 201 7.2.2- Tính chaát, nhöõng thoâng soá ñaëc tröng 202 Chöông VIII: Maùy neùn theå tích 208 8.1- Maùy neùn piston 208 8.1.1- Ñoà thò coâng ( hay ñoà thò chæ thò) 208 8.1.2- AÛnh höôûng cuûa khoaûng khoâng cheát 209 8.1.3- Caùch boá trí maùy neùn nhieàu caáp 210 8.2- Maùy neùn roto 213 8.2.1- Caáu taïo, nguyeân lyù laøm vieäc 213 8.2.2- Caùc thoâng soá cô baûn 214 8.3- Ñieàu chænh cheá ñoä laøm vieäc cuûa maùy neùn 216 Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi luïc 8 8.3.1- Yeâu caàu 216 8.3.2- Ñieàu chænh baèng caùch thay ñoåi soá voøng quay 216 8.3.3- Ñieàu chænh baèng tieát löu ôû oáng naïp 217 8.3.4- Ñieàu chænh baèng caùch môû van naïp 217 8.3.5- Thay ñoåi theå tích khoaûng khoâng cheát 218 8.3.6- Moät soá phöông phaùp ñieàu chænh khaùc 219 Taøi lieäu tham khaûo 220 Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi I.Môû ñaàu 9 CHÖÔNG I: MÔÛ ÑAÀU 1.1- VAØI NEÙT VEÀ LÒCH SÖÛ PHAÙT TRIEÅN BÔM, QUAÏT, MAÙY NEÙN Bôm, quaït, maùy neùn thuoäc loaïi caùc maùy thuyû löïc vaø maùy thuyû khí. Maùy thuyû löïc thoâ sô ñaõ coù töø thôøi coå xöa. Guoàng nöôùc laø maùy thuyû löïc ñaàu tieân. Guoàng nöôùc lôïi duïng naêng löôïng cuûa nöôùc ñeå keùo caùc coái xay löông thöïc hoaëc ñöa nöôùc vaøo ñoàng ruoäng, ñaõ ñöôïc söû duïng khoaûng 3000 naêm tröôùc coâng nguyeân. Caùc maùy huùt nöôùc coù söû duïng söùc ngöôøi vaø vaät ñöôïc söû duïng ôû Ai Caäp haøng maáy ngaøn naêm tröôùc coâng nguyeân. Bôm piston ñöôïc duøng ôû theá kyû thöù I tröôùc coâng nguyeân. Bôm piston coù loaïi xích voâ cuøng ñöôïc duøng roäng raõi ôû Cai-roâ ñeå laáy nöôùc ôû ñoä saâu 91,5m vaøo theá kyû thöù 5-6 tröôùc coâng Noùi chung tröôùc theá kyû thöù 17 maùy thuyû khí raát thoâ sô vaø ít loaïi. Bôm piston:  Naêm 1640 nhaø vaät lyù hoïc ngöôøi Ñöùc laø OÂttoâ Henrich ñaõ saùng cheá ra bôm piston ñaàu tieân ñeå bôm khí vaø nöôùc duøng trong coâng nghieäp.  Khoaûng naêm 1805 nhaøbaùc hoïc ngöôøi Anh laø Niu Kômen ñaõ phaùt minh ra bôm piston ñeå laáy nöôùc trong caùc nhaø maùy khai thaùc moû, duøng xilanh hôi ngöng tuï ñeå taïo löïc caàn thieát treân truïc maùy nhôø aùp suaát khí quyeån.  Naêm 1840-1850 nhaøbaùc hoïc ngöôøi Myõ ñaõ giaû thieát cô caáu cuûa bôm hôi maø trong ñoù piston cuûa bôm vaø ñoäng cô hôi ñöôïc phaân boá treân moät truïc chung, söï chuyeån ñoäng cuûa piston ñöôïc ñieàu chænh nhôø moät heä thoáng phaân boá hôi ñaëc bieät. Maùy caùnh daãn: Trong nhöõng naêm 1751-1754 nhaø baùc hoïc Euler ñaõ vieát veà lyù thuyeát cô baûn cuûa tuabin nöôùc noùi rieâng vaø cuûa maùy thuyû khí caùnh daãn noùi chung, laøm cô sôû ñeå hôn 80 naêm sau, vaøo naêm 1830 nhaø baùc hoïc ngöôøi Phaùp laø ñaõ cheá taïo thaønh coâng tuabin nöôùc ñaàu tieân vaøvaøo naêm 1831 nhaø baùc hoïc ngöôøi Nga laø Xablucoâp ñaõ saùng cheá ra bôm ly taâm vaø quaït ly taâm ñaàu tieân. Ñaây chính laø nhöõng böôùc nhaûy lôùn trong lòch söû phaùt trieån caùc maùy naêng löôïng. Bôm nhieàu caáp: Nhaø Baùc hoïc vó ñaïi ngöôøi Anh laø Reynolds khi nghieân cöùu caáu taïo cuûa bôm nhieàu caáp ñaõ ñöa vaøo nhöõng thieát bò ñònh höôùng caùnh daãn xuoâi vaø ngöôïc. Naêm 1875 ñaõ phaùt minh ra loaïi bôm töông töï nhö loaïi bôm nhieàu caáp hieän ñaïi ngaøy nay. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi I.Môû ñaàu 10 Maùy neùn:  Phaùt minh bôm khoâng khí vaø daïng ñôn giaûn cuûa maùy neùn hieän ñaïi vôùi moät chu kyø neùn gaén lieàn vôùi teân tuoåi cuûa nhaø vaät lyù vó ñaïi ngöôøi Ñöùc laø Gerike vaøo naêm 1640. Söï hoaøn thieän maùy neùn ôû theá kyû 18-19 ñaõ thuùc ñaåy söï phaùt trieån cuûa coâng nghieäp quaëng moû vaø luyeän kim.  Vaøo cuoái theá kyû 18 ôû Anh nhaø baùc hoïc Vinkinsôn ñaõ saùng cheá ra maùy neùn piston 2 xilanh, nhaø baùc hoïc Uatt ñaõ cheá taïo thaønh coâng maùy huùt khoâng khí coù truyeàn ñoäng baèng hôi.  Maùy neùn nhieàu caáp coù laøm laïnh trung gian xuaát hieän ôû Phaùp vaøo khoaûng nhöõng naêm 30 cuûa theá kyû 19.  Maùy neùn nhieàu caáp coù laøm laïnh trung gian giöõa caùc caáp neùn xuaát hieän ôû Ñöùc vaøo naêm 1849 do nhaø baùc hoïc Raten saùng cheá ra. Quaït: Vaøo naêm 1831 nhaø baùc hoïc Nga Xablucoâp saùng cheá ra quaït ly taâm ñaàu tieân duøng ñeå laøm maùt haàm moû vaø laøm saïch maùy. Ñaëc bieät laø 80 naêm gaàn ñaây, lyù thuyeát veà thuyû khí ñoäng löïc phaùt trieån raát maïnh, coù nhieàu thaønh töïu to lôùn trong vieäc öùng duïng caùc phaùt minh veà lónh vöïc maùy thuyû khí. Ngaøy nay maùy thuyû khí coù raát nhieàu loaïi vôùi nhieàu kieåu daùng khaùc nhau ñöôïc duøng trong moïi lónh vöïc cuûa ñôøi soáng cuõng nhö trong coâng nghieäp vaø noâng nghieäp. Ñeå ñaùp öùng nhu caàu veà naêng löôïng ngaøy caøng to lôùn cuûa coâng nghieäp hieän ñaïi, ngaøy nay ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ñöôïc caùc tuabin côõ lôùn coù coâng suaát ñeán 500.000 kW hoaëc lôùn hôn. Soá löôïng bôm, quaït, maùy neùn cuõng nhö tuabin caùc chuûng loaïi khaùc nhau ñaõ ñöôïc saûn xuaát haøng naêm leân ñeán haøng trieäu chieác. 1.2- ÑÒNH NGHÓA VAØ PHAÂN LOAÏI 1.2.1- Ñònh nghóa Bôm laø maùy ñeå di chuyeån doøng moâi chaát vaø taêng naêng löôïng cuûa doøng moâi chaát. Khi bôm laøm vieäc naêng löôïng maø bôm nhaän ñöôïc töø ñoäng cô seõ chuyeån hoaù thaønh theá naêng, ñoäng naêng vaø trong moät chöøng möïc nhaát ñònh thaønh nhieät naêng cuûa doøng moâi chaát. Maùy ñeå bôm chaát khí, tuyø thuoäc vaøo aùp suaát ñaït ñöôïc ñöôïc goïi laø quaït, maùy huùt khí vaø maùy neùn khí. Quaït laø maùy ñeå di chuyeån chaát khí vôùi cô soá taêng aùp  < 1,15 ( - tyû soá giöõa aùp suaát cöûa ra vaø aùp suaát cöûa vaøo cuûa maùy) hay aùp suaát ñaït ñöôïc p < 1500 mmH2O. Maùy huùt khí laø maùy laøm vieäc vôùi  > 1,15 hay aùp suaát ñaït ñöôïc p > 1500 mmH2O nhöng khoâng coù laøm laïnh nhaân taïo. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi I.Môû ñaàu 11 Maùy neùn khí laø maùy laøm vieäc vôùi  > 1,15 hay aùp suaát ñaït ñöôïc p > 1500 mmH2O vaø coù laøm laïnh nhaân taïo ôû nôi xaûy ra quaù trình neùn khí. 1.2.2- Phaân loaïi a- Phaân loaïi theo nguyeân taéc taùc duïng cuûa maùy vôùi doøng moâi chaát trong quaù trình laøm vieäc Hình 1.1 - Sô ñoà phaân loaïi theo nguyeân taéc taùc duïng cuûa maùy vôùi doøng moâi chaát. b- Phaân loaïi theo tính chaát trao ñoåi naêng löôïng vaø caáu taïo Bôm coù ba loaïi: 1. Bôm caùnh daãn: goàm  Bôm ly taâm  Bôm höôùng truïc  Bôm höôùng cheùo  Bôm xoaùy 2. Bôm theå tích: goàm  Bôm piston  Bôm roto  Bôm 3. Bôm phun tia Quaït chæ coù loaïi caùnh daãn goàm: 1. Quaït ly taâm 2. Quaït truïc Maùy neùn coù ba loaïi: 1. Maùy neùn caùnh daãn: goàm Maùy ñeå chuyeån chaát loûng vaø khí Maùy neùn khí Cho nöôùc saïch vaø dung dòch Cho hoãn hôïp ñaát, tro vaø nöôùc Cho chaát loûng coù ñoä nhôùt cao Phun tia Theå tích Phun tia Theå tích Caùnh daãn Phun tia Caùnh daãn Theå tích Caùnh daãn Caùnh daãn Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi I.Môû ñaàu 12  Maùy neùn ly taâm  Maùy neùn truïc 2. Maùy neùn theå tích: goàm  Maùy neùn piston  Maùy neùn roto 3. Maùy neùn phun tia 1.3 - CAÙC THOÂNG SOÁ LAØM VIEÄC CÔ BAÛN 1.3.1- Coät aùp Hình 1.2 – Sô ñoà maùy thuyû khí trong heä thoáng Khaû naêng trao ñoåi naêng löôïng cuûa maùy thuyû khí vôùi doøng moâi chaát ñöôïc theå hieän baèng möùc cheânh leäch naêng löôïng ñôn vò cuûa doøng moâi chaát ôû 2 maët tröôùc vaø sau maùy. Naêng löôïng ñôn vò taïi maët caét A-A: Naêng löôïng ñôn vò taïi maët caét B-B: Trong ñoù: z - ñoä cao hình hoïc p,v – aùp suaát vaø vaän toác cuûa doøng chaûy  - heä soá ñieàu chænh ñoäng naêng Cheânh leäch naêng löôïng ñôn vò cuûa doøng moâi chaát qua maùy thuyû khí giöõa A vaø B laø: zA A A B B y zB PA,vA PB,vB Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi I.Môû ñaàu 13  Neáu 0 BAe - doøng moâi chaát ñöôïc maùy caáp cho naêng löôïng, vaäy maùy laø bôm (chaát loûng hoaëc khí).  Neáu 0 BAe - maùy ñöôïc doøng moâi chaát caáp cho naêng löôïng, vaäy maùy laø ñoäng cô thuyû khí. Vaäy coät aùp cuûa maùy thuyû khí laø naêng löôïng ñôn vò cuûa doøng moâi chaát trao ñoåi vôùi maùy thuyû khí. Coät aùp cuûa maùy thuyû khí laø: (1.1) Thaønh phaàn theá naêng ñôn vò goïi laø coät aùp tónh, kyù hieäu Ht :    (1.2) Thaønh phaàn ñoäng naêng ñôn vò goïi laø coät aùp ñoäng, kyù hieäu Hñ : (1.3) Vaäy: ñt HHH  (1.4) 1.3.2- Löu löôïng Ñònh nghóa: Löu löôïng laø löôïng moâi chaát chuyeån ñoäng qua maùy trong moät ñôn vò thôøi gian. Tuyø thuoäc ñôn vò ño coù löu löôïng theå tích, löu löôïng khoái löôïng, löu löôïng troïng löôïng.  Tính baèng ñôn vò theå tích, kyù hieäu Q goïi laø löu löôïng theå tích, coù ñôn vò ño laø m3/s, m3/h, l/s.  Tính baèng ñôn vò khoái löôïng, kyù hieäu M goïi laø löu löôïng khoái löôïng, coù ñôn vò ño laø kg/s, kg/h. QM   Tính baèng ñôn vò troïng löôïng, kyù hieäu G goïi laø löu löôïng troïng löôïng, coù ñôn vò ño laø N/s, N/h, kG/s. gMgQQG  (1.5) 1.3.3- Coâng suaát vaø hieäu suaát Caàn phaân bieät roõ hai loaïi coâng suaát:  Coâng suaát thuyû löïc Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi I.Môû ñaàu 14  Coâng suaát treân truïc a- Coâng suaát thuyû löïc: kyù hieäu Ntl (coù ñôn vò ño laø W) laø cô naêng maø doøng chaát loûng trao ñoåi vôùi maùy thuyû löïc trong moät ñôn vò thôøi gian. Coâng suaát thuyû löïc ñöôïc tính baèng tích cuûa coät aùp vôùi löu löôïng troïng löôïng cuûa maùy. QHGHNtl  (1.6) b- Coâng suaát laøm vieäc: kyù hieäu N (coù ñôn vò ño laøW) laø coâng suaát treân truïc cuûa maùy khi maùy laøm vieäc. Coâng suaát thuyû löïc khaùc coâng suaát treân truïc. Quaù trình laøm vieäc trong maùy caøng hoaøn thieän thì N vaø Ntl caøng ít khaùc nhau.  Ñoái vôùi bôm: N > Ntl tl (1.7) Heä soá  < 1 goïi laø hieäu suaát cuûa bôm.  Ñoái vôùi ñoäng cô: N < Ntl QHNN tl  (1.8) Heä soá  < 1 goïi laø hieäu suaát cuûa ñoäng cô thuyû löïc. c- Hieäu suaát cuûa maùy thuyû löïc, kyù hieäu  ( ño baèng % hoaëc khoâng coù ñôn vò ño) duøng ñeå ñaùnh giaù toån thaát naêng löôïng trong quùa trình maùy trao ñoåi naêng löôïng vôùi doøng moâi chaát. Töø coâng thöùc (1.7) vaø (1.8) ta coù: N Ntl B  (1.9) (1.10) Trong ñieàu kieän laøm vieäc, caùc hieäu suaát phuï thuoäc vaøo raát nhieàu yeáu toá: loaïi maùy, kích thöôùc vaø caáu taïo cuûa maùy, loaïi moâi chaát chuyeån ñoäng trong maùy, cheá ñoä laøm vieäc cuûa maùy, caùc ñaëc tính cuûa maïng maø maùy laøm vieäc trong ñoù. Ñeå ñaùnh giaù hieäu naêng löôïng cuûa heä thoáng chung goàm coù maùy vaø ñoäng cô cuûa noù, ngöôøi ta coøn söû duïng hieäu suaát cuûa heä thoáng ht: Trong ñoù NÑÑ – coâng suaát ñieän ñeå khôûi ñoäng ñoäng cô. Ñeå tính hieäu suaát chung cuûa maùy thuyû löïc, ngöôøi ta ñaùnh giaù thoâng qua caùc daïng toån thaát. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi I.Môû ñaàu 15 e- Toån thaát naêng löôïng trong maùy thuyû löïc: coù 3 daïng  Toån thaát coät aùp cuûa doøng moâi chaát chaûy qua maùy goïi laø toån thaát thuyû löïc, ñöôïc ñaùnh giaù baèng hieäu suaát thuyû löïc, coøn goïi laø hieäu suaát coät aùp, kyù hieäu H  Toån thaát do ma saùt cuûa caùc boä phaän cô khí trong maùy thuyû löïc goïi laø toån thaát cô khí, ñöôïc ñaùnh giaù baèng hieäu suaát cô khí, kyù hieäu CK  Toån thaát do roø ræ moâi chaát laøm giaûm löu löôïng laøm vieäc cuûa maùy goïi laø toån thaát löu löôïng ñöôïc ñaùnh giaù baèng hieäu suaát löu löôïng, kyù hieäu Q Hieäu suaát chung cuûa maùy thuyû löïc laø:  = H.Q.CK (1.11) BAØI TAÄP Baøi I-1 Moät maùy thuûy löïc (bôm nöôùc) tieâu hao coâng suaát treân truïc N = 18,9 kW, hieäu suaát cuûa maùy = 0,71. Xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa bôm: löu löôïng, coät aùp. Bieát aùp suaát dö taïi cöûa ra cuûa bôm m8,50 p2   vaø ñoä chaân khoâng ôû cöûa vaøo m pCK 3  , ñöôøng kính oáng huùt D1 = 100mm, ñöôøng kính oáng ñaåy D2 = 75mm,1 = 2 = 1 . Hình 1.3 Giaûi: 1) Coâng thöùc tính coät aùp: , boû qua ñoä cao hình hoïc theo ñeà baøi Hay Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi I.Môû ñaàu 16 Vaän toác v1 , v2 ñöôïc xaùc ñònh töø phöông trình lieân tuïc: Q = v1S1 = v2S2 Ta coù: ; Thay caùc giaù trò vaøo ta ñöôïc phöông trình ñöôøng ñaëc tính löôùi: 233437853 Q,,H  2) Coâng thöùc tính coâng suaát tieâu hao treân truïc: Hay Keát hôïp 2 phöông trình coät aùp, ta thu ñöôïc phöông trình baäc 3 theo löu löôïng Q: 2  hay 3  ,Q,Q, Giaûi phöông trình ta thu ñöôïc: Q = 0,025 m3/s = 25 l/s Vaäy coät aùp seõ laø: m,,.,,H 2  Ñaùp soá: Q = 25 l/s ; H = 55,95 m Baøi I-2 Moät maùy bôm nöôùc tieâu hao coâng suaát treân truïc N = 5,5 kW. Tính caùc thoâng soá : coät aùp, löu löôïng vaø hieäu suaát cuûa bôm. Bieát aùp suaát dö ôû cöûa ra cuûa bôm m p 202 nöôùc) vaø aùp suaát chaân khoâng taïi cöûa vaøo cuûa bôm m pCK 4  , toác ñoä trong ñöôøng oáng ñaåy v = 4 m/s, ñöôøng kính oáng ñaåy d2 = 75mm, ñöôøng kính oáng huùt d1 = 100mm. Hình 1.4 Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi I.Môû ñaàu 17 Ñaùp soá: Q = 17,65 l/s ; H = 24,56m ; N = 4,24kW ;  = 0,75 Baøi I-3 Moät maùy bôm nöôùc coù tyû soá  coù aùp suaát ra m p 602   ; aùp suaát vaøo m pCK 31   ñöôøng kính oáng huùt D1 = 200mm, ñöôøng kính oáng ñaåy D2 = 150mm. Xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa bôm: H, Q, N. Bieát hieäu suaát  = 76% vaø z1-2 = 0. Ñaùp soá: H = 64m ; Q = 92 l/s ; N = 76kW Baøi I- 4 Moät bôm nöôùc ñaët caùch beå huùt A vôùi ñoä cao huùt zh = 1,36m. Heä soá toån thaát trong ñöôøng oáng huùt  = 4. Tính caùc thoâng soá cuûa bôm: löu löôïng , coät aùp vaø coâng suaát treân truïc. Bieát aùp suaát dö ôû cöûa ra cuûa bôm   vaø chaân khoâng ôû cöûa vaøo bôm m4HCK  ;ñöôøng kính oáng huùt vaø ñaåy D1 = 300mm, D2 = 200mm; hieäu suaát cuûa bôm  = 76%. Hình 1.5 Ñaùp soá: Q = 820 m3/h ; H = 88m ; N = 259 kW. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 18 CHÖÔNG II : KHAÙI NIEÄM CHUNG VEÀ BÔM 2.1- ÑÒNH NGHÓA VAØ PHAÂN LOAÏI 2.1.1- Ñònh nghóa Bôm laø maùy ñeå taïo ra doøng chaát loûng. Hay noùi caùch khaùc, bôm laø maùy duøng ñeå di chuyeån chaát loûng vaø taêng naêng löôïng cuûa doøng chaát loûng. Khi bôm laøm vieäc naêng löôïng maø bôm nhaän ñöôïc töø ñoäng cô seõ chuyeån hoaù thaønh theá naêng, ñoäng naêng vaø trong moät chöøng möïc nhaát ñònh thaønh nhieät naêng cuûa doøng chaát loûng. Vaäy bôm laø loaïi maùy thuyû löïc duøng ñeå bieán ñoåi cô naêng cuûa ñoäng cô thaønh naêng löôïng ñeå vaän chuyeån chaát loûng hoaëc taïo neân aùp suaát caàn thieát trong heä thoáng truyeàn daãn thuyû löïc. 2.1.2- Phaïm vi söû duïng Bôm ñöôïc söû duïng roäng raõi trong nhieàu laõnh vöïc:  Trong noâng laø thieát bò khoâng theå thieáu ñeå thöïc hieän thuyû lôïi hoaù chaên nuoâi troàng troït.  Trong coâng nghieäp: bôm ñöôïc söû duïng trong caùc coâng trình khai thaùc moû, quaëng daàu hay caùc coâng trình xaây döïng.  Hieän nay trong kyõ thuaät vaän chuyeån, phaùt trieån xu höôùng duøng bôm vaø ñöôøng oáng daãn ñeå vaän chuyeån caùc saûn phaåm cuûa ngaønh khai thaùc moû ( quaëng daàu), hoaù chaát, nguyeân vaät lieäu xaây döïng, … vaø ñoù laø phöông tieän vaän chuyeån thuaän lôïi vaø kinh teá.  Trong ngaønh cheá taïo maùy, bôm ñöôïc söû duïng phoå bieán, noù laø moät trong nhöõng boä phaän chuû yeáu cuûa heä thoáng ñieàu khieån vaø truyeàn ñoäng thuyû löïc trong maùy. 2.1.3- Phaân loaïi a. Theo nguyeân lyù laøm vieäc vaø caáu taïo cuûa bôm (töông töï nhö phaân loaïi ôû treân) b. Theo coâng duïng:  Bôm caáp nöôùc noài hôi ( trong caùc nhaø maùy nhieät ñieän)  Bôm daàu ( trong caùc heä thoáng truyeàn ñoäng thuyû löïc)  Bôm nhieân lieäu  Bôm cöùu hoaû  Bôm hoaù chaát… c. Theo phaïm vi coät aùp vaø löu löôïng söû duïng: Ngöôøi ta chia bôm thaønh caùc loaïi: bôm coù coät aùp cao, trung bình hoaëc thaáp; bôm coù löu löôïng lôùn, trung bình hoaëc nhoû. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 19 Trong kyõ thuaät coù 3 loaïi bôm ñöôïc söû duïng roäng raõi laø bôm ly taâm, bôm höôùng truïc vaø bôm piston. Bieåu ñoà phaân boá phaïm vi söû duïng cuûa caùc loaïi bôm thoâng duïng treân ñöôïc theå hieän treân hình 2.1 Hình 2.1 – Phaïm vi söû duïng cuûa caùc loaïi bôm thoâng duïng 2..2 - CAÙC THOÂNG SOÁ LAØM VIEÄC CÔ BAÛN Hình 2.2 – Sô ñoà heä thoáng bôm H,m 10000 100 10 1000 10000 10 100 Q, m3/h Bôm höôùng truïc Bôm ly taâm Bôm piston 1000 1 P4 K2 zh y zñ z Beå chöùa oáng ñaåy oáng huùt p1= pa Beå huùt Bôm Ñoäng cô AK CK K1 1 1 2 3 3 4 4 Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 20 Bôm bao giôø cuõng laøm vieäc trong moät heä thoáng ñöôøng oáng. Ñeå bieát roõ coâng duïng, quaù trình laøm vieäc vaø caùc thoâng soá cô baûn cuûa bôm, ta nghieân cöùu sô ñoà thieát bò cuûa moät bôm laøm vieäc trong heä thoáng ñôn giaûn treân hình 2.2 Khi bôm laøm vieäc, chaát loûng töø beå huùt qua löôùi chaén raùc theo oáng huùt ñi vaøo bôm. Sau khi qua bôm, chaát loûng ñöôïc bôm caáp cho naêng löôïng chaûy vaøo oáng ñaåy ñeå leân beå chöùa. Töø beå chöùa chaát loûng ñöôïc phaân phoái veà caùc nôi tieâu thuï. Trong heä thoáng truyeàn ñoäng thuyû löïc, chaát loûng sau khi ra khoûi bôm coù aùp suaát cao, qua boä phaän phaân phoái ñi vaøo ñoäng cô thuyû löïc ñeå thöïc hieän caùc chuyeån ñoäng cuûa nhöõng cô caáu laøm vieäc. Bôm coù 5 thoâng soá laøm vieäc cô baûn: löu löôïng Q, coät aùp H, coâng suaát N, hieäu suaát  vaø coät aùp huùt cho pheùp [HCK]. Ta seõ laàn löôït nghieân cöùu caùc thoâng soá naøy. 2.2.1- Löu löôïng Laø löôïng chaát loûng maø bôm vaän chuyeån ñöôïc trong moät ñôn vò thôøi gian. Tuyø thuoäc ñôn vò ño coù 3 loaïi löu löôïng: löu löôïng theå tích Q coù ñôn vò ño laø m3/s, l/s, m3/h…; löu löôïng khoái löôïng M coù ñôn vò ño laø kg/s, kg/h, g/s…; löu löôïng troïng löôïng G coù ñôn vò ño laø N/s, N/h, kG/s,… Löu löôïng cuûa bôm ñöôïc xaùc ñònh baèng caùc duïng cuï ño trung bình laép treân oáng ñaåy nhö oáng Venturi, löu löôïng keá kieåu maøng chaén hoaëc caùc duïng cuï ño trung bình baèng thuøng löôøng hoaëc caân ñaët ôû cuoái oáng ñaåy. Caùc loaïi duïng cuï ño naøy chæ xaùc ñònh ñöôïc giaù trò trung bình cuûa löu löôïng trong moät ñôn vò thôøi gian naøo ñoù. 2.2.2- Coät aùp: kyù hieäu H (m) Laø naêng löôïng ñôn vò maø bôm truyeàn ñöôïc cho chaát loûng. Töø sô ñoà heä thoáng laøm vieäc cuûa bôm (hình 2.2), ta coù: H = era - evaøo = e3 - e2 (2.1) Trong ñoù: p2, p3 – laø caùc aùp suaát tuyeät ñoái CKa2 ppp  ; AKa3 ppp  pCK, pAK – laø trò soá aùp suaát ñoïc ñöôïc treân chaân khoâng keá vaø aùp keá. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 21 Do ñoù: CKAK23 pppp Coâng thöùc tính coät aùp cuûa bôm seõ thaønh: (2.2) Trong heä thoáng bôm ta laáy heä soá hieäu chænh ñoäng naêng  = 1 vì doøng chaûy trong heä thoáng bôm coù tieát dieän oáng nhoû vaø vaän toác nöôùc lôùn ngöôøi ta thöôøng coi laø doøng chaûy roái vaø ñöôïc goïi laø doøng chaûy roái kích thöôùc beù. Neáu ñöôøng kính oáng huùt vaø ñöôøng kính oáng ñaåy baèng nhau vaø khoâng trích löu löôïng treân ñöôøng oáng ñaåy thì v2 = v3 vaø khoaûng caùch y coù theå boû qua ( y  0 ) thì trò soá coät aùp coù theå xaùc ñònh baèng caùc trò soá ñoïc ñöôïc cuûa aùp keá vaø chaân khoâng keá laép ôû mieäng vaøo vaø ra cuûa bôm:    (2.3) Khi khoâng coù caùc soá lieäu ño ñöôïc cuï theå cuûa bôm ñang laøm vieäc nhö pCK, pAK … maø chæ coù caùc soá lieäu yeâu caàu cuûa heä thoáng laøm vieäc nhö p1 , p4 , z … ta coù theå tính coät aùp yeâu caàu cuûa bôm theo caùc giaù trò naêng löôïng ôû beå huùt vaø beå chöùa nhö sau: Vieát phöông trình naêng löôïng Bernoulli cho maët caét (1-1) vaø (2-2): (2.4) Hay (2.5) hwh – toång toån thaát naêng löôïng ôû oáng huùt. Töø ñaây ta thaáy, neáu p1 = pa vaø v1 nhoû thì aùp suaát ôû mieäng vaøo cuûa bôm p2 < pa töùc laø p2 phaûi ñöôïc ño baèng chaân khoâng keá. Phöông trình naêng löôïng Bernoulli cho maët caét (1-1) vaø (2-2) coøn ñöôïc vieát ñôn giaûn laø: wh21 hee  hay wh12 hee  Töông töï ta vieát phöông trình naêng löôïng Bernoulli cho maët caét (3-3) vaø (4-4): (2.6) Hay (2.7) hwñ – toång toån thaát naêng löôïng ôû oáng ñaåy. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 22 Ta thaáy, thöôøng g2 v23 nhoû hôn h g2 v z raát nhieàu neân p3 > p4; neáu p4 = pa thì p3 > pa töùc laø aùp suaát ôû mieäng ra cuûa bôm phaûi ñöôïc ño baèng aùp keá. Phöông trình naêng löôïng Bernoulli cho maët caét (3-3) vaø (4-4) coøn ñöôïc vieát ñôn giaûn laø: wd43 hee  Thay e2 vaø e3 vaøo phöông trình coät aùp, ta coù:    wh1wd423 heheeeH  w14wdwh14 heehhee  Hay (2.8) hw = hwh + hwñ – toång toån thaát naêng löôïng trong heä thoáng. Töø coâng thöùc (2.4) ta thaáy coät aùp yeâu caàu cuûa bôm duøng ñeå khaéc phuïc:  Cheânh leäch ñoä cao hình hoïc giöõa maët thoaùng beå chöùa vaø beå huùt, coøn goïi laø ñoä cao daâng z  Ñoä cheânh aùp suaát treân maët thoaùng beå chöùa vaø beå huùt   14 pp  Ñoä cheânh ñoäng naêng giöõa beå chöùa vaø beå huùt g2 vv 21 2 4   Toån thaát naêng löôïng trong heä thoáng ñöôøng oáng hw. Coät aùp cuûa bôm laøm vieäc trong moät heä thoáng cuõng chính laø coät aùp cuûa heä thoáng. Caùc thaønh phaàn z vaø   14 pp laø nhöõng ñaïi löôïng khoâng thay ñoåi ñoái vôùi moät heä thoáng cho tröôùc, do ñoù:    goïi laø coät aùp tónh cuûa heä thoáng (2.9) Coøn caùc soá haïng  vaø hw laø nhöõng ñaïi löôïng thay ñoåi theo löu löôïng cuûa heä thoáng, töùc laø phuï thuoäc vaän toác doøng chaát loûng trong oáng, do ñoù:    - goïi laø coät aùp ñoäng cuûa heä thoáng (2.10) Vaäy: H = Ht + Hñ (2.11) Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 23 Neáu bieåu dieãn baèng ñoà thò phöông trình coät aùp cuûa heä thoáng (2.8) ta seõ ñöôïc ñöôøng cong bieåu thò ñaëc tính laøm vieäc cuûa heä thoáng goïi laø ñöôøng ñaëc tính cuûa heä thoáng hay coøn goïi laø ñöôøng ñaëc tính löôùi. Hình 2.3 – Ñöôøng ñaëc tính löôùi 2.2.3- Coâng suaát vaø hieäu suaát Theo (1.6) ta coù coâng thöùc tính hieäu suaát thuyû löïc cuûa bôm laø: QHGHNtl  (2.12)  - khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng, tính baèng N/m3 Q - löu löôïng cuûa bôm, m3/s H - coät aùp toaøn phaàn cuûa bôm, m Muoán taïo ñöôïc Ntl ( coøn goïi laø coâng suaát coù ích) thì truïc bôm phaûi coù coâng suaát lôùn hôn, vì trong khi laøm vieäc bôm phaûi tieâu hao moät phaàn naêng löôïng ñeå buø vaøo caùc toån thaát thuyû löïc vaø toån thaát ma saùt giöõa caùc boä phaän laøm vieäc cuûa bôm, … tl (2.13)  < 1 laø hieäu suaát toaøn phaàn cuûa bôm, % Hieäu suaát laø:  (2.14) Khi choïn ñoäng cô ñeå keùo bôm, caàn phaûi choïn coâng suaát cuûa ñoäng cô Nñc lôùn hôn coâng suaát taïi truïc N ñeå ñeà phoøng tröôøng hôïp quaù taûi vaø buø vaøo toån thaát do truyeàn ñoäng töø ñoäng cô ñeán bôm. Nñc = k.N (2.15) Hñ 0 Q H,m Q, m3/s Ht Hñ = kQ 2 Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 24 k > 1 – heä soá an toaøn phuï thuoäc töøng loaïi bôm, ñoäng cô vaø coâng suaát laøm vieäc. 2.2.4- Coät aùp huùt vaø chieàu cao huùt cho pheùp Khaû naêng laøm vieäc cuûa bôm phuï thuoäc raát nhieàu vaøo quaù trình huùt cuûa bôm. Trong quaù trình bôm huùt chaát loûng, baùnh coâng taùc phaûi taïo ñöôïc ñoä cheânh aùp nhaát ñònh giöõa mieäng huùt cuûa bôm vaø maët thoaùng cuûa beå huùt. Ñoä cheânh aùp naøy goïi laø coät aùp huùt cuûa bôm, nhôø noù maø chaát loûng chaûy töø beå vaøo bôm. Hình 2.4 – Sô ñoà löôùi treân ñöôøng oáng huùt    21h pp H (2.16) p1 , p2 - aùp suaát ôû maët thoaùng cuûa beå huùt vaø loái vaøo cuûa bôm Neáu p1 = pa ( aùp suaát khí trôøi) thì coät aùp huùt baèng coät aùp chaân khoâng taïi loái vaøo cuûa bôm.    (2.17) Thay phöông trình (2.4) vaøo phöông trình treân ta coù: (2.18) Ta thaáy coät aùp huùt cuûa bôm duøng ñeå khaéc phuïc chieàu cao huùt zh , toån thaát treân oáng huùt hw vaø taïo neân ñoäng naêng caàn thieát cuûa doøng chaûy ôû mieäng vaøo cuûa bôm v2 2/2g. Suy ra coät aùp huùt tuyø thuoäc vaøo trò soá aùp suaát treân maët thoaùng cuûa beå huùt maø aùp suaát naøy laïi coù giôùi haïn nhaát ñònh. Tröôøng hôïp p1 = pa theo coâng thöùc (2.18) ta thaáy khaû naêng huùt toái ña cuûa bôm öùng vôùi khi aùp suaát p2 = 0 laø: zh 2 2 pa 1 1 Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 25    Vaäy ñieàu kieän ñeå bôm laøm vieäc ñöôïc laø:  (2.19) Thöïc teá coät aùp huùt cuûa bôm khi p1 = pa khoâng bao giôø ñaït ñöôïc ñeán 10 mH2O vì aùp suaát ôû mieäng ra cuûa bôm khi nhoû ñeán moät möùc naøo ñoù baèng aùp suaát hôi baõo hoaø cuûa chaát loûng taïi nhieät ñoä laøm vieäc thì seõ gaây ra hieän töôïng xaâm thöïc trong bôm. Hieän töôïng xaâm thöïc Khi chaát loûng ôû moät nhieät ñoä nhaát ñònh seõ soâi vaø boác hôi baõo hoaø döôùi moät aùp suaát nhaát ñònh. Aùp suaát naøy goïi laø aùp suaát hôi baõo hoaø pbh. Baûng aùp suaát hôi baõo hoaø cuûa nöôùc: Nhieät ñoä, toC 0 10 20 30 40 60 80 100 120 0,06 0,12 O,24 0,48 0,75 2,03 4,83 10,33 20,2 Nhö vaäy ôû moät nhieät ñoä naøo ñoù, khi aùp suaát trong chaát loûng baèng aùp suaát hôi baõo hoaø pbh thì chaát loûng seõ soâi, taïo neân nhieàu boït khí trong doøng chaûy. Caùc boït khí naøy bò doøng chaûy cuoán vaøo nhöõng vuøng coù aùp suaát p > pbh , seõ ngöng tuï laïi ñoät ngoät thaønh nhöõng gioït chaát loûng coù theå tích nhoû hôn raát nhieàu so vôùi theå tích cuûa boït khí. Do ñoù trong doøng chaûy xuaát hieän nhöõng khoaûng troáng cuïc boä, thu nhöõng phaàn töû chaát loûng xung quanh xoâ tôùi vôùi vaän toác raát lôùn, laøm cho aùp suaát taïi ñoù ñoät ngoät taêng leân raát cao, coù khi tôùi haøng ngaøn Aùp suaát cuïc boä naøy coù theå laøm roã beà maët kim loaïi, phaù hoûng caùc boä phaän laøm vieäc cuûa maùy. Hieän töôïng naøy goïi laø hieän töôïng xaâm thöïc, thöôøng xaûy ra trong caùc maùy thuyû löïc coù aùp suaát nhoû, nhieät ñoä cao. Nhaát laø ôû nôi chaát loûng coù vaän toác vaø aùp suaát thay ñoåi ñoät ngoät. Khi hieän töôïng xaâm thöïc xaûy ra, doøng chaûy bò giaùn ñoaïn, gaây tieáng ñoäng baát thöôøng vaø maùy bò rung nhieàu, löu löôïng, coät aùp vaø hieäu suaát cuûa maùy bò giaûm ñoät ngoät. Hieän töôïng xaâm thöïc keùo daøi seõ laøm caùc boä phaän laøm vieäc cuûa maùy bò phaù hoûng. Ñeå traùnh hieän töôïng xaâm thöïc, caàn thoaû maõn ñieàu kieän: pp Cho neân ñeå traùnh hieän töôïng xaâm thöïc, ñoái vôùi töøng loaïi bôm ñöôïc saûn xuaát ra, trong caùc taøi lieäu kyõ thuaät ñeàu coù ghi coät aùp chaân khoâng cho pheùp [HCK] öùng vôùi pa = 1 at vaø t = 20oC. Ñieàu kieän ñeå bôm coù ñaày ñuû khaû naêng huùt laø: Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 26   (2.20) Vaäy chieàu cao huùt cho pheùp cuûa bôm laø:      (2.21) Neáu khoâng coù giaù trò [HCK] thì [zh] phaûi ñöôïc tính theo ñieàu kieän khoâng xaûy ra hieän töôïng xaâm thöïc. Ta bieát raèng, ñieàu kieän ñeå khoâng xaûy ra hieän töôïng xaâm thöïc laø coät aùp toaøn phaàn taïi loái vaøo cuûa bôm, nôi coù aùp suaát nhoû nhaát, nguy hieåm nhaát phaûi lôùn hôn aùp suaát hôi baõo hoaø cuûa chaát loûng taïi nhieät ñoä laøm vieäc. Ta coù: bh 2 22 (2.22) h – coät aùp choáng xaâm thöïc Maët khaùc, töø coâng thöùc (2.4), ta coù: Thay vaøo bieåu thöùc treân ta coù chieàu cao huùt cho pheùp cuûa bôm laø:   w bha h hh pp z (2.23) Coät aùp choáng xaâm thöïc h ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm, noù phuï thuoäc vaøo soá voøng quay vaø löu löôïng cuûa bôm. Theo ta coù: (2.24) n – soá voøng quay trong moät phuùt cuûa baùnh coâng taùc Q – löu löôïng tính baèng m3/s C – heä soá phuï thuoäc vaøo ñaëc ñieåm keát caáu cuûa bôm, coù giaù trò thay ñoåi trong khoaûng C laáy giaù trò caøng lôùn thì ñieàu kieän choáng xaâm thöïc cuûa bôm caøng toát. BAØI TAÄP Baøi II-1 Moät maùy bôm nöôùc tieâu hao moät coâng suaát treân truïc N = 66 kW, hieäu suaát  = 81%, löu löôïng Q = 500m3/h vaø coät aùp chaân khoâng cho pheùp cuûa bôm [HCK ] = 5,5 m Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 27 Tính chieàu cao huùt cho pheùp cuûa bôm [Zh ], bieát heä soá toån thaát treân ñöôøng oáng huùt h = 5 vaø ñöôøng kính oáng huùt vaø oáng ñaåy baèng nhau D1 = D2 = 250mm. Tính coät aùp vaø aùp suaát taïi cöûa ra cuûa bôm. Hình 2.5 Giaûi: 1) Chieàu cao huùt cho pheùp cuûa bôm tính theo coâng thöùc:     ; boû qua toån thaát doïc ñöôøng vaø laáy daáu “=” Vaän toác treân ñöôøng oáng huùt ñöôïc tính theo löu löôïng vaø vaän toác: Vôùi Q = 500m3/h = 0,139 m3/s ; Dh = D1 = 250mm = 0,25m thay vaøo: hay Vaäy chieàu cao huùt laø:     m,,.,,Zh 134054055  2) Töø coâng thöùc tính coâng suaát treân truïc: hay Coät aùp cuûa bôm laø: 3) Aùp suaát taïi cöûa vaøo cuûa bôm tính töø phöông trình Bernoulli taïi maët caét treân maët thoaùng cuûa beå huùt vaø maët caét taïi loái vaøo bôm: Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 28 Hay Töø coâng thöùc: Vaäy aùp suaát taïi cöûa ra cuûa bôm laø: 23 Ñaùp soá: [Zh] = 3,1m ; H = 39,2m ;   Baøi II-2 Moät bôm tieâu hao moät coâng suaát treân truïc N = 76 kW, bôm nöôùc töø beå kín A coù aùp suaát nhoû hôn khí trôøi m pCK beå kín B coù aùp suaát aùp keá m pAK 10  . Ñoä cheânh giöõa 2 beå z = 40m. Tính löu löôïng vaø coät aùp cuûa bôm. Bieát hieäu suaát cuûa bôm %76 , toån thaát toaøn boä trong heä thoáng löôùi   mhw 10 , ñöôøng kính oáng huùt vaø oáng ñaåy baèng nhau. Hình 2.6 Giaûi: + Phöông trình ñöôøng ñaëc tính löôùi: W ABAB m pppp CKAKAB ; Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 29 AB vì ñöôøng kính oáng huùt vaø oáng ñaåy baèng nhau. mH 641001440  + Löu löôïng: Töø coâng thöùc tính coâng suaát: Ta coù: Ñaùp soá: H = 64m ; Q = 92 l/s. Baøi II-3 Bôm ly taâm ñaët vôùi ñoä cao huùt   m,zh 7953 , toån thaát trong oáng huùt   .m,hwh 5051 Aùp suaát toaøn phaàn ôû mieäng ra 233   . Xaùc ñònh coät aùp cuûa bôm vaø toån thaát treân ñöôøng oáng ñaåy. Bieát ñoä cao giöõa 2 beå chöùa HT = 68m; ñöôøng kính oáng huùt vaø ñöôøng kính oáng ñaåy baèng nhau. Hình 2.7 Ñaùp soá: H = 80m ;   m,hwh 49510 . Baøi II-4 Xaùc ñònh coâng suaát cuûa moät ñoäng cô keùo bôm, löu löôïng Q = 400l/s coù ñoä cao huùt z h = 3,5 m, toån thaát trong oáng huùt   m,hwh 70 , ñoä cao oáng ñaåy Hñ = 50m, toån thaát trong ñöôøng oáng ñaåy   m,hwñ 85 , hieäu suaát cuûa bôm  = 80 %. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi II.Khaùi nieäm chung veà bôm 30 Hình 2.8 Höôùng daãn:Tính coâng suaát cuûa ñoäng cô theo coâng thöùc sau: Nñc = k.NB, trong ñoù k = 1,05. Ñaùp soá: Nñc = 282 kW. Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi III. Bôm caùnh daãn III: BÔM CAÙNH DAÃN 3.1- KHAÙI NIEÄM CHUNG VEÀ BÔM CAÙNH DAÃN 3.1.1- Khaùi nieäm chung Trong lòch söû phaùt trieån cuûa maùy thuyû löïc thì maùy thuyû löïc caùnh daãn ra ñôøi töông ñoái muoän so vôùi maùy thuyû löïc theå tích. Naêm 1640, bôm piston ñaàu tieân do nhaø baùc hoïc ngöôøi Ñöùc saùng cheá ñaõ ra ñôøi vaø ñöôïc duøng ñeå bôm nöôùc vaø khí trong coâng nghieäp. Nhöng maõi ñeán naêm 1830 nhaø baùc hoïc ngöôøi Phaùp môùi cheá taïo thaønh coâng tuabin nöôùc. Sau ñoù naêm 1831 vaø 1832 nhaø baùc hoïc ngöôøi Nga Xablucoáp saùng cheá ra bôm vaø quaït ly taâm. Ñoù laø nhöõng maùy thuyû löïc caùnh daãn ñaàu tieân. Nhöng hieän nay maùy thuyû löïc caùnh daãn ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát vaø phaïm vi söû duïng ngaøy caøng ñöôïc môû roäng. Maùy thuyû löïc caùnh daãn bao goàm caùc loaïi bôm vaø ñoäng cô caùnh daãn nhö: bôm ly taâm, bôm höôùng truïc, caùc loaïi tuabin nöôùc… Trong maùy thuyû löïc caùnh daãn vieäc trao ñoåi naêng löôïng giöõa maùy vôùi chaát loûng ñöôïc thöïc hieän baèng naêng löôïng thuyû ñoäng cuûa doøng chaát loûng chaûy qua maùy. 3.1.2- Nguyeân lyù laøm vieäc vaø caáu taïo chung Boä phaän quan troïng vaø ñieån hình nhaát cuûa bôm caùnh daãn laø baùnh coâng taùc. Baùnh coâng taùc ñöôïc caáu taïo töø caùc baûn caùnh thöôøng coù daïng maët cong goïi laø caùnh daãn vaø caùc boä phaän coá ñònh chuùng. Trong baùnh coâng taùc caùc caùnh daãn ñöôïc gheùp chaët vôùi truïc, khi laøm vieäc baùnh coâng taùc quay trong moâi tröôøng chaát loûng. Baùnh coâng taùc cuûa bôm quay ñöôïc laø nhôø ñoäng cô keùo beân ngoaøi vaø trong quùa trình ñoù, do coù caùc caùnh daãn maø cô naêng cuûa ñoäng cô truyeàn ñöôïc cho chaát loûng, taïo neân doøng chaûy lieân tuïc qua baùnh coâng taùc. Cheânh leäch naêng löôïng thuyû ñoäng cuûa chaát loûng ôû loái ra vaø loái vaøo cuûa baùnh coâng taùc chính baèng cô naêng cuûa bôm ñaõ truyeàn cho chaát loûng ( chöa keå tôùi toån thaát). 3.1.3- Phaân loaïi baùnh coâng taùc Theo phöông chuyeån ñoäng cuûa doøng chaát loûng töø loái vaøo ñeán loái ra cuûa caùnh daãn, baùnh coâng taùc caùnh daãn ñöôïc chia thaønh boán loaïi sau:  Baùnh coâng taùc ly taâm hoaëc höôùng taâm: chaát loûng chuyeån ñoäng qua baùnh coâng taùc töø taâm ra ngoaøi hoaëc töø ngoaøi vaøo taâm theo phöông baùn kính.  Baùnh coâng taùc höôùng truïc: chaát loûng chuyeån ñoäng qua baùnh coâng taùc theo phöông song song vôùi truïc.  Baùnh coâng taùc taâm truïc hoaëc truïc taâm: chaát loûng chuyeån ñoäng qua baùnh coâng taùc theo höôùng taâm roài chuyeån sang höôùng truïc hoaëc ngöôïc laïi.  Baùnh coâng taùc höôùng cheùo: chaát loûng chuyeån ñoäng qua baùnh coâng taùc khoâng theo höôùng taâm cuõng khoâng theo höôùng truïc maø theo höôùng xieân (cheùo). Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi III. Bôm caùnh daãn Caùc loaïi vaän toác ,tam giaùc vaän toác Quó ñaïo chuyeån ñoäng cuûa caùc phaàn töû chaát loûng qua baùnh coâng taùc caùnh daãn raát phöùc taïp nhöng ñeå ñôn giaûn tính toaùn, ngöôøi ta giaû thieát:  Doøng chaûy qua baùnh coâng taùc bao goàm caùc doøng nguyeân toá nhö nhau  Quó ñaïo chuyeån ñoäng töông ñoái cuûa caùc phaàn töû chaát loûng trong baùnh coâng taùc theo bieân daïng caùnh daãn. Ñieàu kieän ñeå coù doøng chaûy nhö giaû thieát treân laø:  Baùnh coâng taùc coù soá caùnh daãn nhieàu voâ cuøng vaø moãi caùnh daãn moûng voâ cuøng ( caùnh daãn khoâng coù chieàu daøy)  Chaát loûng laøm vieäc laø chaát loûng lyù töôûng. Vôùi giaû thieát treân, chuyeån ñoäng tuyeät ñoái cuûa moãi phaàn töû chaát loûng qua baùnh coâng taùc coù theå phaân tích thaønh 2 chuyeån ñoäng ñoàng thôøi: chuyeån ñoäng theo ( quay troøn cuøng baùnh coâng taùc) vaø chuyeån ñoäng töông ñoái ( theo bieân daïng caùnh daãn). Chuyeån ñoäng cuûa caùc phaàn töû chaát loûng qua baùnh coâng taùc ñöôïc ñaëc tröng baèng caùc vaän toác: c - vaän toác tuyeät ñoái u - vaän toác theo (cuûa chuyeån ñoäng theo), coù phöông thaúng goùc vôùi baùn kính v - vaän toác töông ñoái, coù phöông tieáp tuyeán vôùi bieân daïng caùnh daãn. vuc  (3.1) Hình 3.1 – Bieåu dieãn caùc loaïi vaän toác Hình 3.1 bieåu thò vaän toác cuûa caùc phaàn töû chaát loûng ôû loái vaøo vaø loái ra cuûa baùnh coâng taùc bôm ly taâm. Chæ soá (1) vaø (2) bieåu thò choã chaát loûng baét ñaàu vaøo vaø ra khoûi baùnh coâng taùc. Ñeå tieän vieäc nghieân cöùu caùc thaønh phaàn vaän toác cuûa doøng chaûy, ta duøng caùc tam giaùc vaän toác thay cho caùc hình bình haønh vaän toác. Ta coù caùc tam giaùc vaän toác ôû loái vaøo vaø ra cuûa baùnh coâng taùc: c2 u1 c1 w1  1 1 2 2 u2 w2 R2 R1 Truong DH SPKT TP. HCM vien DH SPKT TP. HCM - © Truo ng D H Su pha m K y th uat T P. Ho Chi Min h