Chương 3: Máy thủy lực thể tích

Chia sẻ: Doan Trong Hiep | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:76

0
407
lượt xem
180
download

Chương 3: Máy thủy lực thể tích

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Máy thủy lực thể tích là danh từ chung chỉ các thiết bị máy móc trao đổi năng lượng với chất lỏng theo nguyên lý nén chất lỏng trong các thể tích kín. Máy thủy lực thể tích bao gồm các loại bơm và động cơ thủy lực thể tích.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Chương 3: Máy thủy lực thể tích

  1. Chương 3 MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH Máy thủy lực thể tích là danh từ chung chỉ các thiết bị máy móc trao đổi năng lượng với chất lỏng theo nguyên lý nén chất lỏng trong các thể tích kín. Máy thuỷ lực thể tích bao gồm các loại bơm và động cơ thuỷ lực thể tích. • Bơm thuỷ lực thể tích hút và đẩy chất lỏng qua bơm là do sự thay đổi thể tích trong quá trình công tác của bơm. • Động cơ thuỷ lực thể tích là máy thuỷ lực biến áp năng của dòng chất lỏng thành cơ năng. • Về nguyên tắc, bất kỳ máy thuỷ lực nào cũng có thể làm được hai chức năng là bơm và động cơ. 3.1. BƠM PISTON 3.1.1. KHÁI NIỆM CHUNG Bơm piston ra đời trước bơm ly tâm rất lâu. Năm 1640 nhà vật lý học người Đức Ôttô Henrich đã chế tạo thành công bơm piston đầu tiên để bơm nước và nén khí trong công nghiệp. Bơm piston là loại bơm thực hiện quá trình hút đẩy chất lỏng do sự thay đổi thể tích công tác trong bơm, được thực hiện nhờ piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh. Loại bơm piston chuyển động tịnh tiến trong xi lanh để hút và đẩy chất lỏng qua hai van là loại máy thuỷ lực thể tích đơn giản nhất và ra đời đầu tiên. 3.1.2. CẤU TẠO BƠM PISTON Cấu tạo của bơm piston được thể hiện trên (Hình 3.1). Piston (9) chuyển động tịnh tiến trong xy lanh (11) nhờ tay biên (2) nối liền với trục khuỷu (10). Trục khuỷu nối với trục động cơ lai bơm. Giả sử piston đi sang trái thì thể tích làm việc bên phải tăng lên, áp suất trong xi lanh khoang bên phải giảm xuống đến giá trị nhỏ hơn áp suất cửa hút của bơm làm cho van hút (7) bên phải nâng lên, van đẩy 6 phải đóng lại. Chất lỏng được điền vào trong xy lanh khoang bên phải. Khoang bên trái của xy lanh do piston đi sang trái lên thể tích khoang này nhỏ lại, áp suất tăng lên, van hút (7) bên trái đóng lại và van đẩy (6) bên trái được nâng lên. Chất lỏng trong khoang xy lanh bên trái được đẩy ra ngoài qua van đẩy 70
  2. (6) bên trái. Khi piston chuyển động sang phải thì thể tích công tác của khoang bên trái tăng lên và thể tích công tác của xy lanh khoang bên phải nhỏ lại. Khoang bên trái chất lỏng được điền vào qua van hút (7) trái còn chất lỏng trong khoang công tác của xy lanh phía bên phải thì được đẩy qua van đẩy (6) bên phải vào đường ống đẩy. Quá trình hoạt động đó cứ tiếp diễn tạo nên các hành trình hút đẩy liên tục của bơm, bơm luôn hút và đẩy chất lỏng qua bơm. 10 11 Hình 3.1. Cấu tạo bơm piston 1. Vỏ bơm, 2. Tay biên, 3. Bàn trượt, 4. Cán piston, 5. Cửa xả, 6. Van đẩy, 7. Van hút, 8. Cửa hút, 9. Piston, 10 trục khuỷu, 11. Xy lanh 3.1.3. PHÂN LOẠI BƠM PISTON Bơm piston có nhiều loại khác nhau, thường phân loại theo các cách như sau: Theo số lần làm việc trong một chu kỳ của bơm ♦Bơm tác dụng đơn. ♦Bơm tác dụng kép. Theo áp suất mà bơm piston tạo ra ♦Bơm áp suất thấp P < 5 bar. ♦Bơm áp suất trung bình P = 5 - 50 bar. ♦ Bơm áp suất cao P > 50 bar. Theo lưu lượng bơm piston được chia thành 71
  3. ♦Bơm có lưu lượng nhỏ Q < 20 m3/h ♦Bơm có lưu lượng trung bình Q = 20 ÷ 60 m3/h ♦Bơm có lưu lượng lớn Q > 60 m3/h Theo số vòng quay của động cơ điện lai ♦Bơm thấp tốc n
  4. Lưu lượng trung bình lý thuyết của bơm bằng tổng thể tích làm việc của bơm trong một đơn vị thơì gian. Lưu lượng trung bình của bơm được tính theo công thức sau: π .D 2 Qtrungbình = F .S .n = S .n 4 π .D 2 Trong đó : F = diện tích mặt cắt ngang của piston. 4 D- Đường kính của xy lanh (m) S - Hành trình của piston (m). n- Vòng quay của trục khuỷu (vòng/phút) Vậy lưu lượng lý thuyết trung bình của bơm piston tác dụng đơn là: q.n F .S .n Ql = 60 = 60 (m3/giờ) Với bơm piston tác dụng kép (tác dụng hai phía của piston) nhiều hiệu lực thì lưu lượng trung bình được tính theo công thức: F .S .i.z.n Qtungbình = 60 Với i là số hiệu lực của bơm (số xy lanh của bơm) z. Số lần làm việc trong một chu kỳ của piston. Bơm piston tác dụng đơn (z=1), bơm piston tác dụng kép (z=2). Do có sự rò lọt chất lỏng trong quá trình làm việc nên có tổn thất lưu lượng, vì vậy lưu lượng thực tế của bơm piston là: Q = η Q.Qlt ηQ- là hiệu suất của bơm b. Lưu lượng tức thời Lưu lượng tức thời phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của piston, mà vận tốc này thay đổi theo thời gian nên lưu lượng tức thời của bơm cũng thay đổi theo thời gian, ngay cả khi chế độ làm việc của bơm ổn định. Đây là điểm khác nhau cơ bản giữa bơm piston và bơm ly tâm. Chúng ta hãy tìm qui luật biến đổi lưu lượng và trị số của nó: 73
  5. Xét một bơm piston tác dụng đơn, lưu lượng Q của bơm được tính theo công thức Q = F.c. F- diện tích mặt cắt ngang của piston và được tính theo công thức πD 2 F= (m2) 4 D- Đường kính xy lanh (m). c- Vận tốc chuyển động của piston trong xy lanh (m/giây). Vận tốc tức thời (c) của piston được tính theo công thức sau dS c= dt S - Quãng đường mà piston dịch chuyển được trong xy lanh khi trục khưỷu quay một góc (β ) và được tính theo công thức sau: S = r - r.cosβ = r(1-cosβ )= r(1-cosω t) β S Hình 3.2.Sơ đồ làm việc của bơm piston Vận tốc chuyển động tức thời của piston khi trục khuỷu quay được một góc (β ) là: dS d d c= = r (1 − cos β ) = [ r.(1 − cos ωt ) ] = r.ω.sin ϖt = rω sin β dt dt dt ω - Tốc độ góc quay của trục khuỷu và β =ω t. Lưu lượng tức thời của bơm được xác định theo công thức sau: πD 2 πD 2 Q=F.c= rϖ sin β = r.ω. sin ϖt 4 4 Q=k.sinω t 74
  6. Vận tốc chuyển động của piston thay đổi theo dạng hình sin và phụ thuộc vào góc quay của trục khuỷu, lấy điểm chết dưới của piston (điểm mà tại đó piston bắt đầu thay đổi chiều chuyển động đi lên) là điểm xuất phát để tính toán. Trên đồ thị (Hình 3.3) ta thấy vận tốc cực đại của piston đạt được tại ω t=π /2 và 3π /2, c=r.ω , cho nên Q cũng đạt giá trị cực đại tại ω t=π /2 và 3π /2. Ngược lại Q đạt giá trị bằng không tại ω t=π và 2π . Thực tế nếu tính lưu lượng qua cửa đẩy của bơm thì bơm chỉ có một nửa chu kỳ đẩy là có sản lượng, nửa chu kỳ còn lại là bơm hút chất lỏng (nửa dưới của đồ thị). Chính vì vậy mà tại ống hút hoặc ống đẩy của bơm sản lượng không đồng đều. Từ đó ta rút ra kết luận là bơm piston có sản lượng không đều. Q [m3/s] c [m/s] Q=F.c c=f(ω t) π 3π /2 2π ωt π /2 cmax Qmax Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn qui luật biến đổi lưu lượng của bơm piston theo thời gian d. Hệ số không đồng đều của bơm piston tác dụng đơn Sự không đồng đều về sản lượng của bơm piston được đánh giá thông qua hệ số không đồng đều (δ ) là tỷ số giữa lưu lượng tức thời cực đại (qmax) và lưu lượng trung bình qtrung bình cho cả chu kỳ của bơm, hoặc tỷ số giữa vận tốc tức thời cực đại của piston cmax và vận tốc trung bình của piston ctrung bình q c δ = max = max qtrungbình ctrungbình Ta đi tính hệ số không đồng đều của một số loại bơm piston. 75
  7. a. Bơm piston một hiệu lực tác dụng đơn Hình 3.4 thể hiện đồ thị biến thiên sản lượng tức thời của bơm piston tác dụng đơn một hiệu lực. Vận tốc tức thời cực đại của piston cmax . Cmax=rω Vận tốc trung bình của piston ctrung bình. π  rϖ C trungbình =  ∫ rϖ sin ϖtdt  : π =   0  π q qmax 0 π 2π 3π 4π 5π ω Hình 3.4. Đồ thị biến thiên sản lượng tức thời của bơm piston tác dụng đơn một hiệu lực Hệ số không đồng đều của bơm một hiệu lực tác dụng đơn là: q v πrϖ δ = max = max = = π = 3.14 qtrungbình vtrungbình rϖ b. Bơm piston một hiệu lực tác dụng kép Hình 3.5 thể hiện đồ thị biến thiên sản lượng tức thời của bơm piston tác dụng kép một hiệu lực. q qmax ω 0 π 2π 3π 4π 5π Hình 3.5. Đồ thị biến thiên sản lượng tức thời của bơm piston tác dụng kép một hiệu lực Lưu lượng tức thời cực đại của bơm được xác định như sau: πD 2 q max = .rϖ 4 76
  8. Lưu lượng trung bình của bơm tính cho một vòng quay trục khuỷu là: πD 2 πD 2 ϖ πD 2 2 qtrungbình = 2. .S .n = 2. .2r. = rϖ 4 4 2π 4 π Hệ số không đồng đều của bơm piston một hiệu lực tác dụng kép là: πD 2 .rϖ qmax 4 π 3,14 δ= = = = = 1,57 qtrungbình πD 2 2 2 2 .rϖ . 4 π c. Bơm piston hai hiệu lực tác dụng kép (Hình 3.6, 3.7) thể hiện đồ thị biến thiên sản lượng tức thời của bơm piston tác dụng kép hai hiệu lực. * Hai má khuỷu đặt lệch nhau một góc 1800. q qmax2 qmax1 0 π 2π 3π 4π 5π ω Hình 3.6. Đồ thị biến thiên sản lượng tức thời của bơm piston tác dụng kép hai hiệu lực khi hai má khuỷu đặt lệch nhau một góc 1800. Lưu lượng tức thời cực đại của bơm được xác định như sau: πD 2 qmax = 2 .rϖ 4 Lưu lượng trung bình của bơm tính cho một vòng quay trục khuỷu là: πD 2 πD 2 ϖ πD 2 4 qtrungbình = 2.2. .S .n = 2.2. .2r. = rϖ 4 4 2π 4 π Hệ số không đồng đều của bơm là: πD 2 2 .rϖ qmax 4 π 3,14 δ= = = = = 1.57 . qtrungbình πD 2 4 2 4 .rϖ . 4 π 77
  9. *Hai má khuỷu đặt lệch nhau một góc là 900. q qmax 0 π 2π 3π 4π 5π ω Hình 3.7. Đồ thị biến thiên sản lượng tức thời của bơm piston tác dụng kép hai hiệu lực khi hai má khuỷu đặt lệch nhau một góc 900. Lưu lượng tức thời cực đại của bơm được xác định như sau: πD 2 qmax = .rϖ 4 Lưu lượng trung bình của bơm tính cho một vòng quay trục khuỷu là: πD 2 πD 2 ϖ πD 2 4 qtrungbình = 2.2. .S .n = 2.2. .2r. = rϖ 4 4 2π 4 π Hệ số không đồng đều của bơm piston là: πD 2 .rϖ qmax 4 π 3,14 δ= = = = = 0.785 . qtrungbình πD 2 4 4 4 .rϖ . 4 π Như vậy bơm piston tác dụng kép hai hiệu lực khi các má khuỷu đặt lệch nhau một góc 900 thì lưu lượng sẽ đều hơn khi các má khuỷu đặt lệch nhau một góc 1800. 3.1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM ĐỀU SẢN LƯỢNG CỦA BƠM PISTON Do có sự không đồng đều về sản lượng (lưu lượng) đối với bơm piston dẫn tới dao động về áp suất, làm tăng tốn thất thuỷ lực, gây chấn động cho bơm và nếu bơm làm việc trong hệ thống ống dài có thể xuất hiện va đập thuỷ lực, làm hỏng các bộ phận của bơm và hệ thống. Trong trường hợp nhiều bơm cùng làm việc trong một hệ thống thì biên độ dao động áp suất trong hệ thống có thể lớn vì cộng hưởng. Ngoài ra sự dao động áp suất và lưu lượng của bơm còn ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của hệ thống thuỷ lực. Vì nhược điểm cơ bản này mà bơm piston có hệ số không đều về lưu lượng lớn sẽ không được sử dụng trong các hệ thống thuỷ lực, hoặc các hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao. Do đó phải có biện pháp hạn chế 78
  10. sự không đều sản lượng đối với bơm piston. Các biện pháp làm đếu sản lượng cho bơm piston như sau: a. Dùng bơm vi sai Bơm vi sai đường ống đẩy 5 6 7 4 8 3 Q 2 1 ϕ Hình 3.8. Bơm vi sai đường ống đẩy Khi piston (6) chuyển động qua lại, từ ống hút (1), chất lỏng qua van hút (2), vào khoang công tác (3) của xi lanh. Khi piston đi qua trái, chất lỏng qua van (4), một phần theo đường ống (5) vào khoang bên phải (7) của xi lanh, phần chất lỏng còn lại đúng bằng thể tích chiếm chỗ của cán piston trong khoang (7) được đẩy vào đường ống đẩy. Khi piston chuyển động sang phải thì phần chất lỏng ở khoang (7) của xi lanh sẽ bị đẩy vào đường ống đẩy, còn thể tích công tác ở khoang (3) sẽ được nạp chất lỏng vào (Hình 3.8). Như vậy loại bơm này cung cấp chất lỏng vào đường ống đẩy trong cả hai quá trình của piston. Bơm vi sai đường ống hút 5 4 6 Q 7 3 2 ϕ 1 8 Hình 3.9. Bơm vi sai đường ống hút Về nguyên lý làm đều sản lượng trên đường ống hút tương tự như nguyên lý làm đều sản lượng trên đường ống đẩy b. Bơm piston tác dụng kép 79
  11. Q ϕ Hình 3.10. Bơm piston tác dụng kép Piston (9) chuyển động tịnh tiến trong xy lanh nhờ tay biên (2) nối với trục khuỷu. Trục khuỷu nối với trục động cơ lai bơm (Hình 3.10). Giả sử piston chuyển động sang trái làm cho thể tích công tác khoang bên phải tăng lên, áp suất trong khoang bên phải giảm xuống, van hút (7) bên phải nâng lên, van đẩy (6) bên phải đóng lại. Chất lỏng được điền vào trong khoang bên phải. Thể tích khoang bên trái của xy lanh giảm xuống do piston chuyển động sang trái, áp suất tăng lên, van hút (7) bên trái đóng lại và van đẩy (6) bên trái được nâng lên. Chất lỏng trong khoang xy lanh bên trái được đẩy ra ngoài qua van đẩy bên trái. Khi piston chuyển động sang phải thì thể tích công tác của xy lanh khoang bên trái tăng lên và thể tích công tác của xy lanh khoang bên phải giảm xuống. Khoang bên trái chất lỏng được điền vào qua van hút (7) trái còn chất lỏng trong khoang công tác của xy lanh phía bên phải thì được đẩy qua van đẩy (6) bên phải vào đường ống đẩy. Do cả hai phía của xy lanh đều có tác dụng hút đẩy nên cả một chu kỳ công tác của bơm đều có sản lượng (Hình 3.9), sản lượng của bơm sẽ đều hơn. b. Dùng bơm nhiều hiệu lực Trên (Hình 3.11) thể hiện một bơm piston tác dụng đơn ba hiệu lực. Do bơm có ba xy lanh và các cổ biên bố trí lệch nhau 1200 nên nếu xi lanh thứ nhất cấp chất lỏng vào đường ống đẩy thì sau 1200 lại đến xi lanh thứ hai cấp chất lỏng vào đường ống đẩy, sau 1200 tiếp theo lại xi lanh thứ ba cấp chất lỏng vào đường ống đẩy nên sản lượng sẽ đều và áp suất của bơm ít dao động. 80
  12. Q 0 π 2 3 4π ω π π Hình 3.11. Bơm piston ba hiệu lực d. Dùng bình điều hoà Bình điều hòa trên đường ống hút Q ϕ Hình 3.12. Dùng bình điều hòa trên đường ống hút Cách làm việc của bình điều hoà lắp trên đường ống hút gọi tắt là bình điều hoà hút của bơm (Hình 3.12).Trên đường ống hút của bơm đặt bình điều hoà hút, nó chia đường ống hút ra làm hai phần: 81
  13. ♦Phần thứ nhất là đoạn ống từ mặt thoáng của chất lỏng trong bể hút đến bình điều hoà. ♦Phần thứ hai là đoạn ống ngắn từ bình điều hoà hút đến xilanh của bơm. Vì bình điều hoà có kích thước lớn hơn nhiều so với thể tích công tác của xilanh bơm, nên sự dao động của mức chất lỏng trong bình nhỏ và áp suất trong đoạn ống hút ít dao động. Trong thực tế nếu đoạn ống hút dài thì mới làm bình điều hòa trên đường ống hút, còn nếu ống ngắn thì không cần thiết. Bình điều hoà bằng không khí trên đường ống đẩy: Cách làm việc của bình điều hoà lắp trên đường ống đẩy gọi tắt là bình điều hoà đẩy của bơm (Hình 3.13).Trên đường ống đẩy của bơm đặt bình điều hoà. Bình điều hoà đẩy lắp trên đường ống đẩy để: ♦ Làm đều lưu lượng trên đường ống đẩy. ♦ Làm giảm sự dao động cột áp trên đỉnh pitton trong quá trình đẩy. Q ϕ Hình 3.13. Dùng bình điều hòa trên đường ống đẩy Nhờ có bình điều hoà trên đường ống đẩy mà khắc phục được sự không đồng đều về sản lượng đối với bơm piston. Khi piston (4) chuyển động sang trái, thể tích công tác (3) nhỏ lại làm cho áp suất trong khoang công tác tăng lên, van hút (8) đóng lại, van đẩy (9) mở ra, chất lỏng được đẩy vào khoang đẩy. Do tại cửa đẩy có lắp bình điều hòa không khí nên khi áp suất tại cửa đẩy tăng sẽ nén không khí trong bình lại và điền chất lỏng vào trong bình. Do chất khí có độ đàn hồi tốt nên khi chất lỏng vào chiếm chỗ trong bình thì áp suất trong bình cũng tăng không đáng kể. Khi piston của bơm chuyển động sang phải thì thể tích công tác (3) sẽ tăng lên, áp suất trong khoang giảm, van hút (7) mở ra còn van đẩy (9) đóng 82
  14. lại, chất lỏng điền vào khoang công tác. Mặt khác khi van đẩy đóng lại, chất lỏng không được điền vào đường ống đẩy nên áp suất trên đường ống đẩy giảm xuống, không khí trong bình dãn nở và đẩy chất lỏng từ trong bình điều hòa vào đường ống đẩy, tuy nhiên áp suất trong bình giảm không đàng kể do không khí có hệ số dãn nở lớn. Như vậy cả hai hành trình hút đẩy của bơm thì trên đường ống đẩy đều có sản lượng và dao động áp suất nhỏ. 3.1.6. XÁC ĐỊNH CỘT ÁP CỦA BƠM a. Xác định cột áp đẩy của bơm Khi bơm làm việc trong hệ thống đường ống để đẩy chất lỏng tới bể đẩy, đỉnh piston chịu một áp lực do áp suất của chất lỏng ở cửa đẩy pđ tác dụng lên. Để piston chuyển động và đẩy chất lỏng ra thì nó phải được tác động một lực ngược với lực do áp suất của chất lỏng tác động lên. Đó chính là cột áp đẩy của bơm. Để tính cột áp đẩy của bơm ta xét sơ đồ (Hình 3.14). Viết phương trình Berllouli cho dòng chảy từ mặt cắt đỉnh piston đến mặt thoáng bể đẩy là 2 2 pđ vđ po vo + +x= + + hđ + ∑ htt γ 2g γ 2g Pđ là áp suất đẩy tại đỉnh piston. vđ là vận tốc dòng chảy tại đỉnh piston và chính bằng vận tốc chuyển động tức thời của piston tại điểm x. x là quãng đường mà piston dịch chuyển trong xy lanh từ điểm chết dưới. Pa là áp suất tại mặt thoáng của bể đẩy. vđ là vận tốc dòng chảy tại mặt thoáng của bể đẩy. hđ là chiều cao hình học từ mặt chuẩn đến mặt thoáng bể đẩy. ∑htt là tổng tổn thất thủy lực trên đường ống đẩy. P0 hđ S=2r Pđ x 83
  15. Hình 3.14. Sơ đồ tính cột áp đẩy của bơm pđ v0 − v đ p 0 2 2 = ( hđ − x ) + + + ∑ htt γ 2g γ Trong phương trình trên hđ = const, po = const và nếu két đủ lớn thì vo=const. Các thông số vđ, ∑htt phụ thuộc vào quãng đường (x) tại thời điểm tức thời. Ta có thể viết sang dạng tổng quát: pđ = f ( x) γ Trong đó (x) phụ thuộc vào vòng quay của động cơ. Cột áp đẩy của bơm là: p H đ = đ = f ( t , n) γ Trong đó t là thời gian, n là tốc độ quay của động cơ lai. b. Cột áp hút của bơm Khi bơm trong hành trình hút sẽ tồn tại một đường dòng chất lỏng từ mặt cắt bể hút tới đỉnh piston (Hình 3.15). Viết phương trình Berllouli cho đoạn ống hút của bơm, tính từ mặt thoáng bể hút tới đỉnh piston ta có: 2 po vo p v2 + = h + h + ( hh − x ) + ∑ htt γ 2g γ 2g Ph. Áp suất tại đỉnh piston trong hành trình hút. vh. Vận tốc dòng chảy tại đỉnh piston. hh. Chiều cao hình học từ mặt chuẩn đến DCT của piston. ∑htt. Tổn thấtthủy lực trên đường ống hút. ph . Cột áp hút của bơm piston. γ ph p v 2 − vh 2 = o − ( hh − x ) − 0 − ∑ htt γ γ 2g 84
  16. ph Hay Hh = = f ( x) = f ( t, n) γ S=2r P Xh h hh P 0 Hình 3.15. Sơ đồ tính cột áp hút của bơm Giá trị cột áp hút biến thiên theo thời gian (t), tốc độ quay của động cơ (n) và phụ thuộc vào quãng đường (x) mà piston đã dịch chuyển. 3.1.7. TÍNH CÔNG TIÊU THỤ CỦA BƠM Để tính công tiêu thụ của bơm ta có thể dùng công thức sau: L = ∫ Fdx x x là quãng đường dịch chuyển của piston F là lực tác dụng lên piston để piston dịch chuyển được quãng đường (x). F=Fđ+Fh πD 2 Fđ = p đ . 4 πD 2 Fh = p h . 4 85
  17. πD 2 F = ( p đ − p h ). 4 p đ − p h πD 2 L = ∫ F .dx = ∫ .γ . dx x x γ 4 2r L= ∫ [ f ( n) − f ( n ) ]dx 0 đ h k là hệ số tính toán Như vậy công tiêu thụ trong quá trình công tác của bơm biến thiên theo áp suất hút, áp suất đẩy và theo thời gian tại quãng đường tức thời piston chuyển động trong xy lanh. 3.1.8. CHỌN VÒNG QUAY CHO BƠM Trong quá trình chế tạo và khai thác bơm piston, người ta phải hạn chế tốc độ quay của bơm vì: Tốc độ quay của bơm quá cao thì trong bơm sẽ xảy ra hiện tượng xâm thực vì tốc độ quay của bơm liên quan đến áp suất công tác của nó. Khi bơm quay tới một tốc độ mà áp suất hút của nó nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa ứng với nhiệt độ công tác của chất lỏng gây ra hiện tượng xâm thực cho bơm. Để tránh hiện tượng xâm thực trong bơm thì tốc độ quay của nó phải nhỏ hơn số vòng quay mà tại đó áp suất hút của bơm đạt tới áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ công tác của chất lỏng, tức là ph p ≥ bh γ γ Hay nB> nbh. Trong đó (Ph) là áp suất hút của bơm, (Pbh) là áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ứng với nhiệt độ công tác của nó. Do chất lỏng có độ nhớt và không chịu nén nên khi vòng quay quá lớn thì chất lỏng sẽ không điền đầy xi lanh trong hành trình hút, còn hành trình đẩy thì chất lỏng không thoát kịp ra khỏi xi lanh dẫn đến hiện tượng va đập thủy lực và gây nên hiện tượng thủy kích làm phá hủy các chi tiết của bơm piston. Điều này cực kỳ nguy hiểm cho bơm piston nên ta phải hạn chế vòng quay cho bơm. Theo các tài liệu hướng dẫn sử dụng bơm thì vòng quay của bơm không vượt quá 450 vòng/phút (tương đương với tốc độ chuyển động tức thời của piston không vượt quá 16m/giây). 3.1.9. ĐẶC TÍNH CỦA BƠM PISTON 86
  18. Đặc tính của bơm piston là đường đặc tính biểu thị mối quan hệ giữa các thông số của bơm như: H=f(Q), N=f(Q), η =f(Q). ∆Q H b a n3 n2 n1 n=const n1>n2>n3 Q Hình 3.16. Đặc tính cột áp của bơm piston a. Lý tưởng, b. Thực tế Trong trường hợp lý tưởng, không có rò lọt chất lỏng trong bơm nên đường đặc H=f(Q) của bơm piston là các đường (a) song song với trục tung. Trong thực tế do có sự rò lọt chất lỏng trong bơm ( ∆ Q) nên đường đặc tính H=f(Q) là các đường (b) có dạng cong về phía trục tung. Nếu áp suất công tác của bơm càng lớn thì lượng rò lọt (∆ Q) càng nhiều, tổn thất do rò lọt càng lớn, hiệu suất của bơm càng nhỏ (Hình 3.16). Nếu tình trạng kỹ thuật của bơm càng kém thì độ cong càng lớn. Khi áp suất làn việc của bơm không đổi H=const nếu số vòng quay (n) tăng lên thì lưu lượng (Q), công suất (N) và hiệu suất lưu lưọng (η Q) cũng sẽ tăng theo. Q η Nq N=f(H) H=f(Q) η= f( H) H Hình 3.17. Các đặc tính cơ bản của bơm piston Hình 3.17 biểu diễn các đường cong đặc tính η = f(H); Q=f(H); N=f(H) khi n=const. 87
  19. Cột áp và lưu lượng càng lớn thì công suất càng lớn. Hiệu suất đạt giá trị cực đại trong phạm vi cột áp nhất định. Khi cột áp cao quá thì hiệu suất giảm do tổn thất lưu lượng lớn. Nếu áp suất hút thấp quá thì khả năng điền công chất vào bơm kém dẫn đến hiệu suất thấp. 3.1.10. ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA BƠM PISTON VÀ CÁC THÔNG SỐ CÔNG TÁC CỦA BƠM. N=f(H) Q η Nq Hđ/ống=f(Q) QA A NA’ H=f(Q) A’ η= f( H) ηΑ” A’’ HA H Hình 3.18. Điểm làm việc của bơm piston với hệ thống. Từ đồ thị (Hình 3.18) có thể xác định được điểm làm việc của bơm với hệ thống là điểm (A) với sản lượng (QA) và cột áp (HA), công suất (NA’) và hiệu suất (η A”) là các thông số công tác của bơm. 3.13.11. ĐIỀU CHỈNH SẢN LƯỢNG CỦA BƠM PISTON. Trong thực tế khai thác thì sản lượng (lưu lượng) của bơm luôn thay đổi cho phù hợp với nhu cầu sử dụng lưu lượng trong hệ thống, cho nên cần phải thường xuyên điều chỉnh sản lượng của bơm piston cho phù hợp. Lưu lượng của bơm piston được điều chỉnh bằng các cách sau: a. Thay đổi số vòng quay của động cơ lai. Phương pháp này thường dùng cho động cơ hơi nước, bằng cách đóng mở van hơi cấp vào động cơ. Đối với động cơ lai là động cơ điện mà dùng phương pháp điều chỉnh này thì rất khó thực hiện được vì điều chỉnh rất phức tạp, khó chế tạo, giá thành cao. b. Điều chỉnh bằng van tắt để tháo bớt chất lỏng từ đường ống đẩy về đường ống hút của bơm. Phương pháp này không kinh tế nhưng dễ điều chỉnh và có thể điều chỉnh đa cấp. Có thể duy trì áp suất đẩy bằng cách dùng van điều chỉnh áp lực đặt trên đường ống nối tắt. Phương pháp này hay được ứng dụng để điều chỉnh sản lượng cho bơm piston. 88
  20. c. Thay đổi chiều dài hành trình của piston bằng cách thay đổi vị trí điểm tựa của thanh truyền (đối với loại bơm có thanh truyền chuyển động kiểu đòn bẩy) trong quá trình làm việc bằng cơ cấu đặc biệt. d. Điều chỉnh sản lượng bằng van đường ống nhánh (đường trích). Phương pháp này là xả bớt một phần chất lỏng trong đường ống đẩy ra ngoài để giảm lưu lượng trong đường ống đẩy. Phương pháp này ít sử dụng vì không kinh tế. 3.1.12. CẤU TẠO BƠM PISTON Hình 3.19. Mặt cắt dọc bơm piston tác dụng kép 1. Vỏ bơm, 2. Tay biên, 3. Bàn trượt, 4. Cán piston, 5. Cửa xả, 6. Van đẩy, 7. Van hút, 8. Cửa hút, 9. Piston, 10 trục khuỷu, 11. Xi lanh. Cấu tạo bơm piston về cơ bản cũng giống như máy nén khí, máy nén lạnh. Chúng đều có piston, xi lanh, trục khuỷu, tay biên, các van hút, van đẩy. Tuy nhiên do đặc điểm công tác của bơm piston là bơm chất lỏng có độ nhớt và không chịu nén nên kết cấu của bơm piston có khác đôi chút so với kết cấu máy nén. Về cơ bản bơm piston được cấu tạo bởi các chi tiết bao gồm piston, xi lanh, các cụm van, bộ làm kín đầu trục (Hình 3.19). Bây giờ ta lần lượt đi nghiên cứu đặc điểm kết cấu của các chi tiết cơ bản trên. a. Piston Piston là chi tiết kết hợp với xy lanh và các hộp van tạo thanh khoang công tác của bơm piston. Do piston chuyển động trong xy lanh tạo nên quá trình hút đẩy của bơm nên giữa piston và xy lanh cần có độ kín khít mà không ảnh hưởng đến sự chuyển động của piston, nên trên piston có phay các rãnh để đặt các xéc măng làm kín. Tùy vào loại chất lỏng công tác, điều kiện công tác, áp suất chất lỏng công tác mà piston chế tạo với vật liệu và kiểu cách cho phù hợp (Hình 3.20) 89

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản