Chương 4: BƠM LI TÂM

Chia sẻ: Nguyen Van Tri | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:35

1
223
lượt xem
112
download

Chương 4: BƠM LI TÂM

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

Khi bánh công tác quay các phần tử chất lỏng trong bánh công tác do lực li tâm bị dồn từ trong ra ngoài theo máng dẫn đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn đó là quá trình đẩy.Đồng thời ở lối vào tạo ra một vùng có chân không để hút chất lỏng.Như vậy chất lỏng liên tục chảy qua bơm do quá trình hút và đẩy liên tục.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Chương 4: BƠM LI TÂM

  1. Chương 4: BƠM LI TÂM. 4.1.Cấu tạo của bơm li tâm. Hình 4.1a. Hình 4.1b 1.Bánh công tác
  2. 2.Trục kéo bơm. 3.Dẫn hướng vào bơm. 4.Bộ phận dẫn hướng ra khỏi bơm. 5.Ong hút. 6.Ong đẩy. Trước khi khởi động phải đổ nước đầy vào thân bơm phủ đầy bánh công tác và ống hút phải điền đầt chất lỏng gọi là 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 các phần tử chất lỏng trong bánh công tác do lực li tâm bị dồn từ trong ra ngoài
  3. theo máng dẫn đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn đó là quá trình đẩy.Đồng thời ở lối vào tạo ra một vùng có chân không để hút chất lỏng.Như vậy chất lỏng liên tục chảy qua bơm do quá trình hút và 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 và hình 4.2 -Bơm có 1 bánh công tác: 1 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 khi đến 12.Cột áp bơm nhiều cấp bằng tổng cột áp từng cấp,còn lưu lượng bằng lưu lượng của 1 cấp.
  4. Hình 4.2 c.Theo cách hút chất lỏng vào bơm: -Bơm hút 1 phía- Hình 4.1b -Bơm hút 2 phía- hình 4.5: 4.2.Lý thuyết cơ bản của bơm li tâm. 4.2.1.Phương trình cơ bản của bơm li tâm: Chương 2 ta có phương trình cơ bản máy cánh dẫn: ± u 2 .C 2u u1.C 1u H 1∞ = g [4.1] Để nâng cao cột áp của bơm,chọn góc: α 1 = 90o tức là vận tốc C1 vuông góc với u1 do đó thành phần C1u = 0.Khi đó phương trình cột áp của bơm là:Hình 4.6
  5. =U2 .C 2 u H l∞ g [4.2] Hình 4.6 4.2.2.Cột áp thực tế của bơm. Phương trình 4.2 là cột áp lí thuyết của bơm với giả thiết : -Số cánh dẫn nhiều vô cùng,chiều dày cánh dẫn bằng 0. -Chất lỏng lí tưởng. Tuy nhiên thực tế bơm có số cánh giới hạn 6-12 cánh.Do đó sự phân bố vận tốc là không đều,hơn nữa chất lỏng có độ nhớt nên cột áp thực tế khác cột áp lí thuyết. Cột áp thực tế là: H = ε Z .η . H l∞ [4.3] H Với ε Z :Hệ số ảnh hưởng số cánh dẫn có hạn. η H :Hệ số kể ảnh hưởng tổn thất khi chảy qua rãnh. Các hệ số xác định như sau:
  6. π η Z =1− Z .sin β 2 [4.4] .Có thể chọn: ε = 0.8 Z η = 0.7-0.9 H Vậy cột áp thực tế : H = ε Z .η .U 2 .C 2U H g [4.6] Nhận xét chung: Cột áp thực của bơm phụ thuộc: -Đường kính ngoài D2 bánh công tác. -Số vòng quay n của bơm. -Thành phần vận tốc C2u ở lối ra của bánh công tác tức góc β . 2 Tuy nhiên không thể tăng mãi D2 ,số vòng quay n và β 2 mãi được vì nếu n tăng quá ảnh hưởng đến hiện tượng xâm thực (xem công thức 3-21),còn D2 và β bị 2 giới hạn bởi tổn thất của dòng chất lỏng nên cột áp của bơm 1 cấp có giới hạn.Trị số lớn nhất theo lí thuyết là H < 250 mH20. Muốn có cột áp cao hơn ta dùng bơm có nhiều cấp,thường chế tạo bơm 1 cấp có cột áp nhỏ hơn 100 mH20. Muốn cột áp có lợi nhất và bơm có hiệu suất cao thì phải chọn bánh công tác có số cánh phù hợp và các thông số kết cấu góc hợp lý. 4.2.3.Ảnh hưởng của kết cấu cánh dẫn đến cột áp của bơm. a.Anh hưởng của góc: β . 1 Để có lợi chọn : α = 900 ,còn góc β phụ thuộc vào 1 1 thành phần vận tốc c1 và U1 : tg β = C 1 [4-8] 1 U 1 Như vậy theo [4-2] góc β không ảnh hưởng trực tiếp 1 đến cột áp .Tuy nhiên nó ảnh hưởng đến hiệu suất do gây sự va đập dòng chảy với cánh bơm nên cần chọn hợp lý .Thường chọn : β = 15 - 300 1 b.Anh hưởng của góc : β . 2
  7. Góc β ảnh hưởng quyết định đến cột áp toàn phần H 2 và các cột áp thành phần vì vậy việc chọn góc β có ý 2 nghĩa rất quan trọng. Theo giá trị của góc β mà có thể chia ra làm 3 cách bố 2 trí cánh dẫn: Hình 4.8 và Hình 4.9 -Khi β < 900 cánh 2 dẫn cong về sau. -Khi β = 900 2 cánh dẫn hướng kính ở lối ra. -khi β > 900 2 cánh dẫn cong về phía trước. Thực nghiệm cho thấy với chất lỏng nên dùng loại cánh ngoặt sau có lợi vì khi đó tổn thất động năng nhỏ. Vì vậy với bơm thường chọn góc β < 900 2 Cụ thể chọn: β β β min 2 max Vì từ phương trình cột áp [4-2]
  8. H 1∞ = 1 g 1 ( U 2 .C 2U = g U 2 . U 2 − C 2m .cot g β 2 ) 1 .U 2 − U 2 .C 2 m . cot g β  2 =  g 2 Như vậy cột áp sẽ = 0 khi C = 0 hay khi : 2U β = artg C 2m U 2 2 như vậy để có cột áp thì góc β phải thoả mãn: 2 β > β = artg C 2m 2 U min 2 Tuy nhiên nếu góc β lớn quá thì cột áp động cũng sẽ 2 lớn quá so với cột áp tĩnh là điều không mong muốn nên thực tế chọn góc β sao cho : 2 H = (0.7 − 0.8). H l ∞t l∞ H = (0.3 − 0.2). H l ∞ñ i∞ vì vậy khống chế góc : β = 150-300 2 Đặc biệt có thể chọn β = 500. Hình 4.10 2 Hình 4.10. Ảnh hưởng góc β đến cột 2 áp. 4.2.4.Lưu lượng của bơm li tâm. Công thức tính lưu lượng bơm li tâm: Q = C .π .D .b L [4.17] m Hình 4.11 Lưu lượng thực tế nhỏ hơn lưu lượng lí thuyết. 4.3.Các đường đặc tính của bơm li tâm. Quan hệ giữa các thông số cơ bản: Cột áp H,lưu lượng Q,công suất N, hiệu suất η luôn thay đổi theo chế độ làm việc của bơm và với số vòng quay n. H = H(Q)
  9. N = N(Q) η = η (Q). Gọi là các phương trình đặc tính.Nếu biểu thị lên đồ thị ta có các đường đặc tính của bơm. Có các loại đường đặc tính: -Đặc tính lý thuyết,đặc tính thực nghiệm. -Đặc tính làm việc -Đặc tính tổng hợp. Sau đây ta sẽ nghiên cứu các loại đường đặc tính đó. 1.Đặc tính làm việc. Đặc tính làm việc được xây dựng với số vòng quay n = const. a.Đường đặc tính lí thuyết. =U C . Theo [4-2]: H l∞ g 2 2u Từ tam giác vận tốc ta có: C = U − C .cot g β 2U 2 [4-9]2m 2 Theo [4-17] Q = C .π .D .b nên xuy ra: L m Q C = π. . l 2m D b 2 2 Thế vào trên ta có: 1 U .cot g β .Q [4-10] 2 2 H g = .U − 2 l l∞ π . D .b . g 2 2 2 ta thấy cột áp có dạng: H l∞ = a − b. cot g β .Q 2 l Với a,b là các hằng số dương khi đã chọn 1 bơm . Đây là 1 đường thẳng không qua gốc toạ độ có độ dốc phụ thuộc vào góc β . Hình 4.12 và Hình 4.13. 2
  10. Với β < 900 ta có đường AD 2 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 cơ khí thành đường: A’’’D’’’ Vậy đường cong A’’’D’’’ chính là đường đặc tính thực của bơm. b.Đường đặc tính thực nghiệm. Việc xây đựng đặc tính lí thuyết gặp rất nhiều khó khăn vì khó đánh giá tổn thất cho đúng vì vậy trong kỹ thuật thường xây dựng các đặc tính bằng các số liệu thu từ thực nghiệm trên các máy cụ thể gọi là đặc tính thực nghiệm. Muốn xây dựng đặc tính thực nghiệm cần có hệ thống thí nghiệm như Hình 4.14 và Hình 4.15
  11. Các đặc tính thực nghiệm về dạng thì giống các đường lý thuyết song không trùng nhau.Thực tế việc nghiên cứu thực nghiệm rất quan trọng . Về hình dạng có 3 loại đường đặc tính: -Loại dốc đứng: I -Loại dốc vừa : II -Loại lồi : III Hình 4.16. Loại I và II là dạng ổn định Loại III là loại không ổn định. 2.Đường biểu diễn công suất và hiệu suất Hình 4.17
  12. Hình 4.17 3.Đường đặc tính tổng hợp. Đường đặc tính tổng hợp của bơm là đướng biểu diễn quan hệ Q-H với các số vòng quay làm việc của bơm khác nhau. Nếu thay đổi số vòng quay n thì đường đặc tính làm việc cũng thay đổi theo.Để biết nhanh chóng các thông số Q,N, η thay đổi như thế nào khi n thay đổi người ta xây dựng các đường đặc tính tổng hợp của bơm.Hình 4.17 và hình 4.18. Khi nối các điểm cùng hiệu suất lại với nhau tạo thành những đường cong cùng hiệu suất có dạng hình quả trứng.Ta thấy rằng với một số vòng quay làm việc ni nào đó có 1 trị số lớn nhất của hiệu suất ứng với lưu lượng Qi ,còn với các lưu lượng khác Qi có 2 trị lưu lượng có cùng hiệu suất.Dóng các điểm cùng hiệu suất lên đường đặc tính H-Q và nối lại bằng những đường cong ta có các đường cùng hiệu suất.Đường đặc tính tổng hợp thường cho trong các sổ tay,tài liệu kỹ thuật của các hãng sản xuất bơm.Qua đặc tính tổng hợp còn biết nhanh chóng chế độ làm việc có lợi nhất khi điều chỉnh bơm. 4.4.Điểm làm việc và sự điều chỉnh bơm.
  13. 1.Điểm làm việc của bơm. Bơm bao giờ cũng làm việc trong1 hệ thống.Giao điểm A giữa 2đường đặc tính làm việc và đường đặc tính ống H(Q) Và H(Ô) chính là điểm làm việc của bơm.Hình 4.19 2.Phương pháp điều chỉnh lưu lượng bơm. a.Điều chỉnh bằng khoá. Hình 4.20 khi mở hết khoá lưu lượng lớn nhất tại điểm A.Khi đóng bớt khoá lại thì tổn thất khoá tăng lên,lưu lượng giảm đi nghĩa là đường đặc tính lưới sẽ thay đổi,còn đường đặc tính bơm không đổi.Điểm làm việc chuyển sang điểm B.Phương pháp này đơn giản thuận tiện, nhưng không king tế vì tăng tổn thất và phạm vi điều chỉnh bị giới hạn. b.Điều chỉnh bằng số vòng quay của n bơm.Hình 4.21. Phương pháp này làm thay đổi đặc tính của bơm còn đường đặc tính lưới không đổi.Phương pháp này kinh tế hơn so với điều chỉnh bằng khoá. 3.Khu vực điều chỉnh. Với đường đặc tính có dạng lồi có 2 nhánh Hình 4.22. và Hình 4.23. -Nhánh phải điểm T ( T là điểm cao nhất) là khu vực làm việc
  14. ổn định.Bơm chỉ có thể làm việc một chế độ tức là tại điểm A hoặc B mà không thể cùng lúc cả 2.Giả sử bơm làm việc tại điểm A nếu có nguyên nhân nào làm cho trạng thái làm việc của bơm mất cân bằng, ví dụ cột áp tĩnh của lưới giảm đột ngột trong khoảng thời gian ngắn.Khi đó lưu lượng của bơm sẽ tănglên 1 lượng là ∆ QA và xuất hiện sự chênh lệch giữa cột áp lưới và cột áp bơm: ∆ H = H(lưới) – H(bơm) > 0.Phần năng lượng thiếu hụt này bù bằng dộng năng của toàn bộ khối chất lỏng chảy trong hệ thống do sự giảm vận tốc của dòng chảy vì vậy lưu lượng của bơm sẽ giảm về lại QA tức trở lại ổn định tại điểm A. -Nhánh trái điểm T là khu vực làm việc không ổn định. Tại điểm B nếu lưu lượng tăng lên ∆ QB thì ∆ H = H(lưới) – H(bơm) < 0 , tức là H(bơm)> H(lưới) Phần năng lượng dư ∆ H này làm tăng động năng của toàn hệ thống ,làm tăng vận tốc và lưu lưọng dòng chảy do đó bơm không trở về trạng thái ổn định ở điểm B được. Nhánh trái điểm T chỉ ổn định khi đường đặc tính bơm chỉ cắt đường đặc tính lưới tại 1 điểm như hình 4.23.Tức là khi: Ht(lưới) < H0. Kết luận:Với những bơm quan trọng như bơm nước cho nồi hơi không được có vùng không ổn định nên chọn loại bơm có dạng đặc tính ổn định (dạng I và II). 4.5.Ghép bơm li tâm. 1.Ghép song song . Khi yêu cầu lưu lượng hệ thống cao hơn lưu lượng của 1 bơm thì có thể ghép song song 2 hay nhiều bơm.
  15. Điều kiện để ghép là các bơm ghép song song làm việc phải có cùng một cột áp. H1 = H2 = H3 = …..= Hi Để xác định tổng lưu lượng các bơm sau khi ghép song song ta xây dựng đường đặc tính chung: ( H - Qc) và phải biết đặc tính lưới: (HL – Q). Hình 4.24 : sơ đồ ghép 2 bơm có đường đặc tính khác nhau. -Khi cột áp lớn hơn HB chỉ có bơm 2 làm việc được(trên điểm B) -Khi cột áp bằng HB cả 2 bơm cùng làm việc nhưng lưu lượng chỉ bằng của bơm 2 (ứng với điểm B). Điểm A giao của đường: Hc-Q và HL-Q là điểm làm việc của các bơm trong hệ thống. Lưu lượng chung của 2 bơm nhỏ hơn tổng lưu lượng của từng bơm khi làm việc riêng biệt. Qc = Qc1 + Qc2 < Q1 + Q2 Vì khi ghép cột áp làm việc chung sẽ lớn hơn khi để riêng. Để tăng hiệu quả ghép: -Nên ghép song song các bơm có đường đặc tính gần giống nhau hoặc như nhau. -Nên ghép các bơm có đường đặc tính thoải tức có độ dốc nhỏ. -không nên ghép song song quá nhiều bơm vì hiệu quả sẽ thấp không kinh tế khi đó nên chọn loại bơm khác có lưu lượng lớn hơn thay vì ghép: Ví dụ Hình 4.25. Hiệu quả khi ghép song song 2,3 và 4 bơm giông nhau.
  16. 2.Ghép nối tiếp: Khi hệ thống yêu cầu cột áp lớn hơn cột áp của 1 bơm thì ghép nối tiếp 2 hoặc nhiều bơm có đường đặc tính khác nhau. Hình 4.26 -Điều kiện ghép nối tiếp:Các bơm ghép phải có cùng một lưu lượng : Qc = Q1 = Q2 = ….. = Qi -Cột áp làm việc của hệ thống khi Q = const bằng tổng cột áp của các bơm ghép: Hc = H1 + H2 + …. + Hi. -Khi ghép nối tiếp để tăng hiệu quả ghép nên chọn bơm và hệ thống có đường đặc tính có độ dốc lớn. -Khi ghép nối tiếp 2 bơm thì bơm 2 sẽ làm việc với áp suất cao hơn bơm 1 vì vậy phải chú ý đến sức bền của bơm.
  17. -Cần lưu ý rằng việc ghép nối tiếp bơm sẽ phức tạp,không thuận tiện và kinh tế bằng chọn 1 bơm khác có cột áp đủ yêu cầu nếu có thể. 4.6.Ứng dụng luật tương tự trong bơm li tâm. 4.6.1.Quan hệ tương tự trong 1 bơm li tâm. Khi số vòng quay n của bơm thay đổi thì các thông số: H,Q,N cũng thay đổi theo.Tuy nhiên nếu số vòng quay của bơm chỉ thay đổi ít (dưới 50 %) so với số vòng quay định mức thì hiệu suất η thay đổi ít ,có thể coi như bằng hằng: η = const.Như vậy chế độ làm việc của bơm thoả mãn luật tương tự.Khi đó ta có thể áp dụng các quan hệ tương tự để tìm các quan hệ H,Q.N. Khi số vòng quay thay đổi ta có: Q = n Q 1 1 [4-20] 2 n 2 2 H  n1  1    = [4-21] H 2  n2  3 N =  n1  1   [4-22] N   2  n2  Ngoài thay đổi số vòng quay còn có thể thay đổi trọng lượng riêng γ của chất lỏng và đường kính ngoài của bánh bơm D. Khi thay đổi γ và D các thông số làm việc H, Q,N cũng thay đổi ,tham khảo: bảng 4.1(Tài liệu 2). 4.6.2.Xác định điểm làm việc và đường đặc tính khi chế độ làm việc của bơm thay đổi. Bằng các quan hệ tương tự trong bơm li tâm ta có thể xác định được đường đặc tính làm việc khi chế độ làm việc của bơm thay đổi.Ta gặp mấy trường hợp sau đây: 1.Vẽ đường đặc tính mới của bơm khi số vòng quay thay đổi.
  18. Biết trước đường đặc tính H = f(Q) của bơm ứng với số vòng quay n,hãy vẽ đường đặc tính mới ứng vơi số vòng quay n’. Hình 4.27. Ta xác định từng điểm tương ứng :Với điểm A1 (H1,Q1) dùng quan hệ tương tự tính ra cặp giá trị tương ứng: H’1 và Q’1 của điểm A’1 ứng với số vòng quay n’ : 2  n1  / H = H .  / 1   1  n1    , Q = Q . n  / 1 1 n  1   1 Tương tự như vậy tính với các điểm: A 2,A 3 …..Ai ta có các điểm tương ứng A’2,A’3…..A’i và nối lại ta có đường đặc tính H’ = f’(Q) Đó là đường đặc tính mới của bơm với số vòng quay là n’. 2.Vẽ đường biểu diễn những điểm làm việc tương tự(đường cùng hiệu suất). Từ quan hệ tương tự; [4-20],[4.21] ta viết: 2 H =  Q1  hoặc , 1   H = H = const 1 2 1 2 , H  Q,  Q1 Q, 1  1 1 Như vậy các điểm A1 ,A’1… ứng với các cặp trị số H1-Q1, H’1-Q’1 biểu diễn những chế độ làm việc tương tự.Như vậy các điểm làm việc tương tự thì cặp trị số quan hệ giữa cột áp và lưu luợng là bậc 2 (parabôn):
  19. H = const , hoặc H = K.Q2 Q đường cong này Hình 4.28 cũng là đường biểu diễn các điểm làm việc cùng hiệu suất vì theo như nói ở trên khi bơm làm việc ở chế độ tương tự thì hiệu suất của bơm xem như không đổi. 3.Xác định số vòng quay làm việc của bơm ứng với 1 điểm làm việc cho trước.Hình 4.29 -Giả sử yêu cầu bơm làm việc với lưu lượng và cột áp là: Q’1, H’1.biểu diễn bởi điểm A’1 (Hình 4.29) nhưng điểm A’1 này không nằm trên đường đặc tính H-Q đã cho trước .Bây giờ phải tính chọn số vòng quay khác n’ ứng với điểm làm việc yêu cầu đó. Muốn vậy phải xác định vẽ được đường parabôn biểu diễn các điểm làm việc tương tự với điểm A’1 (H’1,Q’1) cho trước.Ta có: H’1 = K. Q’12 từ đây tính được hệ số k K = H’1/ Q’12 Khi biết được K ta sẽ vẽ được đường parabôn biểu diễn các điểm làm việc tương tự bằng cách cho các trị số Q và tính các trị số H tương ứng. Giao điểm của của đường parabôn và đường H-Q là điễm A1 đó chính là điểm làm việc tương tự với điểm A’1 cho trước.Sau khi xác định được điểm A1 tức là xác định được (H1,Q1) và từ quan hệ tương tự [4-20] và [4-23] ta dễ dàng xác định được số vòng quay n’ của bơm:
  20. , Q .n H , hoặc: n , , n = Q 1 = n. 1 1 H 1 ( Chú ý ứng dụng phương pháp vẽ đuờng cong cùng hiệu suất H = K.Q2 này để giải nhiều bài tập). 4.7.Lực hướng trục trong bơm li tâm. 1.Lực hướng trục trong bơm . Hình 4.30 P = π .( p − p ).( R − r ) 2 2 I 2 1 1 [4-25] Hoặc: P = π .γ . H .( R − r ) [4-26] 2 2 I t 1 γ .Q P = m.c = g .c ii 0 1 0 [4-27] Ap lực tổng bằng: P = PI - PII [4-28] 2.Biện pháp khắc phục lực hướng trục trong bơm li tâm. Hình 4.31- 4.33.
Đồng bộ tài khoản