Chương 2 MÁY CÁNH DẪN - BƠM LY TÂM

1

§1 Khái niệm chung về MCD - Kết cấu, nguyên lý làm việc của BLT

Bơm và ñộng cơ kiểu cánh dẫn:

• Bơm ly tâm, bơm hướng trục • Các loại Tuabin : TB tâm trục (Francis), TB

hướng trục (Kaplan), TB gáo (Pelton)

• Quạt, máy nén ly tâm, hướng trục

-- Ly tâm (hướng tâm): CL chuyển ñộng qua BCT theo phương từ tâm BCT ra ngoài (hoặc từ ngoài vào tâm theo phương bán kính).

2

1

-- Hướng trục: CL chuyển ñộng qua BCT theo phương song song với trục (dọc trục)

Kết cấu Bơm ly tâm

• Bánh công tác: ñĩa (may ơ) lắp trên trục, trên may ơ gắn các cánh dẫn. Cánh dẫn là các bản cong. BCT có chuyển ñộng quay.

• BCT ñặt trong vỏ

Bánh công tác

bơm ( buồng xoắn: cửa vào buồng xoắn nối với ống hút, cửa ra buồng xoắn nối với ống ñẩy).

3

Bánh công tác bơm ly tâm

4

2

Bơm ly tâm

5

Sơ ñồ Vỏ Bơm ly tâm

Cửa ra

Diffuseur

http://www.civil.usherbrooke.ca/cours/gci435/Pompes%20centrifuges1_files/frame.htm

6

3

Buồng xoắn

Bơm ly tâm - Nguyên lý làm việc

4 6 3 1

2

Đĩa A

7

Đĩa B Cánh dẫn

Nguyên lý làm việc

Điều kiện: Buồng xoắn, bánh công tác và ống hút phải ñược ñiền ñầy chất lỏng (mồi bơm).

Nguyên lý làm việc: • BCT quay (cid:1) CL trong BCT ñược cánh dẫn cung cấp năng lượng; lực ly tâm ñẩy CL ñi ra khỏi BCT (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) CL ñược gom vào buồng xoắn và ñi vào ống ñẩy: quá trình ñ(cid:2)y c(cid:3)a b(cid:4)m.

• CL ñi ra khỏi BCT (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) ở cửa vào của BCT tạo nên 1 vùng có chân không (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) hút CL từ bể hút theo ống hút vào BCT: quá trình hút c(cid:3)a b(cid:4)m.

8

4

• Quá trình hút và ñẩy là liên tục, ñồng thời (cid:1) tạo nên dòng ch(cid:5)y liên t(cid:6)c trong h(cid:7) th(cid:8)ng ñ(cid:9)(cid:10)ng (cid:8)ng.

Phân loại

• Bơm 1 cấp, 1 miệng hút:

- 1 BCT - cột áp bị hạn chế do sức bền (≤ 100m cột nước).

• Bơm nhiều cấp: - Tạo cột áp cao - Nhiều BCT lắp trên 1 trục chung. - Cột áp là tổng của các cột áp do các BCT ñơn tạo nên. • Bơm hai miệng hút:

9

Bơm ly tâm 1 cấp, 1 miệng hút

10

5

- Hút CL vào từ 2 phía, - BCT bao gồm 2 BCT của bơm 1 miệng hút ñối xứng nhau ghép lại, - Lưu lượng của bơm tăng gấp ñôi - Cột áp bằng cột áp của bơm 1 miệng hút .

Bơm ly tâm 1 cấp, 2 miệng hút

11

Bơm ly tâm nhiều cấp

12

6

Trục Bơm ly tâm nhiều cấp

13

§2. Phương trình cơ bản của máy cánh dẫn

• Quan hệ giữa cột áp H do BCT tạo ra với các

thông số hình học (ñường kính BCT, ñộ cong của cánh...) và các thông số ñộng học (số vòng quay, l(cid:9)u l(cid:9)(cid:11)ng) cuả BCT

14

7

I. Giả thiết Euler

1. Dòng chảy qua BCT gồm các dòng nguyên tố

gi(cid:8)ng h(cid:7)t nh(cid:9) nhau.

2.Chuyển ñộng tương ñối của chất lỏng trong BCT có

quỹ ñạo trùng khít với biên d(cid:12)ng cánh d(cid:13)n. Điều kiện ñể có dòng chảy như giả thiết trên:

+ Số cánh dẫn nhiều vô cùng và mỏng vô cùng. + CL làm việc là CL lí tưởng (không nhớt)

Cột áp tính toán với các giả thiết trên: cột áp lý

¥ ¥ ¥

thuyết - vô cùng Hl¥

15

Bánh công tác bơm ly tâm

16

8

II. Các thành phần vận tốc của CL qua BCT

w w w w w w Ký hiệu: 1: vị trí CL bắt ñầu vào BCT (gặp cánh): R1 2: vị trí CL khi ra khỏi BCT (ra khỏi cánh): R2 • Chuyển ñộng theo (quay cùng BCT): vận tốc theo (vận tốc vòng), có phương thẳng góc với bán kính tại ñiểm ñó. u1=w .R1 u2=w .R2 • Chuyển ñộng tương ñối: vận tốc tương ñối tiếp tuyến

với cánh dẫn w1, w2

+= wuc

17

Các thành phần vận tốc của CL trong BCT bơm ly tâm

• Chuyển ñộng tuyệt ñối: vận tốc tuyệt ñối c1, c2

b

2

1

18

9

w w w w

Velocity diagrams

19

Tam giác vận tốc

• b

b

: góc giữa w và phương ngược chiều với u (góc bố trí cánh dẫn trên bánh công tác) 1 : góc ñặt cánh tại cửa vào 2 : góc ñặt cánh tại cửa ra

c2

w2

c2m

• cu : hình chiếu của c lên

b

phương u

2

c2u

u2

• cm : hình chiếu của c lên phương thẳng góc với u.

20

10

b

• C2m

tiết diện chảy ra của BCT(cid:1) C2m là thành

phần vận tốc tạo ra lưu lượng

• Cu là thành phần vận tốc ảnh hưởng ñến cột áp

=

=

c m 2

c2

^

p 2

Q F 2

Q br 2 2

w2

c2m

(cid:215) (cid:215)

2

-=

b

c2u

u2

cu

bctg

c u

m

21

(cid:215)

III. Phương trình cột áp (PT cơ bản của máy cánh dẫn)

)

• Bơm

H

l

( cu 2

u2

cu 1

u1

1 (cid:215)=¥ g

)

(cid:215) - (cid:215)

• Tua bin

H

( cu

u

c

l

1

u1

2

u2

1 (cid:215)=¥ g

22

11

(cid:215) - (cid:215)

Ý nghĩa c(cid:3)a ph(cid:9)(cid:4)ng trình c(cid:4) b(cid:5)n

1. Quan hệ giữa các thành phần vận tốc với cột áp: • Tam giác vận tốc: w2

2 - 2 u2. c2u

2 = c2

2 + u2

2

2

2

=

+

(

)

c

u

w

. u c 2

2

u

2

2

2

2

2

2

=

(

+

)

-

c

u

w

. u c 1

1

u

1

1

1

1 2 1 2

2

2

2

)

] )

+

+

-

u

=¥

Hl

[ ( c 2

2

w 2

( 2 c 1

2 u 1

2 w 1

1 g 2 2

2

2

- - -

u

c 2

2

2 w 1

=

+

+

23

2 c 1 g

2

2 u 1 g

2

w 2 g

2

2

2

2

)

] )

+

+

- - -

u

=¥

[ ( c 2

2

w 2

( 2 c 1

2 u 1

2 w 1

Hl

1 g 2 2

2

2

- - -

u

c 2

2

2 w 1

=

+

+

2 c 1 g

2

2 u 1 g

2

w 2 g

2

2

2

- - -

2

2

2

2

c

c

2

1

u

u

w

2

1

1

2

=

H

+

=

l âäüng

H

l

ténh

2 g

2 g

w 2 g

- - - ¥ ¥

⇒ Hl¥

¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥ ¥

= Hl¥

tĩnh + Hl¥

¥ ñộng

24

12

- Cột áp ñộng: phần ñộng năng ñơn vị của dòng chảy ñược tăng lên khi ñi qua bơm. - Cột áp tĩnh: do sự chênh lệch của u, w của dòng chảy tại lối vào và lối ra của BCT.

2. Nếu c1u= 0: ñk chảy vào thẳng góc (c1

vuông góc v(cid:15)i u1)

=

2 c 1

2 1

-

= 2 uw 1 (

(cid:215)

)

H

u

c

l

2

2

u

2 c m1 1 ¥ = (cid:215) g

Điều kiện có lợi nhất về cột áp ñối với B, Q, MN

25

¥ do:

¥ ¥

H < Hl¥

h e h h e e

H = h

¥ ¥ ¥

3. Cột áp thực H: • Tổn thất năng lượng do chất lỏng thực • Số cánh dẫn là hữu hạn (Z cánh) H . e

Z .Hl¥

• h

• e

h h h

H :hiệu suất thủy lực (0,8 ‚ 0,96) biểu thị tổn thất năng lượng khi dòng chảy ñi TRONG BCT. Z: hệ số ảnh hưởng do số cánh là hữu hạn.

-= 1

sin

Z

2

Z

p b e

Z = 0,8

26

13

- Công thức Stodola; Z là số cánh của BCT) - Trong tính toán gần ñúng: e

K(cid:16)t lu(cid:17)n

• H tỉ lệ với:

- Đường kính ra D2 - Số vòng quay n - Vận tốc c2u tại lối ra của BCT

• H bị giới hạn do: - Svq n hạn chế bởi khả năng chống xâm thực - D2 không ñược quá lớn - c2u không ñược quá lớn (c2 quá lớn => tổn thất năng

lượng của dòng chảy qua BCT sẽ rất lớn) => ảnh hưởng ñến hiệu suất của bơm.

27

(cid:1)mu(cid:8)n c(cid:18)t áp là có l(cid:11)i nh(cid:19)t thì BCT ph(cid:5)i có:

- k(cid:16)t c(cid:19)u phù h(cid:11)p - góc b(cid:8) trí cánh d(cid:13)n h(cid:11)p lý.

Tính toán sơ bộ

Y=

H

2 u 2 2

Y : hệ số cột áp thực

ns 50 ‚ 60 BLT; H cao 60 ‚ 180 BLT; H trung 180 ‚ 350 BLT; H thấp 350 ‚ 580 Bơm hướng

28

14

Y 1,56 ‚ 1,24 0,71 ‚ 0,51 bình 1,24 ‚ 0,71 chéo 0,41 ‚ 0,33

IV. Ảnh hưởng của hình dạng cánh ñến sự phân bố năng lượng

1

1) Ảnh hưởng của góc b Điều kiện chảy vào thẳng góc: c1u=0

c

m

1

=

=

=

w1

tg

1

m c

c 1 u

c 1 u

u

u

1

1

1

1

b c1 -

=

=

⇒

c

tg

m1

1

u

Q D b 1

1

1

Q D b 1

1

1

1

u1 b p m p m

1 = 0,85 ‚ 0,95: hệ số ảnh hưởng của chiều dày cánh

m

b b b ‚ ‚ ‚ 30o Để dòng chảy không va ñập với cánh dẫn tại lối vào của BCT, (ảnh hưởng xấu ñến hiệu suất và cột áp thực): b

1 = 15‚

29

Các thành phần vận tốc của CL trong BCT bơm ly tâm

b

2

b >90o

1

2

w w w w w2

30

15

u2 c2

2) Ảnh hưởng của góc ñặt cánh b 2 ñến cột áp

(

)

H

u

c

l

2

2

u

1 ¥ = (cid:215) g

)

b

(cid:215) Điều kiện chảy vào thẳng góc

( u

u

ctg

2

2

2

m

2

m

=

b

ctg

H

=¥

l

2

c 2 g

cu 2 g

2 u 2 g

=

b

ctg arc

2

min

a. Hl¥ > 0 (cid:1) b

2 > b

2min

u 2 mc 2

(cid:215) (cid:215) - (cid:215) (cid:215) -

0

90

180

2min

2

0

- ¥

+ ¥

Hl ¥

31

2 u 2 g

• Ảnh hưởng của góc b 2 ñến c(cid:18)t áp tĩnh của bơm

b b

c

c

2 2

2 2

2 m 1

2 2

2 2

m

=

=

=

H

- - -

l âäüng

c1u=0 2 c 1 2 g

c2

2

c1m=c2m=cm c c 2 g w2

¥

(

c g 2 )

c2m

u

c

ctg

2

2

2

=

H

2

t âäüng

m 2 g

c2u

2

)

b

- (cid:215) b b ¥

( u

2

u

2

c 2

2

=

=

H

H

H

l

tinh

l

l

dong

cu 2 g

2 2

2

2

2

(cid:215) - (cid:215) - - ¥ ¥ ¥

H

‡ ⇒ 0

ctg

arc ctg

vaì

arc ctg

l

ténh

2

⇒ £ 2

2

u2 ctg m 2 g   

  

  

  

u c

u c

m

m

2

2

m

u 2 c 2

£ - ‡ b b b ¥

b

32

b b b b b b b b b

2min

2

2max

16

)

b

( u

u

ctg

m

m

2

2

2

=

H

b ctg

=¥

l

2

c 2 g

2 u 2 g

cu 2 2 g

(cid:215) (cid:215) - (cid:215) (cid:215) -

0

b 2min

90o

b 2max

180

0

- ¥

+ ¥

2 Hl ¥

u2 2 2 g

2 u 2 g

0

0

- ¥

- ¥

Hl¥

tĩnh

0

- ¥

+ ¥

Hl¥ ñộng

u2 2 2 g

2 u 2 2 g 2 u 2 2 g

33

b

• Hệ số phản lực: ñánh giá khả

ténh

r =

năng tạo ra cột áp tĩnh

H l H

¥

l

2

¥

(

)

u

c

ctg

2 2

2

m

=

=

+

b -

ctg

2

  1 

  

c 2 u

1 2

u

ctg

2

2 2

m

2

thì

m 2 2 g u c 2 2 g

m

2

r =

r b b -

1

0

2max

  = 

c 2 u

u c

2

2

m

2= b Cánh hướng kính: b

 1   2 2 = 90o (cid:1) r = 0,5

- (cid:215) (cid:1) Cánh ngoặt trước: khi b

2<90o

34

17

Cánh ngoặt sau: b

‚ 35o,

b b b ‚ ‚

Đối với bơm ly tâm: tĩnh = (0,7 ‚ 0,8) H l¥ • Hl¥ • Hl¥ ñộng = (0,2 ‚ 0,3) Hl¥ 2 = 15 ‚

(cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) b trường hợp ñặc biệt có thể chọn b

2 = 50o

Nếu BLT có góc b 2 ngoài phạm vi trên (cid:1) tổn thất năng lượng trong bơm quá lớn, hiệu suất rất thấp: không chấp nhận.

35

§3. Đường ñặc tính của BLT

I. Đ(cid:9)(cid:10)ng ñ(cid:21)c tính c(cid:3)a b(cid:4)m: Biểu diễn quan hệ giữa cột áp H theo lưu lượng Q khi số vòng quay của trục bơm n=const.

1. Đường ñặc tính lý thuyết:

[n=const]

36

Hlt ¥ ¥ ¥ ¥

18

Q

2. Đường ñặc tính thực:

H

¥ ¥ ¥ Hlt¥

Hlt

Atk

H(Q) [n=const]

max

h (Q) [n=const]

h

Q

QAtk

12

Q[l/s]

0

2

4

6

8

10

14

10

15

15,5

15,7

15

14

12

8

37

60

0

40

60

74

78

70

40

H[m] h %

II. Xác ñ(cid:22)nh ñi(cid:23)m làm vi(cid:7)c c(cid:3)a b(cid:4)m trong h(cid:7) th(cid:8)ng l(cid:9)(cid:15)i

Hlæåïi(Q)

A

H

HBåm(Q) [n=const] Qbơm = Qlưới Hbơm = Hlưới ⇒ giao ñiểm A của ñường ñặc tính bơm và ñường ñặc tính lưới

Qbơm = QA ; Hbơm = HA h

A

HQ

A

A

=

N

tr

A

g h (Q) [n=const] h

38

19

Q

III. Đi(cid:25)u ch(cid:26)nh ch(cid:16) ñ(cid:18) làm vi(cid:7)c c(cid:3)a b(cid:4)m trong h(cid:7) th(cid:8)ng l(cid:9)(cid:15)i

• Điều chỉnh ñể b(cid:4)m cung cấp cho hệ thống

lưới lưu lượng Q' theo yêu cầu;

z fi fi z z z z fi fi z z

ñ

•

• Điều chỉnh van trên ñường ống ñẩy, giữ nguyên số vòng quay của bơm (cid:1)ñặc tính lưới thay ñổi (z 'ñ), ñặc tính bơm không thay ñổi: : ñi(cid:23)m làm vi(cid:7)c A’ ñ(cid:9)(cid:11)c xác ñ(cid:22)nh trên ñ(cid:9)(cid:10)ng ñ(cid:21)c tính b(cid:4)m. Thay ñổi số vòng quay của trục bơm (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1) ñ(cid:21)c tính b(cid:4)m thay ñ(cid:24)i, ñặc tính lưới không thay ñổi : ñi(cid:23)m làm vi(cid:7)c An’ ñ(cid:9)(cid:11)c xác ñ(cid:22)nh trên ñ(cid:9)(cid:10)ng ñ(cid:21)c tính l(cid:9)(cid:15)i.

39

H’læåïi(Q) Hlæåïi(Q)

A' A

H' H

HAn' HBåm(Q) [n=const] An' HBåm(Q) [n’

h

A

40

20

h (Q) [n=const] 1. Điều chỉnh van trên ñường ống ñẩy: A’ ñược xác ñịnh trên ñường ñặc tính bơm. 2. Thay ñổi số vòng quay của trục bơm: An’ ñược xác ñịnh trên ñường ñặc tính lưới. Q' Q

z z z

'ñ

2

+

+

=

+

l

z

z

l

Q'

tinh

uoi l

' d

h

h

d

H H' luoi

l d d

1. Điều chỉnh van trên ñường ống ñẩy (cid:1) Xác ñịnh z   

  

d

     

 1  4 d  d 44444444 3

8 + p g 1

'

 l 1  h 4 2 d d  h h 44444444 2 K

41

2. Thay ñổi số vòng quay của trục bơm (cid:1)Xác ñịnh số vòng quay n’:luật tương tự

NHƯỢC: Đóng dần van trên ñường ống ñẩy (cid:1) tăng sức cản thủy lực (tổn thất qua van) (cid:1) không có lợi về mặt năng lượng ƯU: ñơn giản, dễ vận hành (cid:1) sử dụng với các bơm công suất nhỏ. Tránh ñặt van trên ñường ống hút vì có thể dẫn ñến xâm thực.

Hlæåïi(Q)

Ao A

' n

(cid:215)= n

H

' Q AoQ

HAn' HBåm(Q) [n=const] An' M HBåm(Q) [n’

h

A

h (Q) [n=const]

42

21

Q' Q QAo

§4. Luật tương tự (ñồng dạng) trong máy cánh dẫn

•

I.

Tương tự = tương tự hình học + cùng hiệu suất Các tiêu chuẩn tương tự 1) Tiêu chuẩn tương tự hình học - góc bố trí cánh dẫn giống nhau, - số cánh dẫn như nhau - các kích thước chiều dài tương ứng tỷ lệ

M

M

=

=

(cid:215)=

=(cid:215)

l

.

lM

N

l M l

N

N

N

R 2 R 2

b 2 b 2

43

2) Tiêu chuẩn tương tự ñộng học

uM

M

=

=

=

l=(cid:215)

(cid:215) ‚

v

u 2 u

c 2 c

u 1 M u 1

2

c 1 M c 1

2

uN

N

N

N

(cid:215) (cid:215)

M

M

M

l

=

=

=

l

v

NMl

w w

u 2 u

n M n

2

N

N

R 2 R 2

N

N

44

22

(cid:215) (cid:215) ‚ (cid:215)

• 3) Tiêu chuẩn tương tự ñộng lực học:

Hai máy tương tự ñộng lực học khi tỷ lệ giữa các cặp lực tương ứng tác dụng lên 2 BCT là bằng nhau (l

P)

=

(cid:215)=

l=(cid:215)

P

P ltM P ltN

P trM P trN

• ReM=ReN

• Độ nhám tương ñối bằng nhau

45

(cid:215)

II. Các phương trình tương tự của MCD

1) Phương trình tương tự lưu lượng

lM

M

mM

=

l=

v

2 l

c c

Q Q

F F

mN

lN

N

l (cid:215) (cid:215)

M

M

M

M

=

=

l=

v

l

R R

u u

n n

N

N

N

N

3

M

M

M

M

l=

=

w (cid:215) l (cid:215) w

(cid:215)

(1)

3 l

Q Q

n n

D D

n n

  

 (cid:215) 

N

N

N

N

46

23

2) Phương trình tương tự cột áp

2

2

2

M

M

M

M

l=

2 l

H H

n n

D D

n n

  

  

  

  

  

 = 

N

N

N

N

47

3) Phương trình tương tự công suất Khi 2 máy làm việc với cùng 1 loại CL:

3

3

5

M

M

M

M

l=

(2)

5 l

N N

n n

D D

n n

 = 

  

  

  

  

  

N

N

N

N

48

24

(cid:215) (3)

h h h

III - Ứng dụng luật tương tự: 1. Svq ñặc trưng ns (hệ số tỉ tốc) • Dùng trong tiêu chuẩn hóa máy cánh dẫn • Đặc trưng cho một kiểu máy. • Xác ñịnh ở ch(cid:16) ñ(cid:18) thi(cid:16)t k(cid:16) Q,H,n,h

max

49

g g

g g

a. Đối với bơm: Đn: Số vòng quay ñặc trưng ns là svq của 1 máy mẫu (máy ñặc trưng) tương tự với máy thiết kế, máy mẫu có các thông số: nS : số vòng quay/phút Cột áp: HS = 1m cột nước Công suất thủy lực: NS = g Định nghĩa mới: Công suất thủy lực: NS = g

g .QS.HS= 0,736 KW (1 mã lực) g .QS.HS= 1 KW

=

2 l

l

(cid:1)QS = 0,075 m3/s   

2   ⇒ = 

H S H

n S n

H S H

n n

s

2

=

=

(cid:215) (cid:215) l l

l 3 l

3  2  (cid:215) 

  

  

n S n

H S H

n n

S

 Q S   Q Thay HS = 1m; QS=0,075m3/s

(cid:215)

(cid:215)

(4)

=

65,3

nS

Qn 43 H

50

(cid:215)

25

Bài tập: Lập công thức tính ns theo ĐỊNH NGHĨA MỚI (NsTL=1kw)

Dạng BCT theo ns

ns=500÷1000

ns=300÷500

ns=150÷300

ns=80÷150

ns=50÷80

51

Bơm thể tích: ns<= 70 v/ph

Bơm ly tâm: Bơm hướng chéo Bơm hướng trục

ns= 40 ‚ 300 v/ph ns= 300 ‚ 600 v/ph ns= 500 ‚ 1200 v/p

52

26

Dạng BCT và ñường ñặc tính

53

b. Đối với Tuabin: thông số thiết kế là cột nước H ; số vòng quay n ; công suất trên trục Ntr.

• HS = 1m cột nước • Công suất trên trục của máy ñặc trưng: NS = 1mã lực = 0,736 KW (Đn cũ) NS = 1 KW (Đn mới)

Nn

=

n

167,1

S

5 4

H

54

27

(cid:215) (cid:215) (ĐN cũ)

Định nghĩa mới: N=1kW

• Bơm:

Tìm công thức tính ns của bơm theo ñn mới

(5)

• Tua bin:

Nn

=

n

S

5 4

H

Chú ý: Đơn vị của N trong công thức tính ns là kW

55

(cid:215) (6)

2. Xác ñịnh svq n’ của bơm khi ñiều chỉnh bằng cách thay ñổi svq: luật tương tự

Hlæåïi(Q)

Ao A

H

HAn' HBåm(Q) [n=const] An' M HBåm(Q) [n’

h

A

' n

(cid:215)= n

' Q AoQ

h (Q) [n=const]

56

28

Q' Q QAo

• Xác ñịnh parabol P (tập hợp các ñiểm làm việc

tương tự với An’)

• Phương trình parabol P: H=K.Q2

'

=

K

H An 2 'Q

• Xác ñịnh giao ñiểm Ao của P với ñường ñặc tính bơm H(Q) [n] (cid:1) Q(Ao)

• Ao và An’ là 2 ñiểm tương tự

' n

(cid:215)= n

' Q AoQ

57

§5. Lực hướng trục trong bơm ly tâm

I. Các thành phần lực tác dụng lên BCT: 1. Lực ngang (thẳng góc với trục bơm): • Dòng chảy ñi vào, ñi ra khỏi BCT là không ñối xứng (cid:1) roto bị mất cân bằng tĩnh và cân bằng ñộng

• Không thể tránh ñược • Có thể chống ñỡ bằng các ổ trục.

58

29

2. Lực hướng trục

• PI: Lực hướng trục do áp suất không cân bằng tác dụng lên phía ngoài của ñĩa trước và ñĩa sau của BCT

• PII: Do sự ñổi hướng của dòng chảy khi

chảy vào và ra khỏi BCT (co

(cid:1)c2)

• lực hướng trục có thể ñạt giá trị rất lớn

(hàng chục tấn) => cần phải tính toán và ñưa ra phương pháp khắc phục.

59

a. Lực hướng trục PI :

co

Ro

PII

PI

)

(cid:215)= p

) (

p

- (cid:215) -

( 2 R o

P I

2

2 r truc

p 1

60

30

w w w

Tính ñến ảnh hưởng của áp suất do lực ly tâm Áp suất tại 1 ñiểm trong khe hẹp:p = p2 + pw

pw : áp suất do lực ly tâm của C L quay trong không gian giữa vỏ bơm và ñĩa BCT

CL = 0,5.w

BCT

2

r

w

Thực nghiệm: w

) (

)

)

]2 )

p

(cid:215)= p

+

p

P I

( 2 R o

2 r tr

2

p 1

( 2 R o

2 r tr

[ 2 R 2

( 2 R 5,0 o

r tr

8

61

(cid:215) - (cid:215) (cid:215) - (cid:215) - - (cid:215) -

b. Lực hướng trục PII do sự ñổi hướng của dòng chảy

• Dòng CL qua BCT: ñổi hướng từ dọc trục (cửa vào) ñến ly tâm (tại cửa ra) (cid:1) xuất hiện lực dọc trục PII

• Phương trình biến ñổi ñộng lượng (cid:1) r .Q.co

r r

PII = r

• co: vận tốc dòng chảy tại cửa vào BCT • PII cùng chiều với dòng chảy tại lối vào

62

BCT, • PII << PI

31

3. Lực hướng trục tổng hợp:

P∑∑∑∑ = i.P

– G

– –

• Bằng tổng ñại số của PI, PII • Có chiều của PI (ngược chiều dòng chảy vào BCT) • Giá trị phụ thuộc kích thước; svq n; cột áp của BCT • Bơm nhiều cấp: • BLT trục ñứng: P∑∑∑∑ = i.P – • (G: trọng lượng của roto) Tác hại: (cid:2) Làm mòn các ổ chặn (cid:1) sai lệch khe hở trong bơm, (cid:2) Làm cho roto cọ vào vỏ bơm, ảnh hưởng xấu ñến

hiệu suất; hỏng bơm.

(cid:1) cần phải có các biện pháp khắc phục lực dọc

trục.

63

II. Các biện pháp khắc phục lực dọc trục

1. Cho CL ñi vào BCT t(cid:27) hai phía:

64

32

• Bơm 1 cấp, 2 miệng hút: cửa vào ñối xứng từ 2 phía (cid:1) Ptruc triệt tiêu. • BLT có i x 2 cấp: i cấp ñầu có cửa vào ñối xứng với i cấp sau => lực hướng trục triệt tiêu

2) Cân b(cid:28)ng áp su(cid:19)t (cid:29) 2 bên BCT (cid:1)(cid:1)(cid:1)(cid:1)khoan L(cid:30) CÂN B(cid:31)NG trên ñĩa sau BCT

Tạo vành lót kín thứ hai tại Ro (cid:1) khe hở giữa thân bơm và ñĩa sau gồm 2 phần:

• R2→Ro: cân bằng áp suất với ñĩa trước,

• Ro→rtruc: thông với buồng hút bằng các lỗ cân bằng

65

• Lỗ cân bằng: khoan trên ñĩa sau của BCT (số lỗ : 3 ‚ 6).

Lỗ cân bằng

Nhược ñiểm: - Giảm hiệu suất lưu lượng do CL chảy qua các lỗ cân bằng về lại buồng hút. -Chỉ cân bằng ñược PI, còn lại PII

Ưu ñiểm: -Đ(cid:4)n gi(cid:5)n trong chế tạo -Thường sử dụng với BLT 1 cấp

66

33

3) S d(cid:6)ng ñĩa cân b(cid:28)ng (ĐCB):

(cid:2) Lắp chặt trên trục bơm, ñặt ở sau cấp cuối cùng (cid:2) Dùng trong BLT nhiều cấp. (cid:2) Khắc phục toàn bộ lực dọc trục.

Nguyên lý làm việc: • CL có áp suất p2 tại cửa ra của

r vào buồng C

cấp cuối cùng • CL qua khe hở d

(cid:1) tác dụng LỰC lên ĐCB • Buồng A (buồng cân bằng áp lực) ở phía sau ĐCB, thông với buồng hút

67

a (giưã ĐCB và vỏ

(cid:1) • Chênh lệch áp suất giữa A và C (cid:1) ĐCB chịu lực ngược chiều với lực hướng trục PI triệt tiêu lực hướng trục.

• pA = p1 khi d bơm) rất bé

Đĩa cân bằng là thiết bị tự ñông ñiều chỉnh

về phía trái (cid:1) d • Lực hướng trục (cid:1) roto ñi a giảm (cid:1)

pC – pA tăng (cid:1) LỰC tác dụng lên ĐCB tăng (cid:1) cân b(cid:28)ng l#c h(cid:9)(cid:15)ng tr(cid:6)c (cid:1) roto không dịch chuyển nữa. • Khi roto ñi về phía phải (cid:1) d

a tăng, CL từ C ñi vào A (cid:1) pA tăng, pC giảm (cid:1) roto ñ(cid:12)t s# cân b(cid:28)ng m(cid:15)i.

68

34

§6. Ghép BƠM

II. Ghép nối tiếp I. Ghép song song

Q∑ = Q1 + Q2 + Q3 + ... H1 = H2 = H3 = Hluoi Q1 = Q2 H1 + H2 = Hluoi

B

B

A

69

Q∑ = i .Q

§7. Một số lưu ý khi sử dụng bơm ly tâm: (soạn)

§8. Thiết kế - Tính toán các kích thước chính của BLT Q(m3/s), H(m), n(v/ph): thông số thiết kế

Vhút = 0,75 ‚ 1 m/s 1) Ống hút; ống ñẩy: Vñẩy = 1,5 ‚ 2 m/s

70

35

2) Xác ñịnh các hiệu suất: - Hiệu suất lưu lượng; Hiệu suất thủy lực, Hiệu suất cơ khí

=

Q

0 66,

+ (cid:215)

1 a n

1

s

• a phụ thuộc tỉ số R2, R1: thường chọn = 0,68 • Bơm lớn, BCT ñược chế tạo với tiêu chuẩn cao:

h -

Q=0,96 ‚ 0,98.

• Bơm kích thước trung bình và bé:

h

Q=0,85 ‚ 0,95.

71

, 0 42

h

= - 1

H

2

h

(

lg

) , 0 172

tdD 1

3

-

25,4

D td 1

Q n

• Bơm hiện ñại, chế tạo chất lượng cao:

(cid:215) »

H=0,85 ‚ 0,96

h

• Bơm nhỏ:

H=0,8 ‚ 0,85

72

36

h

Hiệu suất cơ khí: phụ thuộc • Ma sát của ñệm chống thấm (lót kín) và ổ trục • Ma sát thủy lực trên bề mặt BCT và ñĩa cân

bằng.

Bơm hiện ñại, chế tạo chất lượng cao:

‚ 0,96

h h h h ‚ ‚

ck=0,92 ‚

73

Các kích thước cơ bản

Dòng trung bình

=

b2

d

]

M [ 0 2,

s [t ] = 1,2 ‚ 2 kN/cm2 : ứng suất tiếp cho phép . Đường kính mayơ: dhb=db=(1,2 ‚ 1,4) ds

2 D

Đ. kính trục: t

b1

0

D

1 d

=

+

D

d

0

2 D tâ 1

2 hb

b d

0 d

Đ. kính cửa vào:

Chiều dài mayơ BCT lắp trên trục:

74

37

lhb=(1 ‚ 1,5) dhb

Bơm hướng trục

75

BCT Tuabin hướng trục

76

38