Vận$chuyển$chất$lỏng
Giảng&viên:&Nguyễn&Minh&Tân& Bộ&môn&QT7TB&CN&Hóa&học&&&Thực&phẩm Trường&Đại&học&Bách&khoa&Hà&nội
Muốn vận chuyển phải dùng bơm để cung cấp năng lượng tạo nên sự chênh lệch áp lực để chất lỏng chảy thành dòng - Trong công nghiệp Hóa chất và thực phẩm, bơm được dùng rất phổ biến và đa dạng. - Phân loại bơm theo đặc trưng cấu tạo
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm thể tích Bộ phân tịnh tiến hay quay của bơm làm thay đổi thể tích bên trong, tạo thành áp suất âm ở đầu hút của bơm và áp suất dương ở đầu đẩy của bơm, do đó thế năng áp suất của chất lỏng khi qua bơm được tăng lên
Bơm ly tâm Nhờ lực ly tâm tạo ra trong chất lỏng khi guồng quay mà chất lỏng được hút vào và đẩy ra khỏi bơm
Bơm đặc biệt Bao gồm các loại bơm không có bộ phân dẫn động như động cơ điện, máy hơi nước, mà dùng luồng khí hay hơi làm nguồn động lực. Ví dụ: Bơm tia, bơm sục khí, thùng nén, xiphông,…
Vận$chuyển$chất$lỏng
Các thông số đặc trưng của bơm năng suất, áp suất toàn phần, công suất, hiệu suất
Năng suất của bơm Với mọi loại bơm, năng suất được tính bằng thể tích chất lỏng được bơm cung cấp trong một đơn vị thời gian Q[m3/s] hoặc [m3/h]
Công suất của bơm Được tính bằng năng lượng tiêu tốn để bơm làm việc Với các loại bơm có bộ phận dẫn động như động cơ điện, máy hơi nước, công suất của động cơ được tính bao gồm các dạng công thức sau:
Công suất hữu ích Năng lượng mà bơm tiêu tốn để tăng áp suất cho chất lỏng, bằng tích số giữa áp suất toàn phần Δp (năng lượng riêng) và lưu lượng của dòng chất lỏng:
gQH
Nhi !=
Công suất trên trục của bơm Để tạo ra công suất hữu ích cho bơm, công suất trên trục bơm phải bù thêm phần tổn thất do ma sát ở trục, đặc trưng bởi hệ số hữu ích
b!
"
N
=
=
tr
N hi ! b
gQH ! b
Công suất của động cơ Động cơ cần tiêu tốn năng lượng lớn hơn năng lượng do bơm tiêu tốn, vì năng lượng được truyền từ động cơ đến bơm một phần bị tốn thất do quá trình làm việc của động cơ, sự truyền động giữa trục động cơ và trục bơm do ma sát trên trục. Được đặc trưng bởi hệ số động cơ và hệ số hữu ích
N
tr
hi
N
=
=
=
dc
N N hi !!!!!! tr
dc
dc
tr
b
Vận$chuyển$chất$lỏng Vận$chuyển$chất$lỏng
Hiệu suất của bơm η"là đại lượng đặc trưng cho mức độ sử dụng hữu ích năng lượng được truyền từ động cơ đến bơm, chuyển thành động năng để vận chuyển chất lỏng, được gọi là hiệu suất của bơm hay hệ số hữu ích.
hi
!
=
=
!!! dc tr
b
N N
dc
Để bơm làm việc an toàn, thường chế tạo động cơ có công suất cao hơn công suất tính toán. Tỷ số giữa công suất thực tế và công suất tính toán gọi là hệ số dự trữ β N != N
tt
dc
β thường được chọn phụ thuộc vào công suất động cơ.
Vận$chuyển$chất$lỏng
Áp suất toàn phần H - Đặc trưng cho năng lượng riêng do bơm truyền lại cho một đơn vị trọng lượng chất lỏng. - Được tính bằng chiều cao để nâng một kg chất lỏng nhờ năng lượng do bơm truyền cho, không phụ thuộc vào độ nhớt và khối lượng riêng của chất lỏng.
Viết phương trình Bernoulli cho mặt I-I và I’-I’:
+
=
+
+
hH + h
. hm
2 w 1 2 g
2 w v 2 g
p 1 g !
p v g !
Viết phương trình Bernoulli cho mặt I’-I’ và II-II:
H
+
=
+
+
+
đ
h . đm
2 w r 2 g
2 w 2 2 g
p r g !
p 2 g !
2 w 1
+
!
hH ! h
. hm
2 w ! v g 2
p p 1 v = g g ""
2 w 2
H
+
!
!
đ
h . đm
2 w ! r g 2
p p 2 r = g g ""
Chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra của bơm:
p
p
p
r
p 1
2 w 2
2 w v
H
=
=
+
+
+
+
đ
hH + h m
2 w ! 1 2 g
2 w ! r 2 g
g "
p ! v g "
! 2 g "
Thông thường: w1 và w2 gần bằng nhau nên:
0
!"#
=
ww 2
ww 2
1
1
Nên:
p
p
p 1
=
+
+
hH + m t
2 2 ww ! v r 2 g
g "
! 2 g "
Đặt chân không kế trên đường ống hút Áp kế trên đường ống đẩy
Áp suất toàn phần:
p
p
p
p
p
h
2 w 2
h
H
=
=
+
+
H
h
=
+
h m
2 w ! 1 2 g
g "
! đ g "
! đ g "
Vận$chuyển$chất$lỏng
2 w v
Chiều cao hút của bơm
H
+
'
=
+
h
h . hm
p v g (
p 1 g (
& $$ %
# !! "
Chiều cao hút của bơm phụ thuộc:
- Áp suất thùng chứa (thường là áp suất khi quyển nếu là bể hở) Chiều cao hút không vượt quá chiều cao cột chất lỏng ứng với 1at (phụ thuộc chiều cao đặt bơm so với mặt nước biển)
2 w v
H
(
'
+
+
h
h . hm
2 w ' 1 2 g
p 1 g )
p bh g )
& $$ %
# !! "
- Áp suất vào của bơm (áp suất hút) được quyết định bởi áp suất hơi bão hòa của chất lỏng, do đó phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong thực tế, pv phải lớn hơn pbh của chất lỏng được bơm.
Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng tăng theo nhiệt độ, tại nhiệt độ sôi của chất lỏng, nó bằng áp suất khí quyển. Do đó, khi nhiệt độ của chất lỏng tăng, chiều có hút sẽ giảm.
-Vận tốc và trở lực trên đường ống hút Trở lực ma sát, quán tính guồng, hiện tượng xâm thực. Hằng số trở lực do xâm thực được tính theo công thức thực nghiệm:
2
2
3
019,0
) m
,
=
hxt
( Qn H
Q: năng suất của bơm, m3/s n số vòng quay của trục bơm H: áp suất toàn phần của bơm, m
Vận$chuyển$chất$lỏng 2 w ' 1 2 g
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích
Bơm pittông Nguyên tắc làm việc của bơm pittông
Cấu tạo: - Phần thủy lực: phần trực tiếp vận chuyển chất lỏng - Phần dẫn động: Truyền năng lượng từ động cơ đến bơm, làm chất lỏng chuyển động
Phân loại bơm pittông - Phân loại theo: mục đích, điều kiện làm việc, tính chất chất lỏng cần vận chuyển - Phân chia theo phương pháp dẫn động: Bơm có dẫn động: động cơ truyền động qua tay biên quay Bơm tác dụng bằng hơi: Pittông được nối trực tiếp với máy hơi nước và làm việc nhờ động lực của máy hơi nước Bơm tay - Phân chia theo cách sắp đặt vị trí Pittông: Bơm nằm ngang Bơm thẳng đứng - Phân chia theo cách làm việc: Bơm tác dụng đơn Bơm tác dụng kép Bơm vi sai
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm tác dụng đơn - Có 2 loại: nằm ngang, thẳng đứng - Cấu tạo: một van hút, một van đẩy - Sau mỗi vòng quay của trục thì pittông chuyển động một luợt sang phải và một lượt sang trái, chất lỏng được hút và đẩy ra khỏi xi lanh một lần - Bơm làm việc không đều (nhược điểm chủ yếu)
Bơm nhúng chìm Van đẩy ngay trên pittông, khi pittông chuyển động lên phía trên, chất lỏng từ bể chứa, qua van hút vào xi lanh, đồng thời khối chất lỏng nằm trên pittôngđược đẩy vào ổng đẩy
Khi Pittông chuyển động xuống phía dưới, van hút đóng, van đẩy mở, chất lỏng phía dưới pittông chảy lên phía trên pittông Sau một khoảng chạy của pittông (đi lên): lỏng hút vào và đẩy ra đồng thời
Lúc pittông đi xuống, chạy không tải Bơm làm việc không đều
Thuận tiện để bơm nước ở giếng sâu, lỗ khoan (bơm có thể đặt ở lỗ sâu, xa mặt đất)
Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm$thể$tích
Bơm tác dụng đơn
Bơm màng
Xi lanh và pittông tách rời khỏi hộp van bằng một lớp màng đàn hồi Dùng bơm các dung dịch ăn mòn mạnh vì pittông và xilanh không tiếp xúc với môi trường ăn mòn, van và hộp van và màng được một lớp vật liệu chống ăn mòn bảo vệ
Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm$thể$tích
Bơm tác dụng kép
Có tác dụng như 2 đơn tác dụng đơn ghép lại với nhau, có 1 xi lanh, một pittông và 4 van Sau mỗi vòng quay của trục, pittông chuyển động tới và lui một lần, bơm hút và đẩy 2 lần Pittông chuyển động về phía phải, chất lỏng đươc hút vào buồng xi lanh bên trái qua van hút, đồng thời đẩy chất lỏng đã có trong buồng xi lanh bên phải qua van đẩy vào ống đẩy Pittông chuyển động về phía trái, chất lỏng được hút vào buồng xi lanh phải qua van hút, đồng thời đẩy chất lỏng đã có trong buống xi lanh trái vào ống đẩy qua van đẩy Ưu điểm: Chất lỏng được bơm đều đặn hơn bơm tác dụng đơn Nhược điểm: có nhiều van (bộ phận hay hỏng)
Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm$thể$tích
Bơm vi sai Cấu tạo: có hai buồng A và b nối với nhau bằng xi lanh chung , Pittông có đường kính D lớn và d nhỏ, d nhỏ nối trực tiếp với tay quay, Buồng A có 2 van: hút và đẩy, Buồng B không có van Pittông chuyển động sang phải: chất lỏng được hút vào buồng A qua van hút, chất lỏng trong buồng B được đẩy vào ống đẩy Pittông chuyển động về bên trái: van hút đóng, vai đẩy mở, chất lỏng chuyển động từ buồng A sang buồng B, một phần chất lỏng ở buồng A vào ống đẩy vì thể tích Buồng A lớn hơn buồng B Sau một lần quay của trục, bơm hút 1 lần và đẩy 2 lần Chọn D= 2d (thể tích buồng A = 2 lần buồng B) để lượng chất lỏng chảy vào ống đẩy đều đặn.
Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm$thể$tích
Bơm tác dụng ba
Cấu tạo: 3 bơm tác dụng đơn ghép lại thành một bộ có chung ống hút và ống đẩy Tay quay của 3 bơm có chung một trục nhưng lệch nhau 120 độ Chất lỏng được đưa vào ống đẩy đều đặn hơn các loại bơm nêu trên Phân bố lực trên một vòng quay của trục đều nên bánh đà của bơm không cần kích thước lớn
Vận$chuyển$chất$lỏng
Năng suất của bơm pittông Năng suất của bơm tác dụng đơn
3
Q
/
=
Hiệu$suất$thể$tích$ vào$khoảng$0,8$– 0,95
3
60
, hmFsn
/
=
60 , hmFsn Qt=0! Q Q 0 !! = 0
Qt
Năng suất của bơm tác dụng kép -Khi Pittông chuyển động về bnên phải, lượng chất lỏng được hút vào xi lanh bằng Fs, lượng chất lỏng đẩy ra là: (F-f)s. -Khi Pittông chạy về phía bên trái, lượng chất lỏng được hút vào là: (F-f)s và đẩy ra là Fs. -Sau mỗi vòng quay của trục, lượng chất lỏng được vận chuyển:
3
F
Fs
F
!
+
=
!
(
) sf
( 2
) msf ,
3
, mFs
fs
F
=
+
!
Vận$chuyển$chất$lỏng
Năng suất của bơm vi sai -Khi Pittông chuyển động về bnên phải, lượng chất lỏng được hút vào xi lanh bằng Fs, lượng chất lỏng đẩy ra là: (F-f)s. -Khi Pittông chạy về phía bên trái, chất lỏng chảy qua van đẩy là Fs, nhưng thể tích xi lanh bên phải chỉ chứa được một lượng chất lỏng (F-f)s, còn thừa một lượng fs ra ống đẩy -Sau mỗi vòng quay của trục, lượng chất lỏng được vận chuyển: (
) sf
Để chất lỏng được bơm đều:
3
F
, mfs
2
f
"
=
F =!
(
) sf
-Năng suất lý thuyết:
3
Q
60
/
,
=
!
( 2 Fn
) hmsf
Vận$chuyển$chất$lỏng
Hiệu suất thể tích của bơm Pittông
-Hiệu suất thể tích phụ thuộc:
- Độ ì của các van khi đóng và mở - Độ kín và các đoạn nối - Hiện tượng tích khí - Những bơm có cấu tạo tốt có hiệu suất thể tích đạt đến 0,97 – 0,99
Bơm không tốt: hiệu suất thể tích chỉ đạt <= 40%
Vận$chuyển$chất$lỏng
Đồ thị cung cấp của bơm pittông
Tay biên quay góc 0 và 180 độ thì nằm ngang - Khi trục quay được một vòng thì pittông chuyển động được quãng đường là 2s - Mỗi phút trục quay được n vòng, pittông chuyển động được 2sn - Chiều dài tay biên L rất lớn so với bán kính pittông - Vận tốc quay của trục Ctr = const - Vận tốc trung bình của pittông:
C
=
=
=
!sin
trC
sn 2 60
rn 2 30
wr
Ctr =
C
C
=
=
57,1
=
=
=
max
C tr
max C
! 2
rn ! 30
Thể tích chất lỏng được hút: V = V =
trFC rF " sin
!sin !
= =
rn ! 30 rn 2 30
s
=
"
=
!
FC FC 30 n
Vận$chuyển$chất$lỏng
Đồ thị cung cấp của bơm pittông
2
s
,
3 / sm
=
Qt
! 0
Đường kính xi lanh và số vòng quay của trục D " 4
n 60
Năng suất thực tế: - Phân loại bơm theo tốc độ quay: - n = 45 – 60vòng/phút là bơm chậm - n = 60 – 120vòng/phút là bơm trung bình - n = 120 – 180 vòng/phút là bơm nhanh
Vận$chuyển$chất$lỏng
Đồ thị cung cấp của bơm pittông
2
Đường kính xi lanh và số vòng quay của trục
s
,
3 / sm
=
Qt
! 0
D " 4
n 60
Với bơm dùng động cơ điện, số vòng quay cự đại là 250v/phút - Với Bơm pittông tác dụng kép, n = 50 -120v/phút - Tỉ số s/D được cho theo vận tốc trung bình của pittông, lựa chọn theo kinh nghiệm thực tế, phụ thuộc vào cấu tạo của bơm, s/D = 0,8 – 8: - Bơm nằm ngang: s/D = 1,4 – 3 - Bơm thẳng đứng: s/D = 0,9 – 1,5 Bơm nén thủy lực: s/D = 3 - 8 - Bơm nước: D<= 50mm, chọn C = 0,2 – 0,5 m/s - Bơm nước: D<= 150mm, chọn C = 0,5 – 0,9m/s - Bơm nước: D>= 50mm, chọn C = 1 – 2 m/s - Bơm có nối trực tiếp vào bộ phận dẫn động thì C = 0,3 – 0,7 m/s
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích
Áp suất toàn phần và chiều cao hút của bơm
Vận$tốc$chuyển$động$trung$ bình$của$Pittong
2
Giai đoạn hút:
C
+
=
+
+
+
hH + 1
hm .
h i 1
2 w 1 g 2
2
g
p 1 g !
p v g !
2
C
Giai đoạn đẩy:
+
=
+
+
+
hH + 2
đm .
h i
2
2
g
2 w 2 2 g
p r g !
p 2 g !
Áp suất tác dụng lên bơm chính là hiệu số áp suất hút và áp suất đẩy:
p
p
2 w 2
r
=
HH +
+
+
+
+
+
=
(
)
)
)
1
2
( h mh
h mđ
( h 1 i
h i
2
2 w ! 1 2 g
g "
p ! v g "
Coi:
=
p 1
p = 2
ap
Thông thường
2
2 w 2
w 1
nên
0
=
ww " 2
1
! g 2
2
p
p
p
p
w
h
=
HH =
+
"
+
H
=
=
+
+
o
h i
h o
!
w 2 g
g #
2 2 w 2 ! 1 g 2
g "
! đ g "
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích
Chiều cao hút của bơm pittông:
2
2 Cw ! v
H
"
+
!
!
h
h hm .
h i 1
2
g
p p 1 bh ! g g ##
Chiều cao hút của bơm phụ thuộc vào: - Áp suất bình chứa - Trở lực đường ống hút - Lực quán tính của chất lỏng do pittông chuyển động có gia tốc - Vận tốc trung bình của pittông - Nhiệt độ của chất lỏng và số vòng quay
Vận$chuyển$chất$lỏng
Pittông và Van
Bơm$thể$tích
Xi$lanh: thép,$gang,$sành,$…,$ mặt$trong$có$độ$nhẵn$cao
Van: Van$đĩa,$hình$vành$khăn,$ hình$cầu,$van$bản$lề
Pittong: thép,$bề$mặt$gia$công$ nhẵn
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích
Bơm cánh trượt
Cấu tạo: vỏ, trục có xẻ rãnh, trong rãnh có các cánh trượt - Nguyên tắc làm việc: Khi trục quay, theo tác dụng của lực ly tâm, các cánh trượt văng ra phía ngoài ép sát thành vỏ, chia vỏ bơm thành 2 vùng hút và đẩy - Năng suất: 2,5 – 60 l/s, áp suất 100 – 300m cột nước, n = 500 – 1500v/phút. Hiệu suất = 0,7 – 0,95
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$thể$tích
Bơm răng khía
Cấu tạo: Hai bánh xe răng khía quay ngược chiều nhau, khớp với nhau được đặt trong vỏ bơm. Một bánh dẫn động nhờ động có động cơ nối qua hộp giảm tốc - Nguyên tắc làm việc: Khi răng tách rời ra, tạo độ chân không, chất lỏng choán đầy chỗ 2 rãnh và cùng quay với nó. Khi 2 răng khớp nhau, áp suất tăng, chất lỏng bị đẩy ra ngoài - Năng suất: 0,3 – 2 l/s, áp suất 100 – 300m cột nước
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$ly$tâm
Phân loại bơm ly tâm
- Số bậc: một cấp, hai cấp - Hướng trục bơm: nằm ngang, thẳng đứng - Theo chuyển động của chất lỏng: có định hướng, không định hướng - Cấu tạo của cánh guồng: cửa vào chất lỏng hai phía hoặc một phía - Theo số vòng quay: bơm áp suất thấp (20m), trung bình (20-60m) và áp suất cao (trên 60m)
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$ly$tâm
Nguyên tắc làm việc
Nguyên tắc ly tâm: chất lỏng được hút và đẩy nhờ tác dụng của lực ly tâm khi cánh guồng quay
Cánh guồng quay với vận tốc lớn. Chất lỏng theo ống hút vào tâm guồng theo phương thẳng góc rồi vào rãnh giữa các cnahs guồng, cùng chuyển động với guồng. Dưới tác dụng của lực ly tâm, áp suất của chất lỏng tăng cao và văng ra khỏi guồng đi vào thân bơm, chuyển vào ống đẩy đi ra ngoài
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm$ly$tâm
-Tại tâm cánh guồng, tạo áp suất thấp, nhờ áp lực của bể chứa, chất lỏng dâng lên trong ống hút vào trong bơm. - Khi guồn quay, chất lỏng được hút và đẩy liên tục, chuyển động đều đặn - Đầu ống hút có lắp lưới lọc và van một chiều - Trên ống đẩy có lắp van một chiều để chất lỏng không bất ngờ dồng ngươic trở lại bơm nếu bơm bất ngờ dừng lại - Trên ống đẩy có lắp một van chắn để điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu - Chiều cao đẩy của bơm phụ thuộc vào tốc độ quay của cánh guồng (bơm một cấp tối đa là 50m)
Vận$chuyển$chất$lỏng
Sự chuyển động của chất lỏng trong bơm và phương trình cơ bản
3
Lưu lượng chất lỏng đi qua mỗi rãnh cánh guồng:
V
, smfw
/
=
!=! fw 11
22
Khi guồng quay, chất lỏng sẽ chuyển động với các vận tốc tại của vào và cửa ra của cánh guồng: Cửa vào -Vận tốc tương đối w’1 -Vận tốc vòng:
/ sm
,
u
=
2
,
/ sm
=
u 1
Cửa ra -Vận tốc tương đối w’2 Vận tốc vòng: 2 2 nr ! 60
2 1 nr ! 60
Vận tốc tuyệt đối bằng tổng hình học, C
"
+
2 u 1 u
2 C 1 C
+
"
!Cu 2 cos 11 1 !Cu 2 cos 2 2
2 2
2 2
2
) ( 2 =# w 1 ) ( 2 =# w 2 Cu1, Cu2 : Hình chiếu vận tốc tuyệt đối lên phương u1, u2
Vận$chuyển$chất$lỏng Sự chuyển động của chất lỏng trong bơm và phương trình cơ bản
Vận$chuyển$chất$lỏng
Sự chuyển động của chất lỏng trong bơm và phương trình cơ bản
Giả thiết: - Số cánh guồng lớn, cánh guồng mỏng nên vận tốc chất lỏng đi trong rãnh phân bố đều, áp suất của 2 bên cánh guồng là như nhau, làm cho dòng chất chuyển động song song - Chất lỏng lý tưởng, không có ma sát trong cánh guồng, không có va đạp tai cửa vào và cửa ra, không có dòng xoáy trong bơm, không có tổn thất áp suất do trở lực gây ra Áp suất lý thuyết:
p
C
p 1
2 2
=
+
H lt
2 C ! 1 g 2
! 2 g "
Vận$chuyển$chất$lỏng
Sự chuyển động của chất lỏng trong bơm và phương trình cơ bản
2
và cửa ra
Giả thiết cánh guồng đứng yên, chất lỏng quay với vận tốc tương đối như guồng quay -> năng lượng dự trữ trong 1kg chất lỏng ở cửa vào ! 1 w p 1 + 2 " 2 ! p 21 w 2 + 2 "
Cân bằng năng lượng khi không có tổn thất:
2
+
=
+
! w 1 2
2 ! w 2 2
p 1 "
p 2 "
Vận$chuyển$chất$lỏng
Sự chuyển động của chất lỏng trong bơm và phương trình cơ bản
Khi guồng quay, chất lỏng đựợc bổ sung năng lượng A do công của lực ly tâm:
A
+
+
=
+
2 ' w 1 2
2 ! w 2 2
p 1 "
p 2 "
Công A của lực ly tâm tạo ra khi chất lỏng dịch chuyển một đoạn dr: , rdr
N
2!= m
dA Lực ly tâm
,2!= NrmC
Công do lực ly tâm tạo ra khi 1kg chất lỏng chuyển dịch một đoạn dr:
dA
rdr
,
N
2!=
r 2
A
rdr
Nm
/
kg
=
2 #
=
2 #
"
( 2 r 2
) ,2 r 1
!
r 1
Nên:
u
và
=
=
r ! 2
2
r ! 1
u 1
u
2 2
2 u 1
A
=
! 2
2
Vận$chuyển$chất$lỏng Sự chuyển động của chất lỏng trong bơm và phương trình cơ bản Khi dịch chuyển một đoạn r2-r1:
Thay vào có:
u
2 2
2 u 1
+
+
=
+
" 2
! w 1 2
2 ! w 2 2
p 1 #
p 2 #
2
p
p
u
2
p 1
2 2
2 u 1
Rút ra:
=
=
+
2 "!" w w 2 1 2
! 2
#
! #
Vận$chuyển$chất$lỏng
Sự chuyển động của chất lỏng trong bơm và phương trình cơ bản
2
u
C
2 2
2 2
=
+
+
H lt
2 u ! 1 g 2
2 "!" w w 2 1 2 g
2 C ! 1 g 2
Số hạng thứ nhất: biến thiên áp suất do lực ly tâm tác dụng lên chất lỏng chuyển động từ r1 đến r2 Số hạng thứ hai: biến thiên áp suất do thay đổi vận tốc tương đối của dòng thay đổi khi đi qua guồng
cos
cos
Cu 2
2
Cu 1 1
! 1
=
H lt
! " 2 g
Vận$chuyển$chất$lỏng
Sự chuyển động của chất lỏng trong bơm và phương trình cơ bản
Pt cơ bản của bơm ly tâm áp dụng cho cả máy nén tuabin, máy thổi khí, quạt - Để chất lỏng không bị xô đẩy, gây tổn thất áp suất lớn, cho vào bơm theo phương pháp tuyến
Cu 2
2
! 2
α1= 90° Nên
u
Cu
=
=
H lt
2
2
cos g
1 g
=
Cu "
C u
2
2
r
2
cot !g 2
Áp suất lý thuyết phụ thuộc nhiều vào dạng cánh guồng góc β2 là góc giữa vận tốc dòng và vận tốc tương đối vì:
u
"
2 2
cot ! g 2
H
=
lt
Cu 2 2 r g
- Nếu cánh guồng cong về phía sau, β2 < 90°, cotgβ2 có giá trị dương, và
H lt
2 u 2< g
H lt
- Nếu cánh guồng cong về phía trước, β2 > 90°, cotgβ2 có giá trị âm, và 2 u 2> g
- Nếu cánh guồng thẳng góc, β2 = 90°, cotgβ2 =0 và
H lt
2 u 2= g
Vận$chuyển$chất$lỏng
Hay được làm cong về phía sau vì có trở lực nhỏ nhất - Chất lỏng không lý tưởng, có ma sát và trở lực thủy lực gây ra tổn thất áp suất - Số cánh guồng có hạn nên các phần tử chất lỏng chuyển động trong rãnh cánh guồng không như giả thiết Thực tế:
!"ltHH =
η: hiệu suất thủy lực 0,8 -0.95 ε: hệ số hiệu chỉnh, 0,56 – 0,84
Vận$chuyển$chất$lỏng
H
+
=
+
+
"
1
Vận$chuyển$chất$lỏng Chiều cao hút của bơm ly tâm
!+
2 w 1 2 g
pa g #
p 1 g #
2 2 C w 1 1 2 2 g g p1: áp suất chất lỏng tại cửa vào của guồng
2
2
2
C 1
H
(
'
+
+
1
w ' 1 2 g
w ) g 1 * 2
p a g +
p bh g +
& $ $ %
# ! ! "
Hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm Khi bơm làm việc, có một bộ phận nào đó có áp suất đột ngột thấp hơn áp suất hơi bão hòa, chất lỏng bốc hơi thành khí hòa tan vào chất lỏng ra ngoài. Khí và hơi này đến của cánh guồng có áp suất lớn sẽ ngưng tụ, phá vỡ các túi khí, tạo thành những khoảng trống, chất lỏng dồng vào đây và gây va đập thủy lực, làm tiếc ồn và rung chuyển bơm, có thể phá hỏng bơm. Tránh xâm thực, người ta tăng áp suất lỏng ở cửa vào của bơm, lamg giảm chiều cao hút, hoặc chế tạo cánh guồng băng nhưngc vật liệu bền
Vận$chuyển$chất$lỏng
Năng suất, Công suất và Hiệu suất của bơm ly tâm
Q Cbr 1118,1 != tt QQ != v
Công suất thực tế của bơm ly tâm được tính với hiệu suất tổng η (tổng hợp của hiệu suất cơ học, hiệu suất thủy lực, hiệu suất thể tích), khối lượng riêng của chất lỏng ρ, năng suất N và chiều cao toàn phần:
N =
"
QH !
Vận$chuyển$chất$lỏng
Định luật tỉ lệ
2
3
HnQ
n
!
!
nN !
tp
2
3
1
=
=
=
H H
N 1 N
Q 1 Q 2
n 1 n 2
2
n 1 n 2
2
n 1 n 2
& $$ %
# !! "
& $$ %
# !! "
Vận$chuyển$chất$lỏng
Đặc tuyến của bơm
- Quan hệ: Q - N, Q – ! được gọi là đường đặc tuyến của bơm ly tâm
Vận$chuyển$chất$lỏng Các đặc trưng làm việc của bơm: N=f(Q) η=f(Q) H=f(Q)
Vận$chuyển$chất$lỏng
Vận$chuyển$chất$lỏng
Ưu nhược điểm của bơm ly tâm Ưu điểm •Chế tạo đơn giản, có thể chế tạo bằng nhiều loại vật liệu khác nhau •Không dùng van •Làm việc với vận tốc cao (tới 100Hz), có thể nối trực tiếp với động cơ điện. Nói chung, vận tốc bơm càng lớn thì motor và kích thước bơm cang nhỏ đối với một năng suất nhất định •Năng suất ổn định •Chi phí bảo dưỡng nhỏ hơn các loại bơm khác •Không hư hỏng nếu đường ống đẩybị tắc (trong thời gian ngắn) •Kích thước nhỏ hơn bơm Pittông với công suất tương đương •Có thể vận chuyển các huyền phù có nồng độ chất rắn tương đối cao
Vận$chuyển$chất$lỏng
Ưu nhược điểm của bơm ly tâm Nhược điểm •Nếu bơm một cấp thì không tạo ra được áp suất cao. Bơm nhiều cấp đắt tiền, bơm nhiều cấp lại không thể làm băng các vật liệu chống ăn mòn do nó có cấu trúc phức tạp •Chỉ có thể hoạt động với hiệu suất cao với những điều kiện nhất định •Phải có thao tác mồi bơm •Không thể bơm các chất lỏng có độ nhớt cao
Vận$chuyển$chất$lỏng
Điểm làm việc của bơm ly tâm s
Vận$chuyển$chất$lỏng
Ghép bơm song song
Vận$chuyển$chất$lỏng Ghép bơm nối tiếp
Vận$chuyển$chất$lỏng
Đồng dạng của bơm ly tâm
Điều kiện tính toán chuyển qui mô cho bơm ly tâm:
- Giữ không đổi đồng dạng về hình học
- Dòng chuyển động, chế độ thủy lực
tỉ lệ vận tốc dòng và vận tốc vòng không đổi, lực ma sát và lực quán tính như nhau
const
const
const
=
=
=
3
5
Q nd
gH 2 2 dn
N 3 dn
!
d: kích thước đặc trưng của bộ phận bất kỳ của bơm (vd: cánh guồng)
Vận$chuyển$chất$lỏng
Đồng dạng của bơm ly tâm
Độ quay nhanh của cánh guồng
65,3
ns =
Qn 3
4
H
D
trong
ns
D
Đường kính ngoài cánh guồng
ngoai
Độ quay nhanh của cánh guồng > 350
Chất lỏng chuyển động theo đường chéo hoặc song song vói trục
Năng suất Q tăng, áp suất đẩy giảm (dùng vận chuyển chất lỏng trong trong nghiệp)
Vận$chuyển$chất$lỏng
Ưu nhược điểm của bơm ly tâm Ưu điểm •Chế tạo đơn giản, có thể chế tạo bằng nhiều loại vật liệu khác nhau •Không dùng van •Làm việc với vận tốc cao (tới 100Hz), có thể nối trực tiếp với động cơ điện. Nói chung, vận tốc bơm cang lớn thì motor và kích thước bơm càng nhỏ đối với một năng suất nhất định •Năng suất ổn định •Chi phí bảo dưỡng nhỏ hơn các loại bơm khác •Không hư hỏng nếu đường ống đẩybị tắc (trong thời gian ngắn) •Kích thước nhỏ hơn bơm Pittông với công suất tương đương •Có thể vận chuyển các huyền phù có nồng độ chất rắn tương đối cao
Vận$chuyển$chất$lỏng
Ưu nhược điểm của bơm ly tâm
Nhược điểm •Nếu bơm một cấp thì không tạo ra được áp suất cao. Bơm nhiều cấp đắt tiền, bơm nhiều cấp lại không thể làm bằng các vật liệu chống ăn mòn do có cấu trúc phức tạp •Chỉ có thể hoạt động với hiệu suất cao với những điều kiện nhất định •Phải có thao tác mồi bơm
•Không thể bơm các chất lỏng có độ nhớt cao
Vận$chuyển$chất$lỏng Bơm hướng trục
Đặc trưng Hay được dùng trong thủy lợi vì có năng suất cao, áp suất nhỏ Năng suất 0, 1 đến 25m3 Áp suất 4 -6m Hiệu suất 90%
Nguyên tắc làm việc - Trong thân bơm, chất lỏng chuyển động dọc theo trục nhờ chong chóng quay Khi ra khỏi chong chóng, chất lỏng được bộ phận hướng chất lỏng chuyển từ chuyển động quay sang chuyển động thẳng theo trục - Trở lực nhỏ, cấu tạo đơn giản
Phạm vi sử dụng Tuần hoàn dung dịch trong hệ thống cô đặc
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm xoáy lốc
Đặc trưng Hút và đẩy đều theo phương pháp tuyến Cấu tạo Guồng có các hóc nhỏ theo hướng bán kính đặt trong thân hình trụ. Giữa guồng và thân có rãnh Nguyên tắc làm việc - Nhờ lực ly tâm mà chất lỏng đựoc hút vào các hốc của guồng rồi đưa vào ống đẩy - Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng trong hốc bị văng ra các rãnh Trong rãnh, duới tác dụng của áp suất thủy tĩnh, một phần chất lỏng bị đẩy vào hốc tiếp theo Phạm vi sử dụng - Công suất nhỏ, vài chục kW - Bơm các chất lỏng ít nhớt, không có cặn bẩn - Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ, áp suất lớn
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm sục khí
Nguyên tắc làm việc Theo nguyên tắc bình thông nhau Khí nén qua ống đẩy 1 thổi vào ống 2 làm chất lỏng sủi bọt, khối lượng riêng giảm, hỗn hợp này dâng lên qua ống 3, được dẫn vào bể chứa đổ vào bể chứa
Phạm vi sử dụng - Cấu tạo đơn giản, không có bộ phân truyền động - Có thể làm việc ở nhiệt độ cao - Hiệu suất thấp, năng suất nhỏ - Có thể hút được nhiều loại chất lỏng, kể cả Axit
Vận$chuyển$chất$lỏng
Bơm Tuye
Đặc trưng - Chất lỏng/khí có vận tốc lớn đi qua cửa thắt vào buồng trộn, tạo chân không, hút chất lỏng vào buồng chứa - Chất lỏng/khí ban đầu trộn lẫn với dòng chất lỏng cần bơm vào ống có tiết diện rộng dần, vận tốc giảm biến thành thế năng đẩy hỗn hợp (áp suất đẩy này còn lớn hơn áp suất chất lỏng/khí làm việc lúc đầu) - Cấu tạo đơn giản - Vận chuyển được các chất lỏng có tính ăn mòn cao - Chỉ bơm được chất lỏng nào cho phép trộn lẫn với chất lỏng dẫn - Hiệu suất thấp
Phạm vi sử dụng Hay dùng để bơm nước vào nồi hơi
Vận$chuyển$chất$lỏng
Thùng nén
Đặc trưng - Hình trụ đứng hoặc nằm ngang chứa không khí nén/khí trơ - Chất lỏng chảy vào thùng qua van 2 khi mở thông với khí quyển - Đẩy chất lỏng lên cao: mở van cho khí nén vào, đóng van thông khí quyển, mở van đẩy - Làm việc gián đoạn, hoặc bán liện tục - Không có bộ phân chuyển động nên ít ăn mòn - Có thể bơm chất lỏng có độ ănmòn cao - Cồng kềnh, hiệu suất thấp
Vận$chuyển$chất$lỏng
Ống xiphông
Nguyên tắc làm việc - Đưa chất lỏng từ bình này sang bình khác dựa trên chênh lệch áp suất giữa mặt thoáng chất lỏng trong bình và trong ống - Chẩt lỏng phải chứa đầy ống 2 - Khóa van 5 và 3 - Mở van 4 cho bơm chân không hút chất lỏng vào đầy ống 2 - Mở van 3, đóng van 4 - Chất lỏng sẽ liên tục chảy từ bình 1 ra ngoài theo ống 3 - Muốn ngừng làm việc thi mở van 5 thông áp
Vận$chuyển$chất$lỏng
So#sánh#và#chọn#bơm?
Vận$chuyển$chất$lỏng
