intTypePromotion=3

Giáo trình truyền động thủy lực và khí nén - ĐH Nông nghiệp Hà Nội

Chia sẻ: Nguyễn Thị Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:403

0
830
lượt xem
421
download

Giáo trình truyền động thủy lực và khí nén - ĐH Nông nghiệp Hà Nội

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

Giáo trình truyền động thủy lực và khí nén giới thiệu những kiến thức cơ bản nhất trong kỹ thuật thủy lực và khí nén, như các cơ sở vật lý và kỹ thuật của thủy lực và khí nén, các nguyên tắc cấu tạo và các tính chất hoạt động cơ bản của các phần tử cấu trúc như bơm dầu, máy nén khí, các van điều khiển, các động cơ và xy lanh lực. Bên cạnh đó, cuốn sách còn đề cập đến các kiến thức về kết nối mạch thủy lực, khí nén, về tính chất hoạt động của các mạch truyền động và điều khiển tiêu biểu, về khả năng điều khiển và điều chỉnh hệ thống một cách tự động, từ đó tạo khả năng để lựa chọn các phần tử tiêu chuẩn và thiết kế các hệ thống truyền động, điều khiển thủy lực, khí nén phù hợp với yêu cầu công nghệ đặt ra.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình truyền động thủy lực và khí nén - ĐH Nông nghiệp Hà Nội

  1. B GIÁO D C VÀ ðÀO T O TRƯ NG ð I H C NÔNG NGHI P HÀ N I Pgs.ts. BÙI H I TRI U (Ch biên) ts. nGUY N NG C QU , ts. ð H U QUY T TS. NGUY N VĂN H U GIÁO TRÌNH TRUY N ð NG THU L C VÀ KHÍ NÉN Hµ néi – 2006
  2. Lêi nãi ®Çu Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, cïng víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña kü thuËt tù ®éng ho¸, kü thuËt ®iÖn tö v kü thuËt sè, kü thuËt thuû khÝ ng y c ng cã ý nghÜa lín trong c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng v ®iÒu khiÓn. Trong c¸c lÜnh vùc chÕ t¹o m¸y v kü thuËt « t« - m¸y kÐo, thuû lùc v khÝ nÐn ®ang cã mét vai trß ®¸ng kÓ do cã mËt ®é c«ng suÊt cao, cÊu tróc hÖ thèng ®¬n gi¶n, ®é tin cËy cao, v ®Æc biÖt l cã kh¶ n¨ng thiÕt lËp mét hÖ thèng truyÒn ®éng v ®iÒu khiÓn bÊt kú víi c¸c phÇn tö cÊu tróc tiªu chuÈn. H¬n n÷a, kh¶ n¨ng bè trÝ c¸c phÇn tö tù do v linh ®éng theo kh«ng gian v sö dông c¸c van ®iÒu khiÓn ®iÖn cã chi phÝ c«ng suÊt nhá l tiÒn ®Ò quan träng cho c¸c gi¶i ph¸p truyÒn ®éng hiÖn ®¹i. §Æc ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn ®éng thuû lùc, khÝ nÐn l c¸c phÇn tö cÊu tróc ®ßi hái ®é chÝnh x¸c chÕ t¹o v ®é bÒn rÊt cao, do ®ã ®Ó chÕ t¹o ho n thiÖn mét hÖ thèng víi tr×nh ®é c«ng nghÖ hiÖn t¹i ë n−íc ta l ch−a cho phÐp. ThiÕt kÕ hÖ thèng trªn c¬ së lùa chän v nhËp ngo¹i c¸c phÇn tö cÊu tróc tiªu chuÈn, tù chÕ t¹o c¸c phÇn th« ®Ó ho n thiÖn hÖ thèng truyÒn ®éng v ®iÒu khiÓn theo nhiÖm vô c«ng nghÖ cho tr−íc ®ang l h−íng ®i ®óng ®Ó ph¸t triÓn kü thuËt thuû lùc v khÝ nÐn ë ViÖt Nam hiÖn nay. §ã còng chÝnh l môc ®Ých m cuèn s¸ch n y muèn ®¹t ®Õn. Gi¸o tr×nh TruyÒn ®éng Thuû lùc v KhÝ nÐn giíi thiÖu nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n nhÊt trong kü thuËt thuû lùc v khÝ nÐn, nh− c¸c c¬ së vËt lý v kü thuËt cña thuû lùc v khÝ nÐn, c¸c nguyªn t¾c cÊu t¹o v c¸c tÝnh chÊt ho¹t ®éng c¬ b¶n cña c¸c phÇn tö cÊu tróc nh− b¬m dÇu, m¸y nÐn khÝ, c¸c van ®iÒu khiÓn, c¸c ®éng c¬ v c¸c xy lanh lùc. Bªn c¹nh ®ã, cuèn s¸ch cßn ®Ò cËp ®Õn c¸c kiÕn thøc vÒ kÕt nèi m¹ch thuû lùc, khÝ nÐn, vÒ tÝnh chÊt ho¹t ®éng cña c¸c m¹ch truyÒn ®éng v ®iÒu khiÓn tiªu biÓu, vÒ kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn v ®iÒu chØnh hÖ thèng mét c¸ch tù ®éng, tõ ®ã t¹o kh¶ n¨ng ®Ó lùa chän c¸c phÇn tö tiªu chuÈn v thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng, ®iÒu khiÓn thuû lùc, khÝ nÐn phï hîp víi yªu cÇu c«ng nghÖ ® ®Æt ra. Gi¸o tr×nh truyÒn ®éng thuû lùc v khÝ nÐn ®−îc biªn so¹n theo yªu cÇu gi¶ng d¹y m«n häc TruyÒn ®éng Thuû lùc v KhÝ nÐn cho sinh viªn ng nh kü thuËt c¬ khÝ, tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp I - H Néi. KiÕn thøc cña m«n häc l m c¬ së cho c¸c m«n häc tiÕp theo, nh− « t« - m¸y kÐo v xe chuyªn dông, c¸c m¸y n«ng nghiÖp phøc t¹p, m¸y v thiÕt bÞ trong b¶o qu¶n v chÕ biÕn n«ng s¶n. Ngo i ra, gi¸o tr×nh còng cã thÓ ®−îc sö dông l m t i liÖu tham kh¶o cho sinh viªn v kü s− ho¹t ®éng trong c¸c lÜnh vùc chÕ t¹o m¸y v tù ®éng ho¸. Gi¸o tr×nh n y do PGS. TS. Bïi H¶i Triªï, tr−ëng bé m«n Kü thuËt §éng lùc l m chñ biªn, TS. NguyÔn V¨n Hùu - bé m«n M¸y N«ng nghiÖp, TS. NguyÔn Ngäc QuÕ - bé m«n Kü thuËt §éng lùc, TS. §ç H÷u QuyÕt – bé m«n C¬ häc kü thuËt cïng tham gia biªn so¹n. Gi¸o tr×nh n y ®−îc biªn so¹n trªn c¬ së nh÷ng t i liÖu gi¶ng d¹y v nghiªn cøu trong v ngo i n−íc vÒ kü thuËt thuû khÝ, vÒ øng dông cña thuû lùc v khÝ nÐn trong c¸c lÜnh vùc kü thuËt, ®Æc biÖt l øng dông trªn c¸c m¸y tù h nh ho¹t ®éng trong c¸c lÜnh vùc: l©m nghiÖp, x©y dùng, giao th«ng, khai kho¸ng … §Ó ho n thiÖn cuèn gi¸o tr×nh n y c¸c t¸c gi¶ xin c¸m ¬n TS. Hans Maack, viÖn C¬ §iÖn tö v Kü thuËt TruyÒn ®éng, Tr−êng Tæng hîp Rostock ® tÆng v gióp s−u tÇm c¸c t i liÖu quan träng trong lÜnh vùc kü thuËt thuû khÝ. C¸c t¸c gi¶ còng xin c¶m ¬n GS. TS. Renuis, ViÖn m¸y N«ng nghiÖp, tr−êng B¸ch khoa Munich ® khuyÕn khÝch, t− vÊn x©y dùng m«n häc v gi¸o tr×nh TruyÒn ®éng Thuû lùc v KhÝ nÐn øng dông trong lÜnh vùc c¬ khÝ n«ng nghiÖp. M«n häc TruyÒn ®éng thuû lùc v khÝ nÐn lÇn ®Çu tiªn ®−îc x©y dùng, do ®ã gi¸o tr×nh sÏ kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. RÊt mong b¹n ®äc ®ãng gãp nh÷ng ý kiÕn ®Ó cuèn s¸ch ®−îc ho n thiÖn h¬n. C¸c ý kiÕn ®ãng gãp phª b×nh xin göi vÒ Bé m«n Kü thuËt §éng lùc, Khoa C¬ - §iÖn, Tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp I – H Néi. Xin ch©n th nh c¶m ¬n! C¸c t¸c gi¶
  3. M ñ u Trong ngành cơ khí, truy n ñ ng thu l c và khí nén ñư c x p vào chuyên ngành k thu t truy n l c. Nhi m v c a k thu t truy n l c là xây d ng h th ng truy n l c c a máy hay thi t b sao cho nhi m c công ngh c a chúng ñư c th c hi n t i ưu. Thí d h th ng truy n l c c a m t xe hơi, h th ng truy n l c c a m t máy ép,… ð ng H th ng Máy hay thi t b Me, ωe Ma, ωa, (Fa, va) cơ truy n ñ ng c n d n ñ ng Hình 1. Sơ ñ nguyên lý c a m t h th ng truy n l c C u trúc cơ b n c a m t h th ng truy n l c ñư c trình bày trên hình 1. Công su t truy n l c ñư c cung c p t ñ ng cơ ñi n hay ñ ng cơ ñ t trong. Các thông s ra Me và ωe c a ñ ng cơ c n ñư c chuy n ñ i thành các thông s vào yêu c u c a m t máy hay thi t b chuy n ñ ng quay Ma, ωa, ho c là các thông s vào c a máy hay thi t b chuy n ñ ng t nh ti n Fa, va nh m t b chuy n ñ i. Nhi m v chuy n ñ i năng lư ng này ñư c các h th ng truy n ñ ng ñ m nh n. ð i v i các máy công tác khác nhau, các nhà thi t k có r t nhi u d ng truy n ñ ng khác nhau ñ l a ch n ra phương án phù h p v i ñi u ki n c th . Các h th ng truy n ñ ng có th ñư c phân lo i theo lo i ph n t ñ chuy n ñ i các thông s vào thành các thông s ra: * Truy n ñ ng cơ h c: Các ph n t truy n năng lư ng là các b truy n cơ h c (bánh răng, ñai, xích, v.v.). Trong lo i truy n ñ ng này vi c thay ñ i t s truy n vô c p ch có th th c hi n trong kho ng gi i h n. Truy n ñ ng cơ h c yêu c u m t không gian l p ñ t c ñ nh gi a ñ ng cơ truy n l c và máy công tác. * Truy n ñ ng ñi n: T n s quay c a ñ ng cơ ñi n hi n nay có th thay ñ i trong m t kho ng r ng. Nh ñó m t ph n ch c năng truy n ñ ng t ñ ng cơ và ñi u khi n truy n ñ ng ñã ñư c th c hi n ngay trên ñ ng cơ ñi n. Trong ña s các trư ng h p, h th ng truy n ñ ng ñi n c n có m t b truy n cơ h c v i t s truy n không ñ i ñ làm thích ng mô men quay và t n s quay v i các thông s yêu c u c a thi t b c n d n ñ ng. H th ng truy n ñ ng ñi n cũng yêu c u m t không gian l p ñ t xác ñ nh gi a ñ ng cơ và máy công tác. * Truy n ñ ng thu l c: Trong truy n ñ ng thu l c vi c truy n công su t trong h th ng do ch t l ng ñ m nh n. Tuỳ theo vi c s d ng năng lư ng c a dòng ch t l ng là th năng hay ñ ng năng mà h th ng ñư c g i là truy n ñ ng thu tĩnh hay truy n ñ ng thu ñ ng. + Truy n ñ ng thu tĩnh làm vi c theo nguyên lý choán ch . Trong trư ng h p ñơn gi n nh t, h th ng g m m t bơm ñư c truy n ñ ng cơ h c cung c p m t lưu lư ng ch t l ng ñ làm chuy n ñ ng m t xy lanh hay m t ñ ng cơ thu l c. Áp su t t o b i t i tr ng trên ñ ng cơ hay xi lanh l c cùng v i lưu lư ng ñưa ñ n t bơm t o thành công su t cơ h c truy n ñ n các máy công tác. ð c tính c a truy n l c thu tĩnh có tính ch t: t n s quay cũng như v n t c c a máy công tác trong th c t không ph thu c vào t i tr ng. Do có kh năng tách bơm và ñ ng cơ theo không gian và s d ng các ñư ng ng r t linh ñ ng nên không c n m t không gian l p ñ t xác ñ nh gi a ñ ng cơ và máy công tác. Trên h th ng truy n ñ ng thu tĩnh có th thay ñ i t s truy n vô c p trong m t kho ng r ng. Ch t l ng thu l c hi n nay Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….1
  4. có th ñư c s d ng là d u t d u m , ch t l ng khó cháy, d u có ngu n g c th c v t ho c nư c. + Truy n ñ ng thu ñ ng ñư c c u t o t m t ph n bơm và m t ph n ñ ng cơ (tua bin). Vi c chuy n ñ i mô men và t n s quay ñư c th c hi n nh ñ ng năng c a kh i ch t l ng. ðư ng ñ c tính c a truy n ñ ng thu ñ ng có tính ch t: t n s quay c a ph n b ñ ng gi m khi mô men quay tăng. Trong s d ng, truy n ñ ng thu ñ ng có c u trúc g n nhưng yêu c u có m t không gian xác ñ nh gi a ñ ng cơ và thi t b c n d n ñ ng. * Truy n ñ ng khí nén: C u trúc t ng quát c a truy n ñ ng khí nén cũng tương t như c u trúc c a truy n ñ ng thu tĩnh. ði u khác bi t cơ b n d n ñ n s khác bi t v tính ch t ho t ñ ng và c u trúc c a các chi ti t là môi ch t truy n năng lư ng. Trong các h th ng truy n ñ ng khí nén môi ch t là không khí nén – m t ch t “l ng” ch u nén. Như v y có th l y không khí t môi trư ng, nén l i, truy n d n làm ho t ñ ng các ñ ng cơ khí nén ho c xy lanh khí nén và l i th i ra môi trư ng. Ngoài ra ñ thi t k m t h th ng truy n l c còn có các gi i pháp k t h p: thu l c – khí nén; ñi n – khí nén; ñi n – thu l c, … Gi i pháp t i ưu cho m t nhi m v ñi u khi n và truy n l c luôn ph thu c vào m c ñ th c hi n các yêu c u công ngh , k thu t và kinh t . Trong k thu t có hàng lo t các trư ng h p ng d ng và các lĩnh v c ng d ng tiêu bi u. Khi ñó vi c l a ch n s d ng lo i truy n l c và truy n ñ ng nào là d a vào các l i th ñ c bi t c a m t lo i. Các b truy n l c t nh ti n ñ kh c ph c l c t i l n v i v n t c nh thư ng ñư c th c hi n b ng thu l c. Thí d cho các trư ng h p này là các máy nén ép trong công nghi p ô tô và công nghi p ch t o v t li u nhân t o, b ph n nâng h trong các máy nâng hàng, máy xúc và c n c u t hành,… C truy n ñ ng c a các máy công tác h ng n ng và các máy công nghi p cũng ñư c th c hi n b ng thu l c. Trong các máy công c , trong k thu t rô b t và ch t o máy, trong ch t o tàu bi n, hàng không, trên các xe v n t i cũng luôn g p các ng d ng c a k thu t thu l c và khí nén. Trong k thu t truy n l c, ñi u khi n và ñi u ch nh ngoài thu l c và khí nén còn ng d ng c các gi i pháp cơ h c, ñi n - ñi n t ho c liên h p các gi i pháp. ð c bi t các b truy n thu l c - ñi n và khí nén - ñi n ngày càng ñư c phát tri n r ng rãi do ñư c k t n i v i máy tính và ng d ng k thu t ñi u khi n s . Các h th ng thu l c và khí nén ñi u khi n s ngày càng có ý nghĩa l n trong s n xu t. Nh ng cơ s v t lý, nh ng ki n th c v c u trúc, các nguyên lý ho t ñ ng c a các thi t b cũng như các m ch thu l c và khí nén ñư c trình bày trong cu n sách s giúp cho sinh viên và các k sư cơ khí có th thi t k ñư c các h th ng truy n l c thu l c và khí nén ho t ñ ng có hi u qu và chính xác. T ñó t o ra kh năng m r ng ph m vi ng d ng c a k thu t thu khí. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….2
  5. Ph n A Truy n ñ ng thu l c Chương I Cơ s k thu t truy n ñ ng thu l c 1.1. C u trúc và ho t ñ ng c a m t b truy n ñ ng thu l c C u trúc và tác ñ ng l n nhau c a các nhóm c u trúc truy n ñ ng thu l c ñư c trình bày trên hình 1.1. Ph n thu l c bao g m bơm thu l c ñ t o dòng d u có áp su t, xy lanh thu l c ho c ñ ng cơ thu l c là ph t i. Gi a các ph n t cơ b n còn có ng d n d u, các van ñi u khi n và các b ph n ph tr thu l c ñ c bi t như bình l c, b làm mát, b tích áp và các b ph n khác. Máy công Chuy n ñ i công Chuy n ñ i Máy ñ ng tác (máy nén su t cơ h c công su t l c ép ho c cơ h c (ñ ng cơ truy n l c Pch= F.v ñi n ho c chuy n ñ ng Pch = M 1ω1 ho c ñ ng cơ c a xe hơi) Pch = M 2 ω 2 ñ t trong) F v M1 n1 M2 n2 ðư ng ng Xy lanh Công su t Công su t Bơm p Ph ki n thu l c thu l c thu l c thu l c Ph n t ho c ñ ng Prl= p.Q Q Prl= pQ ñi u khi n cơ thu l c Hình 1.1. Sơ ñ truy n công su t trong m t thi t b thu l c Máy ñ ng l c thư ng ñư c s d ng là ñ ng cơ ñi n ho c ñ ng cơ ñ t trong, truy n cho bơm mô men quay M1 và t n s quay n1 (v/s) và cung c p m t công su t cơ h c: Pch. =2 πM1n1 Công su t này ñư c chuy n ñ i thành công su t thu l c trong bơm: Prl. = pQ, trong ñó: p là áp su t d u yêu c u t máy công tác; Q- lưu lưu lư ng ñư c tính t t n s quay và kích thư c c a bơm. Dòng d u có áp su t trong thi t b thu l c ñư c d n qua các ñư ng ng và các van ñi u khi n ñ n xy lanh l c ho c ñ ng cơ thu l c, t i ñó công su t thu l c l i ñư c bi n ñ i thành công su t cơ h c c n thi t c a máy công tác. ð i v i các xy lanh thu l c công su t c n thi t ñư c tính theo l c yêu c u trên c n pít tông và v n t c pít tông: Pch. = Fv ð i v i ñ ng cơ thu l c công su t yêu c u ñư c tính theo s li u c a máy công tác: Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….3
  6. Pmech. = 2 πM2n2 Sơ ñ k thu t bi u di n b truy n theo ký hi u m ch xy lanh thu l c ñư c trình bày trên hình 1.2. Hình trên cùng (1.2a) mô t ho t ñ ng chung c a bơm thu l c, xy lanh thu l c và thùng d u. Trong sơ ñ này s d ng bơm có th tích làm vi c không ñ i và m t xy lanh tác ñ ng kép. Bơm thu l c hút d u t bình và cung c p lưu lư ng d u Q v i áp su t p ñ n xy lanh. Lưu lư ng Q t l thu n v i t n s quay c a bơm d u và xác ñ nh v n t c c a pít tông. Mô men truy n l c t l thu n v i áp su t ñư c t o ra ng v i t i tr ng tác ñ ng lên pít tông. a) b) c) Hình 1.2. Truy n ñ ng cho m t xy lanh thu l c a- C u trúc cơ b n; b- Hành tình ti n; c- Hành trình tr v . Do bơm ch cung c p m t phía, trong khi ñó xy lanh l i c n chuy n ñ ng ñư c c hai chi u, cho nên c n b trí m t van phân ph i ñ hư ng d n dòng d u ñ n m i phía mong mu n c a pít tông. Van phân ph i xác ñ nh vi c kh i hành, d ng l i và chi u chuy n ñ ng (nghĩa là toàn b quá trình chuy n ñ ng) c a pít tông. Trên hình 1.2b van phân ph i ñang v trí ñi u khi n hành trình ti n c a pít tông. Lúc ñó dòng d u t bơm chuy n ñ ng qua van ñ n ph n bên trái c a xy lanh và ñ y pít tông chuy n ñ ng sang ph i, ñ ng th i ph n d u ngăn bên ph i pít tông ñư c ch y qua van tr v thùng. Hành trình tr v ñư c th c hi n khi van phân ph i v trí ñ i di n (hình 1.2c). T i v trí trung gian c a van phân ph i c hai ñư ng d u ñ n xy lanh ñ u b ch n l i và dòng d u t bơm có th ch y g n như không có áp su t v thùng. ð ñ m b o an toàn cho thi t b thu l c ho c h n ch áp su t c c ñ i ngư i ta s d ng các van gi i h n áp su t (hình 1.2b,c). Khi áp su t d u t o ra áp l c l n hơn l c lò xo, Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….4
  7. van s m ra và dòng d u t bơm s ch y qua van v thùng mang theo c ph n nhi t lư ng sinh ra khi ñó trong h th ng. Sơ ñ truy n ñ ng cho m t ñ ng cơ thu l c cũng có th ñư c s d ng tương t . Sơ ñ ho t ñ ng và sơ ñ m ch thu l c ñ i v i ñ ng cơ thu l c không thay ñ i th tích làm vi c ñư c trình bày trên hình 1.3. ð ng cơ có th quay hai chi u nh chuy n m ch van phân ph i. Van gi i h n áp su t ñư c b trí ñ gi i h n mô men quay khi quá t i. 1 2 3 Hình 1.3. Truy n ñ ng cho m t ñ ng cơ thu l c 1- Van gi i h n áp su t; 2- Van phân ph i 4/3; 3- ð ng cơ thu l c. Trong nhi u trư ng h p s d ng c n tìm nh ng gi i pháp thích h p cho các h th ng truy n l c. Khi ñó c n bi t ưu ñi m, như c ñi m c a m i lo i truy n l c. Các tính ch t ưu vi t c a truy n ñ ng thu l c ñư c tóm t t như sau: • K t c u ñơn gi n nh các c m chi ti t tiêu chu n; • Có th b trí t do t t c các chi ti t mà không c n chú ý ñ n v trí c a liên h p cơ h c; • Truy n l c l n khi th tích k t c u tương ñ i nh do có tr ng lư ng trên ñơn v công su t c a bơm và ñ ng cơ nh (tr ng lư ng công su t c a ñ ng cơ thu l c so v i ñ ng cơ ñi n là 1/10); • Tính ch t ñ ng l c h c khá t t (tăng t c, gi m t c) do mô men quán tính c a ñ ng cơ thu l c nh (t l mô men quán tính so v i ñ ng cơ ñi n cùng mô men quay là 1/50); • Chuy n ñ i ñơn gi n chuy n ñ ng quay thành chuy n ñ ng dao ñ ng và ngư c l i; • ð o chi u ñơn gi n; • Thay ñ i t s truy n vô c p theo t i tr ng (ñ c bi t có l i cho các máy t hành); • B o v quá t i ñơn gi n nh van gi i h n áp su t; • Giám sát ñơn gi n nh áp k ; • Có kh năng t ñ ng hoá chuy n ñ ng d dàng. Bên c nh ñó, các như c ñi m làm h n ch kh năng s d ng truy n ñ ng thu l c là: • Hi u su t th p so v i truy n ñ ng cơ h c, do ma sát c a ch t l ng trong ñư ng ng và các ph n t , do hao t n l t dòng trong các khe h l p ghép; • Không th (hay khó) ñ ng b quá trình chuy n ñ ng do hi n tư ng trư t gi a ph n ch ñ ng và ph n th ñ ng, do hao t n l t dòng và tính ch u nén c a d u; • Chi phí ch t o cao do yêu c u ñ chính xác cao c a các ph n t trong h th ng thu l c. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….5
  8. 1.2. Ch t l ng thu l c Ch t l ng thu l c là môi ch t mang năng lư ng trong h th ng thu l c. Ki n th c v lo i ch t l ng, v tính ch t và v tính ch t ho t ñ ng có ý nghĩa rât l n ñ i v i vi c thi t k và v n hành các thi t b thu l c. 1.2.1. Nhi m v và yêu c u Nhi m v c a ch t l ng thu l c là truy n l c và lưu thông dư i d ng m t dòng ch t l ng có áp su t t bơm thu l c ñ n ñ ng cơ và xy lanh thu l c. Ngoài ra ch t l ng thu l c còn ñ m nh n vi c bôi trơn, ch ng r và làm mát các chi ti t c a h th ng. Yêu c u v ch t l ng thu l c xu t phát t nhi m v c a chúng. Tuy nhiên gi a các thi t b khác nhau có các d ng yêu c u khác nhau, ñôi khi còn mâu thu n v i nhau. Có th tham kh o các yêu c u quan tr ng nh t dư i ñây: • Tính ch t nhi t ñ - ñ nh t h p lý, ñ nh t c n thay ñ i ít nh t trong kho ng nhi t ñ r ng ; • Tính ch t ch ng mòn và bôi trơn t t, c n lưu ý là luôn xu t hi n ch ñ ma sát h n h p nh t là ñ i v i các máy thu l c pít tông; • Tính ch ng r t t, thích ng v i các ph t làm kín, các ph n t cao su, v t li u nhân t o và h p kim ; • ð b n lão hoá t t k c trong các ñi u ki n làm vi c n ng n ; • Kh năng tách b t khí t t. 1.2.2. Phân lo i ch t l ng thu l c a) Các lo i Trong truy n ñ ng thu tĩnh ngư i ta s d ng ch y u các lo i ch t l ng thu l c sau: - Ch t l ng thu l c t d u m (d u khoáng); - Ch t l ng thu l c khó cháy. D u khoáng là ch t l ng thu l c ñư c s d ng ph bi n nh t, ñây là lo i d u chuyên dùng cho các thi t b thu l c có pha thêm m t s ch t ph gia. Các ch t ph gia dùng ñ c i thi n các tính ch t c a d u thu l c, thí d tính ch t nh t – nhi t ñ , tính ch t bôi trơn – ch ng mòn, tính ch t ch ng r ho c ñ b n lão hoá. Ch t l ng thu l c khó cháy có nhi t ñ b t cháy cao hơn h n d u khoáng, thư ng ñư c s d ng trên các thi t b có nguy cơ cháy n . Có hai lo i ch t l ng thu l c khó cháy là ch t l ng ch a nư c có ngu n g c d u m và ch t l ng không ch a nư c trên cơ s v t li u t ng h p. Ngoài ra trên các thi t b t hành còn s d ng d u ñ ng cơ và d u truy n l c làm ch t l ng thu l c. D u này ñư c s d ng trong m t m ch d u chung v a ñ bôi trơn ñ ng cơ và h p s , v a ñ th c hi n c nhi m v truy n l c trong h th ng thu l c. ðôi khi trên các thi t b di ñ ng và có nhi t ñ làm vi c th p ngư i ta còn s d ng d u truy n l c t ñ ng (ATF) làm ch t l ng thu l c, ví d trong b ph n lái tuỳ ñ ng c a PKW. b) Cơ s phân lo i Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….6
  9. D u khoáng ñư c phân lo i theo ñ nh t (Viscosity Grad: VG). Cơ s phân lo i theo ñ nh t là d a trên ñ nh t ñ ng h c trung bình t i nhi t ñ chu n 400C (b ng 1.1). ð thi t b thu l c ho t ñ ng t t c n gi m t gi i h n ñ nh t xác ñ nh, gi i h n ñó ñư c các nhà s n xu t d u thu l c quy ñ nh. Dư i ñây là m t s giá tr kinh nghi m có th tham kh o: νmax (kh i hành l nh) 50 … 1000 mm2/s (cSt); νhñ (ho t ñ ng lâu dài) 15 ... 80 mm2/s (cSt); νmin (ho t ñ ng ng n h n) 10 mm2/s (cSt). B ng 1.1 Phân lo i ñ nh t ISO ñ i v i d u thu l c theo DIN E51524 Lo i ñ nh t ð nh t ñ ng h c trung bình 400C (mm2/s - cSt) ISOVG 10 10 ISOVG 22 22 ISOVG 32 32 ISOVG 46 46 ISOVG 68 68 ISOVG 100 100 Ch t l ng thu l c khó cháy ñư c phân ra 4 vùng ñ nh t theo báo cáo Luxemburg l n th 5 (b ng 1.2). B ng 1.2. Phân lo i ñ nh t ch t l ng thu l c khó cháy Vùng ñ nh t ð nh t ñ ng h c 500C (mm2/s - cSt) HFA - 1 1 ñ n 1,5 HFA – 2 11 ñ n 14 HFA – 4 20 ñ n 40 HFA - 8 50 ñ n 70 D u ñ ng cơ và d u truy n l c ñư c phân lo i theo SAE. B ng 1.3 trình bày các giá tr s li u quan tr ng nh t c a các ch t l ng thu l c thông d ng trên các thi t b thu l c t hành. B ng 1.3. T ng h p các s li u quan tr ng nh t c a ch t l ng thu l c Tính ch t v t li u Ký hi u ðơn v D u khoáng ð nh t ñ ng h c 400C ν mm2/s 10 - 100 Kh i lư ng riêng 150C ρ g/cm3 0,85 – 0,91 H s giãn n nhi t γ 1/K ≈ 0,65.10-4 ð nén k 1/bar ≈ 7.10-5 Mô ñun nén K bar ≈ 1,4.104 H s hoà tan Bunsen α 1 ≈ 0,09 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….7
  10. Nhi t dung riêng C kJ/(kg.0K) 1,83 – 1,91 H s d n nhi t 200C λ W/(m.0K) 0,11 – 0,14 0 Nhi t ñ b c cháy tF C 125 – 205 0 Nhi t ñ t cháy tZ C 310 – 360 0 Nhi t ñ ho t ñ ng c c ñ i tmax C 90 Do s phát tri n không ng ng trong lĩnh v c k thu t thu l c và ch t l ng thu l c, do s c n thi t làm thích ng các tiêu chu n qu c gia và qu c t v i nhau nên vi c tiêu chu n hoá luôn n m trong tr ng thái v n ñ ng. Các trích d n trong tài li u này ch ñưa ra m t s các tiêu chu n quan tr ng nh t ñ tham kh o. 1.2.3. Các tính ch t v t lý a) Tính ch t nh t ð nh t là m t thông s ñ c trưng ñ c bi t quan tr ng trong lĩnh v c k thu t thu l c. ð nh t cung c p thông tin v ma sát trong c a ch t l ng thu l c và cùng v i kh i lư ng riêng c a ch t l ng cung c p thông tin v tính ch t c n trên dòng ch y (thí d trên ñư ng ng), và quan tr ng hơn c là cung c p thông tin v kh năng t i c a ch t l ng, có nghĩa là v kh năng ch u t i c a các ph n t máy, các tr c trên trư t ho c pít tông và xy lanh. ð d dàng làm sáng t khái ni m ñ nh t có th s d ng m t thí d quen thu c dư i ñây (hình 1.4): Hai t m ph ng song song chuy n ñ ng tương ñ i v i nhau v i m t v n t c nh có môi trư ng ngăn cách là ch t l ng. T m ph ng dư i không chuy n ñ ng còn t m ph ng trên chuy n ñ ng sang ph i v i v n t c vxp. Trong kho ng cách gi a hai t m có s phân b v n t c ch t l ng theo t l : vxp y Vx ( y) Vxp vx(y) = h x y h vx= 0 Hình 1.4. Phân b v n t c ch t l ng gi a hai t m ph ng song song T ñó xu t hi n s c c n ma sát trên m t ñơn v di n tích hay còn g i là ng su t trư t ma sát: dVx τ = −η dy ðây là ñ nh lu t Niu tơn quen thu c v ma sát, trong ñó h s t l η ñư c g i là ñ nh t ñ ng l c h c. ð i v i k thu t thu l c ñ nh t ñ ng h c ν thư ng có kh năng bi u hi n cao hơn vì nó mô t tính ch t dòng ch y c a ch t l ng dư i nh hư ng c a quán tính kh i lư ng và l c tr ng trư ng. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….8
  11. η ν= (1.2) ρ Các h ñơn v dư i ñây ñư c s d ng cho ñ nh t: + ð nh t ñ ng l c h c η: 1 Ns/m2 = 1 Pa.s = 103 mPa.s ho c 1 P (Poise) = 100 cP = 10-1 Ns/m2; + ð nh t ñ ng h c ν: 1 m2/s = 106 mm2/s ho c 1 St (Stoke) = 100 cSt = 100 mm2/s. C hai lo i ñ nh t ph thu c r t m nh vào nhi t ñ và áp su t. Tính ch t nhi t ñ - ñ nh t Nhi t ñ càng tăng ñ nh t c a ch t l ng càng gi m. Ch t l ng thu l c b loãng ñi thì s c c n ma sát gi m, tuy nhiên kh năng t i c a ch t l ng cũng gi m. Tính ch t ñ nh t – nhi t ñ cho trư ng h p d u khoáng áp su t khí quy n có th ñư c bi u di n b ng công th c th c nghi m: b η(ϑ) = ke c+ ϑ ho c theo d ng: b ln η(ϑ) = + ln k (1.3) c+ν H s k ñư c tính b ng Ns/m2, các h s b, c ñư c tính b ng 0C. S ph thu c m nh c a ñ nh t ñ ng h c vào nhi t ñ ñư c th hi n rõ hơn trên ñ th hình 1.5. ð c bi t th y rõ r ng, s thay ñ i nhi t ñ vùng nhi t ñ th p làm thay ñ i ñ nh t m nh hơn vùng nhi t ñ cao. Thí d v i d u khoáng: Khi thay ñ i nhi t ñ t 200C lên 300C, ñ nh t gi m t 134,5 xu ng 75,4 mm2/s; Khi thay ñ i nhi t ñ t 600C lên 700C, ñ nh t gi m t 20,7 xu ng 14,9 mm2/s. 10000 600 mm2/s mm2 1000 ISO VG100 500 62 s 200 ð nh t ñ ng h c ν 46 ð nh t ñ ng h c ν 400 100 50 300 20 200 10 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c vàISO VG32 khí nén…..……………….9 100 5 22 10 0
  12. Hình 1.5. S thay ñ i ñ nh t ν Hình 1.6. Bi u ñ Ubbelohde ñ xác theo nhi t ñ ñ nh tính ch t ñ nh t – nhi t ñ (HL 46, VI 100, p0 = 1 bar) (ISO VG 10./.100, VI 100, p0 = 1 bar) Trong th c t các nhà thi t k không tính toán tính ch t ñ nh t – nhi t ñ theo công th c (1.3) mà tra theo m t bi u ñ ñơn gi n do các hãng s n xu t d u khoáng cung c p, bi u ñ Ubbelohde (hình 1.6). ð mô t tính ch t ñ nh t – nhi t ñ , ñ c bi t ñ so sánh các lo i d u v i nhau ngư i ta thư ng s d ng m t thông s ñ c trưng n a g i là ch s ñ nh t VI. VI càng tăng ñư ng cong ñ nh t – nhi t ñ càng th ng hơn, có nghĩa là ñ nh t thay ñ i càng ít theo nhi t ñ . VI c a các d u khoáng thông thư ng có giá tr ≈ 100, n u b sung ch t ph gia có th làm tăng giá tr VI. Tính ch t nhi t ñ – áp su t – ñ nh t Áp su t tăng s làm tăng ñ nh t c a ch t l ng thu l c. Ch t l ng tr nên ñ c hơn s làm 10000 tăng s c c n ma sát, tuy nhiên cũng làm tăng kh mm2/s năng t i. Tính ch t nhi t ñ – áp su t – ñ nh t 1000 p=601 bar cũng có th ñư c xác ñ nh t công th c th c 500 401bar nghi m: 200 ð nh t ñ ng h c ν 100 η ( P ) = η o e α ( p − po ) (1.4) 50 Trong ñó: η0 là ñ nh t ñ ng l c h c t i áp 30 20 su t p0; α (1/bar) là h s áp su t – ñ nh t, α ph thu c vào c u trúc d u, ñ nh t và nhi t ñ , v i 10 d u khoáng α n m trong kho ng (1,3 - 2,4).10-3 p =201 bar (1/bar). 5 1bar Tính ch t nhi t ñ – áp su t – ñ nh t có th tra c u t bi u ñ (hình 1.7). T bi u ñ nh n 0 th y r ng, nh hư ng c a áp su t ñ n ñ nh t ñ ng 0 20 40 60 80 0C 120 h c không m nh m như ñ i v i nhi t ñ . Khi Nhi t ñ ϑ nhi t ñ kho ng 300C, áp su t tăng t 1 ñ n 300 Hình 1.7. Bi u ñ xác ñ nh tính bar, ñ nh t cũng ch tăng kho ng 2 l n. ch t nhi t ñ – áp su t – ñ nh t nhi t ñ cao áp su t có nh hư ng ñ n ñ (HL 46, VI 100) nh t nh hơn nhi t ñ th p. 0,94 g/cm3 0 0 C 0,90 ng riêng ρ 40 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….10 60 0,88 80 0,86 100
  13. b) Tính ch t kh i lư ng riêng Kh i lư ng riêng c a ch t l ng là t l gi a kh i lư ng và th tích c a nó: m ρ= (1.5) V Kh i lư ng riêng là m t thông s ñ c trưng ñ tính toán s c c n dòng ch y có nghĩa là hao t n dòng ch y và cũng là thông s ñ tính toán hao t n va ñ p trong ñư ng ng và các ph n t c u trúc. Kh i lư ng riêng cũng ph thu c vào nhi t ñ và áp su t. S ph thu c vào nhi t ñ và áp su t c a kh i lư ng riêng có th ñư c tra c u r t thu n l i t ñ th . Hình 1.8 là m t thí d bi u di n s tăng kh i lư ng riêng khi tăng áp su t và gi m khi tăng nhi t ñ . Nhi t ñ và áp su t nh hư ng ñ n kh i lư ng riêng v i m c ñ không gi ng như ñ i v i ñ nh t. nh hư ng c a nhi t ñ và áp su t ñ n kh i lư ng riêng cũng có th ñư c bi u di n theo các công th c th c nghi m. Tính ch t nhi t ñ – kh i lư ng riêng Tính ch t nhi t ñ – kh i lư ng riêng có th ñư c mô t theo công th c: ρ0 ρ(ϑ) = (1.6) 1 + γ (ϑ − ϑ 0 ) Trong ñó: ρ0 (kg/m3) và ϑ0 (0C) là kh i lư ng riêng và nhi t ñ trong ñi u ki n d n xu t, γ (1/K) là h s giãn n nhi t c a d u. N u l y nhi t ñ d n xu t là 150C thì công th c (1.5) tr thành: ρ150 C ρ(ϑ) = 1 + γ (ϑ − 15) H s giãn n nhi t γ mô t tính ch t giãn n c a d u t i áp su t không ñ i. 1  δV  γ=   V0  δϑ  p Khi áp su t tăng thì h s giãn n nhi t γ s gi m. N u gi thi t r ng, ñ i v i d u khoáng tính ch t nhi t ñ – kh i lư ng riêng là tuy n tính trong vùng nhi t ñ ho t ñ ng (ñi u này là cho phép trong th c t ), thì h s giãn n nhi t có th ñư c xác ñ nh theo công th c: ∆V γ= V0 (ϑ − ϑ 0 ) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….11
  14. T các bi u th c trên có th xác ñ nh ñư c các m i quan h gi a lư ng bi n ñ i th tích và kh i lư ng riêng c a m t ch t l ng thu l c theo s bi n ñ i c a nhi t ñ ,: ∆ V = V ( ϑ ) − V0 = γ V0 ( ϑ − ϑ 0 ) ∆ ρ = ρ ( ϑ ) − ρ 0 = − γρ ( ϑ )( ϑ − ϑ 0 ) Giá tr γ áp su t khí quy n có th l y tương ng theo các lo i d u như sau: d u khoáng: 0,65.10-3 K-1 d u HFC; 0,70.10-3 K-1 d u HFD; 0,75.10-3 K-1 Thí d dư i ñây làm rõ thêm s nh hư ng c a nhi t ñ : Dư i áp su t khí quy n, tăng nhi t ñ t 15 ñ n 650C (tăng 500C) thì kh i lư ng riêng gi m t 0,877 xu ng 0,847 g/cm3, có nghĩa là gi m x p x 3,4%. T ñó cho th y, gia tăng nhi t ñ lên 100C s làm thay ñ i th tích d u kho ng 0,7%. Tính ch t áp su t – kh i lư ng riêng Tính ch t áp su t – kh i lư ng riêng c a ch t l ng thu l c có ý nghĩa trong vi c ñánh giá tính ch t ñ ng l c h c c a m t thi t b thu l c. Công th c dư i ñây mô t tính ch t áp su t – kh i lư ng riêng: ρ0 ρ( p ) = (1.7) 1 − k (p − p 0 ) 3 Trong ñó: ρ0 (kg/m ) và p0 là các giá tr kh i lư ng riêng và áp su t ñi u ki n chu n; k (1/bar) là h s nén, mô t tính ch t nén khi nhi t ñ không ñ i: 1 δV k=− ( )ϑ V0 δp Thông s t l ngh ch v i k là mô ñun nén K = 1/k. T hình 1.8 cho th y có th tính toán quan h áp su t – kh i lư ng riêng theo quan h tuy n tính. Do v y h s nén ñư c xác ñ nh theo: − ∆V k= V0 (p − p 0 ) Như v y, v i các lo i ch t l ng thu l c s thay ñ i th tích cũng như kh i lư ng riêng ph thu c vào áp su t ñư c xác ñ nh theo bi u th c: ∆V = V(p) − V0 = −kV0 (p − p 0 ) H s nén và mô ñun nén ñ i v i các lo i d u thu l c ñư c l y như sau: D u khoáng k = 0,7.10-4 1/bar); K = 1,4.104 bar; D u HFC k = 0,3.10-4 1/bar; K = 3,3.104 bar; D u HFD k = 0,35.10-4 bar; K = 2,85.104 bar. Tính ch t nén c a d u thu l c c n ñư c ñ c bi t chú ý khi áp su t c a h th ng l n hơn 150 bar. Thí d dư i ñây làm sáng t thêm ñi u ñó: N u tăng áp su t t 1 ñ n 301 bar (tăng thêm 300 bar) t i nhi t ñ 150C thì kh i lư ng riêng tăng t 0,877 ñ n 0,982 g/cm3, có nghĩa là tăng 2,1%. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….12
  15. Tương ng th y r ng, khi tăng áp su t thêm 100 bar thì th tích d u gi m ñi kho ng 0,7%. c) Kh năng ti p nh n không khí c a d u thu l c Không khí có th ñư c hàm ch a trong d u thu l c hai d ng: - Không khí hoà tan; - Không khí không hoà tan, có nghĩa là d ng b t khí. Khi còn d ng hoà tan trong d u, không khí không nh hư ng ñ n tính ch t c a d u thu l c, có nghĩa là không làm thay ñ i ñ n tính ch u nén c a d u. Trong tr ng thái bão hoà, d u khoáng có th hoà tan kho ng 9% th tích không khí, có nghĩa là trong m t lít d u có th hoà tan ñư c 90 cm3 không khí. Kh năng ti p nh n không khí c a d u tăng khi áp su t tăng, trong khi s thay ñ i c a nhi t ñ l i h u như không nh hư ng ñ n kh năng này. Kh năng ti p nh n c c ñ i d ng hoà tan c a th tích không khí có th ñư c tính theo ñ nh lu t Henry: p Vkk = Vd α (1.8) p0 Trong ñó: Vol là th tích d u t i áp su t khí quy n; α - h s hoà tan Bunsen, có th l y giá tr 0,09 ñ i v i d u khoáng; p - áp su t tuy t ñ i. B t khí s xu t hi n trong d u khi kh năng ti p nh n không khí c a d u d ng hoà tan ñã vư t quá m c gi i h n. ð ng th i không khí d ng hoà tan cũng có th chuy n thành b t khí nh ng nơi có áp su t vư t qua giá tr áp su t bão hoà, thí d trên ñư ng ng n p, t i các ch cong g p, ñ ng sau v trí ti t lưu,… B t khí cũng có th xâm nh p khi n p khí, do l t khí t i các ch n t trên ñư ng d u v thùng. B t khí làm cho d u b “m m” ñi, làm gi m mô ñun nén K. Khi tăng áp su t có th gây va ñ p sau bơm, gây chuy n ñ ng ngư c, làm cho t n s quay thay ñ i theo d ng b c, gây n, gãy ho c mài mòn (xâm th c). Chính vì v y c n ph i thi t k b ph n tách b t, mà trư c h t là tách b t trong thùng d u. 1.3. Cơ s k thu t thu tĩnh 1.3.1. Tính ch t thu tĩnh c a ch t l ng Khi phát tri n lý thuy t v ch t l ng, ngư i ta xu t phát t gi thi t ch t l ng lý tư ng. ðây là ch t l ng không ma sát, không ch u nén, không giãn n , khi ñư c n p vào thùng ch truy n áp l c vuông góc v i thành và ñáy thùng (hình 1.9). ð l n c a áp su t ph thu c vào c t ch t l ng, có nghĩa là kho ng cách t ñi m ño ñ n m t thoáng c a ch t l ng: p = ρgh (1.9) V i ch t l ng lý tư ng, không xu t hi n l c ti p tuy n cũng như các ng su t ti p t i thành thùng và gi a các l p ch t l ng. F A h p p p Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….13
  16. Hình 1.9. Phân b áp su t trong Hình 1.10. L c tác ñ ng lên pít thùng ch a ch t l ng lý tư ng tông c a m t xy lanh thu l c Khi tính toán các thi t b thu tĩnh có th gi thi t b qua tr ng lư ng b n thân c a ch t l ng do quá nh so v i l c tác ñ ng ngoài. Áp su t t o ra t l c ngoài (hình 1.10) ñư c xác ñ nh theo bi u th c: F p= (1.10) A Áp su t này có th ñư c t o ra t chuy n ñ ng gián ño n c a thi t b ví d như pít tông trong xy lanh ho c chuy n ñ ng liên t c như trong bơm bánh răng, bơm cánh quay,… 1.3.2. Chuy n ñ i năng lư ng nh pít tông và xy lanh Áp su t làm vi c t o ra trong thi t b nâng trên hình 1.11 s là: F1 F p= = 2 (1.11) A1 A 2 N u b qua hao t n l t dòng, chuy n ñ ng cu n theo pít tông thì s làm d ch chuy n các th tích như nhau: V1 = V2 = A1s1 = A 2 s 2 (1.12) F2 T ñó có: s1 A 2 A = , F2 = 2 F1 (1.13) s 2 A1 A1 S2 v1 A 2 S1 và = (1.14) v 2 A1 A2 F1 Công d ch chuy n c a ch t l ng khi ñó s là: A1 W = F1s 1 = F2 s 2 (1.15) Hình 1.11. Sơ ñ thi t b nâng thu l c và công su t: P = Fv (1.16) Q Do F = Ap và v = nên A P = pQ (1.17) Trong ñó Q là lưu lư ng dòng ch t l ng. 1.3.3. Chuy n ñ i năng lư ng trong thi t b thu l c chuy n ñ ng quay Trên hình 1.12 trình bày sơ ñ m t bơm thu l c cánh quay. Trong m t vòng quay, cánh quay có di n tích A chuy n ñ ng ñư c quãng ñư ng 2πr và cu n theo m t th tích ch t l ng: Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….14
  17. V = 2πrA (1.18) Th tích choán ch này c a bơm và ñ ng cơ thu l c còn ñư c g i là th tích làm vi c. Lưu lư ng tính theo t n s quay s là: Q = Vn (1.19) 1 M N u gi thi t r ng, bơm (1) và ñ ng cơ p (2) c a m t truy n ñ ng thu l c ho t ñ ng không có hao t n thì lưu lư ng bơm Q1 s 3 ϕ b ng lưu lư ng ti p nh n c a ñ ng cơ Q2: A Q1 = Q 2 = V1 n 1 = V2 n 2 2 r n 1 V2 Có nghĩa là: = (1.20) n 2 V1 Hình 1.12. Bơm thu l c cánh quay Mô men quay sinh ra trong các máy 1- V ; 2- Rô to; 3- Cánh quay. thu l c chuy n ñ ng quay (hình 1.12) s là: M = pAr (1.21) trong ñó p là áp su t t o ra trong bơm theo yêu c u c a t i tr ng. V V i A= , công th c (1.21) có d ng: 2πr pV M= (1.22) 2π pQ ho c: M= (1.23) 2πn T ñó, công su t s n ra ho c công su t ti p nh n c a m t máy thu l c chuy n ñ ng quay s là: P = Mω = M 2πn (1.24) P = pQ (1.25) ñây n ñư c tính là s vòng quay trong 1 giây và tương ng Q là lư ng ch t l ng trong 1 giây. 1.4. Cơ s thu ñ ng l c h c C s lý thuy t c a cơ h c ch t l ng cũng như thu ñ ng l c h c ñư c xu t phát t ch t l ng lý tư ng. Trong ñó các nhà khoa h c ñã xây d ng ñư c các công th c tính toán quan tr ng. ð u th k 20 Prandt l n ñ u tiên ñã t ng h p thu n tuý lý thuy t v thu ñ ng l c h c v i k thu t thu l c ñư c các k sư ng d ng trong s n xu t b ng cách b sung thêm l c ma sát sinh ra do tính nh t c a ch t l ng thu l c. Cơ s ñ tính toán các thi t b thu l c là các phương trình liên t c, phương trình Bernoulli cho ch t l ng thu l c. Các phương pháp tính toán s c c n dòng ch y, có nghĩa là các phương pháp tính toán hao t n áp su t trong các ng d n có ý nghĩa quan tr ng trong th c t . 1.4.1. Phương trình liên t c Dòng ch y d ng c a ch t l ng lý tư ng tho mãn ñ nh lu t b o toàn kh i lư ng: Lưu kh i m1 ch y qua m t c t A1 luôn b ng v i lưu kh i m 2 ch y qua m t c t A2. ð i v i ch t & & l ng có kh i lư ng riêng không ñ i ñ nh lu t này ñúng cho c trư ng h p ch y không d ng. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….15
  18. Kh i lư ng ch t l ng (lưu kh i) ch y qua m t m t c t ñư ng ng trong m t ñơn v th i gian ñư c xác ñ nh theo: m = ρAv & (1.26) A2 Tương ng hình 1.13, tho mãn: v1 A1 v2 ρ1 A 1 v 1 = ρ 2 A 2 v 2 (1.27) m2 m1 Q2 ð i v i ch t l ng có kh i lư ng Q1 riêng không ñ i: Hình 1.13. Dòng ch y qua ng thu h p A 1 v1 = A 2 v 2 (1.28) 1.4.2. Phương trình Bernoulli Phương trình Bernoulli xu t phát t gi thi t r ng năng lư ng c a m t ch t l ng ch y d ng không ma sát trên m i ñi m c a m t c t ngang t i m i th i ñi m là không ñ i. Phương trình này tho mãn trong trư ng h p riêng c a dòng ch y m t chi u, và cũng bi u di n trư ng h p ñ c bi t c a h phương trình vi phân Navier-Stocke xây d ng cho trư ng h p t ng quát cho dòng ch y 3 chi u. M c dù v y cũng có th ng d ng ñ chính xác làm cơ s tính toán trong lĩnh v c thu l c d u. Năng lư ng t i m t ñi m xác ñ nh trên ñư ng dòng c a m t dòng ch y ch t l ng lý tư ng bao g m ñ ng năng dòng ch y, áp năng c a ch t l ng và th năng. Hình 1.14 trình bày sơ ñ dòng ch y qua hai m t c t khác nhau. Phương trình Bernoulli vi t cho trư ng h p này như sau: 2 ρ1 v 1 ρ v2 p1 + + ρ1gh 1 = p 2 + 2 2 + ρ 2 gh 2 (1.29) 2 2 ð i v i ch t l ng không ch u nén: p2; Q2 ρv 2 ρv 2 p1; Q1 p 1 + 1 + ρgh 1 = p 2 + 2 + ρgh 2 2 2 v2 ho c t ng quát: v1 h2 ρv 2 h1 p+ + ρgh = const (1.30) 2 Th năng v trí c a ch t l ng h u như trong 1 2 t t c các trư ng h p ng d ng c a k thu t thu l c thư ng ñư c b qua do có giá tr quá nh so v i Hình 1.14. Dòng ch y qua ñ ng năng và áp năng. Như v y phương trình hai m t c t khác nhau Bernoulli trong k thu t thu l c có th vi t: ρv 2 p+ = const (1.31) 2 1.4.3. Hao t n áp su t trong ñư ng ng a) Các khái ni m cơ b n Khác v i ch t l ng lý tư ng, ch t l ng th c có tính ch u nén và ma sát, hơn n a ma sát có ý nghĩa ch y u ñ tính toán và ñánh giá các quá trình ñ ng l c h c v i ch t l ng, ñ c bi t Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….16
  19. ñ xác ñ nh s c c n dòng ch y khi ch y qua ñư ng ng ho c các ph n t m ch thu l c. Trong ch t l ng thu l c xu t hi n c ma sát trong gi a các l p ch t l ng v i nhau và c ma sát gi a ch t l ng v i thành ng d n. Như v y ngoài các l c ñã bi t còn xu t hi n thêm l c ti p tuy n và ng su t ti p. ng su t ti p ñư c t o ra do ma sát gi a các l p ch t l ng và ñ bám c a ch t l ng v i thành ng, t ñó t o ra s c c n, có nghĩa là hao t n áp su t khi ch t l ng ch y qua ng d n. Hao t n áp su t tăng khi tăng ñ nh t c a ch t l ng và do ñó hao t n áp su t trong các thi t b thu l c d u cao hơn r t nhi u so v i các thi t b s d ng môi ch t có ñ nh t nh , thí d như nư c. Khi tính toán m t thi t b thu l c ñ ng b c n ph i tính ñ n c hao t n áp su t c c b t i các ch cong, gãy khúc, n i ng và t i các van,… Prandt ñã xây d ng các công th c xác ñ nh hao t n áp su t khi ch t l ng th c ch y trong ng d n b ng cách l y quan h t l thu n gi a áp su t v i ñ ng năng dòng ch y: dp 1 ρv 2 = −λ R (1.32) dl d 2 Tích phân hai v phương trình này s ñư c công th c hao t n áp su t dòng ch y không ch u nén, ch y d ng và ñ ng nhi t: l ρv 2 ∆p = p1 − p 2 = λ R (1.33) d 2 Trong ñó (hình 1.15) ∆p = p1 – p2 là hao t n áp su t trong ño n ng l t m t c t 1 ñ n m t c t 2; d - ñư ng kính trong c a ng; v - v n t c dòng ch y ; ρ - kh i lư ng riêng c a ch t l ng. 1 2 l H s t l λR là h s c n c a ñư ng ng, là m t hàm s c a s Reynold Re: λ R = f (Re) (1.34) p1 p2 < p1 vd vdρ ∆p = (1.35) Re = ν η Hình 1.15. Hao t n áp su t v i ν là ñ nh t ñ ng h c và η là ñ nh t ñ ng trên ng th ng l c h c. 0,06 H s c n c a ñư ng ng λR 0,05 d/k=100 0,04 200 0,03 λR=64/Re 500 1 Re λR 1000 0,020 = 2 log 2000 λR 2,51 Prand 0,016 5000 0,014 Regh=2320 k=0 0,012 Ch. t λR=0,3164Re-0,25 Trư ng ð i h c Nông nghi p ng N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….17 Hà Ch. r i Blasius Re 0,010 3 10 2 3 4 6 8 104 2 3 4 6 8 105 2 3 4 6 8 106
  20. Hình 1.16. Bi u ñ t ng h p s c c n dòng ch y λR 100 40 H s c n c a ñư ng ng λR 20 10 4 λR=64/Re 2 1 0,4 0,2 0,1 λR=0,3164.Re-0,25 0,04 0,02 Re 0,01 2 3 4 5 6 1 2 4 610 2 4 6 10 2 4 6 10 2 4 10 2 4 10 2 4 10 Hình 1.17. Bi u ñ tính toán s c c n dòng ch y thu l c d u Trong k thu t thu l c d u cũng phân chia thành hai trư ng h p, ch y t ng và ch y r i. Ngoài ra trong c hai trư ng h p cũng quan tâm ñ n các quá trình ch y ñ ng nhi t hay không ñ ng nhi t. ð i v i các trư ng h p môi ch t có ñ nh t nh như nư c, không khí có th tính toán v i quá trình ch y ñ ng nhi t, còn d u thu l c có ñ nh t r t cao nên ch có th tính toán v i quá trình không ñ ng nhi t. Tuy nhiên có th tính toán g n ñúng v i quá trình ño n nhi t. S ph thu c c a h s c n λR vào s Reynold ñã ñư c Prandt và c ng s và các nhà khoa h c khác nghiên c u ñ y ñ . Các k t qu nghiên c u ñư c t ng h p trên hình 1.16. Do hai nguyên nhân dư i ñây mà vi c s d ng bi u ñ này cho k thu t thu l c d u s g p khó khăn. Th nh t ñây không tính ñ n tình tr ng không ñ ng nhi t nên không ñưa ra các s li u hi u ch nh hao t n áp su t v n dĩ là quá l n. Th hai, c n quan tâm c ñ n vùng có s Reynold nh nhưng ñây l i xu t phát t Re=103. ð tính toán trong lĩnh v c thu l c d u nên s d ng bi u ñ hình 1.17. b) Dòng ch y t ng Dòng ch y ñ ng nhi t Khi ch y t ng, ñ ng nhi t xu t hi n profil dòng ch y d ng Parabol (hình 1.18). V n t c dòng ch y trung bình theo m t c t ngang có th tính theo v n t c c c ñ i: v = 0,5 vmax (1.36) Trong vùng ch y t ng có th xây d ng b ng gi i tích m t công th c hao t n áp su t trong ñư ng ng mà không c n s tr giúp c a nghiên c u th c nghi m. Tách m t phân t ch t l ng πy2l, trên di n tích ñáy c a phân t hình tr này tác d ng m t áp l c πy2p1 và πy2p2. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….18

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản