Kỹ thuật vận hành bơm quạt cánh dẫn: Phần 1

Chia sẻ: Minh Tuyết | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:216

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(BQ) Phần 1 cuốn sách "Bơm, quạt cánh dẫn" cung cấp cho người đọc các kiến thức: Các khái niệm cơ bản về bơm, quạt cánh dẫn; cơ sở lý thuyết của bơm, quạt cánh dẫn; luật tương tự trong bơm, quạt cánh dẫn, hiện tượng xâm thực và điều kiện tương tự xâm thực,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật vận hành bơm quạt cánh dẫn: Phần 1

GS.TS. LÊ DANH LIÊN BƠM, QUẠT CÁNH DẪN ị NHÀ XUẤT BẢN BÁC H K H O A -H À NỔI
GS. TS. LÊ DANH LIÊN BƠM, QUẠT CÁNH DẨN NHÀ XUÁT BẢN BÁCH KHOA - HÀ NỘI
Bản quyền thuộc về trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Mọi hình thức xuất bản, sao chép mà không có sự cho phép bằng vãn bàn cùa trường là vi phạm pháp luật. Mã số: 128 - 20I 4/CXB/6I - OÌ/BKHN Iỉiẻn mục trén \uâí ball pỉìẩm của Thư viện Quốc gia Việt Nam Lô Danh Liên Bơm, quạt cánh dẫn / Lê Danh Liên. - H .: Bách khoa Hà Nội, 2014. - 420tr.; 24cm Thư mục: tr. 418.419 ISBN 9786049119187 1 . Bcrm 2. Quạt cánh dẫn 3. Giáo trình 621.6 - dc 14 BKF003
LỜI NÓI ĐÀU Môn học Bơm, quạt cánh dẫn là một trong các môn học chính cùa ngành đào tạo Máy và Tự động thủy khí. Đẻ phục vụ cho công tác đào tạo theo tín chi và góp phần nâng cao chất lượng đào tạo, tác già biên soạn và xuắt bản giáo trình Bơm, quạt cánh dẫn làm tài liệu học tập chính thức cho sinh viên ngành Máy và Tự động thủy khí. Giáo trình này cỏ thể dùng làm tài liệu học tập và tham khảo cho sinh viên các ngành Cơ khí, Xây dựng, Máy Năng lượng và một số ngành khác. Giáo trình cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho các cán bộ kỹ thuật làm những công việc lien quan tới các máy bơm, quạt là các thiết bị được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân. Để đáp úng yêu cầu nâng cao chắt lượng đào tạo và tham khảo cho sinh viên, cán bộ kỹ thuật làm việc trong các lĩnh vực ngành nghề liên quan, tác giả đã cố gắng giơi thiệu nhừng kiến thức cơ bàn, các phương pháp tính toán thiết ké được ứng dụng trong thực tế sản xuất và những kết quả nghiên cứu gần đây nhất. Tác giả chân thành cám ơn sự dóng góp ý kiến quý báu cúa các bạn đồng nghiệp, các thầy cô giáo trong Bộ môn Máy va Tụ động thủy khí, Viộn Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Ban Biên tập Nhà xuất bản Bách Khoa - Hà Nội cho việc in ấn và xuất bản giáo trình này. Vì thời lượng cỏ hạn và là tài liệu xuất bản lần đầu tiên nên giáo trình chẳc chẳn khỏng tránh khỏi sai sót. Chủng tồỉ rất mong nhận được nhieu ý kiến đỏng góp cùa bạn đọc. Mọi ý kiến xin gửi về Bộ môn Máy và Tự động thủy khí, Viện Cơ khí Động lực, Trường Dại học Bách Khoa Hà Nội, số 1 - Đại cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội. Tác giả GS. TS. Lê Danh Liên
MỤC LỤC LỜI NÓI D 人u ....................................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1 .CÁC KHÁI NIỆM C ơ BẢN VÈ BƠM, QUẠT CẢNH DẢN …13 1.1. Định nghĩa và phân loại....................................................................................13 1.1.1. Định nghĩa............................................................................................... 13 1.1.2. Phân loại...................................................................................................14 1.2. Cac thông số làm viẹc cơ bản của bơm, q u ạ t............................................... 16 1.2.1• しưu lượng................................................................................................ 16 1.2.2. Cột áp........................................................................................................16 12 .0 . v^ong suất và hiẹu suất của bơm, quạt................................................ 17 1.3. Cong dụng và lĩnh vực sử dụng ciía bcrni， q u ạt........................................... 19 CHƯƠNG 2. C ơ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BƠM, QUẠT CÁNH D Ả N ............ 22 2.1. Giỏi thiệu ch u n g ................................................................................................22 2.2. Sơ đồ két cấu và nguyên lý tác dụng của bơm quạt cánh a a n ....................23 2.2.1.Sơ đồ két cấu của bơm quạt cánh dán.................................................. 23 2.2.2. Nguyên lý tác dụng của bơin, quạt cánh dẫn....................................... 24 2.3. Cac lý thuyét cơ nan về bơm, quạt cánh d ẫ n ............................................... 25 2.4. Phương trình cơ bản cua máy cánh a a n ........................................................27 2.5. Ảnh hirong cua số cánh dẫn hữu hạn toi cột áp của m áy ...........................33 2.6. Ảnh hưởng của chiều dày cánh dẫn tói sự phân bố vận tốc CIỈ9 clòng chất lỏn g ............................................................................................................. 37 2.7. Ảnh hưỏTìg ciia két cấu cánh dẫn toi cột áp của bom và q u ạ t.................. 39 2.7.1. Anh hường của góc P| ........................................................................ 40 2.7.2. Ảnh hường của góc P2 .......................................................................... 40 2.8. Hệ số phản lực cua cánh d ẫ n .......................................................................... 45 2.9. ^ ọ t áp thực ciia hơm quạt cánh d ẫ n ..............................................................46 2.10. Đuờng đặc tính của boin, quạt cánh d ẫ n .................................................. 47 2.10.1. Đường đặc tính lý thuyết Hitoo- Qu của bơm, quạt cánh d ẫ n ........ 47 2.10.2. Đường đặc tính làm việc lý thuyết (H - Q) của bơm, quạt cánh dẫn. 49 4
CHI ONG 3. LUẬT TUƠNG TỤ TRONG BƠM, ỌUẠT CANH DÁN, m $ N TƯỢNG XÂM THỤC V 入 ĐIÈU KIỆN TƯƠNG T ự XÂM TH Ụ C ........................................................................................... 52 3.1. Oiều kiện tưong tự............................................................................................ 52 3.1.1. Điều kiẹn tương tự hình học..................................................................52 3.1.2. Điều kiẹn tương tự động học.................................................................53 3.1.3. Đicu kicn tương tự động lực.................................................................. 53 3.2. Cac phuơng trình tưong tự của bom, quạt cánh aan................................ 55 3.2.1. Phương trinh tương tự lưu lượng.......................................................... 55 3.2.2. Phương trinh tương tự cột áp .................................................................56 3.2.3. Phương trình tương tự công su ất.......................................................... 57 3.2.4. Hộ số vận tố c ......................................................................................... 58 3.3. Số vòng quay đặc trưng cùa boTìi, quạt cánh dẫn và phân loại............... 60 3 .3 .1 . vòng quay đặc trưng của bánh công tác của bơm ...............60 3.3.2. Số vòng quay aạc trưng của bánh công tác của q u ạt.......................... 61 3.3.3. Pnan loại bánh công tác theo số vòng quay đặc trưng........................ 03 3.4. Ftiẹn tuựng xâm thực trong bơm................................................................... 64 3.4.1. Bàn chất vật lý của hiẹn tượng xâm thực..............................................64 3.4.2. Cột áp hút và chicu cao hút của bơm.................................................... 66 3.4.3. Đieu kiẹn tương tự xâm thực và hệ số xâm thực................................. 70 3.4.4. Biện pháp ngan ngừa và giam xâm thực...............................................75 CHƯÍTNG 4. BƠM LY T Â M ...................................................................................... 77 4 .1 . Ket cấu và nguyên lý làm viẹc của b(rm ly tâm..........................................77 4.2. Phần loại honi ly tâm ....................................................................................... 79 4.3. Phưoiig trình cột áp và lun luơng cúabơm ly tâm.................................... 81 4.3.1. Cột áp cùa bơm ly tâm........................................................................ 81 4.3.2. Lưu lượng của bơm ly tâ m ................................................................... 81 4.4. Ton thất và hiệu suất trong bơm ly tâm .......................................................82 4.4.1. Tổn thất cơ khí.....................................................................................82 4.4.2. Tổn thất lưu lượng.................................................................................84 4.4.3. Tổn thất thủy lực..................................................................................... 88
4.5. Dường đặc tính thực nghiệm của b(rm ly tâm............................................. 91 4.5.1. Thí nghiệm xây dựng đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm .91 4.5.2. Các dạng đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm..................... 96 4.6. Các đường đặc tính tương đối và các đường đặc tính không thứ nguyên của bơm ly tâm................................................................................................... 99 4.7. Đưòng đặc tính xâm thực của bom ly tâm .................................................101 4.8. Lực tác dụng lên bánh công tác của boiìi ly tâm và cân bằng lực.........103 4.8.1. Trọng lực và lực quán tính...................................................................103 4.8.2. Lực hướng trục tác dụng lẽn bánh công tác của bơin ly tâm và cân bằng lực........................................................................................... 105 4.8.3. Lực hướng kính tác dụng lẽn bánh công tác cùa bam ly tâm và cân bằng lực........................................................................................... 112 4.9. Những vấn đề liên quan đén việc sửdụng b(mily tâ m .............................. 115 4.9.1. Các yêu cầu đối với việc chọnvà sử dụng b ơ m ................................. 115 4.9.2. Biộn pháp thay đổi thông số hình học của bánh công tác đáp ímg nhu cầu sử dụng bơm........................................................................... 117 4.9.3. Những sự cố thường xày ra trong quá trình vận hành bơm và nguyên nhân.......................................................................................... 118 CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN THIẾT KẺ SÁNH CÔNG TẢC CỦA BƠM LY T Â M .......................................................................... 120 5.1. Tính toán thiết kế bánh côngỉác của bom ly tâm dạng cánh trụ............120 5.1.1. Tính toán các thông số làm việc cơ bản cùa bánh công tá c ............. 120 5.1.2. Tính các kích thước vào chính của bánh công tá c ............................ 122 5.1.3. Tính các kích thước ra chính cùa bánh công tác................................125 5.1.4. Xây dựng tiết diện kinh tuyến của bánh công tác............................. 129 5.1.5. Tính toán xây dựng biên dạng cảnh bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh trụ....................................................................................................130 5.2. Tính toán xẳy dựng biên dạng cánh bánh công tác bom ly ỉâm dạng cánh cong hai chiều......................................................................................... 132 5.2.1. Phương pháp xây dụng đường dòng đẳng tố c .................................. 133 5.2.2. Phương pháp xây dựng đường dòng đẳng th ế .................................. Ị 35 5.2.3. Xây dựng biên dạng cánh bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh cong hai chiều bằng phương pháp điểm ....................................................138
5.2.4. Xây dựng biên dạng cánh bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh cong hai chiều bằng phương pháp Bauersfelđơ..........................................139 5.2.5. Xây dựng biên dạng cánh bánh công tác bơm ly tâm dạng cánh cong hai chiều bằng phưomg pháp biến hình bảo giác (BHBG)............... 141 5.2.6. Ví dụ tính toán thiết kế bánh cỏng tác ly tâm cánh tr ụ ..................... 150 CHƯƠNG 6. TÍNH TOÁN THIẾT KÉ c ơ CÁU DẢN DÒNG CỦA BƠM LY T Â M .........................................................................158 6.1. Két cấu, công dụng và tính toán cơ cấu dẫn dòng r a ..............................158 6.1 .1 . Kct cấu, công đụng cùa ca cấu dẫn dòng ra......................................158 6.1.2. Đặc tính của cơ cắu dẫn dòng xoắn.....................................................162 6.1.3. Chuyồn động cùa chất lỏng trong buồng xoắn................................... 164 6.1.4. Quan hệ của lưu lượng chất lỏng qua các tiết diện của buồng xoắn với góc bao của tiết diện..................................................................... 165 6.1.5. Lưu lượng chất lòng chày rua tiết diện buồng xoắn có hình dạng bất k ỳ ......................................................................................................166 6.1.6. Tính buồng xoắn theo quy luật rVu = co n st..................................... 168 6.1.7. Tính toán máng dẫn dòng cánh...........................................................170 6.2. Ket cấu, công dụng và tính toán cơ cấu dân dòng vào............................175 6.2 .1 . Kết cấu và công d ụ n g....................................................................... 175 6.2.2. rinh toán cơ cấu dẫn dòng vào nửa xoắn......................................... 178 CHUÔNG 7. BƠM HƯỚNG TRỤC VÀ HƯỚNG C H É O ................................181 7 .1 . Ket cấu và lìỊỊiiyên lý làm việc ciía hơm hirớng true................................ 181 7.2. Lưới thắng các prôphin, tam giác vận tốc của dòng chất lỏng ở lốỉ vào và lối ra cúa bánh công tá c ............................................................................ 184 7.2.1. Lưới thẳng cácprôphin........................................................................184 7.2.2. Tam giác vận tốc của dòng chất lòng ờ lổi vào và lối ra cùa bánh công tác.................................................................................................. 185 7.3. Lưu số vận tốc bao quanh prôphin trong lư ói..........................................186 7.4. Lực nâng tác dụng lên prôphin lưới trong chảy bao của dòng chất lỏng lý tưỏTig, định lý Giu-cốp-ski về lực nâng................................................ 187
7.5. Lực nâng tác dụng lên prôphỉn lưới trong chảy hao của dòng chất lỏng thực.................................................................................................. 190 7.6. Dặc tính khí động lực học của cánh d o n .................................................... 191 7.7. Cột áp của boTĩì hưóìig trục.......................................................................... 195 7.7.1. Phương trình cơ bản của máy cánh dẫn áp dụng đổi với bơm hướng trục.................................................................................... 195 7.7.2. Sự phân bố cột áp theo bán kính........................................................ 196 7.8. Quan hệ gỉữa cột áp của bơm vói lưu số vận tấc và đặc tính khí động của cánh.............................................................................................................199 7.8.1. Quan hệ giữa cột áp với lưu số vận tốc bao quanh prôphin cánh ....199 7.8.2. Quan hệ giữa cột áp với đặc tính khí động của cán h........................ 200 7.9. Hiệu suất ciìa lirói cánh..................................................................................201 7.10. Tổn thất và hiệu suất trong bcmi hướng trục.........................................201 7.10.1. Tổn thất cơ khí................................................................................ 202 7.10.2. Tổn thất lưu lượng............................................................................. 202 7.10.3. Tổn thắt và hiệu suất thủy lực của bơm hướng trục....................... 202 7.11. Đưòng đặc tính thực nghiệm cua boin hướng trục............................... 203 7.11.1. Đường đặc tính làm việc....................................................................203 7.11.2. Đường đặc tính tồng hợp của bơm hướng trục..............................205 7.12. Hiện tượng xăm thực và chọn số vòng quay làm việc cho phép của bơm hưứng trục............................................................................................ 206 7.12.1. Hiện tượng xâm thực trong bơm hướng trục................................... 206 7.12.2. Xác định số vòng quay làm việc giới hạn của bcym hưcýng trục..... 208 7.13. Lực hướng trục tác dụng lên rôto trong b(nn hướng trục.................... 209 7.14. Cơ cấu dẫn dòng ra của bơm hướng trục.................................................210 7.15. Bơm hưứng chéo........................................................................................... 212 7.15.1. Các khái niệm cơ bản và các sơ đồ kết cấu của bơm ..................... 212 7.15.2. Cột áp cùa bánh công tác hướng chéo..............................................214 7.15.3. Dạng đường đặc tính cột áp của bơm hướng chéo.......................... 215
CHƯƠNG 8. TÍNH TOÁN THIẾT KÉ BƠM HƯỚNG TRỤC V 入 BƠM HƯỚNG CHÉO.................................................................................. 216 8.1. Khái quát về các phưoìig pháp tính toán thiết kế cánh tronp boTTầ hướng trục...................................................................................210 8.2. PhircmíỊ pháp lụ-c nâng tính toán thièt kế cánh cong tác và cành hướng dòng của hom hu-ớng trục......................................................................................... 218 8.2.1. Cơ sờ lý thuyết cùa phương pháp....................................................218 8.2.2. Tính toán bánh công tác bơm hướng trục theo phương pháp lực nâng. 220 8.2.3. Tính cánh hướng dòng của bơm hướng trục..................................... 226 8.2.4. Ví dụ tính bánh công tác và cánh hướng dòng của bơm hướng trục theo phương pháp lực nâng..................................................................228 8.3. Phương pháp vỏzơnhexenskỉ - Pêkin tính toán thiết kế cánh công tác và cánh hirứng dòng của berm hướng trục................................................. 232 8.3.1. Cơ sờ lý thuyết của phương pháp..................................................... 232 8.3.2. Nội dung tính toán bánh công tác bơm hướng trục theo phương pháp Vôzơnhexenski- Pêkin........................................................................ 236 8.3.3. Tính cánh hướng dòng bơm hướng trục theo phương pnap Vôzơnhcxenski- Pêkin........................................................................ 245 8.3.4. Ví dụ tính bánh công tác và cánh hướng dòng bơm hướng trục theo phưcmg pháp phương trình tích phân của Vôzơnhcxenski - Pekin..247 8.4. Tính toán thiết kế cánh công tác và cánh hướng dòng của boìii hướng ch éo............................................................................................ 258 8.4.1. Xác định hình dạng tiết diộn kinh tuyến bánh công tác hướng chco. 258 8.4.2. Phương pháp thièt kc banh công tác vóâ viẹc sử dụng tổng hợp phương pháp dòng tia và phương pháp chia lươi...............................259 8.4.3. Phương pháp thiet kế bánh công tác hướng chéo sử dụng lươi thẳng động học các prôphin........................................................................... 261 8.4.4.1inh toán và thiet kế cơ cấu dẫn dòng r a ............................................ 263 CHƯƠNG 9. BƠM X O Á Y ......................................................................................... 264 9 .1 .KẾt cấu và nguyên lý làm việc của bơm xoáy............................................. 264 9.1.1. Giơi thiẹu chung về bơm xoáy.............................................................264 9.1.2. Bơm ly tâm xoáy...................................................................................266
9.2. Các thông số làm việc của hom xoáy.......................................................... 269 9.3. Các đưong đặc tính của hơm xoáy.............................................................. 273 9.3.1. Đường đặc tính lý thuyết.................................................................... 273 9.3.2. Đường đặc tính thực nghiệm của bơm xoáy......................................274 CHƯƠNG 10. BƠM， QUẠT L 入 M VIỆC TRONG HỆ THÓNG VÀ DIÈU CHỈNH BƠM, QUẠT...........................................................276 10.1. Dieu kiẹn làm viẹc của bom, quạt trong hệ thống................................. 276 10.1.1. Lưu lượng yêu cầu của lươi.............................................................. 276 10.1.2. Cột áp của lưới.....................................................................................277 10.2. Dieu chinh ché độ làm việc cua bom, quạt cánh dẫn................................. 281 10.2.1. Điều chỉnh bằng tiết lưu.................................................................. 281 10.2.2. Đieu chinh bằng thay doi số vòng quay làm viẹc của bơm (quạt).282 10.2.3. Điều chinh bằng cách quay các cánh dẫn xung quanh trục của nỏ.. 283 10.3. Sự làm việc on định của boin trong hệ thống......................................... 284 10.4. Bom và quạt làm viẹc ghép trong hộ thống..............................................287 10.4.1. Bơm (quạt) ghép song song............................................................. 2X7 10.4.2. Bơm (quạt) ghép nối tiếp................................................................... 291 10.5. ủng dụng luật tương tự đé xác định ché độ làm viẹc m o i....................293 10.5.1. Xác định dương đặc tính làm viẹc mơi của bơm, quạt ứng với số vòng quay làm việc mới.................................................................... 293 10.5.2. Xây dựng đường bieu dicn các chc độ làm vice tương tự..............294 10.5.3. Xác định số vòng quay làm viẹc của bơm (quạt) ứng VƠI điem làm vice cho trước......................................................................................294 10.6. Chọn bom theo các điều kiện làm viộc cho trước...................................295 CHƯƠNG 1 1 .KÉT CÁU VÀ TÍNH BẺN CÁC C H m É T CỦA B Ơ M ........ 301 11.1.Ket cấu của mộỉ số loại bơm cánh.............................................................. 301 11.1.1. Bơm thông dụng................................................................................. 301 11.1.2. Bơm giếng........................................................................................... 307 11.1.3. Bơm năng lượng................................................................................. 310 11.1.4. Bơm dầu m ò ........................................................................................314 11.1.5. Bơm hóa chất.......................................................................................316 10
11.1.6. Bcrm chắt lòng lẫn tạp chất.............................................................. 319 11.1.7. Bơm hướng trục................................................................................. 324 11.2. Tính hen các chi tiết của bom.....................................................................326 11.2.1. Vỏ xoắn............................................................................................. 326 11.2.2. Vỏ bơm hai lórp và vò phân đoạn của bơm nhiều cấp.................... 328 11.2.3. Các thanh vít của nắp bơm phía đấy và tấm đ ệ m ...........................331 11.2.4. Nẳp bơm phía đẩy............................................................................. 337 11.2.5. Khâu nối mặt bích............................................................................. 339 11.2.6. Tính toán các chi tiết vò cùa bơm phân đ o ạn ................................. 341 11.2.7. Trục b ơ m ............................................................................................ 346 11.2.8. Bánh công tá c .....................................................................................352 11.3. Đệm lót trong b o m .......................................................................................357 11.3.1. Đệm lót trục........................................................................................357 11.3.2. Đệm lót bánh công tác......................................................................365 CHƯƠNG 12. QUẠT LY T 入 M VÀ QUẠT HƯỚNG T R Ụ C ..........................366 12.1. Khái niộm chung VC q uạt........................................................................... 366 12.2. Kết cấu, nguyên lý làm việc và phân loại quạt ly tâm.....................................367 12.2.1. Ket cấu và nguyên lý làm viẹc....................................................... 367 12.2.2. Phân loại quạt ly tâ m ........................................................................368 12.2.3. Một số các kct cấu đặc trung cùa quạt ly tâm được sàn xuất ờ Lien Xô trước đây..........................................................................371 12.3. KẾt cấu, nguyên lý làm viẹc và phân loại quạt huóng trục.................. 376 12.3.1. Két cấu và nguyên lý làm việc....................................................... 376 12.3.2. Phân loại quạt hướng trục................................................................ 378 12.3.3. Một số két cấu đặc trưng cùa quạt hưerng trục được sàn xuàt ờ Liên Xô trước đây........................................................................... 381 12.4. Cac thông số làm viẹc cơ bảncủa quạt ly tâm và hướng trục............... 383 12.4.1. Cột áp của quạt ly tâm .................................................................... 383 12.4.2. Cọt áp cùa quạt hương trục............................................................... 386 12.4.3. Lưu lượng của quạt............................................................................388 12.4.4. L ong suất và hiệu suất cùa quạt........................................................ 390
12.5. Tổn thất trong quạt ly tâm và hưÓTìg tr ụ c .............................................. 391 12.5.1. Tồn thất trong quạt ly tâ m .................................................................391 12.5.2. Tồn thất trong quạt hướng trục......................................................... 395 12.6. Đưòng đặc tính cúa q u ạt.............................................................................397 12.6.1. Đường đặc tính áp suất của quạt..................................................... 398 12.6.2. Đường đặc tính công suất của quạt...................................................400 12.6.3. Đường đặc tính hiệu suất...................................................................401 12.6.4. Đường đặc tính tồng hợ p ...................................................................402 12.7. Đieu chinh lưu 丨 ượng ctía q u ạ t.................................................................. 403 12. /.1 .Đieu chinh lưu lượng cùa quạt bang phương pháp thay đoi số vòng quay làm việc........................................................................... 403 12.7.2. Đieu chmh lưu lượng cùa quạt bằng phương pháp tiet lưu..............404 12.7.3. Điều chinh lưu lượng bằng các cánh hướng đặt trước bánh công tác .405 12.7.4. Điều chinh lưu lượng cùa quạt bằng cách quay các lá cánh cùa bánh công tác......................................................................................406 12.7.5. Điều chỉnh lưu lượng cùa quạt bàng phương pháp hon họp...............406 12.8. Ảnh hưong của các tạp chất cơ khí trong chất khí toi sự làm viẹc của q u ạ t.......................................................................................................... 407 12.9. So sánh quạt ly tâm và quạt hướng trục.................................................. 409 12.10. Chọn quạt cho hệ thống theo các điều kiện làm việc cho trư ớ c ........410 12.10.1. Phương pháp chọn q u ạt...................................................................410 12.10.2. Ví d ụ ..................................................................................................412 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................418 12
Chuông 1 CÁC KHÁI NIỆM Cơ BÀN VÈ BƠM, QUẠT CÁNH DĂN 1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 1.1.1. Định nghĩa Bơm, quạt là loại máy dùng đồ vận chuyển và cung cấp năng lượng cho dòng chất lòng (ờ thể lỏng và thể khí). Bơm, quạt làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng của động cơ thành thế năng, động năng và nhiệt năng cùa dòng chất lòng. Bơm vận chuyển dòng chắt lòng ở thề lòng còn quạt vận chuyển chất lòng ờ thề khí. Chắt lòng ờ thồ lòng không chịu nén, còn chắt lòng ở thể khí (gọi tắt là chất khí) thì chịu nén. Chất lỏng chuyền động qua bơm không chịu nẻn, còn chất khí chuyển động qua quạt, do áp suất làm việc của quạt thấp, nên cũng không bị nén. Ngược lại, chất khí chuyển động qua máy nén sẽ bị nén. Mức độ nén cùa chắt khí phụ thuộc vào áp suất mà máy ncn tạo được cho dòng khí. Dựa vào cột áp - năng lượng dự trừ máy tạo được cho dòng khí, người ta phân biệt: Quạt - là những máy vận chuyền chất khí và tạo được cột áp toàn phần cho dòng khí tới 1500 mm cột nước (tương đương 1500 kG/m2 hay 14700 N/m2). Nhừng máy tạo được cột áp toàn phần cho dòng khí từ 1500 mm cột nước tới 3500 mm cột nước và làm việc không kèm theo làm lạnh nhân tạo gọi là máy thổi. Còn nhừng máy tạo được cột áp toàn phần cho dòng khí lớn hơn 3500 mm cột nước, cỏ bậc nén e > 3,5 và làm việc luôn phải kèm theo làm lạnh nhân tạo bằng không khí hay bằng nước thì gọi là máy nén. Cả hai loại bơm và quạt đều thuộc loại máy thủy lực. Đó là loại máy làm việc dựa trên cơ sờ trao đổi năng lượng với dòng chắt lỏng chuyển động qua máy theo các nguyên lý của thủy lực học và cơ học chắt lông. 13
1.1.2. Phân loại a) Theo nguyên lý tác dụng Ỉ3ơm, quạt được phân thành hai loại chủ yếu: —Bơm, quạt cánh dẫn thực hiện trao đổi năng lượng với dòng chất lòng chuyển động qua máy nhờ tác dụng lực tương hỗ giữa hệ thống cánh dẫn với dòng chất lỏng. Năng lượng cùa dòng chất lòng trao đồi với máy gồm hai thành phần: động năng (V2/2g) và áp năng (p/y). Hai thành phần này có lien quan mật thiết với nhau. Trong quá trình làm việc của máy, sự biển đồi động năng bao giờ cũng kèm theo sự biến đổi áp năng và ngược lại. Bơm, quạt cánh dẫn bao gồm các loại bơm, quạt ly tâm, hướng trục, hướng chco và bơm xoáy. Bộ phận làm việc chính của bơm, quạt là bánh công tác (hình 1.1 và 1.2). Bánh công tác có chuyển động quay nên còn gọi là rôto. Bánh công tác gồm có các lá cánh gắn giữa hai đĩa của bánh công tác hoặc gắn len bầu cánh. Dòng chất lỏng chuyền động qua bánh công tác là dòng liên tục, vận tốc và áp suất cùa dòng chất lỏng không thay đối đột ngột. Trong ché độ làm việc ồn định thì lưu lượng, áp suất của máy là hằng sổ (không thay đổi theo thời gian). - Bơm, quạt thể tích thực hiện trao đổi năng lượng với dòng chất lỏng chuyền động qua máy theo nguyên lý chèn ép chất lòng trong một thề tích kín dưới áp suất thủy tĩnh. Năng lượng của dòng chất lỏng trao đổi với máy chủ yếu là thành phần áp năng (p/y), còn thành phần động năng không đáng kc. Hình 1.1. Sơ đồ bơm ly tâm (a) và đặc tính làm việc của bơm (b) Bơm, quạt thể tích bao gồm các loại bơm pittông, bơm rôto, bơm rôto-pittông và quạt số 8 (quạt Root). Bộ phận làm việc chính cùa máy là pittông hoặc rôto (hình 1.3 và 1.4) có chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay hoặc vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyền động quay (trong bơm rôto-pittông). Dòng chất lỏng chuyển động qua máy là dòng không liên tục, lưu lượng và áp suất thay đổi theo thời gian. Mức độ không đều của lưu lượng và áp suất phụ thuộc vào kết cấu cùa máy. 14
Ngoài ra còn một số loại bơm đặc biệt khác không thuộc hai loại trên, làm việc theo nlìừng nguyên lý khác nhau như bơm phun tia, bơm nước va, bơm dùng khí nén... Các loại máy này cỏ hiệu suất và tính năng kỹ thuật thấp, vì vậy phạm vi sử dụng chúng trong công nghiệp bị hạn ché. Trục Cánh hướng Bánh công tác Óng hút Hình 1.2. Sơ đồ bom hướng trục (a) và đặc tính làm việc của bom (b) Ống đẩy Van an toàn Hình 1.3. Sơ đồ kết cấu bom pittông b) Theo dạng chảt long vạn Q chuyển m3/h Bơm, quạt có các loại: - Bơm vận chuycn nước sạch. Q =f(H ), với n=const - Bơm vận chuyển hỗn hợp nước với chắt bột và chất ran. - Bơm vận chuyển dầu mỏ và các sản phẩm cùa dầu mò. H,m - Bơm vận chuyền các dung dịch hóa chất, kim loại lòng... Hình 1.5. Đặc tính làm việc của bơm thể tích 一Quạt lưu thông khí. - Quạt vận chuyền các loại hạt. 15
1.2. CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC c ơ BẢN CỦA BƠM, QUẠT Các thông số làm việc cơ bản của bơm, quạt là những sổ liệu kỹ thuật biểu thị khả năng và đặc tính làm việc của máy. Đó là các thông số lưu lượng, cột áp, công suất và hiệu suât của chúng. 1.2.1. Lưu lượng - Là lượng chắt lòng hoặc khí mà bơm, quạt vận chuyển được trong một đơn vị tnơi gian. Lưu lượng đo bằng đơn vị trọng lượng gọi là lưu lượng trọng lượng. Lưu lượng đo bằng đơn vị thể tích gọi là lưu lượng thể tích hay lưu lượng khối. Lưu lượng trọng lượng ký hiệu lả G, đơn vị kG/s, kG/ph, T/h. Lưu lượng thể tích ký hiệu là Q, đơn vị là l/s, l/ph, mVs, mVph, mVh. Giữa G và Q liên hệ với nhau bằng biểu thức: G = ỵ.Q, hay Q = G/y = V.G. Trong đó: Y- trọng lượng riêng cùa chất lỏng; l Ị ” , , V= こ一 thê tích riêng của chât lòng. y Nếu bò qua rò ri qua các khe hở thi lưu lượng trọng lượng tính ở điều kiẹn hút và đây như nhau (đoi VƠI cà bơm và quạt). Lưu lượng thê tích ờ điều kiẹn hút và đấy chỉ như nhau khi chất lòng không bị nén (p = const). Lưu lượng cùa bơm và quạt phụ thuộc vào kích thước hình học, vào vận tốc chuyển động của bộ phận làm việc và vào tính chất thủy lực của hệ thống trong đó bơm làm việc. 1.2.2. Cột áp - Là năng lượng mà bơm, quạt cung cấp cho 1 kG chất lỏng khi vận chuyển qua máy. Noi cách khác, cột áp là hiẹu năng lượng đơn vị cùa dòng chất lỏng khi vào và ra khoi máy. í^ọt áp được đo bang đơn vị kGm/kG (= m cột chất lòng). Tìr bieu thức này, về mặt hình học, ta cỏ thể xem cột áp như chieu cao dâng của 1 kG chất lòng do có năng lượng máy cung cắp. Dựa theo sơ đồ (hình 1.6), ta xác định được cột áp cùa máy như sau: Năng lượng đơn vị ở tiết diện vào là: ギ +Zl. Năng lượng đơn vị ở tiết diện ra là: p2 a 2V22 c2 - — + —^ ~ + Z2 . y 2g 16
Theo định nghĩa ta cỏ cột áp lý thuyết băng: H e2 _ e 1= P l - . P l + g 2V L T ^ V. + z 2_ z ,. nén hoặc ít bị nén, khi đó Ỵi= Ỵ2, a là hệ số phân bố vận tốc theo tiết diện. Coi ai = a ： =1 ta có: P2 -P i v 22 - v ,2 + z ，一 Z ị . ( 1 . 1) Y 2g Trong đó: v 22 - v ,2 H ltd gọi là cột áp động lý 2g Hình 1.6. Sơ đồ làm viẹc của bơm thuyết của máy; HỊtt = ^ ~ — + z 2 - Z| gọi là cột áp tĩnh lý thuyẽt của máy. Y Đối với chất lỏng không chịu nén (hoặc chất khí bị nén không đáng kể), ta có quan hệ p = Ỵ. H. p là áp suất toàn phần máy tạo nên, đó là năng lượng máy cung cấp cho l m3 chất lòng hoặc chắt khí. Áp suất mà quạt tạo được cho dòng khí được đo bằng mm cột nước (tương đương với l kG/m: hay 9,81 N/m2). 1.2.3. Công suất và hiệu suát của bo»m, quạt Để cung cấp năng lượng cho dòng chất lỏng chuyển động qua các máy bơm, quạt, các máy này phải nhận được năng lượng (công §uất) từ động cơ dẫn động. Công suất máy nhận được của động cơ gọi là công suất tiêu thụ hay công suất trên trục, ký hiệu là Ntr, còn công suất mà dòng chất lỏng nhận được khi vận chuyển qua mảy gọi là công suất hữu ích và được ký hiệu là Nhi (hay N). Công suất hữu ích cùa bơm, quạt được xác định bằng công thức chung sau: Nhi = GH = yQH = pỌ. (1.2) Công suất hữu ích thường nhò hơn công suất trên trục do có nhieu loại tồn thất năng lượng sinh ra trong quá trinh làm việc của máy. I on thất năng lượng trong bơm, quạt được phân thành ba loại: tổn thất thủy lực, tồn that lưu lượng và tổn thất cơ khí. 17
a) Tổn thắt thủy lực A N ịị - là phần năng lượng tiêu hao đổ khắc phục các càn trở thủy lực gây ncn bời ma sát của dòng chất lòng và các cản trờ CỊ1C bộ khi dòng chất lòng chuyển động qua máy. Ta có: ANt| = ỵQAH. (1.3) Trong đó AH là tổn thất cột áp. r 〇n thất thùy lực được đánh giá bằng hiệu suất thủy lực rỊti _YQHlt- y Q A H _ H lt-AH AH (1.4) 吓丨 yQHlt Hlt H„ • Trong đỏ yQHti = Nt| gọi là công suất thủy lực của dòng chắt lòng. Như vậy tồn thất cột áp AH đặc trưng cho tổn thất thủy lực cùa máy. Vì vậy hiộu suất thủy lực r|ti còn được ký hiệu Dang r|H. b) Tổn that lull lượrĩg ANn - là phần năng lượng ueu hao do rò ri chất lòng từ vùng co ap suất cao tơi vùng cỏ áp suất thấp của máy hoạc ra ngoai. Ta có: AN|| = yAQHit. ( 1.5) Trong đó AQ là lưu lượng rò ri của chất lỏng. r 〇n thất lưu lượng được đánh gia bằng hiẹu suàt lưu lượng ì*|ii： = YQi,H,t - ỵAQH„ = Q, - AQ =1 _ AQ yQi«Hlt ọ„ Q„ Trong đó yQitHit = N|t gọi là công suất lý thuyết của dòng chất lỏng, bàng hiệu cùa công suất trên trục và tổn thất công suất cơ khí. Như vậy lưu lượng rò ri đặc trưng cho tổn thất lưu lượng trong máy. Vì vậy hiệu suất lưu lượng T||Ị còn ký hiệu bằng r|Q. c) Tổn that cơ khí ANck - là phần năng lượng tieu hao do có các loại ma sá trong ổ trục, ổ đệm, ma sát giừa các DỢ phận chuycn động và không chuyển động, giừa các bộ phận chuyền động với chất lỏng tĩnh. Tồn thất cơ khí được đánh giá bằng hiệu suất cơ khí r|ck: N tr — 厶Nck ANck (1.7) Hck = N lr N lr Công suất trcn trục Ntr trừ đi phần tồn thất cơ khí ANck chính là công suàt lý thuyết (yQitHit) cùa dòng chất lỏng. Vì vậy ta cũng cỏ thể viết: Nit _ yQitHi ANck nCk Nt N, 18
Hiệu suất toàn phần của máy là tỷ số giữa công suất hữu ích mà dòng chất lỏng nhận được khi chuyổn động qua máy với công suất trên trục của máy, nỏ đánh giá hiệu suất sừ dụng năng lượng của máy: N yQH Q.,H,( ^ Q H ỴQitHỊt 18 ( . ) Nt Ntr QitH|t Qit Hít* N ư Như vậy, hiệu suất toàn phần của máy bơm, quạt bằng tích của hiệu suất lưu lượng, hiệu suất thủy lực và hiệu suất cơ khí. 1.3. CÔNG DỤNG VÀ LĨNH v ự c sử DỤNG CỦA BƠM, QUẠT Bơm, quạt có ứng dụng rất rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, trong công nghiệp, nông nghiệp cũng như trong đời sống. Bơm có rất nhiều loại khác nhau, chúng được dùng để vận chuyền mọi loại chất lòng như chất lòng đặc, chất lòng có độ nhớt lớn, chất lỏng nóng, chất lỏng dễ bay hơi..., kề cá các hỗn hợp nước với chất rấn. Trong các loại bơm thì bơm ly tâm được dùng phồ biến nhất. Trong công nghiệp, bơm ly tâm được dùng để cấp nước cho các nhu cầu kỹ thuật của nhà máy như cấp nước cho nồi hơi ưong các nhà máy nhiệt điện, cấp nước cho các hộ thống làm mát và cho các nhu cầu vệ sinh công nghiệp. Bơm ly tâm còn được dùng trong công nghiệp khai thác mỏ và xây dimg đế hút nước từ những giếng sâu, hút các hỗn hợp nước với đất và vận chuyền các hỗn hợp nước với chất rắn nghiền nhỏ. Trong công nghiệp dầu mỏ, bơm ly tâm được dùng để hút dầu từ dưới giếng và vận chuyển các sàn phẩm của dầu mỏ. Ngày nay việc vận chuyển dầu mò theo đường ống được sử dụng khá phổ biến với các khoảng cách rất xa tới hàng nghìn km. Thực tế tính toán và sừ dụng cho thấy ràng, việc vận chuyển theo đường ống kinh tể hơn rất nhiều so với các phương tiện vận chuyển khác. Do hiệu quả kinh tế cao cùa việc vận chuyên tlieo đường ống người ta đang nghiên cửu sử dụng các hệ thống đương ống để vận chuyền các loại nguyên vật liệu hạt rời và các hàng hóa khác. Trong công nghiệp hóa chắt, bơm ly tâm cũng được ứng dụng rất rộng rãi để vận chuycn các dung dịch hỏa chắt như axit, kiềm, muối... Trong nông nghiệp và đời sống, bơn ly tâm được dùng để tưới, tiêu, cung cấp nước cho thành phố, cho các nhu cầu cùa đời sống. Bơm hướng trục có lun lượng lớn và áp suất nhỏ, được sử dụng chủ yếu trong nông nghiệp đề tưới tiêu. Bơm hướng trục cũng được dùng trong công nghiệp để cấp nưcc cho nồi hơi có lưu lượng lớn và áp suất không lớn lắm. Trong công nghiệp đóng tàu bơin hướng trục là một trong số các thiết bị phụ cùa tàu thủy, được dùng chủ yếu trorg các hệ thống tuần hoàn làm lạnh và tiêu nước trong tàu. 19