máy thủy lực – tua bin nước và máy bơm: phần 2

Phần II<br /> MÁY BƠM<br /> <br /> Chương 1<br /> <br /> NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG<br /> <br /> 1.1. ĐỊNH NGHIÃ - PHÂN LOẠI<br /> 1.1.1. Định nghiã<br /> Bơni là một loại máy thuỷ lực dùng năng lượng bên ngoài tác động lên chất lỏng làm<br /> tăng năng lượng của chất lỏng để vận chuyển chất lỏng. Năng lượng được chuyển hoá làm<br /> cho năng lượng chất lỏng tăng lên thường là cơ năng trên trục động cơ, song cũng có thể là<br /> năng lượng của môi trường (chất lỏng, chất khí) có năng lượng cao như trong bơm tia và<br /> bơm dùng khí.<br /> Ta biết rằng năng lượng đơn vị của chất lỏng bao gồm ba thành phần: vị năng z, áp năng<br /> 2<br /> <br /> p<br /> <br /> ,<br /> <br /> V-<br /> <br /> —, và đông năng — .<br /> y<br /> '<br /> 2g<br /> p<br /> <br /> V2<br /> <br /> E = z + —+ Y 2g<br /> <br /> (1-1)<br /> <br /> Năng lượng truyền cho chất lỏng có thể làm tăng vị năng chất lỏng như trong bánh xe<br /> nước (cọn nước), hay làm tăng áp năng của chất lỏng như trong bơm pittông, bơm bánh<br /> răng ... , hay làm tăng Cù pnần áp năng và động năng của chất lỏng như trong các loại bơm<br /> cánh (bơm ly tâm, bơm hướng trục ... ).<br /> 1.1.2. Phân loại<br /> Có rất nhiêù loại bơm , có thể phân theo nguyên lý làm việc, phân theo dạng lực tác<br /> động lên chất lỏng, phân theo kết cấu của cơ cấu làm việc, phân theo dạng chuyển động của<br /> cơ cấu làm việc ...<br /> Theo nguyên lý tác dụng có:<br /> - Nguyên lý thể tích: Máy hoạt động dựa trên nguyên lý nén chất lỏng. Khi V(thể tich)<br /> thay đổi thì p (áp suất) chất lỏng thay đổi. Tuỳ thuộc dạng chuyển động cơ cấu làm việc mà<br /> phân thành nhóm bơm pittông hay nhóm bơm rôto. Nhóm hơrn pittông làm việc trên<br /> nguyên lý dịch chuyển (chuyển động tịnh tiến) pittông làm chất lỏng bị nén ép buộc phải<br /> chuyển động theo, tạo thành chu trình hút và đẩy chất lỏng. Bơm pittông cũng rất đa dạng:<br /> bơm tác động đơn, bơm tác động kép, bơm tác động nhiều lần (xem 4.1) . Bơm tiêm, bơm<br /> màng ngăn cũng thuộc loại này. Nguyên lý làm việc của bơm màng ngăn là lợi dụng tính<br /> 97<br /> <br /> đàn hồi của màng ngăn để thay đổi thể tích. Còn ở bơm rôto thông qua chuyển động quay<br /> mà nén chất lỏng, như ở bơm bánh răng, bơm trục vít (xem 4.2). Bơm lắc thì thay đổi thể<br /> tích bằng chuyển động khứ hồi theo vòng cung của cần lắc. Bơm chân không vòng nước<br /> cũng thuộc loại bơm thế tích (xem 4.3).<br /> - Nguyên lý động học: Ở bơm cánh máy hoạt động dựa trên nguyên lý túc dụng tương hỗ<br /> giữa cánh bánh xe công tác với chất lỏng Khi bánh xe công tác quay trong môi trường chất<br /> lỏng, dưới tác dụng của các cánh BXCT chất lỏng nhận năng lượng và chuyển động trên bề<br /> mặt cánh bơm theo nguyên lý chảy bao cánh, như trong bơm li tâm, bơm hướng trục, bơm<br /> đối góc. Trong chương hai giới thiệu kỹ loại bơm này. Một số loại bơm khác lại dựa trên<br /> nguyên lý ma sát khi hoà trộn chất lỏng với môi trường có năng lượng cao, như bơm tia,<br /> bơm dùng khí. Ở bơm dùng khí (xem 4.5), khí nén hoà trộn vào chất lỏng tạo thành hỗn<br /> hợp “nước-khí” có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của chất lỏng nên mực<br /> nước dâng cao tạo thành quá trình bơm. Còn ở bơm tia (xem 4-4) thì hoà trộn chất lỏng có<br /> năng lượng cao vào chất lỏng cần bơm tại buồng hỗn hợp để cùng đi lên ống đẩy. Ngoài ra,<br /> còn có các loại bơm làm việc theo nguyên lý khác, như bơm nước va làm việc theo nguyên<br /> lý hiệu quả nước va (xem 4.7)...<br /> Sơ đồ phân loại máy bơm như hình vẽ 1-1<br /> <br /> Hình 1-1: Sơ đồ phán loại mây bơnì.<br /> <br /> 98<br /> <br /> 1.2<br /> <br /> THÔNG SỐ Cơ BẢN CỦA MÁY BƠM<br /> <br /> 1.2.1.<br /> Lưu lượng bơm là khối chất lỏng được bơm lên trong một đơn vị thời gian, ký<br /> hiệu Q, đơn vị: m3/h, m3/s, 1/s, 1/ph.<br /> 1.2.2. Cột áp (cột nước)<br /> Hình 1.2 là sơ đồ lắp đặt máy bơm ở trạm bơm. Muốn đưa chất lỏng từ bể hút lên bể xả<br /> thì chất lỏng phải thu nhận năng lượng khi đi qua máy bơm. Năng lượng đơn vị mà chất<br /> lỏng nhận được ở máy bơm chính là hiệu năng lượng đơn vị của chất lỏng đi qua bơm tại<br /> mặt cắt ra và mặt cắt vào của máy bơm.<br /> í_<br /> <br /> n<br /> P-,<br /> V2 'N<br /> H = E 2 - E , = Z-, H--- —H--- —<br /> l<br /> Y 2g)<br /> <br /> —<br /> <br /> f<br /> <br /> p<br /> V<br /> z ,+ 2 l + 2 l<br /> Y 2g<br /> V<br /> <br /> ( 1- 2)<br /> <br /> Trong đó:<br /> Z B, ZA - cao độ tại mặt cắt ra (điểm 2) và mặt cắt vào (điểm 1) của máy bơm, (m).<br /> p2 , p, - áp suất của chất lỏng tại mặt cắt ra và tại mặt cắt vào, (T/ m 2).<br /> Y<br /> - t ỷ trọng chất lỏng, (T/ m3).<br /> v2 , V, - vận tốc của chất lỏng tại mặt cắt ra và tại mặt cắt vào máy bơm, (m/s).<br /> Trong thí nghiệm kiểm định máy bơm, chất lỏng thường dùng là nước, cột áp thường đo<br /> bằng mét cột nước (mH2ơ ) , nên thường dùng thuật ngữ cột nước. Cột nước toàn phần của<br /> bơm là hiệu năng lượng đơn vị cửa dòng chất lỏng đi qua bơni tại mật cắt ra vù tại mật cắt<br /> vào của máy bơm.<br /> Khi chất lỏng từ bể hút (điểm 0) vào máy bơm phải khắc phục tổn thất thuỷ lực trên<br /> đường ống dẫn (ống hút).<br /> Ebh - Eị = AH0_,<br /> Còn chất lỏng ra khỏi máy bơm đi lên bể xả (điểm 3) cũng phải khắc phục tổn thất thuỷ<br /> lực trên đường ống dẫn (ống đẩy).<br /> E bx- E 2 = A H 2_3<br /> Do đó:<br /> E 2 - E , = E bx - E bh +(A H Ũ_) +A H 2_3)<br /> Nếu lấy mặt chuẩn 0-0 là mặt thoáng bể hút, ta c ó :E bh = 0 ,E bx = H dh. Như vậy, cột<br /> nước địa hình H dh là độ chênh mặt thoáng tụi b ể xả vù b ể hút:<br /> ^dh = Z bx—Z bh<br /> <br /> (1-3)<br /> <br /> Do đó cột nước toàn phần của bơm:<br /> H = H dh + AH0_3.<br /> <br /> (1-4)<br /> <br /> Ở đây, AH0_3 là tổn thất thuỷ lực đường dẫn, bao gồm tổn thất thuỷ lực trên đường ống<br /> hút và trên đường ống đẩy:<br /> <br /> 99<br /> <br /> a h 0_3<br /> <br /> = a h 0_, + AH, ,=<br /> <br /> X<br /> <br /> 2gFf<br /> <br /> Q2<br /> <br /> K hoảng cách từ chỗ lắp đặt m áy bơm đến m ặt thoáng bể hút gọi là chiều cao hút H s<br /> của bơm:<br /> H S = V MB- Z bh<br /> <br /> (1-5)<br /> <br /> Trong đó:<br /> V MB - cao trình lắp đặt máy bơm.<br /> <br /> z bh - cao trình mặt thoáng bể hút. Với máy bơm nước, nguồn nước bể hút có thể là hồ<br /> chứa, sông suối, giếng nước ngầm.<br /> Độ chân không trong máy bơm tính như sau (khi Hs >0):<br /> 2<br /> <br /> H ck- H s + ^ + AH0„,<br /> 2g<br /> <br /> (1-6)<br /> <br /> Còn khoảng cách từ mặt thoáng bể xả đến cao trình lắp đặt máy bơm gọi là cột nước đẩy<br /> địa hình.<br /> <br /> Hđ = Z bx—V MB<br /> <br /> (1-7)<br /> <br /> H đh= H s + Hd<br /> <br /> (1-8)<br /> <br /> Do đó<br /> <br /> Bể xả nói ở đây có thể là bể áp lực ở đầu hệ thống kênh dẫn hay tháp nước ở đầu mạng<br /> lưới đường ống , cũng có thể là bình chứa chất lỏng kín hoặc hở. Nếu là bình chứa chất<br /> lỏng kín có áp suất p (như ở thiết bị dầu áp lực) thì áp suất khí nén tại bình chứa phải tính<br /> đến khi xác định cột nước địa hình của máy bơm:<br /> H dh = Z bx- Z bb+ ^<br /> Y<br /> <br /> (1-9)<br /> <br /> Nếu trước máy bơm lắp chân không kế và sau máy bơm lắp áp k ế (hình 1-2) thì có thể<br /> đo được cột áp toàn phần của máy bơm.<br /> Gọi số đọc áp kế là PM, số đọc chán khống kế là PB, ta có:<br /> H=<br /> Y<br /> <br /> +— +z +—<br /> Y<br /> 2g<br /> <br /> (1- 10)<br /> <br /> Trong đó z là chênh lệch cao độ giữa áp kế với lỗ đặt chân không k ế (m), các ký hiệu<br /> khác như đã trình bày ở trên.<br /> Trên thực tê lắp đặt bơm ở trạm bơm, có khi lắp máy bơm thấp hơn mặt thoáng bể hút,<br /> tại cửa vào của bơm có thể lắp áp kế. Lúc đó trị số z là độ chênh cao độ giữa hai áp kế.<br /> Trường hợp đặc biệt (như bơm nước từ đồng ra sông) cũng có thể lắp đặt máy bơm cao hơn<br /> mực nước bê xả. Trong những trường hợp này, những công thức ở trên vẫn phù hợp.<br /> <br /> 100<br /> <br /> Ọ)<br /> 04<br /> <br /> cvĩc^i<br /> ><br /> <br /> 1.2.3. Công suất và hiệu suất<br /> Ở đây cần phân biệt công suất có ích N, và công suất trên trục máy bơm Nb. CôriiỊ suất<br /> có ích lù công suất chất lỏng được máy hơni tạo ra khi bơm:<br /> <br /> Trong đó:<br /> <br /> N = pgQH (w )= -P-g-- lỉ (kw )<br /> 1000<br /> Q - lưu lượng bơm, m3/s;<br /> H - cột nước toàn phần, m;<br /> <br /> (1-11)<br /> <br /> p - khối lượng riêng của chất lỏng, kg/ m3;<br /> g - gia tốc trọng trường, m/s2.<br /> Công suất trên trục máy bơm là công suất đòi hỏi động cơ phải cung cấp cho máy bơm<br /> tại trục bơm:<br /> N _ pgQH<br /> (kw )<br /> ( 1- 12)<br /> Nb<br /> T|b 1000 r |b<br /> với<br /> <br /> T Ịb<br /> <br /> là hiệu suất của máy bơm.<br /> <br /> Hiệu suất máy bơm đặc trưng cho mức độ hoàn chỉnh về mặt thuỷ lực và kết cấu (cơ khí)<br /> của máy bơm:<br /> h b<br /> <br /> = h , l h c k r lq<br /> <br /> Trong đó:<br /> r|t| - hiệu suất thuỷ lực - phụ thuộc vào tổn thất thuỷ lực trong quá trình chuyển hoá<br /> năng lượng;<br /> r| - hiệu suất cơ khí - phụ thuộc vào tổn thất cơ khí (do ma sát) khi làm việc;<br /> r| - hiệu suất thể tích - phụ thuộc vào tổn thất lưu lượng rò rỉ do chất lỏng chảy qua khe hở<br /> giữa phần chuyển động và phần không chuyển động của máy bơm mà không đi lên ống đẩy.<br /> <br /> 101<br /> <br />