số vịng quay n, cơng suất tiêu thụ N giá trị ứng với hiệu suất cao bơm Tuy nhiên thực tế sử dụng, suất bơm thay đổi, hay áp suất chất lỏng thay đổi đại lƣợng khác thay đổi theo Về lí thuyết, ta tìm đƣợc mối quan hệ đại lƣợng Q, H, N n theo định luật tỉ lệ, nhƣng thực tế khơng hồn tồn nhƣ Do ngƣời ta phải dựa vào thực nghiệm cách thay đổi độ mở van ống đẩy, đo độ thay đổi suất Q, áp suất P, công suất N tính hiệu suất tƣơng ứng với số vòng quay Kết ta lập đƣợc quan hệ Q–N, Q- đồ thị Những đƣờng cong biểu diễn quan hệ gọi đặc tuyến bơm (hình 11.10) Hình 11.10: Đặc tuyến bơm ly tâm Khi biết đƣợc đặc tuyến bơm ta chọn đƣợc chế độ làm việc thích hợp điều kiện định Trên hình 2.10 ta thấy, với số vịng quay n=970 vòng/phút, để bơm làm việc với hiệu suất > 0,75 lƣu lƣợng thay đổi khoảng Q=600 1200l/s, áp suất tƣơng ứng H=85 60 m Nhƣ từ quan hệ Q–H rõ ràng số vịng quay khơng đổi Q tăng H giảm, trừ giai đoạn đầu giai đoạn làm việc khơng ổn định H Q tăng Nếu ta làm thí nghiệm với số vịng quay khác, ta nhận đƣợc dãy đƣờng cong khác nhƣ hình 11.11 46 Qua đồ thị ta thấy, vịng quay bơm có giá trị hiệu suất cao ứng với điểm đƣờng Q–H Khi lệch khỏi điểm phía đƣờng cong cho ta hiệu suất thấp Hình 11.11: Đặc tuyến chung bơm Nối điểm có hiệu suất đƣờng Q-H lại (ứng với số vòng quay khác nhau) ta đƣợc đƣờng có hiệu suất =const Đồ thị biểu diễn quan hệ gọi đƣờng đặc tuyến chung bơm Dùng đồ thị đặc tuyến chung bơm ta dễ dàng thiết lập giới hạn sử dụng bơm có hiệu cao chọn chế độ làm việc thích hợp cho bơm Ví dụ: với n=1000 Q=105l/s ; H=12,5m 11.3.5 Đặc tuyến mạng ống điểm làm việc bơm Khi chọn bơm điều kiện làm việc, ngồi đặc tuyến bơm ta cịn phải dựa vào đặc tuyến mạng ống Nhƣ bơm đƣợc chọn phải thích hợp với trở lực đƣờng ống Đƣờng đặc tuyến mạng ống biểu thị mối quan hệ lƣu lƣợng chất lỏng chuyển động áp suất cần thiết Áp suất đƣợc tính tổng chiều cao hình học mà chất lỏng cần đƣợc đƣa đến z, tổng trở lực đƣờng ống hf, độ chênh lệch áp suất hai đầu ống hút ống đẩy (p2–p1)/ g 47 Vậy H Với w z p2 g (11.10) 4Q phƣơng trình (11.10) trở thành D2 H Đặt: C Ltd w2 D 2g p1 z p2 z Ltd D p1 g p2 p1 g ; K 16 Q2 D 2g Ltd D (11.11) 16 D 2g Phƣơng trình (11.11) trở thành: H=C + KQ2 (11.12) Phƣơng trình (11.12) gọi đƣờng đặc tuyến mạng ống Nó có dạng parabol không qua gốc toạ độ Nếu ta biểu diễn chung hai đƣờng đặc tuyến bơm đặc tuyến mạng ống đồ thị (hình 11.12) chúng cắt điểm M điểm làm việc bơm mạng ống cho ứng với suất Q1 cao mà bơm đạt đƣợc Nếu tăng suất bơm lên Q3 > Q1 áp suất bơm tạo nhỏ áp suất cần thiết bơm phải đạt đƣợc để thắng trở lực mạng ống Do bơm khơng làm việc đƣợc Hình 11.12: Điểm làmviệc bơm Nếu giảm suất xuống Q2 < Q1 bơm tạo áp suất lớn trở lực mạng ống Các van đƣờng ống đƣợc đóng bớt để tăng trở lực, không bơm tự động tăng Q H đến điểm M 48 11.3.6 Ghép bơm song song nối tiếp a Ghép bơm song song Ghép bơm song song cần giữ nguyên cột áp tăng lƣu lƣợng, lúc chất lỏng đẩy vào đƣờng ống Đặc tuyến chung bơm nhận đƣợc tổng suất (cộng hoành độ) bơm riêng biệt Hình 11.13: Đặc tuyến bơm ghép song song Kết hợp đặc tuyến tổng bơm với đặc tuyến mạng ống tọa độ ta thấy (hình 11.13): Điểm B điểm làm việc riêng lẻ bơm ứng với lƣu lƣợng QI=QII Điểm A điểm làm việc bơm mắc song song với lƣu lƣợng QI-II Nhƣ QI-II > QI nhƣng nhỏ 2QI Nhƣ ta thấy cách ghép song song bất lợi trở lực đƣờng ống lớn Do cách ghép song song nên áp dụng mạng ống đơn giản (trở lực nhỏ) lúc đƣờng đặc tuyến mạng ống đƣờng nét đứt suất QI-II tăng lên b Ghép bơm nối tiếp Ghép bơm nối tiếp cần giữ nguyên lƣu lƣợng tăng cột áp Trong trƣờng hợp suất chung bơm giống nhƣ suất bơm 49 áp suất tăng gấp đơi tổng áp suất bơm tạo Hình 11.14: Đồ thị ghép bơm nối tiếp Kết hợp đặc tuyến bơm mắc nối tiếp với đặc tuyến mạng ống đồ thị, ta thấy: Điểm B điểm làm việc bơm riêng lẻ ứng với cột áp H1 lƣu lƣợng Q1 Điểm A điểm làm việc bơm mắc nối tiếp ứng với cột áp H lƣu lƣợng Q Thực tế ghép bơm nối tiếp lƣu lƣợng tăng từ Q1 lên Q nhiên không đáng kể cột áp tăng từ H1 lên H nhƣng H1 < 2H 50 11.4 CÁC LOẠI BƠM KHÁC 11.4.1 Bơm sục khí Loại bơm làm việc theo ngun tắc bình thơng Khí nén qua ống thổi vào ống làm cho chất lỏng ống sủi bọt tạo thành hỗn hợp lỏng – khí có hh < l nên hỗn hợp dâng lên qua nắp đổ vào bể chứa – ống dẫn – ống dẫn khí nén – bình giảm áp – bể chứa Hình 11.15: Bơm sục khí Phịng hỗn hợp khí – lỏng phải đặt cao cửa hút chất lỏng ống khoảng 1,5 m để giữ cho khí nén khơng bị ngồi Bơm sục khí có ƣu điểm đơn giản, khơng có phận truyền động, làm việc nhiệt độ cao bơm li tâm không hút đƣợc Nhƣợc điểm hiệu suất thấp (25 35%), suất nhỏ Cần có trạm nén khí phải trì cột chất lỏng định đảm bảo độ nhúng sâu ống 11.4.2 Bơm tia (Ejectơ) Khi dịng lƣu chất (lỏng, khí hơi) chuyển động với vận tốc lớn qua tiết diện thu hẹp đột ngột (cửa thắt) vận tốc tăng lên nhanh chóng kéo theo áp suất phòng hòa trộn giảm xuống đủ nhỏ để hút chất lỏng từ vào Chất lỏng hút vào đƣợc hòa trộn với dòng lỏng hay ban đầu vào ống có tiết diện mở rộng dần nên vận tốc hỗn hợp giảm dần làm tăng áp lực đẩy chất lỏng ngồi 51 Hình 11.16: Bơm tia (ejectơ) – khe hẹp ; – phòng hòa trộn ; – tang áp Ƣu điểm bơm tia đơn giản, khơng cần động cơ, có khả kết hợp việc hút chất lỏng hòa trộn nên đƣợc sử dụng rộng rãi công nghiệp Nhƣợc điểm bơm đƣợc chất lỏng cho phép trộn lẫn với chất lỏng qua Hiệu suất thấp 11.5 SO SÁNH VÀ CHỌN BƠM Trong cơng nghiệp hóa chất thực phẩm, loại bơm đƣợc sử dụng phổ biến bơm ly tâm, so với bơm pittơng có ƣu điểm sau: - Tạo đƣợc lƣu lƣợng đặn, đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật nhiều ngành sản xuất khác - Số vòng quay lớn, truyền động trực tiếp từ động điện - Có cấu tạo đơn giản, gọn, chiếm diện tích xây dựng không cần kết cấu móng vững Do giá thành chế tạo, lắp đặt vận hành rẻ - Có thể dùng bơm chất lỏng bẩn, khe hở cánh guồng thân bơm tƣơng đối lớn, khơng có van phận dễ hƣ hỏng tắc bẩn gây Nhờ cải tiến kết cấu cánh guồng mà bơm ly tâm 52 bơm đƣợc dung dịch huyền phù có nồng độ pha rắn lớn - Có suất lớn áp suất tƣơng đối nhỏ nên phù hợp với yêu cầu kỹ thuật hầu hết q trình hóa học thực phẩm Tuy nhiên bơm ly tâm tồn nhiều nhƣợc điểm: - Hiệu suất thấp bơm pittông từ 10 - Khả tự hút kém, nên trƣớc bơm cần phải mồi chất lỏng cho bơm ống hút bơm đặt cao bể chứa - Nếu tăng áp suất suất giảm nhanh 15 % Đối với bơm pittông - Đƣợc dùng trƣờng hợp cần suất thấp, nhƣng áp suất cao - Dùng bơm pittông tiết kiệm lƣợng vốn xây dựng có hiệu suất cao bơm ly tâm 11.6 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 11.6.1 Câu hỏi trắc nghiệm Cơng suất bơm đƣợc tính theo cơng thức a N = ρ gHQ ,W 1000 η ρgHQ b N = 1000 η , kw c N = ρgHQ , kw 100 η d N = ρHQ ,W 102 η Công suất bơm tăng a tăng suất b.giảm chiều cao toàn phần bơm c tăng hiệu suất bơm d tăng chiều cao suất Nếu tăng số vòng quay bơm ly tâm lên hai lần suất tăng lên a lần b.3 lần c.2 lần d 1,5 lần Nhƣợc điểm bơm li tâm a lƣu lƣợng không b lƣu lƣợng không lớn c khởi động bơm phải mồi chất lỏng d tất Đối với bơm ly tâm trƣớc khởi động ta cần mồi chất lỏng vào bơm vì: a áp suất chân không ống đẩy chƣa đủ lớn b áp suất dƣ ống đẩy chƣa đủ lớn c áp suất chân không ống hút chƣa đủ lớn 53 d tất sai Nhiệm vụ bầu khí bơm pittơng a tăng vận tốc chuyển động chất lỏng b tăng suất c giảm tổn thất áp suất d giảm công suất Tăng suất bơm pittơng phải a.giảm số vịng quay b.tăng đƣờng kính pittơng c.giảm hiệu suất suất d.giảm khoảng chạy Đƣờng đặc tuyến bơm dùng để a.lựa chọn bơm b chọn suất bơm c.chọn chế độ làm việc hợp lí bơm d tìm cơng suất Máy nén dùng để a.tăng áp suất b.tăng nhiệt độ c tăng thể tích d giảm áp suất 10 Muốn tăng chiều cao đẩy bơm ly tâm ta cần a tăng chiều cao hút b giảm công suất c.tăng vận tốc quay guồng d.giảm vận tốc quay guồng 11 Hiện tƣợng xâm thực tạo nên: a va đập thuỷ lực b giảm tuổi thọ bơm c rung động tiếng ồn d tất 12 Để khắc phục tƣợng xâm thực bơm li tâm a.tăng áp suất cửa vào, giảm chiều cao hút nhiệt độ chất lỏng b giảm áp suất cửa vào c.tăng chiều cao hút d tăng nhiệt độ chất lỏng 13 Ghép bơm song song cần a tăng chiều cao cột áp b giảm chiều cao cột áp 54 c tăng lƣu lƣợng d a b 14 Ghép bơm nối tiếp cần a tăng chiều cao cột áp b giảm chiều cao cột áp c tăng lƣu lƣợng d a b 15 Bơm pittông thuộc loại bơm: a Bơm thể tích b Bơm động lực c Bơm Khí động d Bơm đặc biệt 16 Bơm thể tích bơm mà việc hút đẩy chất lỏng nhờ: a Thay đổi thể tích khơng gian làm việc b Thay đổi thể tích chất lỏng c Thay đổi áp suất chất lỏng d Thay đổi vận tốc chất lỏng 17 Bơm ly tâm bơm mà việc hút đẩy chất lỏng nhờ: a Lực ly tâm tạo chất lỏng chuyển động tinh tiến b Áp lực tạo chất lỏng chuyển động tinh tiến c Lực ly tâm tạo chất lỏng guồng quay d Áp lực tạo chất lỏng chuyển động quay 18 Trong bơm bánh thì: a Rãnh thực chức nhƣ pittong, thực chức nhƣ xilanh b Rãnh thực chức nhƣ xilanh, thực chức nhƣ pittong c Cả rãnh thực chức nhƣ pittong d Cả rãnh thực chức nhƣ xilanh 19 Nguyên nhân gây tƣợng xâm thực: a Do va đập thủy lực, bào mòn kết cấu kim loại b Do tăng giảm đột ngột áp suất c Do tăng giảm đột ngột thể tích chất lỏng d Do tăng giảm đột ngột thể tích bọt khí 55 20 Cơng suất bơm là: a Năng lƣợng tiêu tốn để bơm làm việc b Năng lƣợng tiêu tốn để bơm đẩy chất lỏng c Năng lƣợng tiêu tốn để bơm hút chất lỏng d Năng lƣợng tiêu tốn để bơm tạo cột áp H 11.6.2 Bài tập Một bơm li tâm dùng để bơm dung dịch muối ăn có khối lƣợng riêng 1273kg/m3 Năng suất bơm 20tấn/h Dung dịch đƣợc bơm từ thùng chứa áp suất thƣờng vào thiết bị có áp suất dƣ 0,5at Chiều cao hình học nâng lên 18m Tổn thất gây ống hút ống đẩy 50m Đƣờng kính ống hút đƣờng kính ống đẩy Tính áp lực tồn phần cơng suất động biết hiệu suất tổng 0,5 Một bơm ly tâm dùng bơm nƣớc có suất 15m3/h Bơm từ bể chứa áp suất thƣờng lên thiết bị có áp suất 2,5at Chiều cao hình học để nâng lên 16 m Chiều dài ống tính 100m Hệ số ma sát đƣờng ống 0,03 Hệ số trở lực cục gây ống hút đẩy 9,5 Ống hút đẩy có đƣờng kính 74x2mm Xác định cơng suất động biết hiệu suất tổng 0,6 Một bơm ly tâm dùng bơm dung dịch có tỷ trọng 0,92 có suất 5lít/giây Bơm từ bể chứa áp suất thƣờng lên thiết bị có áp suất dƣ 1,3at Chiều dài ống tính 120m (Chiều dài thực tế kể chiều dài trở lực cục gây ra) Hệ số ma sát 0.027 Ống có đƣờng kính 70x5mm Chiều cao hình học để nâng lên 17 m Xác định công suất động biết hiệu suất 0,65 Một bơm pittông tác dụng đơn dùng để bơm dung dịch có tỉ trọng so với nƣớc 0,93 Đƣờng kính pittơng bơm 160mm, bán kính tay quay 100mm Số vòng quay 126vòng/phút Khi hoạt động bơm đƣợc 27m3/h Tính hiệu suất suất bơm Một bơm tác dụng đơn có khoảng chạy 180mm, đƣờng kính pittơng 140mm Dùng bơm bơm chất lỏng có tỷ trọng 0,85 từ bể chứa dƣới áp suất thƣờng vào thiết bị có áp suất dƣ 2,1at Năng suất bơm lít/giây Chiều cao hình học 20m Chiều dài ống tính 100m (Chiều dài thực tế kể chiều dài trở lực cục gây ra) Đƣờng kính ống 50mm Hệ số ma sát 0,03 Hiệu suất suất bơm 56 0,85 Hiệu suất tổng 0,7 Tính số vịng quay bơm cơng suất mơ tơ Một bơm ly tâm dùng bơm nƣớc có suất 280lít/phút Bơm từ bể chứa áp suất thƣờng lên thiết bị có áp suất dƣ 1at Chiều cao hình học để nâng lên 12 m Chiều dài ống tính 130m(Chiều dài thực tế kể chiều dài trở lực cục gây ra) Hệ số ma sát 0,03 Ống có đƣờng kính 70mm Xác định cơng suất động biết hiệu suất 0,6 Một bơm pittơng tác dụng kép, có đƣờng kính pittơng 120mm, đƣờng kính cán pittơng 20mm, với khoảng chạy 140 mm để bơm380 lít/phút dung dịch có khối lƣợng riêng 930 kg/m3, từ bể chứa với áp suất khí lên thiết bị có áp suất dƣ 3,2 kg/cm2, với chiều cao cần bơm 20m, đƣờng kính ống hút đƣờng kính ống đẩy Cho tổng tổn thất áp suất đƣờng ống hút ống đẩy 12 m,và hiệu suất suất suất 0,8, ø hiệu suất chung bơm 0,72 Xác định: - Số vòng quay bơm? - Áp suất toàn phần bơm tạo ra? - Xác định công suất thực tế bơm? 11.7 Thực hành 11.7.1 Bơm Cách vận hành bơm - Bật công tắc tổng, bật tiếp nút khởi động bơm - Thiết bị vận hành, ta điều chỉnh van sau để vận hành bơm - Đóng van: van 2; van 4; van 5; van 6; van van xả - Mở van: van 1; van - Dùng van để chỉnh lƣu lƣợng chế độ khác - Ứng với chế độ lƣu lƣợng ta ghi áp suất đầu đẩy khác Tính tốn vẽ đồ thị - Vẽ đƣờng đặc tuyến mạng bơm H=f(Q), N=f(Q) đƣờng đặc tuyến mạng ống Hmo=f(Q) - Tìm điểm làm việc bơm 11.7.2 Bơm Cách vận hành bơm 57 - Bật công tắc tổng, bật tiếp nút khởi động bơm - Thiết bị vận hành, ta điều chỉnh van sau để vận hành bơm - Đóng van: van 1; van 2; van 5; van xả - Mở van: van 3; van 6; van - Dùng van để chỉnh lƣu lƣợng chế độ khác - Ứng với chế độ lƣu lƣợng ta ghi áp suất đầu đẩy khác Tính tốn vẽ đồ thị - Vẽ đƣờng đặc tuyến mạng bơm H=f(Q), N=f(Q) đƣờng đặc tuyến mạng ống Hmo=f(Q) - Tìm điểm làm việc bơm 17.7.3 Bơm mắc song song bơm Cách vận hành - Bật công tắc tổng, bật tiếp nút khởi động bơm bơm - Thiết bị đƣợc vận hành, ta điều chỉnh van sau để vận hành bơm mắc song song với bơm - Đóng van: van van xả - Mở van: van 1; van 3; van 5; van 6; van - Dùng van để chỉnh lƣu lƣợng chế độ khác - Ứng với chế độ lƣu lƣợng ta ghi áp suất đầu đẩy khác Tính tốn vẽ đồ thị - Vẽ đƣờng đặc tuyến mạng bơm H=f(Q), N=f(Q) đƣờng đặc tuyến mạng ống Hmo=f(Q) - Tìm điểm làm việc bơm 11.7.4 Bơm mắc nối tiếp bơm Cách vận hành: - Bật công tắc tổng, bật tiếp nút khởi động bơm bơm - Thiết bị đƣợc vận hành, ta điều chỉnh van sau để vận hành bơm mắc nối tiếp với bơm - Đóng van: van 1; van 4; van 5; van 6; van van xả - Mở van: van 2; van 58 - Dùng van để chỉnh lƣu lƣợng chế độ khác - Ứng với chế độ lƣu lƣợng ta ghi áp suất đầu đẩy khác Tính tốn vẽ đồ thị: - Vẽ đƣờng đặc tuyến mạng bơm H=f(Q), N=f(Q) đƣờng đặc tuyến mạng ống Hmo=f(Q) - Tìm điểm làm việc bơm 11.7.5 BÀN LUẬN - Nhận xét đƣờng đặc tuyến - Nhận xét mức độ tin cậy kết nguyên nhân sai số - Dựa đƣờng đặc tuyến ta có nhận xét điểm làm việc bơm - Nêu ứng dụng bơm ly tâm đời sống cơng nghiệp Hình 11.17: Thí nghiệm bơm song song nối tiếp 59 Bài 12 VẬN CHUYỂN VÀ KHÍ NÉN Mã số: QTTB 12 Giới thiệu Hiện máy nén hay thổi khí đƣợc dùng phổ biến nhiều ngành kinh tế quốc dân, thí dụ nhƣ ngành xây dựng, chế tạo máy luyện kim, khai thác mỏ… Trong cơng nghiệp hóa chất nhƣ tổng hợp NH3 phải nén H2 N2 tới 200at, 350at hay 500at Trong số q trình nhƣ đặc, sấy, chƣng luyện chân khơng v.v…ngƣợc lại phải trì áp suất thấp tới 0,2 0,4at Ngồi để thơng gió, khuấy trộn, phun bụi, vận chuyển vật liệu ngƣời ta dùng khí nén Tất trình phải tiến hành nén, thổi hút chân không Khi nén hút chân khơng có thay đổi thể tích kèm theo thay đổi áp suất nhiệt độ khí Đối với khí lý tƣởng quan hệ thể tích, áp suất nhiệt độ đặc trƣng phƣơng trình trạng thái: PV=GRT P – áp suất khí, N/m2; V – thể tích khí, m3; G – khối lƣợng khí, kg; T – nhiệt độ tuyệt đối khí, K; R – số khí 8314 ; J/kg độ M M – khối lƣợng phân tử khí, kg/kmol Theo lý thuyết nhiệt động học nén hút khí tiến hành theo trình sau đây: Quá trình đẳng nhiệt: nén giữ cho nhiệt độ khí khơng đổi cách cho trao đổi nhiệt với bên ngồi Q trình đoạn nhiệt: nén không trao đổi nhiệt với bên ngồi, tồn nhiệt lƣợng tỏa nén cịn nằm lại khí làm tăng nhiệt độ khí lên Q trình đa biến: Trong thực tế tiến hành nén đẳng nhiệt hay 60 ... tổng trở lực đƣờng ống hf, độ chênh lệch áp suất hai đầu ống hút ống đẩy (p2–p1)/ g 47 Vậy H Với w z p2 g (11.10) 4Q phƣơng trình (11.10) trở thành D2 H Đặt: C Ltd w2 D 2g p1 z p2 z Ltd D p1 g p2... lƣợng tăng cột áp Trong trƣờng hợp suất chung bơm giống nhƣ suất bơm cịn 49 áp suất tăng gấp đôi tổng áp suất bơm tạo Hình 11. 14: Đồ thị ghép bơm nối tiếp Kết hợp đặc tuyến bơm mắc nối tiếp với đặc... lƣợng tăng từ Q1 lên Q nhiên không đáng kể cột áp tăng từ H1 lên H nhƣng H1 < 2H 50 11 .4 CÁC LOẠI BƠM KHÁC 11 .4. 1 Bơm sục khí Loại bơm làm việc theo nguyên tắc bình thơng Khí nén qua ống thổi vào