PHẦN 2: PHẦN ỨNG DỤNG CHƯƠNG MÁY BƠM KHÁI NIỆM Máy bơm ứng dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân Bơm thiết bị cung cấp lượng cho dòng chảy nhằm thắng tất trở lực đường nâng chất lỏng lên độ cao Năng lượng cung cấp cho bơm hoạt động lấy từ nguồn động lực khác Các ý chọn sử dụng bơm: - Bơm hoạt động bình thường, xảy hư hỏng - Dễ điều chỉnh thông số kỹ thuật, áp suất, lưu lượng - Dễ thay phụ tùng cần thiết - Giá chấp nhận Ngoài phải xét tới lý tính hóa tính lưu chất nơi đặt bơm 1.1 Phân loại bơm Theo nguyên lý hoạt động bơm chia làm hai nhóm sau đây: • Bơm thể tích: Sự hút vào đNy chất lỏng khỏi bơm nhờ thay đổi thể tích không gian làm việc bơm, mà thay đổi thể tích chuyển động tịnh tiến piston bơm piston chuyển động quay bơm rotor Bơm thể tích gồm có: bơm piston, bơm rotor, bơm cánh trượt v.v… • Bơm động lực: Sự hút vào đNy chất lỏng khỏi bơm nhờ chuyển động quay roto thân bơm, động cánh roto truyền vào chất lỏng để tạo lượng cho dòng chảy Gọi tắt lực ly tâm lực đNy cánh Bơm động lực gồm có: bơm ly tâm, bơm hướng tâm, bơm turbin Ngoài hai loại trên, ta thấy loại bơm khí động khác bơm ejector, bơm thùng nén v.v… nhiên loại sử dụng công nghiệp, phạm vi giáo trình không giới thiệu 1.2 Các thông số bơm • Lưu lượng, ký hiệu Q; m3 s 66 Là thể tích chất lỏng cung cấp lên đường ống đNy đơn vị thời gian ℓ Chú ý: Nếu đơn vị lưu lượng   s  m3    phải chuyển hệ SI h    m3    s   • Áp suất toàn phần gọi cột áp – ký hiệu H; mcl H = ∆z + ∆P ∆v + + ∑ h ; mcl γ 2g (6 -1) Là hiệu số hai mặt cắt(2 – 2) – (1 – 1) Ở đây: ∆z = z − z1 ; mcl ∆P P2 − P1 = ; mcl γ γ ∆v v 2 − v 21 = ; mcℓ 2g 2g ∑ h = ∑ h hut − ∑ h day ; mcℓ • Chiều cao hút bơm – Ký hiệu Zh; mcℓ Pkq − Pck  v ℓ (6 - 2) −  α + λ h + ∑ ξ  ; mcℓ γ dh   2g Ngoài chiều cao hút phụ thuộc vào áp suất bão hòa chất lỏng nơi đặt bơm nữa, thực tế bơm hút chất lỏng tốt điều kiện: Pbh  ℓh  v2 Zh ≤ − α + λ + Σξ  ; m cℓ (6 – 3) γ  d  2g Zh = • Công suất bơm – Ký hiệu N; kW 67 Công suất bơm xác định theo công thức: ρgQH ; kW 1000η ρQH ; kW Hoặc: N = 102η N= (6 – 4a) (6 – 4b) ρ: Khối lượng riêng chất lỏng; kg/m3 g: gia tốc trọng trường; m/s2 Q: lưu lượng; m3/s H: áp suất toàn phần bơm; m η: hiệu suất – (0,8 ÷ 0,9) • Hệ số quay nhanh – Ký hiệu ns;v/phút Ở ns = 3,65.n Q ; v/phút H 0,75 (6 – 5) Dựa vào hệ số quay nhanh ta chọn bơm sau - Bơm piston bơm rotor ns = 50; v/phút - Bơm ly tâm ns = (50 ÷ 500); v/phút - Bơm hướng tâm ns = (500 ÷1200); v/phút BƠM THỂ TÍCH Đặc điểm chung: - Lưu lượng cung cấp không - Bơm lưu chất có độ nhớt cao cao - Làm việc áp suất cao, lưu lượng nhỏ - Dễ hư hỏng, cố 2.1 Bơm piston 2.1.1 Phân loại bơm piston Có cách phân loại sau: - Theo cấu truyền động: dùng động cơ, máy phát điện - Theo số lượng cấp: cấp, hai cấp, nhiều cấp - Theo số lần tác động: Tác động đơn, tác động kép, đa tác động - Theo vị trí piston: piston nằm ngang, thẳng đứng - Theo áp suất làm việc: áp suất thấp (P < 10 at), áp suất trung bình (P =10 ÷ 20at), áp suất cao (P > 10at) - Theo suất: suất nhỏ (Q 60 m3/h 2.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động: 68 Nguyên lý làm việc: giả sử Piston chuyển động phía phải áp suất xilanh nhỏ dần, đến điểm áp suất xilanh nhỏ áp suất khí Pkq khiến cho Clape mở Clape đóng lại, chất lỏng hút vào lòng xilanh Khi piston chuyển động ngược chiều trở lại theo chiều biến thiên góc ϕ áp suất xilanh tăng dần, đến áp suất đủ lớn Clape đóng lại Clape mở ra, chất lỏng đưa lên đường ống đNy 2.1.3 Tính lưu lượng (năng suất) Nếu ta gọi: D: Đường kính xilanh; m S = 2r : khoảng chạy piston; m n: số vòng quay cấu truyền động; v/phút i: Số lần tác động ψ: thừa số kể ảnh hưởng truyền chiếm chỗ lòng xilanh, với 2A − A ' bơm có số lần tác động lẻ ψ = 1, tác động chẵn Ψ = (với: A: tiết diện 2A xilanh; m2, A’: tiết diện truyền; m2) η: hiệu suất bơm; % 69 πD 2r.n m3 Công thức tính là: Q = i.ψ.η ; 60 s (6 – 6) Dưới nguyên lý làm việc máy bơm hai tác động (Hình 3) 2.1.4 Quy luật chuyển động piston xilanh Vận tốc trung bình piston chuyển động xilanh v tb = ϖ.r.sin ϕ ; m/s (6 – 7) ω: vận tốc gốc; rad/s r: bán kính quay; m ϕ: góc biến thiên Khi ϕ = suy v = Với π suy v = vmax v Độ sai lệch max = 1,57 biểu thị chuyển động không piston v tb Khi ϕ = xilanh Vậy độ sai biệt lưu lượng phụ thuộc vào loại bơm sau: • Bơm tác động: m = 3,14 • Bơm hai tác động: m = 1,57 • Bơm ba tác động: m = 1,37 • Bơm bốn tác động: m = 1,11 • Càng nhiều tác động: m ≈ Qua đó, thấy bơm nhiều tác động lưu lượng sai biệt không đáng kể 2.1.5 Đồ thị cung cấp lưu lượng Từ phương trình (6 – 7) cho ta đồ thị cung cấp lưu lượng theo quy luật hình sin Các hình (Hình 6.4a); (Hình 6.4b); (Hình 6.4c) biểu thị bơm tác động, hai tác động nhiều tác động 70 Hiện tượng mà lưu lượng chỗ có chỗ không gọi mạch nhảy - Với bơm tác động có mạch nhảy lớn - Với bơm hai tác động mạch nhảy làm kín - Với bơm nhiều tác động (ở ba tác động) tượng mạch nhảy nhỏ; làm kín Tức m → Vậy mạch nhảy kín cố bơm giảm 2.1.6 Tác dụng bầu khí Ở hình (H6.2) ta thấy có hai bầu khí Do có tượng mạch nhảy nói nên lưu lượng bơm cung cấp không đều, dễ sinh lực quán tính Lực làm tăng ma sát, khiến cho lượng vận chuyển dòng yếu Vậy để khắc phục lực quán tính đó, bơm piston người ta thường gắn thêm hai bầu khí, nhờ bầu khí mà lưu lượng dòng chảy điều hòa 2.1.7 Chiều cao hút bơm piston Ta có:    v2 P ℓ Z h = bh −  α + λ h + Σξ  + X + Y  ; mcℓ γ dh  2g   (6 – 8) Ở X: trở lực bầu khí hút; mcℓ Y: trở lực clape hút; mcℓ X Y hoàn toàn xác định thực nghiệm Nếu X = Y = công thức (6 – 8) trở dạng thông số xem (6 – 2) 2.1.8 Đường đặc tính bơm piston Về mặt lý thuyết ứng với lưu lượng, cho giá trị áp suất vô lớn (Hình 6.5) Nhưng thực tế nhiều hao hụt, nên áp suất cao lưu lượng tiến tới không 71 2.1.9 Công suất thị - Ni; kW (Chỉ thị: Đọc giá trị trực tiếp dụng cụ đo bơm hoạt động) Xác định theo công thức Ni = Pi Q i ; kW 1000 (6 – 9) N m2 m3 Qi: suất thị; s Pi: áp suất thị; 2.1.10 Các phụ kiện kèm theo hệ thống máy bơm - Crêpin: Vừa đóng vai trò van chiều gắn cuối đường ống hút, vừa đóng vai trò lưới chắn rác tránh lọt vào đường ống - Van chiều: Gắn đường ống đNy giúp bơm khởi động dễ - Áp kế: Nên gắn đầy đủ ống hút ống đNy để kiểm soát tính ổn định bơ m - Van xả gió: Giúp hệ thống tránh va đập thủy lực 2.2 Bơm Roto Bơm roto loại bơm thể tích, bơm roto có nhiều loại khác gồm bơm bánh răng, bơm cánh trượt, bơm trục vít, v.v 2.2.1 Bơm bánh Cấu tạo gồm hai bánh 1và quay ngược chiều, số lượng từ (8 ÷ 10), rãnh đóng vai trò xilanh, đóng vai trò piston, lưu chất liên tục hút đNy hai bánh quay ngược chiều nhau, số nhiều lưu lượng (Hình 6) 72 Năng suất xác định theo: Q= ( ) π.b.n D1 − D 22 η ; m3/s 240 (6 – 10) Trong b: bề rộng bánh răng; m D1: đường kính đỉnh D2: đường kính chân răng; m n: số vòng quay; v/phút η = (0,7 ÷ 0,8); hiệu suất Áp suất tối đa bơm làm việc đạt 25at, lưu lượng tối đa 60 m3/h Ứng dụng bơm bánh để bơm lưu chất có độ nhớt tối đa 50 stock 2.2.2 Bơm trục vít Bơm trục vít loại bơm thể tích, ứng dụng nhiều công nghiệp Bơm có một, hai, ba hay nhiều trục vít Khi trục chủ động quay khe trục có vai trò xilanh, hai trục bị động đóng vai trò làm kín mà Bơm trục vít bơm loại lưu chất có độ nhớt cao khoảng 50 ÷ 100 Stock áp suất cao 73 Năng suất tính theo: 10d Khi bước vít: t = Q = 248,8.10-6.n.d3.η; m3/h Khi bước vít: t = Trong 5d Q = 124,4.10-6.n.d3.η; m3/h (6 – 11a) (6 – 11b) n - số vòng quay trục chủ động; v/phút d: đường kính trục bị động; cm t: bước vít, khoảng cách đỉnh hai vít kề nhau; cm BƠM ĐỘNG LỰC Bơm động lực gồm loại sau đây: bơm ly tâm, bơm hướng trục, bơm turbin,… dùng rộng rãi ngành kinh tế dân dụng 3.1 Bơm ly tâm Lưu chất qua bơm nhận thêm công lực ly tâm sinh nhờ rôto thân bơm hoạt động So với bơm vừa giới thiệu bơm ly tâm có nhiều ưu điểm bơm dễ sử dụng, dễ điều chỉnh thông số kỹ thuật, trình làm việc không hư hỏng lặt vặt, bơm lưu chất có độ nhớt cao, chi tiết rôto hao mòn lực ma sát học không đáng kể, đặc biệt không cần nhập ngoại giá thành chấp nhận 3.1.1 Phân loại Như loại bơm khác, bơm ly tâm phân loại theo nhiều cách khác - Phân loại theo áp suất gồm có: áp suất thấp, áp suất trung bình áp suất cao - Phân loại theo số cấp gồm có: cấp, hai cấp dễ sử dụng, dễ điều chỉnh thông số kỹ thuật, trình làm việc không hư hỏng lặt vặt, bơm lưu chất có độ nhớt cao, chi tiết rôto hao mòn lực ma sát học không đáng kể, đặc biệt không cần nhập ngoại giá thành chấp nhận được., nhiều cấp - Phân loại theo phương thức chuyển chất lỏng vào bơm gồm có: cánh hướng dòng, không cánh hướng dòng - Phân loại theo hệ số quay nhanh ns • ns = (40 ÷ 80) v/phút → bơm quay chậm • ns = (80 ÷ 150) v/phút → bơm quay vừa • ns = (150 ÷ 500) v/phút → bơm quay nhanh • ns = (500 ÷ 1200) v/phút → bơm hướng trục 3.1.2 Cấu tạo nguyên lý Cấu tạo: rôto gồm có đĩa (b), đĩa gắn cánh (a), số lượng cánh gồm 2, tối đa 20 cánh (H6 8a), vỏ có hình xoắn ốc, nhờ mà dòng lưu chất qua bơm ma sát, tổn thất áp suất Hình (H 6.8) mô tả cấu tạo bơm ly tâm cấp 74 Nguyên lý hoạt động: Khi rôto quay, tác dụng lực ly tâm, áp suất tâm bơm nhỏ nhất, tính liên tục tính chảy lưu chất mà chúng dâng lên tâm rôto, nhận thêm lượng lực ly tâm cung cấp theo cánh chuyển động mép rôto lên đường ống đNy 3.1.3 Phương trình bơm ly tâm Ký hiệu: Điểm (1) – Lưu chất vào rôto, bán kính r1; m Điểm (2) – Lưu chất khỏi rôto, bán kính r2; m U: vận tốc vòng lưu chất với rôto; m/s W: vận tốc tương đối lưu chất từ điểm (1) điểm (2) → → → C: vận tốc tuyệt đối lưu chất qua rôto; C = W + U ; m/s → → α: góc tạo véc tơ C véc tơ U → → β: góc tạo véc tơ W véc tơ U Mối quan hệ cánh sơ đồ vận tốc chuyển động cánh bơm biểu diễn hình (H 8.b) 75 - Phương trình bơm ly tâm có dạng tổng quát U 22 - U12 W12 - W22 C 22 - C12 ; mcl H lt = + + 2g 2g 2g (a ) (b) (6 -12) (c ) - Ý nghĩa vật lý số hạng (a): Là biến thiên áp suất lực ly tâm tác dụng lên lưu chất để làm cho chuyển động từ điểm (1) điểm (2) (b) Là thay đổi áp suất thay đổi áp suất qua rôto (c) Sự biến thiên động dòng lưu chất từ điểm (1) điểm (2) Mặt khác: W12 = U12 + C12 − U1C1 cos α1 (6 - 13) 2 W2 = U + C − U C cos α Thế vào (6 -12), rút gọn ta được: U C cos α − U1C1 cos α1 H lt = 2 g (6 -14) Phương trình (6 -14) gọi phương trình bơm ly tâm Euler tìm ra, dùng để tính bơm ly tâm, bơm hướng tâm, quạt ly tâm hướng tâm, bơm turbin, máy nén turbin Để tránh va đập làm hư bơm, cho α1 = 900, U C cos α (6 - 15) H lt = 2 g Từ ta xét ảnh hưởng độ cong cánh lên áp suất bơm Gọi C2U hình chiếu vận tốc tuyệt đối C lên vận tốc vòng u C2U = C2cosα2 = U2 – Cr2.cotanβ2 Thế vào (6 – 15) U U C cot anβ H lt = − r g g - Nếu β2 > 900 cotan β2 < ⇒ Hlt > 0: cánh cong phía trước (H 8d) Nếu β2 < 90o cotan β2 > ⇒ Hlt < 0: cánh cong phía sau (H 8b) 76 (6 - 16) (6 - 17) - Nếu β2 = 90o cotan β2 = ⇒ Hlt = U 22 : cánh thẳng (H 8e) 2g Nhận xét: Với cánh cong phía β2 > 90o tạo áp suất lý tưởng, song dễ sinh va đập thuỷ lực làm hư bơm Trong thực tế vận hành theo cánh cong phía sau β2 < 90o cánh thẳng β2 = 90o mà 3.1.4 Áp suất toàn phần thực H lt = Trong k = U C cos α g η.k ; mcl (6 -18) ; hệ số tuần hoàn lưu chất    2ε   1+  z   r 2  1 −  r     2  ε = (0,8 ÷ 1,3) Hệ số thực nghiệm z : hệ số cánh đĩa rôto r1: bán kính rôto; m r2: bán kính rôto; m 3.1.5 Tính suất (lưu lượng) Năng suất bơm ly tâm xác định công thức thực nghiệm: Q = η.π.D.B.Cr ; m3/s Trong đó: η = (70 ÷ 90)% :Hiệu suất D: đường kính rôto (2r2); m B: bề rộng khe dẫn lưu chất; m πD.n Cr = ϕ ; vận tốc tuyệt đối; m/s 60 ϕ = (0,8 ÷ 0,95): hệ số dòng chảy 77 (6 -19) 3.1.6 Đường đặc tính bơm ly tâm Đem biểu thức: C1u = C1 cos α1 = U1 − C r1 cot anβ1  C u = C2 cos α = U − C r cot anβ U1 = ωr1  U = ωr1 Q  C r1 = ηπD B  1  Q C = r2  ηπ21 B Thế vào (6 – 14) có đường đặc tính sau (Hình 10) 78 Về mặt lý thuyết (Hình 6.10) quan hệ (H – Q) quan hệ bậc nhất, thực tế mối quan hệ thuộc loại bậc 2, có dạng H = f (Q) (6 – 20) 3.1.7 Điểm làm việc bơm Hai đường cong (H – Q) trở lực Σh cắt điểm (A) hình (H6.11) Điểm (A) gọi điểm làm việc bơm, điều chỉnh điểm (A) theo yêu cầu kỹ thuật Điểm A có toạ độ: [QA; HA; ηA] 3.1.8 Đường đặc tính tổng hợp Khi chế tạo bơm (quạt, máy nén), người ta cho vận hành thử từ xây dựng đường đặc tính thực, bố trí đường đặc tính đồ thị chung, tạo thành đường đặc tính tổng hợp hình (H 6.12) Mỗi hãng sản xuất loại bơm kèm theo giản đồ tổng hợp vậy, giới thiệu catologue hãng sản xuất 79 3.1.9 Đường đặc tính bơm gắn vào mạng ống Ví dụ: có hệ thống hình (H6.12a) Viết phương trình Bernoulli, chuyển vế ta H = ∆Z + ∆P + ∆v H t = const 2g + ∑h A → B ; mcl H đ = KQ H = Hằng số + KQ2 ; mcl Rõ ràng phương trình trở lực thay đổi, kết luận rằng: Áp lực bơm tạo phụ thuộc vào hệ thống đường ống (H6.12b) 3.1.10 Định luật tỉ lệ Từ giá trị có số vòng quay n1, chuyển sang tính giá trị n2 liên quan đến đồng dạng hình học, rút từ định luật tỷ lệ n1 Q1 = n Q2  n1  H   = H2  n2  (6.21)  n1  N   = N2  n2  Ở n: số vòng quay; v/s Q: lưu lượng; m3/s H: áp suất toàn phần; mcl N: công suất; kW Dạng không thứ nguyên: bơm, theo nguyên tắc đồng dạng thông số biểu diễn dạng không thứ nguyên 80 • Lưu lượng kQ = Q (6 - 22) n.D • Áp suất kH = H.g (6 - 23) n D • Công suất kN = N (6 - 24) ρ.n D • Reynold ly tâm Re lytam = ρ.n.D µ (6 - 25) 3.1.11 Bơm ghép nối tiếp song song Nếu cần lưu lượng lớn, ghép song song hai bơm nhiều bơm lại với nhau, đường đặc tính thay đổi, ứng dụng trường hợp để tưới tiêu nông nghiệp nhập liệu vào thiết bị cần lưu lượng lớn Hình (H3.13a) sơ đồ ghép song song hai bơm hình (H6.13b) đường đặc tính ghép, dễ nhận biết: QA > QA1; QA > QA2 Ngược lại, cần tạo áp suất cao ghép nối tiếp chúng lại với xem hình (H.6.14a) (H6.14b) 81 Nhìn hình (H6.14b) dễ nhận biết: HA > HA2; HA > HA1 3.1.12 Hiện tượng xâm thực cách khắc phục Tại nơi thân bơm làm việc, áp suất giảm đột ngột làm cho lưu chất bay hơi, tạo nên túi (khí + hơi), túi chuyển động hỗn lọan có xu hướng tập trung phía vỏ bơm, điều kiện túi (khí + hơi) ngưng tụ lại tạo nên khoảng trống, lưu chất nơi khác dồn khoảng trống với động lớn dễ làm hư bơm Nếu lưu chất có tính ăn mòn kim lọai bơm dẽ bị hư hại Hiện tượng gọi tượng xâm thực Để khắc phục tượng xâm thực đó, ta tiến hành sau: - Tăng áp suất hút lên, cách hạ tâm bơm xuống gần thấp mặt thóang - Ống hút phải kín tuyệt đối tránh bọt không khí vào - Kiểm định lại áp suất bão hòa nơi gắn bơm có phù hợp không 3.1.13 Chiều cao hút bơm ly tâm: Zh; mcl -   P ℓ  v2 (6.26) Z h = bh −  α + λ + ∑ ξ  + su xam thuc ; mcl γ d g     Sự xâm thực tìm thực nghiệm; mcl Nếu xâm thực bỏ qua công thức (6 – 26) trở công thức (6 – 3) 3.1.14 Bơm ly tâm nhiều cấp Với bơm ly tâm cấp nói vận tốc vòng u2 đạt khoảng (40 ÷ 300) m/s, thực tế kỹ thuật nhiều u2 cần đạt lớn 500 m/s, trường hợp dễ xảy xâm thực, phải chế tạo bơm nhiều cấp Hình (H6.15a) biểu diễn sơ đồ chuyển động lưu chất qua bơm hai cấp, hình (H 6.15b) biểu diễn cấu tạo bơm hai cấp 82 3.2 Bơm hướng trục Bơm hướng trục loại bơm động lực, đặc điểm lưu lượng lớn, mà tạo áp suất không cao, số vòng quay nhanh khoảng (600 ÷ 1200) v/phút, xem hình H6.16 Về nguyên lý lực tác động tương hỗ rôto dòng lưu chất mà xuất lực đNy dọc theo trục để đưa lưu chất Loại bơm dùng thiết bị cần bơm với lưu lượng lớn Áp suất toàn phần bơm u H = (C u − C1u ) g ; mcl (6 – 27) u = C u k.η g 83 Trong đó: k: hệ số tuần hoàn lưu chất η: hiệu suất Năng suất bơm hướng trục: ( ) π D − d ϕ.η ; m (3 – 28) s Trong đó: Cr: vận tốc hướng tâm lưu chất; m/s D: đường kính cánh; m d: đường kính cánh; m (hình H6.16a) ϕ: hệ số dòng chảy η: hiệu suất; % Kết luận: Khi sử dụng loại bơm nào, ta nên xét đến phạm vi hoạt động để tránh tải bơm theo hình (H.6.17) sau đây: Q = Cr Nhìn vào biểu đồ hình (H6.17) ta thấy: - Bơm piston làm việc áp suất cao nhất, lưu lượng từ nhỏ đến trung bình - Bơm hướng trục ngược lại, lưu lượng vô lớn có áp suất thấp - Còn lại bơm ly tâm có dãy suất rộng, đồng thời áp suất cao Ngoài ra, bơm động lực số loại bơm khác, không phổ biến nên không đề cập giáo trình 84 BÀI TẬP Bài Tính chiều cao hút Zh máy bơm có thông số sau đây: - Lưu lượng Q = 10 ℓ/s Chiều dài ống hút ℓ = 4m Đường kính ống hút d = 75mm Áp suất chân không vào bơm Pck = 0,6 at Hệ số ma sát λ = 0,03 Trở lực cục Σξ = m Lấy g = 10 , α = s Bài giải: Viết phương trình Bernoulli qua hai mặt cắt (1 -1) (2 -2) P v2 P v2 Z1 + + = Z + + + ∑ h1→ γ 2g γ 2g Xét Z1 = 0; mặt chuNn v1 = Pkq P2 P P1 = ; = ck = 6m γ γ γ γ Z2 = Zh Suy ra: Z h = Ở đây: v = P1 − P2 γ ℓh   2,26  v − α + λ + Σξ  = [10 − (10 − )] − 1 + 0,03 +  d 0,75   2g   2.10 4.10 −3.10 3,14.0,075 = 2,26 m s Đáp số: Zh = 4,06 m Bài Một máy bơm có thông số sau đây: - Lưu lượng Q = ℓ/s - Áp suất chân không vào bơm Pck = 0,4 at - Áp suất dư khỏi bơm Pd = at - Hiệu suất η = 85% - Đường kính ống hút ống đNy m - g = 10 s - Lưu chất nước có ρ = 1000 kg/m3, bỏ qua trở lực qua bơm Tính công suất bơm thời gian bơm đầy bể chứa V = 20 m3, biết hệ số chứa đầy ϕ = 90% 85 Bài giải Viết phương trình Bernoulli qua hai mặt cắt (1 – 1) (2 -2) P1 v12 P2 v 22 Z1 + + + H = Z2 + + + ∑ h1→ γ 2g γ 2g Xét: Z1 = Z2 P P1 = ck = 4m γ γ P P2 = d = 40m γ γ v1 = v2; ∑ h1→ = Suy ra: H = P2 − P1 γ = (10 + 40) - (10 -4) = 44 mcl 1000.10.5.10 −3.44 Vậy N = = 2,58kW 1000.0,85 Tính thời gian bơm đầy bể ϕV 0,9.20 Ta có t = = = 3,6 Q 5.10 − Đáp số: N = 2,58kW, t = Bài Bơm ly tâm làm việc với số vòng quay n1 = 1200 v/phút có đường đặc tính cho Bảng 1: n1 = 1200 v/phút Q1 (l/s) 10 12 H1 (mH2O) 15 16 15 13 11 η (%) 45 65 75 80 75 60 Bơm nước từ bể (A) lên bể (B) thông với khí trời với ∆Z = 8m Chiều dài đường ống hút ℓh = 10m, đường kính ống hút dh = 100mm, chiều dài ống đNy ℓđ = 30m, đường kính ống dđ = 75mm, hệ số ma sát λ = 0,03, tổn thất cục ξh = ξđ = 6, g = 10 m/s2, α = Tính công suất bơm Nếu số vòng quay giảm 10% tức n2 = 1080 v/phút công suất thay đổi nào? Bài giải Trước hết dựa vào số liệu bảng – dựng đồ thị (H – Q): 86 Viết phương trình Bernoulli qua hai mặt bể (A) (B) P v2 P v2 ZA + A + A + H = ZB + B + B + ∑ h A → B γ 2g γ 2g Xét ZB - ZA = 8m P PA P = B = ck γ γ γ vA = vB = 0; ∑ h A → B ≠ Thế số vào ta có: 87 10 30   16.Q   16.Q H = +  0,03 +  +  0,03 + 6 0,1  π 0,1 20  0,075   π 0,75 20  10 30  16.Q   16.Q  = +  0,03 +  +  0,03 + 6 Q , , 075 π , 20 π , 75 20       = + KQ = + 53500Q • Lần lượt cho Q = 2ℓ/s; 4ℓ/s; 6ℓ/s… để tìm điểm làm việc A Với Q = 2ℓ/s ⇒ H = + 53500(2.10 −3 ) = 8,214 mH2O Với Q = 4ℓ/s ⇒ H = + 53500(4.10 −3 ) = 8,856 mH2O Với Q = 6ℓ/s ⇒ H = + 53500(6.10 −3 ) = 9,926 mH2O Với Q = 8ℓ/s ⇒ H = + 53500(8.10 −3 ) = 11,424 mH2O Với Q = 10ℓ/s ⇒ H = + 53500(10.10 −3 ) = 13,350 mH2O Dựng lên đồ thị, tìm toạ độ điểm làm việc A1[9ℓ/s; 12mH2O; 75%] Vậy công suất ứng với n1 = 1200 v/phút là: 1000.10.9.10 −3.12 N1 = = 1,44 kW 1000.0,75 (1) • Dựa vào định luật tỷ lệ, công thức (6 -21) ta có: n1 Q1 n 1080 = ⇒ Q = Q1 = Q1 = 0,9Q1 ℓ/s n Q2 n1 1200 2  n1  n  H  1080  Q   = ⇒ H =   H1 =   = 0,81H1 mH2O H2  1200   n2   n1  Bảng 2: n2 = 1080 v/phút Q2 (l/s) 1,8 3,6 5,4 7,2 H2 (mH2O) 12,5 12,96 12,15 10,53 8,91 (Thế giá trị bảng vào Q2 = 0,9Q1 H2 = 0,81H1) Mang giá trị bảng dựng lên đồ thị tìm điểm làm việc A2[7,3l/s; 10,3mH2O; 78%] Vậy công thức ứng với n2 = 1080v/phút 1000.10.7,3.10 −3.10,3 N2 = = 0,9634 kW 1000.0,78 1,44 − 0,963 Tính sai số: ∆N = = 49,5% 0,963 10,8 6,48 (2) Kết luận: Số vòng quay giảm 10% công suất giảm 49,5% không tuyến tính 88 CÂU HỎI ÔN TẬP Khái niệm phân loại bơm? Các thông số bơm? Cấu tạo nguyên lý hoạt động bơm piston (một cấp)? Tính chiều cao hút bơm piston? Cấu tạo nguyên lý bơm bánh răng? Cấu tạo nguyên lý hoạt động bơm trục vít? Cấu tạo nguyên lý hoạt động bơm ly tâm (một cấp)? Áp suất lý thuyết áp suất toàn phần thực bơm ly tâm? Ảnh hưởng chiều cong cánh lên áp lực bơm ly tâm? 10 Đường đặc tính điểm làm việc bơm ly tâm? 11 Đường đặc tính tổng hợp bơm ly tâm? 12 Bơm ghép nối tiếp ghép song song? 13 Định luật tỷ lệ? 14 Cấu tạo bơm ly tâm nhiều cấp (hai cấp)? 15 Cấu tạo nguyên lý bơm hướng trục? 89 ... − r g g - Nếu β2 > 900 cotan β2 < ⇒ Hlt > 0: cánh cong phía trước (H 8d) Nếu β2 < 90o cotan β2 > ⇒ Hlt < 0: cánh cong phía sau (H 8b) 76 (6 - 16) (6 - 17) - Nếu β2 = 90o cotan β2 = ⇒ Hlt = U 22... khác: W12 = U12 + C12 − U1C1 cos α1 (6 - 13) 2 W2 = U + C − U C cos α Thế vào (6 -12), rút gọn ta được: U C cos α − U1C1 cos α1 H lt = 2 g (6 -14) Phương trình (6 -14) gọi phương trình bơm ly... cos α (6 - 15) H lt = 2 g Từ ta xét ảnh hưởng độ cong cánh lên áp suất bơm Gọi C2U hình chiếu vận tốc tuyệt đối C lên vận tốc vòng u C2U = C2cosα2 = U2 – Cr2.cotanβ2 Thế vào (6 – 15) U U C cot