Skip to content Skip to navigation

Connexions

You are here: Home » Content » Đặc tính của bơm cánh quạt, nguyên lý làm việc của máy bơm li tâm

Navigation

Lenses

What is a lens?

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

This content is ...

Affiliated with (What does "Affiliated with" mean?)

This content is either by members of the organizations listed or about topics related to the organizations listed. Click each link to see a list of all content affiliated with the organization.
  • VOCW

    This module is included inLens: Vietnam OpenCourseWare's Lens
    By: Vietnam OpenCourseWare

    Click the "VOCW" link to see all content affiliated with them.

Recently Viewed

This feature requires Javascript to be enabled.
Download
x

Download module as:

  • PDF
  • EPUB (what's this?)

    What is an EPUB file?

    EPUB is an electronic book format that can be read on a variety of mobile devices.

    Downloading to a reading device

    For detailed instructions on how to download this content's EPUB to your specific device, click the "(what's this?)" link.

  • More downloads ...
Reuse / Edit
x

Module:

Add to a lens
x

Add module to:

Add to Favorites
x

Add module to:

 

Đặc tính của bơm cánh quạt, nguyên lý làm việc của máy bơm li tâm

Module by: PGS. TS. Nguyễn Quang Đoàn. E-mail the author

Summary: Phần này trình bày về Nguyên lý làm việc của máy bơm li tâm

ĐẶC TÍNH CỦA BƠM CÁNH QUẠT.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM LI TÂM.

Nguyên lý làm việc của bơm li tâm.

Khi động cơ quay truyền mô men quay làm quay BXCT của máy bơm, cánh bơm truyền năng lượng cho chất lỏng đẩy chất lỏng dịch chuyển. Vậy ta hãy lấy một mẫu điểm chất lỏng M để nghiên cứu , xem Hình 3 - 1:

Hình 1
Hình 1 (graphics1.png)

Hình 3 - 1.

Chất điểm M được xét ở cách tâm quay một đoạn r, vậy mẫu M có kích thước là b.dr.rd và khối lượng dm = .b.rd.dr. Khi BXCT quay với tốc độ góc  sẽ sinh lực li tâm dF = dm.2r. Chia dF cho diện tích b.rd ta được lực li tâm đơn vị dp=dFbrdjdp=dFbrdj size 12{ ital "dp"= { { ital "dF"} over { ital "brd"j} } } {}= .2. r.dr. Vậy áp suất chênh lệch giữa cửa ra và cửa vào BXCT sẽ là:

DP=P2P1=r1r2dp=r1r2dFbrdj=r1r2w2ρrdr=ρw2r1r2rdr=ρw2(r22r12)2DP=P2P1=r1r2dp=r1r2dFbrdj=r1r2w2ρrdr=ρw2r1r2rdr=ρw2(r22r12)2 size 12{DP= { size 24{P} } rSub { size 8{2} } - { size 24{P} } rSub { size 8{1} } = Int cSub { size 8{ { size 10{r} } rSub { size 6{1} } } } cSup { { size 10{r} } rSub { size 6{2} } } { ital "dp"={}} Int cSub { { size 10{r} } rSub { size 6{1} } } cSup { { size 10{r} } rSub { size 6{2} } } { size 12{ { { ital "dF"} over { ital "brd"j} } = Int cSub { { size 10{r} } rSub { size 6{1} } } cSup { { size 10{r} } rSub { size 6{2} } } { { size 24{w} } rSup {2} size 12{ρ ital "rdr"=ρ { size 24{w} } rSup {2} Int cSub { { size 10{r} } rSub { size 6{1} } } cSup { { size 10{r} } rSup { size 6{2} } } { size 12{ ital "rdr"=ρ { { { size 24{w} } rSup {2} size 12{ \( { size 24{r} } rSub {2} rSup {2} } size 12{- { size 24{r} } rSub {1} rSup {2} } size 12{ \) }} over {2} } } } }} } } } {}; ( 3 - 1 )

Từ công thức ( 3 - 1 ) ta rút ra nhận xét:

- Chênh lệch áp lực giữa cửa ra và cửa vào P tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ góc và đường kính cửa ra D2, tỷ lệ nghịch với đường kính cửa vào D1 của BXCT. Do vậy, tăng vòng̣ quay của bơm ( n ) hoặc tăng đường kính cửa ra, giảm đường kính cửa vào sẽ tăng được áp lực chất lỏng cần bơm;

- Do ngoại vi BXCT không bị bịt kín nên áp lực ở ngoại vi nhỏ hơn áp lực cửa ra P2 do vậy nước sẽ văng ra khỏi BXCT để vào ống đẩy. Đó cũng chính là nguyên lí làm việc của bơm li tâm là nhờ tạo ra lực li tâm khi BXCT quay để bơm nước.

- Ngoài những nhận xét trên ta còn nhận thấy: P còn phụ thuộc vào khối lượng riêng  của lưu chất. Ở điều kiện chuẩn, khối lượng riêng của không khí chỉ bằng 18301830 size 12{ { {1} over {"830"} } } {} khối lượng riêng của nước, vì vậy để bơm được nước thì trước khi chạy máy bơm cần phải đổ đầy nước trong buồng công tác của máy bơm ( mồi nước ).

Thành lập phương trình cơ bản của máy bơm li tâm

Quan sát sự chuyển động của chất lỏng trong BXCT ta thấy chất lỏng vào cửa vào theo hướng song song với trục bơm và đi ra theo hướng thắng góc với trục ( Hình 3 -2 ).

Chất lỏng trong BXCT chuyển động theo không gian phức tạp: vừa quay theo BXCT với vận tốc theo UU size 12{ { size 24{U} } cSup { size 8{ rightarrow } } } {} vừa chuyển động tương đối theo khe cánh với vận tốc tương đối WW size 12{ { size 24{W} } cSup { size 8{ rightarrow } } } {}.

Hình 2
Hình 2 (graphics2.png)

Hình 3 - 2. Dạng cánh và tam giác tốc độ.

Tổng hợp hai thành phần vận tốc này lại chúng ta có vận tốc tuyệt đối CC size 12{ { size 24{C} } cSup { size 8{ rightarrow } } } {}= U+WU+W size 12{ { size 24{U} } cSup { size 8{ rightarrow } } + { size 24{W} } cSup { size 8{ rightarrow } } } {}, biểu diễn chúng thành một tam giác khép kín gọi là " tam giác tốc độ ". Ở cửa vào ta ký hiệu các thành phần với chỉ số 1, ở cửa ra kí hiệu chỉ số 2.

Các thành phần vận tốc hướng kính : C1r = C1sin 1 và C2r = C2sin2;

Các hình chiếu vận tốc lên vận tốc theo: C1u = C1cos1 và C2u = C2cos2.

Việc thành lập phương trình cơ bản của máy bơm li tâm với chuyển động không gian phức tạp của dòng chảy là rất khó thực hiện, do vậy viện sỹ Nga Euler đã đưa ra một số giả thiết sau đây cho dễ thiết lập:

- Coi dòng chảy trong khe cánh quạt là tập hợp nhiều dòng nguyên tố hợp thành. Từ đó suy ra: quỹ đạo của chất điểm dòng chảy sẽ song song tuyệt đối với hình cong cánh quạt, tốc độ tương đối của chất điểm dòng chảy sẽ tiếp tuyến với cánh quạt và có cùng giá trị khi chúng cùng nằm trên một vòng tròn đồng tâm, dòng chảy sẽ là dòng đối xứng qua trục bơm.

Để phù hợp với giả thiết này ta tưởng tượng BXCT phải có số lượng cánh quạt là vô cùng ( Z = 8 ), cánh quạt vô cùng mỏng và khe cánh rất hẹp và dài.

- Chất lỏng qua cánh quạt mà ta nghiên cứu là chất lỏng lý tường. Nghĩa là chất lỏng không nhớt nên không có ứng suất tiếp sinh ra giữa các lớp chất lỏng và như vậy sẽ không có tổn thất ma sát thủy lực

- Chất lỏng chảy ổn định. Giả thiết này có thể tìm được sau khi khởi động bơm một thời gian trong trường hợp môi trường bên ngoài không đổi.

Với giả thiết của Euler ta tiến hành thành lập phương trình cơ bản cho máy bơm giả tưởng có số cánh vô hạn, cánh có bề dày vô cùng mỏng, bơm chất lỏng lý tưởng. Để rút ra phương trình ta áp dụng định luật về sự thay đổi mô men động lượng. Trong trường hợp này có thể phát biểu là: Độ biến thiên mô men động lượng L của chuyển động chất lỏng trong một đơn vị thời gian dọc theo trục quay của BXCT bằng mô men ngoại lực, nghĩa là bằng mô men xoắn M của cánh tác dụng lên chất lỏng: L = L2 - L1 = M.

Xét một khối chất lỏng có khối lượng riêng  chuyển động từ cửa vào 1 đến cửa ra 2 với lưu lượng Q ( xem Hình 3 - 2 ) ta có:

Mô men động lượng ở cửa vào 1 là: L1 = .Q.C1. l1= QC1r1cos1 = QC1ur1

Mô men động lượng ở cửa ra 2 là : L2 = .Q.C2 .l2= QC2r2cos2 = QC2ur2

Vậy độ độ biến thiên mô men động lượng tương ứng sẽ là:

L = L2 - L1 = Q( C2ur2 - C1ur1 ) và = M.

Mở rộng cho toàn BXCT ta có: L = Q( C2ur2 - C1ur1 ) ̀ = M = M.

Nhân hai vế của công thức trên với cùng tốc độ góc , ta có:

Q( C2ur2 - C1ur1) ̀ = M( * )

Vì r. = U và vì công suất N = M và = gQH8l , trong đó ký hiệu H8l biểu thị cột nước của bơm có số cánh vô hạn, chất lỏng lý tưởng, cho nên công thức ( * ) sẽ là:

Q( C2uU2 - C1uU1) = gQ H8l ( ** )

Chuyển vế và giản ước ( ** ) ta rút ra được phương trình cơ bản ( phương trình Euler) như sau:

H8l = 1g1g size 12{ { {1} over {g} } } {} ( U2C2u - U1 C1u )( 3 - 1 )

Nhận xét phương trình cơ bản Euler ( 3 -1 )

- Phương trình Euler không có mặt trọng lượng riêng  nghĩa là không phụ thuộc vào một lưu chất cụ thể nào, vậy nó dùng chung cho nước và mọi lưu chất khác như xăng, dầu, không khí ..v.v...

- Khi lập phương trình ta chỉ xét hai điểm cửa vào và cửa ra mà không xét đến hình dạng cánh, do vậy phương trình ( 3 - ) dùng được chung cho mọi loại bơm cánh quạt.

- Để tăng cột nước của bơm H8l thì có thể có những biện pháp như: tăng U2 ( hay cũng chính là tăng  hay vòng quay n hoặc D2 của bơm ), tăng C2u nhưng tăng C2u cũng có nghĩa là giảm góc 2, trường hợp 2 = 0 thì Q = D2b2C2r = D2b2C2sin2 = 0 là không được. Do vậy trong chế tạo thường lấy 2 = 8 ... 150 là tốt nhất.

- Thiết kế cửa vào khe cánh BXCT không xảy ra dòng chuyển động xoay nghĩa là thành phần C1u = C1sin1 = 0 để nâng cao cột nước, do vậy người ta chế tạo bơm li tâm có góc 1 = 90 0. Trường hợp này phương trình ( 3 - 1 ) sẽ là:

H8l = 1g1g size 12{ { {1} over {g} } } {} ( U2C2u ) ( 3 - 2 )

Phương trình ( 3 - 1 ) áp dụng cho bơm thực tế

Phương trình Euler ( 3 - 1 ) được thành lập trên cơ sở những giả thiết đã nêu là cơ sở để áp dụng vào chế tạo máy bơm thực tế. Hiện nay các máy bơm li tâm có số cánh từ 6 ... 12, khe cánh ngắn, cánh có độ dày nhất định mới chịu được lực ... do vậy dòng chảy không thể bám sát vào cánh vì vậy có xoáy nước hướng trục phát sinh. Người ta đã có nhiều nghiên cứu so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm.

Hình 3
Hình 3 (graphics3.png)

Hình 3 - 3. Sơ đồ chuyển động tương đối của chất lỏng trong các

ránh BXCT có cánh quạt hữu hạn.

I,II- chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay; III- biểu đồ phân bố vận tốc tương đối W và áp suất tĩnh p cm trong mặt cắt ngang ở các rãnh giữa các cánh BXCT.

Mỗi cánh của BXCT bơm li tâm đều "áp" vào chất lỏng làm cho chất lỏng chảy vòng. Bởi vậy áp lực tĩnh ở mặt trước sẽ lớn hơn ở mặt sau. Trên cơ sở của phương trình Bernulli đối với chuyển động tương đối thấy rằng dọc mặt trước cánh, chất lỏng chuyển động với vận tốc tương đối sẽ nhỏ hơn mặt sau của cánh. Chuyển động tuyệt đối của rãnh giữa các cánh, nhìn bình đồ là chuyển động quay với tốc độ góc bằng tốc độ góc của BXCT, đồng thờì do có lực quán tính sinh ra chuyển động tịnh tiến của chất lỏng chống lại chuyển động quay này.Tổng hợp hai dạng chuyển đông trên chúng ta nhận được biểu đồ gần đúng của vận tốc tương đối W. Chuyển động quay tương đối của chất lỏng trong rãnh có khác tốc độ tương đối trung bình: ở cửa ra: W2 quay ngược với chiều quay cửa BXCT, còn ở cửa vào lại quay cùng chiều với BXCT ( xem II, Hình 3 - 2 ).

Hiện tượng thủy động xẩy ra trong BXCT rất phức tạp và chưa có lời giải thỏa đáng cuối cùng. Bởi vậy chưa thể thành lập được phương trình đúng về sự phụ thuộc của cột nước vào số lượng cánh. Người ta vẫn phải sử dùng phương trình Euler với số cánh vô hạn nhưng đưa thêm vào hệ số hiệu chỉnh K có kể đến thực tế là số cánh Z hữu hạn. Trong thực tế thường dùng công thức của K. Pờplâyder sau đây để tính cột nước lý tưởng Hl số cánh hữu hạn:

Hl = K H8l ( 3 - 3 )

Trong đó hệ số hiệu chỉnh K được xác định như sau:

K = 11+20,6(1+sinβ2)Z[1D12D22]11+20,6(1+sinβ2)Z[1D12D22] size 12{ { {1} over {1+2 { {0,6 \( 1+"sin" { size 24{β} } rSub { size 8{2} } \) } over {Z \[ 1- { { { size 24{D} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over { { size 24{D} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } } \] } } } } } {}( 3 - 4 )

Hệ số K cũng có thể lấy gần đúng theo tài liệu sau đây, tùy thuộc vào tỷ tốc ns:

Bảng 1
ns ( v/ph ) 40 50 75 100 125 150 175 200 250
K 0,78 0,8 0,81 0,82 0,805 0,77 0,715 0,675 0,55

Ảnh hưởng của góc 2 đối với việc chọn hình dạng cánh quạt

Ý nghĩa vật lý của phương trình cơ bản ( 3 - 1 )

Để tìm hiểu vấn đề này ta biến đổi phương trình ( 3 - 1 ) theo các đơn giản sau:

Hình 4
Hình 4 (graphics4.png)
Từ tam giác tốc độ

ta viết các công thức lượng gíác về thành phần vận tốc cho cửa vào và cửa ra BXCT sau:

W12=C12+U122C1uU1W12=C12+U122C1uU1 size 12{ { size 24{W} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } = { size 24{C} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } + { size 24{U} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } -2 { size 24{C} } rSub { size 8{1u} } { size 24{U} } rSub { size 8{1} } } {}cos α1α1 size 12{ { size 24{α} } rSub { size 8{1} } } {} và rút ra C1uU1C1uU1 size 12{ { size 24{C} } rSub { size 8{1u} } { size 24{U} } rSub { size 8{1} } } {}

W22=C22+U222C2uU2W22=C22+U222C2uU2 size 12{ { size 24{W} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } = { size 24{C} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } + { size 24{U} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } -2 { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } { size 24{U} } rSub { size 8{2} } } {}cos α2α2 size 12{ { size 24{α} } rSub { size 8{2} } } {}và rút ra C2uU2C2uU2 size 12{ { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } { size 24{U} } rSub { size 8{2} } } {}, sau đó thay các giá trị này vào phương trình cơ bản ( 3 - 1 ) ta có dạng mới của nó:

H¥l=C22C122g+U22U122g+W12W222gH¥l=C22C122g+U22U122g+W12W222g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } = { { { size 24{C} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } - { size 24{C} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } + { { { size 24{U} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } - { size 24{U} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } + { { { size 24{W} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } - { size 24{W} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {}( 3 - 5 )

Ta xem xét ý nghĩa của các thành phần vận tốc trong công thức ( 3 - 5 ):

- Từ dạng chung của phương trình Bernulli viết cho dòng nguyên tố bất kỳ của chuyển động ta có: pg+C22gpg+C22g size 12{ { {p} over {g} } + { { { size 24{C} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {}= hằng số, trong đó thành phần thứ nhất là tĩnh năng ( ký hiệu là Ht ), còn thành phần thứ hai là động năng ( ký hiệu là Hđ ). Từ đây suy ra :

Áp lực toàn phần của một dơn vị chất lỏng trước khi vào BXCT là H1=Ht1+C122gH1=Ht1+C122g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{1} } = { size 24{H} } rSub { size 8{ { size 10{t} } rSub { size 6{1} } } } + { { { size 24{C} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {} ;

Tương tự, áp lực toàn phần sau khi ra khỏi BXCT là H2=Ht2+C222gH2=Ht2+C222g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{2} } = { size 24{H} } rSub { size 8{ { size 10{t} } rSub { size 6{2} } } } + { { { size 24{C} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {} . Vậy cột nước toàn phần do cánh quạt của bơm li tâm tạo ra là:

H¥l=H2H1=(Ht2Ht1)+C22C122gH¥l=H2H1=(Ht2Ht1)+C22C122g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } = { size 24{H} } rSub { size 8{2} } - { size 24{H} } rSub { size 8{1} } = \( { size 24{H} } rSub { size 8{ { size 10{t} } rSub { size 6{2} } } } - { size 24{H} } rSub { size 8{ { size 10{t} } rSub { size 6{1} } } } \) + { { { size 24{C} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } - { size 24{C} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {}( 3 - 6 )

Vậy thành phần thứ nhất của phương trình ( 3 - 5 ) là áp lực động hay cột nước động còn ( Ht2 - Ht1 ) là áp lực tĩnh hay cột nước tĩnh.

- Giả sử bịt cửa ra của BXCT, vậy khi bánh xe công tác quay với vận tốc U ( m/s ) sẽ sinh ra lực li tâm T = mU2r=mw2rmU2r=mw2r size 12{m { { { size 24{U} } rSup { size 8{2} } } over {r} } =m { size 24{w} } rSup { size 8{2} } r} {}. Trong đó khối lượng đơn vị m=1gm=1g size 12{m= { {1} over {g} } } {} và lực li tâm trên sẽ bằng T=w2rgT=w2rg size 12{T= { { { size 24{w} } rSup { size 8{2} } r} over {g} } } {}. Khi lực li tâm T dịch chuyển theo hướng bán kinh một đoạn dr sẽ sinh ra một công tương ứng dA = Tdr. Vậy công A sinh ra khi chuyển từ của vào đến cửa ra là:

A=r1r2dA=w2gr1r2rdr=w22g(r22r12)=U22U122gA=r1r2dA=w2gr1r2rdr=w22g(r22r12)=U22U122g size 12{A= Int cSub { { size 10{r} } rSub { size 6{1} } } cSup { { size 10{r} } rSub { size 6{2} } } { ital "dA"= { { { size 24{w} } rSup { size 8{2} } } over {g} } Int cSub { size 8{ { size 10{r} } rSub { size 6{1} } } } cSup { { size 10{r} } rSub { size 6{2} } } { ital "rdr"= { { { size 24{w} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } \( { size 24{r} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } - { size 24{r} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } } size 12{ \) = { { { size 24{U} } rSub {2} rSup {2} size 12{- { size 24{U} } rSub {1} rSup {2} }} over { size 12{2g} } } }} {}{}( 3 - 7 )

Vậy thành phần thứ hai của phương trình ( 3 - 5 ): DHu=U22U122gDHu=U22U122g size 12{D { size 24{H} } rSub { size 8{u} } = { { { size 24{U} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } - { size 24{U} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {}là công do lực li tâm của một đơn vị trọng lượng chất lỏng sinh ra khi chuyển từ cửa vào đến cửa ra. Nó cũng là áp lực tĩnh cửa ra BXCT.

- Cũng áp dụng phương trình Bernulli cho năng lượng toàn phần của một đợi vị trọng lượng chất lỏng lí tưởng: năng lượng ở cửa vào ( Ht1'+W122gHt1'+W122g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{t1} } rSup { size 8{'} } + { { { size 24{W} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {}) bằng năng lượng toàn phần ở cửa ra ( Ht2'+W222gHt2'+W222g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{t2} } rSup { size 8{'} } + { { { size 24{W} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {}), từ đó chuyển vế ta có :

Ht2'Ht1'=W12W222gHt2'Ht1'=W12W222g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{t2} } rSup { size 8{'} } - { size 24{H} } rSub { size 8{t1} } rSup { size 8{'} } = { { { size 24{W} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } - { size 24{W} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {}( 3 - 8 )

Vậy thành phần thứ ba của phương trình ( 3 - 5 ): DHw=W12W222gDHw=W12W222g size 12{D { size 24{H} } rSub { size 8{w} } = { { { size 24{W} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } - { size 24{W} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {}biểu thị động năng giảm dần từ cửa vào đến cửa ra BXCT để tĩnh năng tăng dần từ cửa vào đến cửa ra và tại cửa ra nó biến thành áp năng để đẩy chất lỏng.

Khảo sát ba thành phần trên ta thấy: Cột nước H¥lH¥l size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } } {} gồm có một thành phần động năng C22C122gC22C122g size 12{ { { { size 24{C} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } - { size 24{C} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {} và hai thành phần là tĩnh năng Ht = Hu + Hw . Trong đó áp lực động trong quá trình chuyển hóa thành áp lực tĩnh thì sinh tổn thất thủy lực cột nước. Do vậy muốn tăng hiệu suất của máy bơm phải tìm cách giảm giá trị thành phần áp lực động của dòng chảy và tăng Ht bằng cách tăng D2 hoặc tăng vòng quay n.

Chọn hình dạng cánh quạt ( chọn góc 2 )

Có ba dạng cánh quạt trong máy bơm: Cánh uốn cong về phía sau, ngược với chiều quay (2 < 900 ); Cánh uốn cong về phía sau nhưng nơi cửa ra có hướng trùng với li tâm

Hình 5
Hình 5 (graphics5.png)

Hình 3 - 4. Hình dạng cánh quạt ở máy bơm li tâm

a) khi 2 < 900; b) khi 2 = 900; c) khi 2 > 900

(2 = 900 ); Cánh uốn cong về phía trước (2 > 900 ). Dạng cánh có ảnh hưởng rất lớn đối với khả năng sản sinh cột nước của máy bơm bởi vì mỗi dạng cánh có quan hệ rõ nét đến tỷ lệ giữa các thành phần cột nước động hoặc tĩnh của bơm. Ta tìm hiểu tỷ lệ đó để tìm ra dạng cánh có khả năng giảm cột nước động và tăng cột nước tĩnh nhẵm nâng cao cột nước của bơm.

Trong chế tạo máy bơm, người ta chọn góc ở cửa vào 1 = 900 để thành phần hình chiếu vận tốc C1u = C1cos1 = 0, như vậy thành phần hường li tâm C1r = C1sin1 = C1 và ở cửa ra cố gắng giữa cho C2r = C1 để giảm tổn thất. Điều kiện này dẫn đến phương trình ( 3 - 2 ) đã trình bày ở trước, cụ thể :

H¥l=Ht+Hd=1gC2uU2H¥l=Ht+Hd=1gC2uU2 size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } = { size 24{H} } rSub { size 8{t} } + { size 24{H} } rSub { size 8{d} } = { {1} over {g} } { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } { size 24{U} } rSub { size 8{2} } } {}( 3 - 9 )

Trong ba dạng cánh trên, dạng nào cho ta thành phần Ht chím phần lớn còn Hđ ít nhất thì dạng cánh đó được chọn. Cần biến đổi công thức tính Hđ với C2r = C1 ta có :

Hđ = C22C122gC22C122g size 12{ { { { size 24{C} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } - { size 24{C} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {} = C22C2r22g=C2u22gC22C2r22g=C2u22g size 12{ { { { size 24{C} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } - { size 24{C} } rSub { size 8{2r} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } = { { { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {} ( 3 - 10 )

- Khi 2 > 900, nhìn vào Hình 3 - 4, c ta thấy C2u > U2 do vậy thay vào ( 3- 10 )

ta có Hđ = C2u22g>U2C2u2g=12H¥lC2u22g>U2C2u2g=12H¥l size 12{ { { { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } > { { { size 24{U} } rSub { size 8{2} } { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } } over {2g} } = { {1} over {2} } { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } } {}, nghĩa là với dạng cánh này thành phần động năng chiếm hơn một nửa của cột nước Hl, vậy tổn thất lớn.

- Khi 2 = 900, nhìn vào Hình 3 - 4,c ta thấy C2u = U2 thay vào ( 3 - 10 ) ta có:

Hđ = C2u22g=U2C2u2g=12H¥lC2u22g=U2C2u2g=12H¥l size 12{ { { { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } = { { { size 24{U} } rSub { size 8{2} } { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } } over {2g} } = { {1} over {2} } { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } } {}, dạng cánh này cho ta cột nước động và tĩnh bằng nhau.

- Khi 2 < 900 , nhìn Hình 3 - 4, a ta thấy C2u < U2, thay vào ( 3 - 10 ) ta có :

Hđ = C2u22g<U2C2u2g=12H¥lC2u22g<U2C2u2g=12H¥l size 12{ { { { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } < { { { size 24{U} } rSub { size 8{2} } { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } } over {2g} } = { {1} over {2} } { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } } {}, dạng cánh này cho ta cột nước động nhỏ hơn một nửa cột nước Hl . Vậy tổn thất thủy lực trong bơm là nhỏ nhất trong ba dạng cánh.

Từ những tính toán trên và nhận xét những mặt khác ta chọn dạng cánh có 2 < 900 làm dạng cánh để chế tạo, vì nó có những ưu điểm sau:

  • Khi 2 < 900 sẽ tạo phần lớn cột nước tĩnh ngay trong cánh quạt, giảm tổn thất thủy lực;
  • Khe cánh quạt uốn ra sau nên mở rộng đều đặn hơn so với 2 > 900 và chỉ một lần cong cũng giảm tổn thất thủy lực trong cánh quạt và dễ chế tạo hơn;
  • Sự thay đổi công suất thủy lực tương đối ít khi lưu lượng thay đổi, do vậy tạo điều kiện cho động cơ làm việc thuận lợi. Chế độ làm việc ít thay đổi thì hiệu suất bơm cũng cao hơn.

Phần lớn người ta chọn góc 2 từ 15 ... 400 để chế tạo bơm .

Quá trình làm việc trong phần tĩnh của bơm li tâm

Phần tĩnh của máy bơm li tâm gồm: đọan từ mặt bích ống hút vào cửa vào BXCT, phần xoắn ốc bao quanh BXCT và đoạn nối hình nón khuếch tán với bích cửa ra.

Hình 6
Hình 6 (graphics6.png)

a) Sơ đồ phần dẫn ; b) Sơ đồ bơm có rãnh xoắn; c) Sơ đồ phần ra có cánh hướng.

Hình 3 - 5. Các sơ đồ chất lỏng chảy qua phần tĩnh.

Phần dẫn cần đảm bảo nước chuyển động tịnh tiến vãoBXCT với vận tốc phân bố đều đặn nhất, thường được làm ở dạng hình nón cụt thu hẹp hoặc dạng hình nửa xoắn bên ( Hình 3 -2, a ). Mặt cắt ngang của phần dẫn co hẹp dần khoảng 10 ... 20% diện tích.

Phần xoắn ốc ( Hình 3 - 5,b ) thu nước từ BXCT ra, mặt cắt ngang của nó thường có dạng quả lê, tròn hoặc dạng chữ nhật và tăng dần theo tỷ lệ góc quay từ "lưỡi gà" 4 đến tiết diện tròn cửa ra của nón khuếch tán 3. Dòng chảy trong phần xoắn có đặc tính không gian phức tạp. Nếu mô hình dòng chảy là đơm giản thì ở chế độ thiết kế Q = Q0 có thể coi vận tố́c trung bình của dòng chảy dọc theo phần xoắn là không đổi và bằng:

Cx=QFx=(0,65...0,8)K.C2uCx=QFx=(0,65...0,8)K.C2u size 12{ { size 24{C} } rSub { size 8{x} } = { {Q} over { { size 24{F} } rSub { size 8{x} } } } = \( 0,"65" "." "." "." 0,8 \) K "." { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } rSup {} } {}( 3 - 11 )

Khi Q < Q0 : ở đoạn trước " lưỡi gà " có một phần chất lỏng từ phần xoắn 1 sẽ quay ngược vào lại BXCT. Khi Q > Q0 : ở đoạn này có một lượng nước từ BXCT thêm vào phần xoắn. Nếu ở trạng thái thiết kế áp lực tĩnh dọc phần bao BXCT thực tế là hằng số, thì khi Q  Q0 thì áp lực này sẽ thay đổi nhiều. Bởi vậy bơm li tâm khi làm việc ở trạng thái khác thiết kế áp lực trong nó sẽ không còn đối xứng nữa dẫn đến gây rung động và lực hướng bán kính tác động lên nó sẽ tăng.

Giữa " lưỡi gà " của phần xoắn và BXCT có phần rãnh hở, thường bằng 0,03 ... 0,05 D2. Để giảm mức độ rung động rãnh này đôi khi làm rộng ra. Góc bao phần xoắn khoảng 3600 . Phần xoắn nối dần vào phần côn khuếch tán. Nhờ đoạn khuếch tán sẽ biến đổi động năng thành áp năng ngay trong phần xoắ́n.

Với mục đích giảm kích thước và khối lượng, người ta chế tạo máy bơm đa cấp có thêm cơ cấu dẫn dòng ( xem Hình 3 - 5,c ). Trong vỏ bơm, bao quanh BXCT 1 lắp những cánh dẫn dòng 3, nhờ vậy tạo nên những dòng xoắn thành phần 2 đưa chất lỏng vào các rãnh hình nón cụt khuếch tán vòng. Dòng chất lỏng đi ra từ các rãnh của cánh BXCT cấp thứ nhất sẽ hợp lại và qua đường dẫn vòng vào BXCT cấp tiếp theo ... Các lực hướng bán kính tác dụng lên BXCT được giảm nhỏ do đối xứng trong quá trình xảy ra trong rãnh xoắn ốc mà các cánh dẫn dòng 3 tạo nên. Nhược điểm của cơ cấu dẫn dòng ở đây là làm cho kết cấu phức tạp hơn buồng xoắn thông thường và giảm hiệu suất.

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BƠM HƯỚNG TRỤC

Chúng ta đã nghiên cứu dòng chảy trong bơm hướng trục ( Hình 2 - 8 ) . Mỗi dòng nguyên tố của chất lỏng sẽ dịch chuyển theo mặt hình trụ có trục là trục máy bơm. Trong bơm hướng trục không có chuyển động chất lỏng theo phương bán kính ở bất kỳ mặt cắt ngang nào của BXCT và cơ cấu hướng dòng, nghĩa là không có lực li tâm. Đặc trưng này là gần đúng có thê,̉ nếu cột nước dọc theo bán kính ở bất kỳ mặt cắt ngang nào ở trên là không đổi, tuy nhiên do tính phức tạp của dòng chảy nên thực tế có khác so với mô hình đặc trưng đã mô tả. Cánh BXCT 3 truyền mô men quay cho chất lỏng làm cho dòng chất lỏng ngoài chuyển động tịnh tiến dọc trục còn có chuyển động quay so với trục trong đoạn từ cửa vào BXCT đến cửa vào cơ cấu hướng. Cơ cấu hướng dòng 5 có tác dụng biến chuyển động quay của chất lỏng trở lại chuyển động tịnh tiến dọc trục.

Nguyên lý làm việc của bơm hướng trục là dùng nguyên lý cánh nâng, thường được trong thiết kế cánh máy bay. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm hướng trục ( H 3 - 6 ):

Hình 3 - 6, b thể hiện khai triển mặt cắt hình trụ đi qua mặt cắt A-A của BXCT, dãy dưới là biên dạng cánh bơm còn dãy trên là biên dạng cánh hướng dòng có hướng ngược nhau. Tam giác tốc độ cửa vào là C1=W1+U1C1=W1+U1 size 12{ { size 24{ {C} rSub { size 10{1} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } = { size 24{ {W} rSub { size 10{1} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } + { size 24{ {U} rSub { size 10{1} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } } {} , ở cửa ra BXCT là C2=W2+U2C2=W2+U2 size 12{ { size 24{ {C} rSub { size 10{2} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } = { size 24{ {W} rSub { size 10{2} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } + { size 24{ {U} rSub { size 10{2} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } } {}.

Khi BXCT quay dưới tác dụng của mô men quay nước sẽ được hút lên và đẩy lên qua cơ cấu hướng dòng ( cánh tĩnh ). Cơ cấu hướng dòng có tác dụng biến động năng của chất lỏng khi rời BXCT thành thế năng.

Hình 7
Hình 7 (graphics7.png)

a) Nguyên lý cấu tạo bơm hướng trục; b) Khai triễn mặt trụ qua A-A và tam giác tốc độ cửa vào, cửa ra.

Hình 3 - 6. Nguyên lý cấu tạo bơm hướng trục.

1- bánh xe công tác; 2- cơ cấu hướng dòng; 3 - trục; 4- vỏ bơm .

Hình 8
Hình 8 (graphics8.png)

Hình 3 - 7. Sơ đồ dòng chảy qua mặt trụ cánh.

Dựa vào sự phân tích tam giác tốc độ cửa vào và cửa ra BXCT và áp dụng định luật biến thiên mô men động lượng ta có thể thành lập được phương trình cơ bản của bơm hướng trục. Tuy nhiên phương trình Euler ( 3 - 1 ) như đã nhận xét ở phần trước vẫn đúng cho mọi bơm cánh quạt, do vậy ta áp dụng nó trực tiếp cho bơm hướng trục.Từ Hình 3 - 3 ta nhận thấy khi BXCT quay quanh trục thì dòng nguyên tố chuyển động từ cửa vào đến cửa ra theo vòng tròn có cùng bán kính r, nghĩa là U1=U2=wrU1=U2=wr size 12{ { size 24{U} } rSub { size 8{1} } = { size 24{U} } rSub { size 8{2} } =wr} {}=U=U size 12{ {}=U} {}. Vì vậy thay vào ( 3 - 1 ) ta có phương trình cơ bản của bơm hướng trục:

H¥l=U(C2uC1u)gH¥l=U(C2uC1u)g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } = { {U \( { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } - { size 24{C} } rSub { size 8{1u} } \) } over {g} } } {}( 3 - 12 ).

Và cũng cũng như máy bơm li tâm, nếu chất lỏng trước khi vào BXCT không có chuyển động vòng C1u = 0 thì cột nước của bơm lúc này sẽ là:

H¥l=U.C2ugH¥l=U.C2ug size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } = { {U "." { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } } over {g} } } {}( 3 - 13 ).

Hình 9
Hình 9 (graphics9.png)
Cũng từ công thức ( 3 - 13 ) ta có nhận xét : nếu góc nghiêng của cánh quạt giữ không thay đổi theo phương bán kính thì cột nước càng xa tâm sẽ càng lớn do cùng tốc độ góc nhưng bán kính càng tăng. Xét hai mặt cắt a - a và b - b ( xem Hình 3 - 4 ) rõ ràng Hb=UbC2ubgHb=UbC2ubg size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{b} } = { { { size 24{U} } rSub { size 8{b} } { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ub"} } } over {g} } } {} > Ha=UaC2uagHa=UaC2uag size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{a} } = { { { size 24{U} } rSub { size 8{a} } { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ua"} } } over {g} } } {}.

Hình 3 - 8.Tam giác tốc độ cửa ra BXCT và độ nghiêng cánh.

Muốn cho cột nước bằng nhau trên toàn cánh thì vì Ub>UaUb>Ua size 12{ { size 24{U} } rSub { size 8{b} } > { size 24{U} } rSub { size 8{a} } } {}nên phải làm sao cho C2ub<C2uaC2ub<C2ua size 12{ { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ub"} } < { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ua"} } } {} để cân bằng Ha = Hb, mặt khác do lưu lượng tại a và b bằng nhau, nghĩa là thành phần hướng trục C2ra=C2rbC2ra=C2rb size 12{ { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ra"} } = { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "rb"} } } {} ( xem tam giác tốc độ cửa ra ). Vậy ta thấy góc nghiêng cánh quạt tai chỗ ra β2a>β2bβ2a>β2b size 12{ { size 24{β} } rSub { size 8{2a} } > { size 24{β} } rSub { size 8{2b} } } {}. Chính vì vậy mà phải chế tạo cánh bơm hướng trục có góc nghiêng nhỏ dần từ trong ra ngoài.

ĐẶC TÍNH CỦA BƠM CÁNH QUẠT

Tổn thất trong máy bơm và hiệu suất máy bơm

Các phương trình cơ bản của máy bơm chưa xét đến những tổn thất sinh ra trong các cơ cấu làm việc của bơm. Việc xét đầy đủ đến các tổn thất này đến nay còn chưa thực hiện được, ngoài các công thức lý thuyết người ta còn phải dựa vào thí nghiệm để bổ sung. Trong máy bơm có ba dạng tổn thất : tổn thất thủy lực, tổn thất dung tích, tổn thất cơ khí. Chúng ta lần lượt xem xét các tổn thất, hiệu suất và công suất liên quan :

Tổn thủy lực :

Tổn thất này sinh ra khi chất lỏng chuyển qua tất cả các cơ cấu công tác động hoặc tĩnh tại của máy bơm, bao gồm:

- Tổn thất ma sát giữa chất lỏng tiếp xúc với vật thể rắn ( gồm tổn thất dọc đường và cục bộ ): {}hms1 = SQ2 , trong đó S là hệ số dọc đường và cục bộ;

- Tổn thất xung kích hms2 sinh ra ở những nơi như mép cánh, cửa vào, cửa ra ... do tạo xoáy nước khi chế độ dòng chảy không giữ được ở trạng thái làm việc đã thiết kế. Lưu lượng qua bơm càng xa lưu lượng thiêt kế ( Qtk ) thì xoáy càng lớn do vậy tổn thất này càng lớn: hms2 = S2 ( Q - Qtk )2 , trong đó S2 là hệ số tổn thất xung kích.

Tổng hai thành phần trên lại ta được tổn thất thủy lực : hms = hms1 + hms2. Hình 3 - 5,a biểu thị dạng các tổn thất thủy lực trong máy bơm. Cột nước thực tế của máy bơm H bằng cột nước lý thuyết Hl trừ đi hms: H = Hl - hms = K. H¥lhH¥lh size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } -h} {} ms.

Hiệu suất thủy lực của máy bơm : tl = H / Hl = ( Hl - hms ) / Hl ( 3 - 14 ).

Giá trị của hiệu suất thủy lực phụ thuộc vào độ nhám tương đối của bề mặt phần chảy và, chế độ làm việc của bơm và kích thước máy bơm. A.I. Mikhailôv và V.V. Maliusenkô đưa ra công thức thực nghiệm xác định hiệu suất thủy lực khi bơm làm việc ở chế độ thiết kế:

tl = 0,7 + 0,0835logD0.( 3 - 15 )

D0 là đường kính cửa vào BXCT ( mm ).

Công suất tiêu hao để khắc phục tổn thất thủy lực:

Ntl = 9,81( Q + Q )hms( 3 - 16 )

Tổn thất dung tích Q:

Là lượng nước rò rỉ qua các khe rãnh giữa các phần quay và phần tĩnh của bơm do chênh lệch áp lực giữa ống đẩy và ống hút, làm giảm lưu lượng bơm và hiệu suất chung của bơm. Việc giảm khe hở giữa các phần là cần thiết để hạn chế Q tuy vậy về điều kiện kết cấu và vận hành việc giảm này không phải trường hợp nào cũng làm được.

Hiệu suất dung tích: d = Q / ( Q + Q ) ( 3 - 17 )

A.A. Lômankin đã đưa ra công thức thực nghiệm xác định hiệu suất dung tích khi bơm làm việc ở chế độ thiết kế:

d = 1 / ( 1 + 0,68ns-2/3 ), ns là tỷ tốc của bơm ( 3 - 18 ).

Công suất tiêu hao để khắc phục tổn thất dung tích là:

Nd = 9,81 ( H + hms ) Q ( 3 - 19 ).

Tổn thất cơ khí Nck:

Tổn thất cơ khí trong máy bơm bao gồm: tổn thất do ma sát giữa chất lỏng và 2 mặt ngoài của đĩa BXCT , giữ chất lỏng với vỏ của bơm và ma sát trong các vật chèn kín nước, ma sát giữa trục và ổ trục. Tổn thất do ma sát giữa chất lỏng và các mặt ngoài đĩa BXCT ( kW ): Nmsđ = 1,13.105.U23.D221,13.105.U23.D22 size 12{1,"13" "." { size 24{"10"} } rSup { size 8{-5} } "." { size 24{U} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{3} } "." { size 24{D} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } {} ( 3 - 20 ).

Tổn thất ma sát ở vật chèn kín nước và ổ trục thường chiếm 2 ... 4% công suất yêu cầu của bơm ( N ), bơm càng lớn thì tổn hao naỳ càng bé.

Hiệu suất cơ khí của bơm: ck = 1 - Nck / N ( 3 - 21 ).

A.A. Lômankin cũng đưa ra công thức xác định hiệu suất cơ khí khi máy bơm làm việc ở chế độ thiết kế: ck = 0,971+820/ns20,971+820/ns2 size 12{ { {0,"97"} over {1+"820"/ { size 24{n} } rSub { size 8{s} } rSup { size 8{2} } } } } {} ( 3 - 22 ).

Để nâng cao hiệu suất cơ khí của bơm cần gia công bề mặt đĩa BXCT và vỏ bơm, đặc biệt đối với bơm tỷ tốc thấp.

Hiệu suât chung của máy bơm : h=NhiN=htl.hd.hckh=NhiN=htl.hd.hck size 12{h= { { { size 24{N} } rSub { size 8{ ital "hi"} } } over {N} } = { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "tl"} } "." { size 24{h} } rSub { size 8{d} } "." { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "ck"} } } {}< 1 ( 3 - 21 ).

Hình 10
Hình 10 (graphics10.png)

a) b)

Hình 3 - 9.Quan hệ giữa hiệu suất máy bơm và tỷ tốc ns và D0

Hiệu suất của máy bơm phụ thuộc vào tủy tốc ns và đường kính cửa vào BXCT. Xem Hình 3 - 9,b . Từ hình vẽ ta thấy: hiệu suất cao của máy bơm chỉ đạt được khi tỷ tốc ns > 100. Tất nhiên mỗi máy bơm có đặc tính riêng về kế́t cấu của nó, một hoặc hai vòng chống rò , bộ phận giảm lực dọc ( có ảnh hưởng đến hiệu suất bơm ), mức độ gia công nhẵn bề mặt đĩa hoặc phần chảy ..v.v.. . Tất cả đều có ảnh hưởng đến trị số các tổn thất và hiệu suất tương ứng của máy bơm.

Đường đặc tính của máy bơm cánh quạt

Đường đặc tính của máy bơm là đồ thị biểu thị quan hệ phụ thuộc giữa các thông số cột nước H, công suất N, hiệu suất  ... vào lưu lượng Q với vòng quay n không đổi của rô to tổ máy bơm. Đường đặc tính của máy bơm thường được vẽ từ kết quả của thực nghiệm trên các giá thí nghiệm chuyên ngành và điều kiện thí nghiêm.

Đường đặc tính của bơm li tâm vẽ theo lý thuyết

Do số lượng cánh bơm là hữu hạn và chất lỏng không phải là lý tưởng và khi làm việc có tổn hao ... do vậy các giá trị Q, H, N lý thuyết và thực tế có khác nhau. Biểu thức xác định cột nước lý thuyết, cánh vô hạn và chất lỏng lý tưởng như đã biết ( phương trình 3 - 1 ). Đa số trường hợp hướng vào của chất lỏng trên cánh BXCT có hướng bán kính bởi vậy 1 = 900, tương ứng C1u = C1cos1 = 0 nên :

H¥l=U2C2ugH¥l=U2C2ug size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } = { { { size 24{U} } rSub { size 8{2} } { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } } over {g} } } {}( 3 - 2 )

Sau đây trình bày cụ thể cách vẽ đường đặc tính của bơm li tâm theo lý thuyết:

a. Vẽ đường đặc tính Q - H

Dùng phương trình ( 3 - 2 ) ta tiến hành vẽ các đường đặc tính của bơm li tâm. Từ tam giác tốc độ cửa ra BXCT ta thấy : C2u=U2W2uC2u=U2W2u size 12{ { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } = { size 24{U} } rSub { size 8{2} } - { size 24{W} } rSub { size 8{2u} } } {}, còn W2u=C2r.ctgβ2W2u=C2r.ctgβ2 size 12{ { size 24{W} } rSub { size 8{2u} } = { size 24{C} } rSub { size 8{2r} } "." ital "ctg" { size 24{β} } rSub { size 8{2} } } {}, lưu lượng lý thuyết Ql=pD2b2C2rQl=pD2b2C2r size 12{ { size 24{Q} } rSub { size 8{l} } =p { size 24{D} } rSub { size 8{2} } { size 24{b} } rSub { size 8{2} } { size 24{C} } rSub { size 8{2r} } } {}. Vậy : C2u=U2ctgβ2Ql/(pD2b2)C2u=U2ctgβ2Ql/(pD2b2) size 12{ { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } = { size 24{U} } rSub { size 8{2} } - ital "ctg" { size 24{β} } rSub { size 8{2} } { size 24{Q} } rSub { size 8{l} } / \( p { size 24{D} } rSub { size 8{2} } { size 24{b} } rSub { size 8{2} } \) } {}, thay vào ( 3 - 2 ) ta có: H¥l=U22gU2ctgβ2QlgpD2β2H¥l=U22gU2ctgβ2QlgpD2β2 size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } = { { { size 24{U} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } over {g} } - { { { size 24{U} } rSub { size 8{2} } ital "ctg" { size 24{β} } rSub { size 8{2} } { size 24{Q} } rSub { size 8{l} } } over {gp { size 24{D} } rSub { size 8{2} } { size 24{β} } rSub { size 8{2} } } } } {}( 3 - 22 ).

Biểu thức ( 3 - 22 ) là phương trình đường thẳng tùy thuộc vào góc 2: đường 2 và 3 là̀

Hình 11
Hình 11 (graphics11.png)

Hình 3 - 10. Đường đặc tính cột nước H - Q của bơm li tâm.

đường tương ứng với góc 2 = 900 và 2 > 900 còn đường 1 được vẽ ứng với 2 < 900 . Như đã phân tích chọn góc 2 < 900 làm góc thiết kế, do vậy ta vẽ đường H - Q theo góc này như sau:

Khi Ql = 0 thì H¥l=U22gH¥l=U22g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } = { { { size 24{U} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } over {g} } } {}, khi H¥l=H¥l= size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } ={}} {}0 thì Ql=pD2b2U2/ctgβ2Ql=pD2b2U2/ctgβ2 size 12{ { size 24{Q} } rSub { size 8{l} } =p { size 24{D} } rSub { size 8{2} } { size 24{b} } rSub { size 8{2} } { size 24{U} } rSub { size 8{2} } / ital "ctg" { size 24{β} } rSub { size 8{2} } } {}, ta vẽ được đường 1 Để xác định cột nước lý thuyết của bơm có số cánh hữu hạn một số tác giả đề nghị dùng công thức hiệu chỉnh Hl = K. H¥lH¥l size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } } {} để vẽ đường 4. Tuy nhiên nếu lấy K là số không đổi thì giá trị Hl chỉ là gần đúng vì rằng khi Hl = 0 thì Ql sẽ bằng khi H¥lH¥l size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } } {}= 0. Trong thực tế đường Hl - Q ( đường 4 ) gần như song song với đường thẳng H¥lH¥l size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } } {}- Q ( đường 1 ), nghĩa là giá trị Ql tương ứng trên dường 4 sẽ nhỏ hơn so với khi H¥lH¥l size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{¥l} } } {}= 0.

Trong thực tế chất lỏng chảy qua bơm sẽ có tổn thất, do vậy:

Lấy đường 1 trừ cột nước tổn thất ma sát hms1=(λl4R+x)C22g=SF2C2=SQ2hms1=(λl4R+x)C22g=SF2C2=SQ2 size 12{ { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "ms"1} } = \( λ { {l} over {4R} } +x \) { { { size 24{C} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } =S { size 24{F} } rSup { size 8{2} } { size 24{C} } rSup { size 8{2} } =S { size 24{Q} } rSup { size 8{2} } } {}, với F là diện tích qua nước, S hệ số tổn thất ma sát ta được đường 5.

Lấy đường 5 trừ cột nước tổn thất xung kích ta được đường 6

Đường đặc tính thực tế 7 dịch về trái ứng với lượng tổn thất dung tích từ máy bơm.

Đường đặc tính thực tế H - Q của máy bơm cánh quạt có nhiều đặc trưng khác nhau, ta gọi tỷ số Kd là đặc trưng độ dốc:

Kd = 100 ( H0 - Hmax ) / Hmax( 3 - 23 )

Trong đó H0 là cột nước khi Q = 0; Hmax - cột nước ứng với hiệu suất cực đại.

Khi Kd  10% thì đường H - Q có độ dốc thoải ( Hình 3-11, a) đường 1 ); khi Kd  30% thì đường H - Q có độ dốc lớn ( đường 2 ). Nếu cột nước lớn nhất không rơi vào lưu lượng Q = 0 thì đường Q - H sẽ có đoạn dốc ngược ( đường 3 ). Độ dốc của đường H - Q phụ thuộc vào nhiều vào hệ số tỷ tốc ns ( xem Hình 3 - 11,b ); tỷ tốc càng lớn thì đường càng dốc.

Hình 12
Hình 12 (graphics12.png)

Hình 3 - 11. Đường đặc tính cột nước của bơm li tâm

a) Các dạng đường H - Q; b) Sự phụ thuộc H - Q vào tỷ tốc ns: 1... 7 : tương ứng với

ns = 64, 106, 155, 212, 282, 402, 650 (vòng / ph )

b. Vẽ đường đặc tính công suất N - Q

Góc 2 có ảnh hưởng đến dạng của đường đặc tính công suất N - Q của máy bơm li tâm ( xem Hình 3 - 12 a ): Khi 2   900 thì công suất lý thuyết tăng lớn khi lưu lượng tăng, còn khi 2 < 900 thì công suất tăng chậm và đạt giá trị lớn nhất ở một giá trị Q nào đó Q < Q H¥l=0H¥l=0 size 12{ {} rSub { size 8{ { size 10{H} } rSub { size 6{¥l=0} } } } } {} Trong chế tạo máy bơm ta chỉ dùng góc 2 < 900, do vậy ta sẽ vẽ đường đặc tính công suất cho 2 < 900 . Để bơm lưu lượng Q lên độ cao Hl ta dùng công thức tính công suất lý thuyết số cánh hữu hạn Nl = 9,81 QHl và vẽ Nl - Q, sau đó ta tiến hành tính các công suất tiêu thụ để khắc phục các tổn thất về thủy lực ( Ntl ), tổn thất cơ khí (Nck ), tổn thất dung tích ( Nd ) rồi cộng tung độ các công suất khắc phục tổn thất trên ta nhận được công suất máy bơm yêu cầu N - Q ( xem Hình 3 - 12, b ). Đường đặc tính N - Q của các bơm cánh quạt khác nhau nhiều hơn đường H - Q . Dạng đường đặc tính N - Q cũng phụ thuộc vào tỷ tốc ns ( Hình 3 - 12,c ).

Hình 13
Hình 13 (graphics13.png)

a) Quan hệ phụ thuộc của Nhi vào 2 ; b) Vẽ đường đặc tính N - Q.

Hình 3 - 12. Đường đặc tính công suất N - Q bơm li tâm.

Công suất của bơm li tâm có tỷ tốc không lớn tăng theo Q một cách đáng kể hơn là đối với bơm tỷ tốc cao. Tuy vậy, điều này chỉ đúng khi tăng lưu lượng đến một một giá trị nào đó thì công suất bắt đầu giảm. Khi N = 0 thì bơm li tâm làm việc như turbin với vòng quay không đổi. Công suất của bơm cánh quạt có ns = 300 v/p ( xem đường 5 Hình 3 -12,c ). Khi ns > 300 v/p thì công suất tăng khi lưu lượng giảm ( xem Hình 3 - 12, c đường 6 và 7 ).

c. Vẽ đường đặc tính hiệu suất  - Q

Hình 14
Hình 14 (graphics14.png)

Hình 3 - 13. Vẽ đường đặc tính hiệu suất  - Q bơm li tâm.

Trên Hình 3 - 13, đường 100% biểu thị công suất hữu ích bằng công suất trục máy bơm ( đường 1). Đường 2 biểu thị hiệu suất sau khi trừ tổn hao cơ khí. Đường 3 là hiệu suất sau khi từ tổn hao dung tích. Đường 4 là hiệu suất sau khi trừ tổn hao ma sát thủy lực hms1 . Cuối cùng lấy đường 4 trừ tổn thất xung kích hms2 ta được hiệu suất  - Q.

Đưa các đường đặc tính H - Q, N - Q và  - Q lên chung một tờ giấy ta được đường đặc tính của bơm li tâm ( ví dụ Hình 3 - 14,a ). Trên đường đặc tính đầy đủ còn có thêm đường biểu thị độ chân không cho phép [ Hck ] theo Q.

Hình 15
Hình 15 (graphics15.png)

Hình 3 - 14. Dạng đường đặc tính của bơm li tâm .

a) Đường đặc tính đơn; b) Đường đặc tính tổng hợp của bơm li tâm.

Việc lựa chọn máy bơm chính xác với các thông số Q và H thường là khó có thể, trường hợp này cần phải thay đổi đường đặc tính của nó. Một trong những cách thay đổi đường đặc tính của máy bơm là thay đổi số́ vòng quay n nhờ động cơ truyền tới, đối với bơm li tâm tỷ tốc thấp còn dùng cách gọt bớt D2 để mở rộng phạm vi công tác của máy bơm. Những cách làm này chúng ta sẽ nghiên cứu ở các chương sau. Đường đặc tính tổng hợp chủ yếu ở Hình 3 - 14,b biểu thị quan hệ H - Q khi công suất và vòng quay thay đổi .

Từ Hình 3 - 14, a ta có nhận xét về tính năng làm việc của bơm li tâm: Công suất yêu cầu của bơm tăng dần khi lưu lượng tăng, do vậy muốn công suất khởi động nhỏ ta nên đóng van trên ống đẩy trước khi khởi động vì khi Q = 0 thì công suất khởi động nhỏ nhất. Mặt khác công suất yêu cầu lại tăng khi cột nước giảm, nghĩa là khi máy bơm làm việc với cột nước quá thấp động cơ kéo bơm có thể bị quá tải, do vậy ta cần kiểm tra quá tải động cơ với trường hợp này. Và hiệu suất bơm cánh quạt nói trên đều phụ thuộc vào tỷ tốc ns, như đã thấy trên Hình 3 - 12,d : tỷ tốc càng lớn ( đường 5, 6 ) thì dạng đường quan hệ hiệu suất  - Q càng dốc, vùng làm việc có hiệu suất cao bị thu hẹp lại.

Tuy nhiên trên thực tế hiện nay người ta dùng thí nghiệm để vẽ đường đặc tính cho các loại máy bơm mới bảo đảm thực tế, phần này sẽ trình bày ở phần sau.

2. Đường đặc tính của bơm hướng trục và hướng chéo

Hình 16
Hình 16 (graphics16.png)

Hình 3 - 15. Đường đặc tính của bơm hướng trục và hướng chéo.

a) Khi tỷ tốc ns = 200 ... 300; b) khi ns = 500 ... 800 ( v / p )

Đường đặc tính của bơm hướng trục và hướng chéo H - Q và N - Q ( Hình 3 - 15 ) phụ tuộc nhiều vào tỷ tốc; khi tỷ tốc ns < 300 v/p thì bơm hướng chéo gần giống với bơm li tâm, còn khi tỷ tốc cao thì giống bơm hướng trục. Hình 3 - 11, b đặc trưng cho bơm hướng trục, thường có điểm uốn ở vùng làm việc với lưu lượng nhỏ, nghĩa là cột nước và công suất thay đổi khi Q tăng; đầu tiên thì giảm, sau đó tăng, rồi lại giảm. Vùng A - B trên đường đặc tính cột nước H - Q bơm làm việc không ổn định, bởi vậy vùng này gọi là "vùng không làm việc". Hiệu suất quyết định vùng làm việc của máy bơm, thường vùng làm việc từ 0,9 max ... max . Đường đặc tính đầy đủ của bơm hướng trục còn có đường dự trữ khí thực h - Q. Đường đặc tính tổng hợp của bơm trục cũng có thể thay đổi góc xoay cánh quạt  của BXCT ( xem Hình 3 - 16 ).

Hình 17
Hình 17 (graphics17.png)

Hình 3 - 16. Đường đặc tính tổng hợp của máy bơm O10 - 260.

Từ dạng đường đặc tính bơm trục ta nhận thấy rằng: Khi Q nhỏ thì cột nước và công suất tăng vọt, do vậy rất bất lợi khi khởi động máy bơm, vậy để giảm công suất khi khởi động thì trước lúc khởi động phải tăng Q bằng cách mở toàn bộ ống đẩy ( nếu có van ống đẩy ). Mặt khác công suất yêu cầu của bơm cũng cao khi cột nước làm việc lớn, do vậy có thể dẫn tới quá tải động cơ kéo bơm nên ta phải kiểm tra công suất quá tải nầy

Ngoài các đường đặc tính ở trên, trong thực tế người ta cũng còn xây dựng những đường đặc tính máy bơm không thứ nguyên dùng chung cho một kiểu máy bơm. Để vẽ loại đường đặc tính này ta dùng các công thức đồng dạng và các đại lượng không thứ nguyên sau: Q=QnD3,H=gHn2D2,Dh=gDhn2D2Q=QnD3,H=gHn2D2,Dh=gDhn2D2 size 12{ { size 24{Q} } cSup { size 8{-{}} } = { {Q} over {n { size 24{D} } rSup { size 8{3} } } } , { size 24{H} } cSup { size 8{-{}} } = { { ital "gH"} over { { size 24{n} } rSup { size 8{2} } { size 24{D} } rSup { size 8{2} } } } ,D { size 24{h} } cSup { size 8{-{}} } = { {gDh} over { { size 24{n} } rSup { size 8{2} } { size 24{D} } rSup { size 8{2} } } } } {}. Sau đây là ví dụ:

Hình 18
Hình 18 (graphics18.png)

Hình 3 - 17. Đường đặc tính không thứ nguyên của 1 kiểu bơm li tâm.

3. Vẽ đường đặc tính máy bơm bằng thực nghiệm

Đường đặc tính vẽ theo công thức lý thuyết còn có sai khác so với thực tế vì chưa đề cập đầy đủ và chính xác những các yếu tố có ảnh hưởng, do vậy thực tế vẫn phải dùng thực nghiệm để đo, tính toán và vẽ các đường. Sau đây trình bày một trong những sơ đồ thí nghiệm được dùng. Qua sơ đồ Hình 3 - 14, các bộ phận chính và quy trình thử nghiệm như sau:

Đóng động cơ điện kéo máy bơm 1 quay ở trị số n không đổi, nước được hút từ bể 4 vào BXCT và được đẩy lên ống thoát 6 chảy vào bể đo lưu lượng 5 về lại bể 4 và lại được bơm lên ... Ta dùng van đặt trên ống đẩy để thay đổi lưu lượng từ 0 đến Qmax . Ứng với từng độ mở của van, tiến hành :

- Đo lưu lượng Q nhờ bể đo 5. Có nhièu cách đo lưu lượng: khi lưu lượng nhỏ

Hình 19
Hình 19 (graphics19.png)

Hình 3 - 18. Thiết bị thí nghiệm đơn giản vẽ̃ đặc tính máy bơm.

thường dùng thùng để đo rồi chia cho thời gian tương ứng khối nước trong thùng; khi lưu lượng lớn hơn có thể dùng các thiết bị đo như văng tu ri, diaphơram ... đặt trực tiếp trên ống đẩy hoặc dùng đập tràn thành mỏng, vận tốc kế ..v.v.. để đo.

- Đo cột nước H và vẽ đường H - Q: dùng chân không kế 2 đặt ngay ở gần cửa vào BXCT để đo độ chân không Hck, dùng áp lực kế 3 để đo cột nước cột nước áp lực Hak ở ngay sau cửa ra BXCT , tính ra cột nước H theo công thức sau:

H=Hak+Hck+Z+v22v122gH=Hak+Hck+Z+v22v122g size 12{H= { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "ak"} } + { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "ck"} } +Z+ { { { size 24{v} } rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } - { size 24{v} } rSub { size 8{1} } rSup { size 8{2} } } over {2g} } } {}, trong đó Z- khoảng cách hai điểm đo giữa áp kế và chân không kế, v1, v2 - vận tốc nước ở hai điểm đo tương ứng.

Mỗi lần thí nghiệm phải giữ vòng quay n không đổi. Điều chỉnh độ mở van trên ống đẩy để có lưu lượng khác nhau. Đọc chân không kế và áp kế tương ứng với các lưu lượng rồi tính ra cột nước H. Dùng tọa độ Đề các, tung độ biểu diễn H, hoành độ biểu diễn Q vẽ ra đường H - Q với n không đổi.

- Đo công suất N và vẽ đường N - Q: Tương ứng với các điểm đo Q tiến hành đo các công suất N. Có các cặp Q, H ta vẽ được đường N - Q với n không đổi.

Có thể có những cách đo công suất . Trong phòng thí nghiệm, để đo công suất động cơ có công suất nhỏ nối trực tiếp vào máy bơm có thể dùng đíamômet xoắn hoặc động cơ treo để xác điịnh mô men xoắn Mx tại trục máy bơm, và tính ra công suất trục máy bơm N = Mx.  với tốc độ góc  = pn30pn30 size 12{ { {pn} over {"30"} } } {}; Trong sản xuất đo công suất trục động cơ Nđc bằng ampe kế, vôn kế và oát kế ( phương pháp này kém chính xác hơn ) rồi tính ra công suất trục máy bơm N = Nđc. đc.tđ .

- Vẽ đường  - Q: với từng Q, H, N đã đo ta tính ra  = NhiN=9,81.Q.HN.100NhiN=9,81.Q.HN.100 size 12{ { { { size 24{N} } rSub { size 8{ ital "hi"} } } over {N} } = { {9,"81" "." Q "." H} over {N} } "." "100"%} {} và vẽ ra đường  - Q.

Content actions

Download module as:

PDF | EPUB (?)

What is an EPUB file?

EPUB is an electronic book format that can be read on a variety of mobile devices.

Downloading to a reading device

For detailed instructions on how to download this content's EPUB to your specific device, click the "(?)" link.

| More downloads ...

Add module to:

My Favorites (?)

'My Favorites' is a special kind of lens which you can use to bookmark modules and collections. 'My Favorites' can only be seen by you, and collections saved in 'My Favorites' can remember the last module you were on. You need an account to use 'My Favorites'.

| A lens I own (?)

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

| External bookmarks

Reuse / Edit:

Reuse or edit module (?)

Check out and edit

If you have permission to edit this content, using the "Reuse / Edit" action will allow you to check the content out into your Personal Workspace or a shared Workgroup and then make your edits.

Derive a copy

If you don't have permission to edit the content, you can still use "Reuse / Edit" to adapt the content by creating a derived copy of it and then editing and publishing the copy.