Tải bản đầy đủ (.docx) (22 trang)

BTL cơ học chất lưu Hiện tượng xâm thực bơm ly tâm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (472.93 KB, 22 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KH&CN NHIỆT LẠNH
BỘ MÔN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG NHIỆT

BÀI TẬP LỚN
MÔN: CƠ HỌC CHẤT LƯU
ĐỀ BÀI: TÌM HIỂU HIỆN TƯỢNG XÂM THỰC
TRONG BƠM LY TÂM

Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện

: Ts. Bùi Hồng Sơn
: Trần Anh Vũ

Mã số sinh viên

: 20193972

Lớp

: Nhiệt 05 - K64
Quảng Ninh, tháng 12 năm 2021

MỤC LỤC



MỞ ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, bơm, quạt, máy nén là các thiết bị cơ khí hiện


đang được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành sản xuất, chế tạo cơ khí, đặc biệt
là trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt nói chung và kỹ thuật lạnh và điều hịa khơng khí
nói riêng.
Bên cạnh những máy động lực, động cơ đốt trong thì bơm, quạt, máy nén
có một vai trị rất quan trọng góp phần tăng tính ổn định, hiệu quả và an toàn
trong hệ thống sản xuất, cung cấp và tiêu thụ năng lượng.
Máy bơm có nhiều ưu điểm nổi bật, vì thế nó được sử dụng rất rộng rãi
trong rất nhiều ngành nghề, nhiều lĩnh vực khác nhau từ công nghiệp đến dân
dụng. Tiêu biểu là trong ngành nhiệt lạnh, ngành mà chúng em đang theo học.
Bơm ly tâm được sử dụng trong các hệ thống không yêu cầu cột áp cao nhưng
cần có lưu lượng đều và lớn, điển hình như các hệ thống làm mát trong những
phịng làm lạnh, trong phòng cháy chữa cháy, bơm cứu hỏa hay sử dụng bơm
tưới trong ngành nông nghiệp và trồng trọt. Điển hình của máy bơm ly tâm được
ứng dụng để vận chuyển các chất lỏng có độ nhớt thấp như nước ngọt, nước
biển,… Hiện nay, máy bơm ly tâm đã dần trở thành cơng cụ, máy móc làm việc
khơng thể thiếu trong cuộc sống cũng như các ngành công nghiệp của chúng ta.
Trong thời buổi dịch Covid-19 đang bùng phát mạnh khiến việc học trực
tiếp trên trường phải ngưng lại, việc học online đối với chúng em rất khó khăn
bởi việc tiếp cận trực tiếp trên lớp là không có, nhưng em vẫn đang nỗ lực tìm
tịi, học hỏi thêm để trau dồi thêm kiến thức. Em có nghiên cứu tài liệu về bơm
ly tâm và nhận thấy hiện tượng xâm thực ảnh hưởng rất lớn đến bơm ly tâm.
Đặc biệt là ảnh hưởng đến việc hoạt động và làm việc của bơm ly tâm, lâu dần
nó sẽ phá hủy bơm và gây thiệt hại rất nhiều về kinh tế cho người dân và cho
doanh nghiệp, công ty. Do vậy nên trong bài tập lớn này em tìm hiểu về đề tài:
“Tìm hiểu về hiện tượng xâm thực và bơm ly tâm”.
Qua bài tập lớn này em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Bùi Hồng Sơn
đã giúp em cũng như các bạn sinh viên khác trong môn học này, dù chỉ là qua
hình thức trực tuyến online qua MSTeams, thầy đã nhiệt tình giảng giải, truyền
đạt kiến thức cho chúng em. Em hy vọng được những góp ý tích cực từ thầy và
có những sai lầm trong bài mong thầy giúp em để hoàn thiện hơn.


3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BƠM LY TÂM
1. Khái quát về bơm ly tâm
1.1. Sơ lược về bơm ly tâm
Bơm ly tâm là loại máy thủy lực cánh dẫn, trong đó việc trao đổi năng
lượng giữa máy với chất lỏng được thực hiện bằng năng lượng thủy động của
dòng chảy qua máy. Bộ phận làm việc chính của bơm ly tâm là các bánh cơng
tác trên đó có nhiều cánh dẫn để dẫn dịng chảy. Biên dạng và góc độ bố trí của
các thanh dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến các thành phần vận tốc của dịng chảy
nên có ý nghĩa rất quan trọng trong việc trao đổi năng lượng của máy với dịng
chảy. Khi bánh cơng tác của bơm ly tâm quay, các cánh dẫn của nó truyền cơ
năng nhận được từ động cơ cho dòng chất lỏng đi qua nó tạo thành năng lượng
thủy động cho dịng chảy.
Năng lượng thủy động của dòng chảy bao gồm 2 thành phần chính: động
năng và áp năng. Chúng có mối quan hệ mật thiết với nhau. Trong quá trình làm
việc của bơm, sự biến đổi động năng bao giờ cũng kéo theo sự biến đổi áp năng.
Tuy nhiên đối với máy thủy lực cánh dẫn như bơm ly tâm, mỗi loại kết cấu máy
cụ thể thì sự biến đổi áp năng chỉ đạt đến một giới hạn nhất định. Nó khác với
máy thủy lực thể tích. Ở máy thủy lực thể tích, năng lượng trao đổi của máy với
chất lỏng có thành phần chủ yếu là áp năng, còn thành phần động năng khơng
đáng kể. Cịn ở máy thủy lực cánh dẫn như bơm ly tâm, năng lượng cột áp chỉ
tăng đến mức cần thiết, cịn lại tồn bộ năng lượng thủy động của dòng chảy
nhận được từ máy biến thành động năng.
Chính vì vậy việc dùng các máy bơm ly tâm để vận chuyển chất lòng từ
một điểm này đến điểm khác chiếm một ưu thế hơn hẳn so với các loại máy thủy
lực khác hiện nay.
1.2. Sơ đồ cấu tạo máy bơm


Hình 1. Sơ đồ cấu tạo một bơm ly tâm
4


1 – Bánh xe công tác; 2 – Trục; 3 – Đĩa trước; 4 – Đĩa sau;
5 – Các bánh xe công tác; 6 – Buồng xoắn; 7 - Ống hút; 8 - Ống đẩy

Bộ phận chính và quan trọng nhất của bơm ly tâm là bánh xe công tác (1),
lắp cố định trên trục (2), bánh xe công tác gồm đĩa trước (3), đĩa sau (4), giữa
hai đĩa là các cánh (5), có chiều cong và ngược với chiều quay của bánh xe được
đặt trong buồng xoắn (6). Chất lỏng được dẫn vào trong bánh xe công tác qua
ống hút (7) và dẫn ra khỏi bơm qua ống dẩy (8). Giữa trục bơm và vỏ đặt vịng
bít (cịn gọi là cụm nắp bít) nhằm để ngăn khơng cho chất lỏng chảy ra ngồi
hoặc khí từ ngồi xâm nhập vào bên trong thân của máy bơm.
Trước khi làm việc thì ống hút và thân bơm phải chứa đầy nước. Công
việc này được gọi là mồi bơm. Khi bánh xe công tác quay, dưới tác dụng của lực
ly tâm, chất lỏng chứa đầy trong kênh giữa các cánh chuyển động từ tâm ra khỏi
bánh xe công tác với vận tốc khá lớn, rồi sau đó đi vào buồng xoắn. Tại đây, sự
chuyển động của chất lỏng điều hòa hơn và theo chiều dòng chảy, tiết diện
buồng xoắn tăng dần, vận tốc chuyển động của chất lỏng giảm dần để biến một
phần áp lực động của dòng chảy sau bánh xe thành áp lực tĩnh. Sau khi ra khỏi
buồng xoắn, chất lỏng vào ống đẩy và ra bể chứa.
Đồng thời với quá trình trên, tại cửa vào bánh xe cơng tác, áp suất giảm
xuống nhỏ hơn áp suất khơng khí rất nhiều. Trên mặt thoáng của nước trong bể
hút lại chịu tác dụng của áp suất khơng khí. Do chênh lệch áp suất, nước từ bể
liên tục chảy qua ống hút vào máy bơm.
Trong bơm ly tâm, quá trình hút và đẩy diễn ra liên tục và đồng thời. Vì
vậy sự cấp chất lỏng của bơm cũng liên tục và đều đặn.
1.3. Các bộ phận chính của bơm ly tâm

a) Bánh xe cơng tác

Hình 2 – Bánh xe
cơng tác kiểu kín,
dẫn nước vào một
phía

Hình 3 – Bánh xe
cơng tác kiểu hở,
dẫn nước vào một
phía

1 – Đĩa trước; 2 –
Đĩa sau;

1 – Cánh; 2 – Đĩa;
3 – Bạc
5


3 – Cánh; 4 – Bạc

Bánh xe công tác là bộ phận quan trọng nhất của máy bơm. Nó có nhiệm
vụ truyền năng lượng nhận được từ động cơ cho chất lỏng. Bánh xe cơng tác
kiểu kín, dẫn nước vào một phía (Hình 2) gồm đĩa trước (1) và đĩa sau (2), ở đĩa
sau có bạc (4) để lắp trục bơm. Bánh xe kiểu hở (Hình 3) khác bánh xe kiểu kín
là khơng có đĩa trước, các cánh lắp sát với vỏ bơm. Bánh xe kiểu hở thường
dùng với những bơm chất lỏng có hạt (bơm bùn đất, bơm cát,…). Bánh xe công
tác kiểu hở thường dùng để bơm cả giếng khoan.


Hình 4 – Bánh xe cơng tác kiểu kín, dẫn
nước vào hai phía
1 – Đĩa ngồi; 2 – Đĩa trong; 3 - Cánh

Bánh xe cơng tác kiểu kín, dẫn nước vào hai phía (Hình 4) có hai đĩa
ngồi và một đĩa trong. Bạc lắp trục ở đĩa trong. Bánh xe nước vào hai phía
thường dùng với những bơm có lưu lượng lớn, khi đó đặc tính làm việc của bơm
sẽ tốt hơn. Với cách dẫn nước vào bánh xe như vậy sẽ không gây ra lực hướng
trục khi bơm làm việc và cho phép bố hai ổ trục ở hai phía bánh xe làm tăng độ
cứng vững của bơm ly tâm.
Bánh xe công tác của bơm ly tâm thường có 6 – 8 cánh. Với những bơm
dùng để bơm chất lỏng bẩn, bơm bùn đất thì cánh bánh xe sẽ ít hơn, thường có 1
– 4 cánh. Kích thước phần dẫn dòng của bánh xe được xác định nhờ tính tốn
thủy động. Bánh xe chịu tác dụng của nhiều lực; phản lực dòng chảy, lực ly tâm
và nếu bánh xe lắp căng trên trục thì cịn có phản lực tác dụng tại chỗ lắp.
Ngoài việc thỏa mãn các yêu cầu về thủy động của phần dẫn dòng và độ
bền cơ khí, việc thiết kế bánh xe phải tạo nên dạng thuận lợi cho việc đúc và gia
cơng cơ khí. Công nghệ đúc ngày nay cho phép chế tạo bánh xe cơng tác có
phần dẫn dịng với độ chính xác cao và bề mặt các rãnh sách, không cần phải gia
công thêm nữa.
6


Vật liệu chế tạo bánh xe công tác của bơm phải đáp ứng được các yêu cầu
về tổ hợp độ bền cơ học, độ giãn nở, tính chống ăn mịn và chống mài mịn cao.
Tính chất cơ học của vật liệu phải đảm bảo độ bền của bánh xe không những
trong các điều kiện làm việc bình thường mà cả trong các chế độ đặc biệt có thể
xuất hiện khi làm việc. Vật liệu khơng những phải bền mà cịn phải dẻo để
trường hợp có dị vật trơi lọt vào bơm thì khơng làm hỏng bánh xe. Do khe hở
giữa bánh xe và đệm chống thấm rất bé nên bánh xe có thể chạm tức thời vào

đêm. Bởi vậy vật liệu bánh xe phải có tính chống mài mịn tốt. Ngồi ra, bánh xe
có thể bị han gỉ do tính chất hóa học và sinh vật sống trong nước. Vận tốc dòng
chảy rất lớn trong bánh xe và khe hở của đệm chống thấm, tạo nên điều kiện làm
việc rất xấu, dẫn đến vật liệu dễ bị ăn mòn, han gỉ. Vật liệt bánh xe phải có tính
đúc tốt và dễ dàng gia cơng cơ khí.
Đa số các trường hợp bánh xe công tác chế tạo bằng gang xám. Bơm dùng
để bơm hóa chất chế tạo bằng gang silic, nhược điểm của loại vạt liệu này là rất
giòn. Những máy bơm lớn, áp lực cao, bánh xe chế tạo bằng thép khơng gỉ.
Những bơm chất lỏng có chứa bột, bánh xe công tác được chế tạo bằng thép
mangan để nâng cao độ cứng.
Trong thời gian gần dây, người ta sử dụng chất dẻo, loại vật liệu có độ bền
cơ học tương đối cao và chịu được tác dụng của môi trường khí thực để chế tạo
bánh xe cơng tác.
b) Ống vào

Hình 5 – Sơ đồ cấu tạo bộ phận dẫn dịng và bánh xe cơng tác của bơm ly tâm
a – Kiểu hướng trục; b – Kiểu dẫn nước từ phía bên; c – Kiểu nửa xoắn

Ống vào kiểu dẫn nước từ phía bên tổn thất thủy lực lớn hơn cả, nhưng
đảm bảo cho máy bơm làm việc chắc chắn, việc bố trí ống hút, ống đẩy thuận
tiện. Ống vào kiểu nửa xoắn kết cấu phức tạp, tổn thất thủy lực lớn so với loại
chóp hướng trục. Nhưng ống vào loại này cho phép giảm nhỏ kích thước biến

7


dạng máy bơm theo chiều trục, rất thuận lợi khi sử dụng cho bơm nước vào hai
phía và bơm nhiều cấp.
c) Ống tháo dịng
Ống tháo dịng có nhiệm vụ dẫn chất lỏng sau khi ra khỏi bánh xe công

tác vào ống đẩy. Ống tháo dòng phải đảm bảo được hai yêu cầu: Thứ nhất là
đảm bảo dòng chảy đối xứng so với trục khi ra khỏi bánh xe công tác, do đó tạo
điều kiện cho dịng chảy tương đối ổn định ở vùng bánh xe công tác. Thứ hai là
biến động năng của dịng chảy ở sau bánh xe cơng tác thành thế năng. Ống tháo
dòng là một bộ phận rất quan trọng của phần dẫn dịng, nó ảnh hưởng lớn đến sự
hoàn thiện kỹ thuật của bơm ly tâm.
Ống tháo dịng thường có ba loại chính: Ống tháo kiểu xoắn, ống tháo
kiểu cánh, ống tháo kiểu vòng khuyên:
+ Ống tháo kiểu xoắn gồm một rãnh xoắn có tiết diện bất kỳ hoặc tiết diện
tròn và ống loe. Theo chiều dịng chảy trong rãnh xoắn, diện tích tiết diện tăng
dần theo sự tăng lưu lượng, cịn vận tốc trung bình của dịng chảy thì lại giảm
dần. Sự giảm vận tốc chủ yếu xảy ra ở phần ống loe sau rãnh xoắn. Ống tháo
kiểu xoắn có dạng chảy lượn hồn thiện, hiệu suất thủy lực cao, kết cấu đơn
giản. Nó được sử dụng rộng rãi khổng chỉ ở bơm một cấp mà cả ở bơm nhiều
cấp.
+ Ống tháo kiểu cánh về nguyên tác làm việc cũng giống ống tháo xoắn,
sự khác nhau chủ yếu của chúng là về cấu tạo và cơng nghệ gia cơng. Tiết diện
ống tháo cánh có dạng chữ nhật, thuận tiện cho việc gia cơng cơ khí. Về mặt
thủy lực, ống tháo cánh có nhiều nhược điểm hơn so với ống tháo xoắn. Khi chế
độ làm việc thay đổi trong ống tháo cánh xuất hiện tổn thất cục bộ do dòng chảy
chảy vào ống tháo bị lệch hướng so với tính tốn. Vì thế ống tháo cánh chỉ dùng
trong một số kết cấu bơm nhiều cấp.
+ Ống tháo kiểu vành khuyên là một rãnh tiết diện không thay đổi nằm
xung quanh cửa ra của bánh xe công tác. Loại ống tháo này dùng cho những
bơm chất lỏng bẩn. Do tiết diện vịng rãnh khun khơng thay đổi nên vận tốc
chuyển động trung bình của chất lỏng ở các tiết diện khác nhau sẽ khác nhau,
tính chất đối xứng của dòng chảy bị phá vỡ, dẫn đến sự tăng tổn thất thủy lực.
d) Trục bơm
Trục bơm thường chế tạo bằng thép nếu bơm làm việc với chất lỏng có
chứa chất ăn mịn. Trục được chế tạo bằng thép khơng gỉ, kích thước trục xác

định từ điều kiện bền, từ độ biến dạng cho phép dưới tác dụng của tải trọng động
và tĩnh và từ giá trị tới hạn của số vòng quay.
8


Bánh xe công tác được cố định trên trục nhờ then và đai ốc định vị. Trong
nhiều trường hợp, trên trục lắp ống bao bảo vệ để chống sự ăn mịn và sự mài
mịn. Ở đầu một trục có lắp bánh đai hoặc nửa khớp nối để nối trục động cơ
điện.
e) Ổ trục
Ổ trục có thể dùng ổ bi hoặc ổ trượt để chịu tải trọng hướng tâm hoặc
hướng trục tác dụng lên roto. Chọn kiểu ổ trục nào phụ thuộc vào vận tốc quay ở
trục, phụ tải và công dự trữ để bơm làm việc. Ổ bi có kích thước nhỏ gọn, lắp
ráp đơn giản, thay thế dễ dàng nhưng tuổi thọ kém ổ trượt. Những bơm cỡ lớn,
quan trọng và quay nhanh, thường dùng ổ trượt có tráng một lớp babit. Trong
nhiều trường hợp khi bơm làm việc với nước lạnh, người ta dùng ổ trượt lót cao
su tổng hợp.
f) Vỏ bơm
Tuỳ thuộc vào ứng suất cơ học, vỏ bơm có thể được chế tạo bằng gang
hoặc thép. Vỏ bơm bao gồm những bộ phận để dẫn và tháo dòng chảy ra khỏi
bánh xe và cũng để nối các chi tiết không chuyển động thành một khối chung.
Phần dẫn dịng ở bơm có ống tháo kiểu xoắn thường được chế tạo liền với vỏ
đúc. Đều đó làm rãnh có dạng thuận lợi về mặt thuỷ động và việc gia cơng cơ
khí được đơn giản đến mức tối đa.
g) Đệm chống thấm
Giữa cửa vào của bánh xe và vỏ bơm có một khe hở nhỏ để tránh sự cọ
sát của bánh xe vào vỏ. Do sự chênh áp lực, có một phần chất lỏng sau khi qua
banh xe bị quay lại miệng hút hoặc cấp trước (ở bơm nhiều cấp) qua khe hở này.
Để giảm lượng chất lỏng này, tại đây người ta đặt những vòng đệm chống thấm
bằng gang, thép hoặc đồng có thể thay thế được khi hư hỏng. Đệm có nhiều

kiểu: kiểu khe hở đơn giản , kiểu zic zắc hoặc kiểu răng cưa. Khe hở giửa các
vành đệm chống thấm thường nằm trong khoảng 0,2 – 0,6 mm.
1.4. Nguyên lý làm việc của bơm ly tâm
Khi bơm ly tâm làm việc, nhờ phần khớp nối giữa động cơ dẫn động và
bơm làm bánh công tác quay. Các phần chất lỏng trong bánh công tác dưới ảnh
hưởng của lực ly tâm bị dồn từ trong ra ngoài chuyển động theo các máng dẫn
và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là q trình đẩy của bơm. Đồng thời,
ở lối vào của bánh công tác tạo nên một vụng chân không và dưới tác dụng của
áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào, chất lỏng ở bế hút liên tục bị đẩy
vào bơm theo ống hút. Đó là q trình hút của bơm. Quá trình hút và quá trình
đẩy là hai q trình liên tục, tạo nên dịng chảy liên tục qua bơm. Bộ phận dẫn
9


dịng chảy thường có dạng xoắn ốc nên cịn gọi là buồng xoắn ốc. Buồng xoắn
ốc của bơm dẫn chất lỏng từ bánh cơng tác ra ống đẩy. Nó có tác dụng điều hòa
ổn định dòng chảy và biến đổi một phần động năng của dòng chảy thành áp
năng cần thiết do đó làm tăng hiệu suât của máy bơm ly tâm.
1.5. Phân loại máy bơm ly tâm
a) Dựa theo cột áp
Phân loại máy bơm theo cột áp gồm có:




Bơm cột áp thấp
Bơm cột áp trung bình
Bơm cột áp cao

b) Dựa theo số bánh công tác

Phân loại máy bơm theo số lượng bánh xe cơng tác gồm có:



Bơm một cấp: trên trục bơm chỉ lắp một bánh xe công tác, thường có
cột áp thấp.
Bơm nhiều cấp: Có từ 2 bánh xe cơng tác trên trục bơm trở lên.
Thường có bơm hai cấp, ba cấp hoặc bốn cấp tương ứng. Tại các bơm
này, nước khi qua bánh xe cấp 1 sẽ vào bánh xe cấp 2 và tiếp tục tới
hết. Cột áp của loại bơm này bằng tổng các cột áp do các bánh xe
công tác tạo nên.

c) Dựa theo cách dẫn chất lỏng vào bánh xe công tác



Bơm nước vào một phía
Bơm nước vào hai phía: Loại bơm này nếu có cùng giá trị cột áp với
bơm nước vào một phía thì loại bơm này sẽ cho lưu lượng lớn hơn
nhiều.

d) Dựa theo hệ số tỷ tốc





Bơm tỷ tốc cao: hệ số tỷ tốc của bơm nằm trong khoảng 150 – 300.
Bơm tỷ tốc trung bình: hệ số bơm nằm trong khoảng 80 – 150.
Bơm tỷ tốc thấp: hệ số tỷ tốc của bơm nằm trong khoảng 50 – 80.

Bơm tỷ tốc chéo: Loại bơm này dòng chảy chuyển động qua bơm
nghiêng với hệ trục một góc. Hệ số tỷ tốc của bơm chéo nằm trong
khoảng 300 – 500.

e) Dựa theo vị trí của trục bơm
Phân loại máy bơm theo vị trí trục bơm gồm có:


Máy bơm ly tâm trục đứng
10




Máy bơm trục ngang

f) Dựa theo mục đích sử dụng







Bơm nước sạch: dùng để bơm dung dịch nước ít chất hòa tna, đặt ở
hệ thống cấp nước, hệ thống tưới tiêu nông nghiệp.
Bơm nước bẩn: thường đặt ở hệ thống thoát nước để bơm nước thải
sinh hoạt hoặc sản xuất, bơm nước bẩn ở cống rãnh, hố móng.
Bơm nước nóng: dùng để bơm dung dịch nước nhiệt độ từ trở lên.
Bơm hóa chất: dùng để bơm các loại dung dịch hóa chất trong cơng

nghiệp như: xăng dầu, bơm thùng phi, bơm axit, bơm kiềm, bơm
những chất có độ ăn mịn cao.
Bơm bùn đất: loại này có thể bơm và khoắng được bùn, có cánh bơm
to có thể hút tất cả bùn đất, rác thải, cát sỏi vừa và nhỏ.

2. Các thông số cơ bản của bơm ly tâm
2.1. Lưu lượng
Là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị thời gian,
có thể tính theo lưu lượng thể tích Q (l/s, /s, /h,…) hay lưu lượng trọng lượng G
(N/s, N/h, kG/s,…)
2.2. Cột áp
Là năng lượng mà một đơn vị trọng lượng chất lỏng nhận được từ máy
bơm. Ký hiệu cột áp là H, đơn vị tính thường là mét cột chất lỏng (mét cột nước
hay mét cột dầu …). Đối với bơm ly tâm, ứng với mỗi vòng quay nhất định thì
chỉ có một giá trị cột áp mà tại đó bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, ta gọi là
cột áp định mức. Giá trị cột áp này được chỉ dẫn trên tài liệu kỹ thuật của bơm.
2.3. Cơng suất
Có hai loại cơng suất là cơng suất thủy lực và công suất làm việc.
+ Công suất thủy lực: là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với máy trong một
đơn vị thời gian, kí hiệu là , có cơng thức tính:

Trong đó:
là trọng lượng riêng của chất lỏng /.
là khối lượng riêng của chất lỏng /.
Q: là lưu lượng của bơm /.
H: là cột áp toàn phần của máy bơm (m).
11


+ Công suất làm việc: là công suất trên trục của máy làm việc, ký hiệu là

N, có cơng thức tính là:

Trong đó: là hiệu suất làm việc của bơm.
2.4. Hiệu suất của bơm ly tâm và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của
bơm ly tâm
Trong thực tế khi máy bơm làm việc, động năng của động cơ truyền cho
máy bơm một phần sẽ được chuyển thành thế năng cho chất lỏng: lưu lượng và
cột áp, một phần bị tiêu hao do các tổn thất thủy lực và sự rò rỉ trong máy bơm.
Bằng lý thuyết và thực nghiệm người ta nhận thấy hiệu suất toàn phần của
máy bơm phụ thuộc vào: tổn thất thể tích, tổn thất thủy lực và tổn thất cơ khí.

Trong đó:

là tổn thất thể tích
là tổn thất thủy lực
là tổn thất cơ khí

a) Tổn thất thể tích
Khi máy bơm làm việc, chất lỏng theo các khe hở giữa các bánh công tác
và vỏ khoang hướng dòng chảy ngược lại. Chảy ngược trong các cấp của bơm
nếu bơm có nhiều cấp.
b) Tổn thất thủy lực
Tổn thất thủy lực trong máy bơm bao gồm các tổn thất do ma sát giữa các
lớp chất lỏng và ma sát giữa chất lỏng với thành ống, các khe trong bánh cơng
tác, khoang hướng dịng,…
c) Tổn thất cơ khí
Khi bơm làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao để thắng lực ma sát
tại các ổ đỡ, các đệm làm kín và các khớp nối… Ma sát mặt ngồi của bánh
công tác với chất lỏng.


12


2.5. Ghép bơm ly tâm
2.5.1. Ghép song song
a) Ghép song song 2 bơm
Mục đích dùng trong trường hợp hệ thống có yêu cầu lưu lượng lớn hơn
lưu lượng của một bơm. Điều kiện để các bơm ghép song song có thể làm việc
được là khi làm việc, các bơm ghép có cùng một cột áp:

Để xác định lưu lượng của bơm ghép song song làm việc trong cùng một
hệ thống, cần xây dựng đường đặc tính chung của các bơm ghép và biết đường
đặc tính lưới .
Đường đặc tính chung của các bơm ghép song song trong hệ thống được
xây dựng bằng cách cộng các lưu lượng với cùng một cột áp (cộng các hồnh độ
trên cùng một tung độ).

Hình 6 – Ghép song song bơm ly tâm
Điểm C là điểm làm việc của các bơm ghép trong hệ thống. Khi đó bơm 1
làm việc với , bơm 2 làm việc với . Vậy tổng lưu lượng của hai bơm ghép song
song trong hệ thống nhỏ hơn tổng lưu lượng của hai bơm đó khi làm việc riêng
rẽ cũng trong hệ thống đó.

* Nhận xét:


Điều chỉnh hệ thống có các bơm ghép song song tương đối phức tạp
khi các bơm ghép có đường đặc tính khác nhau nhiều Do vậy cần
ghép các bơm có đường đặc tính gần giống nhau.
13







Ghép bơm song song có hiệu quả lớn khi đường đặc tính của chúng
thoải (có độ dốc nhỏ) và đường đặc tính của lưới khơng dốc lắm Ta
cần ứng dụng ghép song song trong các hệ thống bơm cần có cột áp
thay đổi ít khi lưu lượng thay đổi nhiều.
Số lượng bơm ghép song song để tăng lưu lượng có giới hạn nhất
định, được xác định bởi đường đặc tính chung và đường đặc tính lưới.

b) Ghép song song 3 bơm và 4 bơm giống nhau

Hình 7 – Đặc tính làm việc của 3 bơm mắc song song

Hình 8 – Đặc tính làm việc của 4 bơm mắc song song

14


Sự làm việc song song của ba bơm cùng đặc tính giới thiệu trên hình 7.
Từ điều kiện và tương tự như trên dựng đường đặc tính tổng cộng của bơ bơm
cùng đặc tính bằng cách nhân ba hồnh độ đường đặc tính của một bơm. Chế độ
làm việc của từng bơm khi ba bơm làm việc song song cũng xác định giống như
trường hợp khi hai bơm làm việc song song ở trên. Từ trường đặc tính thấy rằng
số bơm làm việc song song càng nhiều thì sự giảm lưu lượng của mỗi bơm so
với trường hợp riêng rẽ càng lớn.
Các bơm làm việc song song có lợi khi đường đặc tính của bơm và đường

ống thoải. Khi đường đặc tính đường ống, đặc biệt là đường đặc tính máy bơm
dốc thì hiệu quả của sự làm việc song song như vậy thấp. Trong trường hợp này
sự thay đổi cột áp ảnh hưởng đến sự thay đổi lưu lượng ít hơn trường hợp bơm
có đường đặc tính thoải.
Ngồi ra, số bơm ghép làm việc song song trong hệ thống khơng nên chọn
lớn q.
Trên hình 8 giới thiệu đường đặc tính tổng cộng của bốn máy bơm ghép
song song. Ở đây, mức độ tăng thêm lưu lượng giảm dần theo sự tăng số máy
bơm. Khi mở thêm máy thứ tư thì sự tăng lưu lượng của hệ thống khơng đáng kể
so với trường hợp hai hoặc ba bơm cùng làm việc. Như vậy, nếu ghép song song
nhiều bơm quá thì hiệu quả kinh tế thấp, nên chúng ta cần tính toán một cách
cẩn thận và kĩ càng.
2.5.2. Mắc nối tiếp
a) Mắc nối tiếp hai bơm
Dùng trong trường hợp hệ thống có yêu cầu cột áp lớn hơn cột áp của một
bơm. Điều kiện ghép nối tiếp:


Các bơm ghép phải làm việc với lưu lượng như nhau:



Cột áp làm việc của hệ thống có ghép nối tiếp bơm khi bằng tổng cột
áp của các bơm ghép:

Đường đặc tính chung của các bơm ghép được xây dựng bằng cách cộng
các cột áp của riêng từng bơm với cùng một lưu lượng.
Ví dụ: Khảo sát hai bơm 1 và 2 có đường đặc tính khác nhau ghép nối tiếp
(Hình 9), làm việc trọng một hệ thống. Điểm A (giao điểm của đường đặc tính


15


chung và đường đặc tính lưới ) là điểm làm việc của các bơm ghép trong hệ
thống, xác định lưu lượng Q và cột áp của hai bơm ghép .

Hình 9 – Ghép nối tiếp hai bơm ly tâm
* Nhận xét:






Khi ghép nối tiếp nên chọn những bơm và hệ thống có đường đặc
tính dốc nhiểu mới có hiệu quả cao, vì khi thay đổi lưu lượng ít đã
tăng được cột áp theo yêu cầu.
Khi ghép hai bơm 1 và 2 nối tiếp liền nhau cần chú ý bơm 2 phải làm
việc với áp suất cao hơn bơm 1 vì nếu khơng đủ sức bền bơm 2 sẽ bị
hỏng. Vì thế phải chọn trên ống đẩy của bơm 1, điểm nào không gây
nguy hiểm cho bơm 2 để ghép.
Việc ghép bơm làm việc nối tiếp trong hệ thống tương đối phức tạp,
không thuận tiện và kinh tế bằng chọn một bơm có cột áp cao đáp
ứng được yêu cầu làm việc. Chỉ nên ghép nối tiếp các bơm trong
trường hợp cần thiết.

16


CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU KHẮC PHỤC

HIỆN TƯỢNG XÂM THỰC
1. Bản chất của hiện tượng xâm thực
1.1. Bản chất
Xâm thực là sự phá hủy liên tục của dịng chất lỏng nói riêng (hay dịng
lưu thể nói chung) tại các vị trí trên bề mặt vật liệu, mà ở đó áp suất giảm xuống
bằng áp suất bay hơi tương ứng với nhiệt độ hiện tại của chất lỏng. Sự bay hơi
mãnh liệt của chất lỏng tạo ra khối lượng bọt khí rất lớn liên tục tách khỏi bề
mặt vật liệu tiếp xúc với dịng chảy đồng thời các hạt chất lỏng khơng ngừng lao
vào để thế chỗ các bọt tách ra tạo nên va đập thủy lực rất lớn làm rỗ và phá hỏng
kim loại.
Trong máy bơm thủy lực nói chung, máy bơm vận chuyển dầu nói riêng.
Hiện tượng xâm thực là một vấn đề hết sức phức tạp, nó phụ thuộc vào bản chất
của chất lỏng, áp suất và nhiệt độ của chất lỏng, còn phụ thuộc vào kết cấu, chế
độ làm việc và chiều cao lắp đặt của bơm.
Chất lỏng tồn tại ở dạng chung nhất là tồn tại ở dạng hỗn hợp của các pha:
pha lỏng; pha hơi + khí hịa tan; pha rắn, nhũ tương.
Sự tồn tại giữa các pha, sự hình thành và mất đi sẽ làm ảnh hưởng và gây
sự phá vỡ tính chất liên tục của dịng chảy trong những điều kiện nhất định, tính
đồng chất của chất lỏng càng kém, thì khả năng phá vỡ tính chất liên tục của
dịng chảy phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất của dịng chảy.
Xâm thực khơng những gây ra phá hủy cơ học mà còn tạo ra tác dụng
điện hóa cục bộ ở chỗ có nhiệt độ đến , do kết quả va đập thủy lực đạt đến áp
suất /
Do hiện tượng trên mà vật liệu bị ăn mòn do xâm thực. Ăn mòn do xâm
thực còn lớn hơn 15 lần ăn mòn cơ điện.
Chúng ta biết rằng chất lỏng ở một nhiệt độ nhất định sẽ sôi dưới một áp
suất tương ứng nhất định đối với chất lỏng đó. Áp suất đó gọi là áp suấ hơi bão
hịa, kí hiệu là vị vậy trong điều kiện nhất định thì muốn chất lỏng khơng hóa
hơi, u cầu áp suất ở mọi điểm trong lỏng chất lỏng phải tồn tại một áp suất dự
trữ mà ở đó:

Để khơng cho chất lỏng hóa hơi, trong q trình làm việc của chất lỏng do
nhiều yếu tố mà ta có luôn thay đổi, nhiệt độ cục bộ càng cao, áp suất cục bộ
càng giảm thì tại điểm đó càng giảm.
17


Thành phần tạp chất rắn càng lớn, thì khả năng duy trì áp suất dự trữ càng
giảm, khả năng duy trì áp suất dự trữ cịn phụ thuộc vào lượng hơi chất lỏng,
tính chất lý hóa của chất lỏng.
Khi chất lỏng làm việc trong hệ thống thủy lực và máng thủy lực, thì các
thơng số nhiệt độ, áp suất, thành phần pha ln biến đổi tồn diện hoặc cục bộ,
làm mất tính ổn định của bản thân nó. Sự biến đổi đó làm cho áp suất dự trữ nhỏ
hơn 0 và ở tại các điểm này, chất lỏng sẽ hóa hơi tạo thành các bọt khí làm tăng
hàm lượng hơi chất lỏng lên.
Các bọt khí hơi trong chất lỏng chuyển động khơng ngừng khi vào vùng
có áp suất lớn hơn áp suất bão hịa. Các bọt khí này do ngưng tụ sẽ giảm thể tích
đột ngột, với nhiều bọt khí thì có thể gây ra hiện tượng cộng hưởng, áp suất có
thể lên tới hàng ngàn atmosphere và sẽ phá hỏng các chi tiết của bơm. Hiện
tượng này gọi là hiện tượng xâm thực của bơm.
Sự va đập thủy lực của chất lỏng trong quá trình chuyển động hỗn độn
vào máy bơm cũng là nguyên nhân cơ bản gây nên hiện tượng xâm thực, sự va
đập này gây nên do chất lỏng với chất lỏng trong quá trình chuyển động và chất
lỏng với các thành của bánh công tác gây nên dao động cộng hưởng tạo nên
trong dòng chất lỏng áp suất cao gây phá hủy các chi tiết của bơm.
Với máy bơm vận chuyển dầu mỏ, do trong chất lỏng chứa nhiều parafin
và các thành phần hợp hữu cơ khác có chứa nhiều khí hịa tan, nên đây cũng
chính là một trong những yếu tố gây nên hiện tượng xâm thực trong máy bơm
vận chuyển dầu.
1.2. Ảnh hưởng của hiện tượng xâm thực đến vật liệu


Hình 10 – Xâm thực gây thiệt hại cho phần cánh quạt máy bơm
Như ta đã biết khi xảy ra hiện tượng xâm thực, chất lỏng bên trong xô tới
các bộ phận của máy đặc biệt là bánh công tác và bánh hướng dẫn với vận tốc
rất lớn làm cho áp suất tăng lên đột ngột gây lên một áp lực tác động vào bề mặt
kim loại của các chi tiết này rất lớn. Do vật liệu làm các chi tiết này thường là
18


gang, thép hoặc đồng có khả năng chịu va đập không cao. Ban đầu sẽ tạo nên
các vết nứt nhỏ trên bề mặt sau đó phát triển thành các lỗ hổng. Khi lỗ hổng
được hình thành, phần chất lỏng ít nhiều có sự trộn lẫn với hơi, xâm nhập vùng
này gây ra va đập trong lòng lỗ hổng này ngày càng phát triển như vậy.
Các bề mặt kim loại nhám không phẳng hấp thụ phần lớn năng lượng nên
bị phá hủy do hiện tượng xâm thực nhanh hơn so với bề mặt kim loại nhẵn
phẳng.
Kim loại càng giòn càng bị phá hủy nhanh và mạnh, ngồi ra các chi tiết
cịn bị phá hủy do tác dụng hóa học gây ra bởi các hợp chất hữu cơ, nó là các
chất khí hòa tan tách ra từ chất lỏng và do các hiện tượng có tính chất điện phân
gây ra làm cho các lớp bề mặt bị han gỉ.
1.3. Ảnh hưởng của hiện tượng xâm thực đến đường đặc tính của bơm
Khi trong dịng chảy xuất hiện các bọt khí, các bọt khí này sẽ làm giảm
lưu lượng của bơm một cách đột ngột, làm cho đường đặc tính của bơm sẽ thay
đổi nhanh chóng thành một đường cong kéo dài gần như thẳng đứng.

Hình 11 – Đồ thị ảnh hưởng của xâm thực đến đường đặc tính làm việc
Giai đoạn ban đầu các bọt khí cịn ít nó cịn giới hạn trong khu diện tích
hẹp, như vậy lưu lượng của bơm chưa bị giảm nên đường đặc tính chưa bị thay
đổi. Khi các bọt khí bắt đầu tăng lên trong dịng chảy lúc này tiết diện dòng chảy
giảm nhanh do các bọt khí tăng lên và chiếm chỗ dịng chảy lưu lượng, cột áp,
hiệu suất của bơm cũng giảm theo và sau đó bơm ngừng hoạt động.


19


Qua nghiên cứu người ta thấy rằng khi độ giảm cột áp vượt q 3% thì lúc
đó hiện tượng xâm thực ảnh hưởng rất lớn đến đường đặc tính của bơm. Lúc đó
lưu lượng của bơm giảm rất nhanh và sau đó bơm ngừng hoạt động.
2. Nguyên nhân và dấu hiệu nhận biết hiện tượng xâm thực ở bơm
2.1. Nguyên nhân
Do tốc độ dòng chảy ở cửa vào quá lớn làm cho áp suất của chất lỏng
giảm mạnh, khí áp suất nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của chất lỏng thì lúc đó sẽ
xuất hiện tượng xâm thực.
Hiện tượng xâm thực này xảy ra là do:






Kết cấu bánh dẫn có cửa hút khơng hợp lý dẫn đến khi chất lỏng vào
tới cửa hút sẽ làm tăng vận tốc của dòng chảy.
Do các đoạn ống bị uốn dòng quá gấp dẫn đến giảm áp cục bộ.
Do có hiện tượng xốy tách dòng ở bộ phận cánh dẫn và do bố trí góc
hướng dịng ở cánh bơm có hệ số xâm thực lớn. Lựa chọn số cánh và
số vịng quay khơng hợp lý.
Do tăng chiều cao hút, đây là nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng
xâm thực tồn dịng làm cho áp suất dòng chảy giảm mạnh mẽ.

Một số nguyên nhân sau đều làm tăng chiều cao hút:










Chọn chiều cao đẩy của bơm, tức khoảng cách từ mặt thoáng của bể
hút đến tâm trục máy bơm khơng đúng.
Lựa chọn tính tốn đường kính, chiều dài ống hút khơng hợp lý làm
tăng tổn thất trên đường ống.
Đường ống hút bị nhỏ lại do dầu có thành phần parafin bám dính
khơng cịn kích thước ban đầu làm tăng tổn thất thủy lực.
Khí bên ngồi lọt vào trong máy qua hệ thống làm kín và nhất là lọt
vào do hiện tượng tạo phễu ở bể hút gây nên hiện tượng xâm thực cục
bộ.
Do lượng khí đồng hành trong dầu quá nhiều chưa được tách lọc một
cách triệt để.
Do nhiệt độ của chất lỏng bơm thay đổi, khi nhiệt độ chất lỏng tăng
dẫn đến hiện tượng giảm áp.
Do bề mặt của bánh công tác không đảm bảo độ nhẵn.

2.2. Dấu hiệu nhận biết xâm thực
- Khi xảy ra hiện tượng xâm thực trong bơm thường có tiếng ồn và tiếng
kêu lách tách ở phía trong, gây ra rung động bơm.
- Xảy ra hiện tượng xâm thực dữ dội sẽ làm giảm cột áp và hiệu suất của
bơm một cách đột ngột.
20



- Điện năng sử dụng của bơm tăng nhanh đột ngột, bạn có thể so sánh hóa
đơn tiền điện hàng tháng để nhận biết.
- Dòng chảy trong máy bị gián đoạn, lưu lượng nước được bơm không ổn
định hoặc giảm đột ngột do hiện tượng xâm thực gây ra.
2.3. Một số biện pháp khắc phục và ngăn ngừa hiện tượng xâm thực
Khi chọn mua máy bơm cần tính dư ra cột áp một chút. Chính việc này sẽ
giúp cho máy hoạt động trong trạng thái có sẵn một lượng nước dự trữ.
Chúng ta cần thường xuyên kiểm tra cánh quạt của máy bơm, nếu cần
thiết thì phải gia cơng lại bằng cách sau đây:



Các mép cánh bơm phải được bo trịn và dát mỏng, phần cánh dẫn
nước vào bánh cơng tác phải được làm nhẵn bề mặt.
Khi thay thế cánh bơm, khuyến cáo không tự ý thay thế cánh quạt có
cấu tạo và kiểu dáng khác với thiết kế ban đầu của nhà sản xuất tạo
ra.

Lựa chọn máy bơm nước theo đúng thiết kế về nhiệt độ chất lỏng cần
bơm, đồng thời giảm nhiệt độ phòng chứa máy bơm để hiện tượng xâm thực
khơng xảy ra.
Khuyến khích lắp thêm role nhiệt cho máy bơm nhằm tránh tình trạng
máy bơm bị nóng, role nhiệt có cơ chế tự ngắt điện khi máy bơm bị quá nhiệt.
Giảm ma sát trên đường ống bằng cánh: tăng kích thước đường ống hút,
giảm số lượng ren co, giảm chiều dài ống hút.

21



KẾT LUẬN
Hiện nay, máy bơm ly tâm là thiết bị rất quan trọng trong công nghiệp sản
xuất, chế tạo cơ khí,… Máy bơm ly tâm là loại máy bơm cơng nghiệp thủy thực
cánh dẫn, hoạt động trên nguyên tắc của lực ly tâm, chiến lực thủy động của
dòng chảy ra nhờ cánh quạt cơ năng của máy. Nó là thiết bị nhỏ nhưng đem lại
hiệu quả cao, được dùng nhiều trong các dự án cấp nước, khu cơng nghiệp,
phịng cháy chữa cháy hay ngay cả trong ngành kĩ thuật nhiệt. Nhưng bên cạnh
đó, chúng ta cần chú ý đến hiện tượng xâm thực ở máy bơm vì nó ảnh hưởng
đến hiệu suất của máy bơm, ảnh hưởng đến kết quả làm việc và để tránh làm
hỏng thiết bị, gây thiệt hại về kinh tế.

22



×