Giáo trình Thiết bị mỏ hầm lò: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

TS. Bùi Thanh Nhu (Chủ biên)
ThS. Đào Đức Hùng

GIÁO TRÌNH

THIẾT BỊ MỎ HẦM LỊ
DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC
(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

QUẢNG NINH - 2017
1


BÀI MỞ ĐẦU
Khai thác than, khoáng sản, vật liệu xây dựng là một trong những ngành công
nghiệp nặng. Các công việc trong quá trình khai thác phải được cơ giới hoá nhằm
đạt được sản lượng và năng suất cao, đảm bảo an toàn và giảm nhẹ sức lao động
cho con người.
Giáo trình “ Thiết bị mỏ hầm lị” đề cập những vấn đề chính về các loại thiết
bị cơng nghệ trong lĩnh vực này, bao gồm giới thiệu công dụng, cấu tạo, ngun lý
hoạt động và phương pháp tính tốn chung cũng như các bộ phận chủ yếu của mỗi
loại thiết bị.
Giáo trình này dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành kỹ thuật mỏ,
cũng có thể làm tài liệu học tập và tham khảo cho sinh viên các ngành có liên quan
đến khai thác mỏ, xây dựng cơng trình ngầm và mỏ. Giáo trình cịn có thể làm tài
liệu tham khảo cho các cán bộ giảng dạy, cán bộ kĩ thuật, kĩ thuật viên công tác
trong lĩnh vực khai thác mỏ.
Cấu trúc của Giáo trình gồm:

Phần I. Máy thủy khí.
Phần II. Máy khai thác mỏ hầm lũ.
Giáo trình này do Tiến sĩ Bùi Thanh Nhu(chủ biên) và Thạc sĩ Đào Đức
Hùng giảng viên bộ môn Cơ máy biên soạn.
Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học công nghiệp
Quảng Ninh, lãnh đạo khoa Điện, bộ mơn Cơ máy cùng các Phịng, Khoa nghiệp
vụ và các cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên để hồn thành tốt cuốn Giáo
trình này. Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả đã cố gắng bám sát đề cương,
chương trình mơn học đã được phê duyệt, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy môn
học này trong nhiều năm, đồng thời có chú ý đến đặc thù đào tạo các ngành của
nhà trường. Do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn rằng cuốn Giáo
trình cịn có thiếu sót. Rất mong bạn đọc góp ý.
Xin chân thành cảm ơn!
Trường Đại học Cơng nghiệp Quảng Ninh
Các tác giả

2


PHẦN I. MÁY THỦY KHÍ
Chương 1. KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ THỦY LỰC
1.1 Khái niệm chung về máy và thiết bị thuỷ khí
Máy thuỷ khí là một danh từ chung để chỉ các máy làm việc bằng cách trao đổi
năng lượng với dòng lưu thể theo các nguyên lý cơ bản của thuỷ khí động lực học.
Nó thường được chia thành hai nhóm:
- Nhóm máy cơng tác: là các máy cung cấp năng lượng cho dòng lưu thể
như máy quạt gió, máy bơn nước, máy nén khí....
- Nhóm động cơ cơng tác ( hay cịn gọi là nhóm máy phát lực): loại này
nhận năng lượng từ dòng lưu thể như các Tuabin thuỷ lực tại các nhà máy thuỷ
điện, các cánh quạt của cối xay gió, các động cơ thuỷ lực....

Thiết bị thuỷ khí : là phương tiện truyền dẫn, tích trữ, hay biến đổi năng
lượng của dịng lưu thể, như các bình chứa khí nén, các hệ thống ống dẫn, các van
khoá trên đường ống dẫn...
1.2. Kiến thức cơ bản về thuỷ lực
1.2.1. Phương trình cơ bản của thuỷ lực học
Xét một bình thuỷ tinh đựng nước, tại vị trí điểm A cách mặt thống với độ
sâu lá h. Xung quanh điểm A ta lấy một tiết diện vô cùng bé d . chiếu d lên mặt
thoáng ta được một hình hộp cũng có đáy trên là d, như hình vẽ 1-1.

pa

d

z

h

p

px

x

G

x

A

pt

0
y

Hình 1.1. Các thành phần lực tác dụng
Xét các lực tác dụng lên khối chất lỏng này gồm có:
- Lực P0 là áp lực tác dụng lên mặt thống do tác dụng của áp suất khí trời:
P0 = pa. d;
- Lực Pt là áp lực thuỷ tĩnh có chiều đẩy khối nước lên: Pt = pt. d;
- Lực Acsimet tác dụng đẩy khối chất lỏng này lên, trị số của nó bằng trọng lượng
cột chất lỏng đang xét :
G = . g. W =  .h.d .
3


Trong đó :  - Là khối lượng riêng của chất lỏng
g – Gia tốc trọng trường( g = 9,81 N/m2)
W = h.d - là thể tích của khối chất lỏng;
Ngồi ra cịn các lực tác dụng theo phương ox, oy nhưng các lực này cùng
phương, cùng độ lớn và ngược chiều nên tự triệt tiêu.
Vì khối nước ở trạng thái cân bằng nên xét tổng hợp lực theo phương oz (
phương thẳng đứng) ta có:
Pt  P0  G  0 ;
(*)
Thay các thành phần lực trên vào biểu thức (*) ta được:
pt. d - pa. d -  .h.d = 0;
Hay là
pt  pa   .h

(1.1)

Đây là phương trình cơ bản của thuỷ tĩnh học, ta có thể phát biểu thành lời
như sau: Áp suất thuỷ tĩnh tại một điểm bất kỳ trong lòng chất lỏng bằng áp suất
trên mặt thoáng (p0) cộng với trọng lượng cột chất lỏng có diện tích đáy bằng một
đvdt; và chiều cao là từ điểm đang xét đến mặt thoáng (  .h ) của chất lỏng.
1.2.2. Mặt chuẩn, vận tốc trung bình, phương trình liên tục của dịng chảy.
+Mặt chuẩn: Là một mặt phẳng nằm ngang bất kỳ được chọn làm gốc,
để nghiên cứu các mặt cắt khác của dòng chảy. Mặt chuẩn có thể chọn bất kỳ
nhưng nên chọn làm sao để dễ tính tốn nhất, và thường chọn là mặt thống của
chất lỏng.
+ Vận tốc trung bình: Là tỷ số giữa lưu lượng và mặt diện tích mặt cắt ướt
của dòng chảy, ký hiệu là: v, đơn vị: m/s; m/phút...
Q
v ;
  v

   v

Trong đó: Q – lưu lượng của dịng chảy (m3/h),
 - diện tích mặt cắt ướt (m2).
+ Phương trình liên tục của dịng chy: xột dũng Hình 1.2. Nuớc chảy trong
Hỡnh 1.2. Nc chay trong
chảy qua đoạn ống có tiết diện thay đổi, như hình vẽ èng
cã tiÕt diƯn thay ®ỉi
ống
có tiết diện thay đổi
Gọi Q là lưu lượng nước chảy qua ống, ta có:
Q1  Q2 ,

Mặt khác xét với từng đoạn ống lại có:

Q1  v1 .1 ;
Q2  v2 . 2

Suy ra, ta có phương trình:
v1 .1  v2 .2

(1.2)

Mở rộng cho đường ống có n tiết diện thay đổi, với lý luận tương tự ta cũng có:
4


v1 .1  v2 .2  ...  vn .  cons tan

(1.3)

Phát biểu: tích số giữa diện tích mặt cắt ướt với vận tốc trung bình của một
dịng chảy là một hằng số.
1.2.3. Các dạng năng lượng của dòng chảy, phương trình Becnuli
a. Các dạng năng lượng của dịng chảy: Như hình vẽ ( Hình- 1.3)
- Vị năng và tỷ vị năng: Vị năng tại một mặt cắt là năng lượng của dòng chảy,
sinh ra do sự chênh lệch vị trí của mặt cắt đó so với mặt chuẩn. Vị năng chính là độ
cao hình học của mặt cắt đó so với mặt chuẩn. Vị năng tính cho một đơn vị trọng
lượng của chất lỏng được gọi là tỷ vị năng, ký hiệu là : z , đơn vị: m
- Áp năng tỷ áp năng: là năng lượng tạo nên áp suất cho dịng chảy. Nếu tính
cho một đơn vị trọng lượng của chất lỏng được gọi là tỷ áp năng, ký
p
hiệu là tỷ số:
, đơn vị: m



- Động năng và tỷ động năng: là phần năng lượng làm cho chất lỏng chuyển động
với vận tốc là v. Động năng tính cho một đợn vị trọng lượng của chất lỏng được
v2
E
E'
gọi là tỷ động năng, ký hiệu:
.
2g
hw
v21
v22 E
b). Phương trình Becnuli
2g
2g
Becnuli là nhà bác học người Nga,
p2
2'
ơng đã nghiên cứu sự chuyển động

p1
của chất lỏng và tìm ra được quan
v1
v2
2

hệ giữa vận tốc, áp suất và độ cao
z2
hình học của chất lỏng. Quan hệ đó

1'
1
được biểu diễn bằng một phng
z1
O'
O
trỡnh c gi l phng trỡnh
Becnuli.
Hỡnh 1.3. Các
Cỏc dạng
dngnăng
nngluợng
lngcủa
cadòng
dũngchảy
chy
Hình
+ Phng trình Becnuli đối với chất
lỏng lý tưởng:
Như ta đã biết chất lỏng lý tưởng là chất lỏng khơng có tính nhớt, hay nói
cách khác là chúng khơng có nội ma sát trong q trình chuyển động, vì vậy khơng
sinh ra tổn hao năng lượng trong quá trình chuyển động từ mặt cắt này đến mặt cắt
khác, nghĩa là thành phần hw = 0, khi đó đường biểu diễn năng lượng (đường năng
E) là đường E-E’( như hình vẽ- Hình 1.3 ở trên).
Tại mặt cắt 1- 1’ các thành phần năng lượng gồm có: vị năng( z 1), áp năng (
v12
p1
), động năng (
). Tại mặt cắt 2- 2’ các thành phần năng lượng là: vị năng(
2g


v22
p2
z2), áp năng (
), động năng (
).
2g


Do khơng có tổn hao năng lượng, nên tổng các dạng năng lượng tại một mặt
cắt bất kỳ là một hằng số, hay:
5


z1 

p1





p
v2
v12
p
v2
 z 2  2  2  ....  z n  n  n  const
2g
 2g

 2g

(1.4)

+ Phương trình Becnuli với chất lỏng thực tế.
Trên thực tế thì bất cứ chất lỏng nào cũng có tính nhớt, vì vậy trong quá
trình chuyển động xuất hiện nội ma sát, gây ra tổn hao năng lượng của dòng chất
lỏng chuyển động. Do đó, khi dịng chất lỏng chuyển động từ mặt cắt 1-1’ đến mặt
cắt 2-2’ sẽ bị tổn hao một phần năng lượng, giả sử là hw.
Phương trình Becnuli viết cho chấtlỏng thực là:
z1 

p1





v12
p
v2
 z 2  2  2  hw12
2g
 2g

(1.5)

Trong đó: hw- Là tổn thất năng lượng khi dòng chất lỏng chuyển động từ mặt cắt
1-1’ đến mặt cắt 2-2’.

Câu hỏi bài tập chương 1
1. Phương trình cơ bản của thuỷ lực học?
2. Mặt chuẩn, vận tốc trung bình, phương trình liên tục của dòng chảy?
3. Các dạng năng lượng của dòng chảy, phương trình Becnuli?

6


Chương 2. MÁY BƠM NƯỚC
2.1. MÁY BƠM NƯỚC LY TÂM
2.1.1. Cấu tạo.
Máy bơm nước đầu tiên do nhà vật lý người Pháp Denis Papin thiết kế năm
1869. Từ đó máy bơm nước ly tâm được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành
kinh tế quốc dân. Ngày nay, về cấu trúc nó được phát triển rất đa dạng để đáp ứng
các nhu cầu bơm các loại chất lỏng khác nhau.
Trong ngành công nghiệp mỏ, máy bơm ly tâm giữ vai trị quan trọng, làm
nhiệm vụ thốt nước cho các hầm lị, các cơng trường mỏ lộ thiên nhằm đảm bảo
an tồn cho người và thiết bị trong q trình khai thác. Bên cạnh đó bơm cịn cấp
nước cho các thiết bị làm mát bằng nước, dập bụi, làm sạch thiết bị và cấp nước
sinh hoạt. Cấu tạo chung của máy bơm nước ly tâm được thể hiện trên hình vẽ
Hình 2.1.
1 - Trục của máy bơm;
2 - Bánh công tác;
3 - Cánh quạt của bánh công tác( cánh dẫn);
4 - Vỏ bơm;
5 - Van một chiều;
6 - Hộp lọc nước;
7 - Đoạn ống đẩy gắn liền với vỏ bơm;
8 - Van một chiều;
9 - Khoá diều chỉnh năng suất, áp suất;

10, 11- Ống và khoá để mồi nước cho bơm khi trên đường ống đẩy có nước.
12 – Đường ống đẩy.
13 – Ống và khoá để xả nước khi sửa chữa.
14 – Phễu mồi nước nằm ngay trên vỏ bơm.
M - Áp kế đo áp suất ở cửa đẩy của máy bơm,
B - Chân không kế, đo độ chân không ở cửa hút của máy bơm,
Hh - Chiều cao hút nước của máy bơm, là khoảng cách từ mặt nước trong bể
hút đến tâm trục máy bơm, (m)
Hđ - Chiều cao đẩy nước của máy bơm, là khoảng cách từ tâm trục máy bơm
đến tâm đường ống đẩy nằm ngang cao nhất. Nếu trường hợp máy bơm – bơm
nước vào một bể chứa mà mực nước trên mặt thoáng cao hơn miệng đường ống
đẩy, thì chiều cao đẩy nước là khoảng cách từ tâm trục máy bơm đến mặt thoáng
của bể xả.
HH – Chiều cao thốt nước hình học của máy bơm và:
HH = Hh + Hđ , (m)

7


12
13

11
10

H

9

®

14

8
7

HH

M

6
5

4

B

3
Hh

2
1

Hình 2.1. Cấu tạo cơ bản của hệ thống máy bm nc ly tõm
2.1.2.
Nguyờn
ca mỏy
Hình 1.4.
Cấu lý
tạolm

củavic
hệ thống
máybm
bơmnc
nuớclylytõm.
tâm
trỡnh by nguyên lý làm việc của máy bơm nước ly tâm, ta xét sơ đồ
nguyên lý của máy bơm nước như hình vẽ 2.2.
Trước khi cho máy bơm nước ly tâm làm việc ta phải mồi đầy nước cho máy
bơm. Việc mồi nước có thể thực hiện bằng hai phương pháp: trực tiếp hoặc gián
tiếp. Mồi nước trực tiếp là đổ nước trực tiếp qua van mồi số 14 nằm ngay trên vỏ
bơm (phương pháp này thường chỉ áp dụng cho các máy bơm có cơng suất nhỏ);
Mồi nước gián tiếp (khi trên đường ống đẩy có nước) bằng cách mở khoá số 10 để
cho nước từ đường ống đẩy chảy vào bơm. Cả hai phương pháp trên được coi là
mồi đủ nước, khi nước chảy qua van mồi số 14 thành dịng liên tục, khơng có lẫn
bọt khí. Hiện nay, ở các trạm bơm có cơng suất lớn, quan trọng người ta thường
máy bơm phụ để thực hiện mồi nước cho các bơm chính.

8


4



4

2
1

S
S

3

3



Hình 2.2. Nguyên lý làm việc của máy bơm nuớc ly t©m
Khi động cơ máy bơm làm việc, chuyển động quay từ trục động cơ được
truyền đến bánh công tác của máy bơm. Khi bánh công tác quay cùng với trục, sẽ
làm xuất hiện lực ly tâm trong các máng dẫn của bánh công tác ( BCT), chất lỏng
trong BCT dưới tác dụng của lực ly tâm đó sẽ bị văng từ trong ra ngồi, do đó tạo
thành một khoảng trống có áp suất rất thấp( áp suất chân khơng) ở cửa vào s của
BCT. Dưới tác dụng của áp suất trên mặt thoáng bể hút, nước được nén qua hộp
lọc, qua đường ống hút rồi vào chiếm chỗ ở cửa BCT, sau đó đi vào BCT rồi lại bị
văng ra ngoài theo máng cánh dẫn, đi theo phần ống mở rộng ra phía cửa đẩy, tạo
nên một vùng có áp suất cao để đi ra đường ống đẩy, cứ thế tạo thành một dòng
chảy liên tục đi từ bể hút qua ống hút, qua máy
c2
u2
bơm đi ra đường ống đẩy, lên bể chứa.
2
Trong quá trình chất lỏng bị văng từ trong
2

cửa hút ra phía ngồi BCT, chất lỏng tham gia
w1 c 1
w
2
chuyển động tương đối dọc theo cách dẫn với vận
u1
r2
tốc tiếp tuyến w, chuyển động tròn quay theo BCT
với tốc độ u và chuyển động tuyệt đối với vận tốc
r1
c. Các thành phần vận tốc được biểu thị trên các
tam giác vận tốc hình 2.3, với:
Hình 2.3.Tam giác vn tc
Hình 1.6. Tam giác vận tốc


ca vào
vo –- ra
ra cđa
của BCT
BCT
ë
cưa
c  u w
le



Trong đó  - được gọi là góc cấu trúc của BCT, là góc hợp bởi véc tơ vận tốc u






và véc tơ vận tốc w ;  - là góc hợp bởi vận tốc vòng u và vận tốc tuyệt đối c .
2.1.3. CHIỀU CAO HÚT NƯỚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU CAO HÚT
NƯỚC TỚI CHẾ ĐỘ CÔNG TÁC CỦA MBN.

2.1.3.1. Chiều cao hút nước lý thuyết.
1. Các giả thuyết.
9


+ Giếng hút đủ lớn, để trong quá trình máy bơm nước làm việc mực nước
trong giếng hút không đổi, nghĩa là coi vận tốc chuyển động của nước trên bề mặt
giếng hút bằng không.
+ Nước là chất lỏng lý tưởng, vì vậy có thể coi khơng có tổn thất trong quá
trình chuyển động.
+ Số cánh dẫn của BCT là nhiều vô cùng, bề dầy của cánh dẫn vô cùng bé,
để dòng chảy trong các máng dẫn là dòng nguyên tố và khơng có sự mở rộng hoặc
thu hẹp đột ngột tiết diện dịng chảy, nên có thể bỏ qua tổn thất năg lượng.
2. Các định nghĩa.
+ Chiều cao hút nước của máy bơm: là khoảng cách theo phương thẳng
đứng từ mặt nước trong giếng hút tới tâm của trục máy bơm, ký hiệu Hh , đơn vị là:
m.
+ Chiều cao đẩy nước của máy bơm: Là khoảng cách theo phương thẳng
đứng từ tâm của trục máy bơm tới tâm đường ống đẩy nằm ngang cao nhất, đơn vị
là: m.
+ Chiều cao thốt nước hình học: Là khoảng cách thẳng đứng từ mặt nước

trong giếng hút đến tâm đường ống đẩy nằm ngang cao nhất, hay chính là tổng
chiều cao hút nước và chiều cao đẩy nước, ký hiệu là HH , đơn vị: m.
3. Phương trình chiều cao hút nước lý thuyết.
Để xác định phương trình chiều cao hút nước lý thuyết của MBN, ta xét hình
vẽ 2.4.

Hình 2.4. Sơ đồ tính tốn chiều cao hút nước của MBN ly tâm
Do giả thiết nước là chất lỏng lý tưởng nên dịng chảy khơng có tổn thất năng
lượng, ta áp dụng phương trình định luật Becnuli viết cho dịng chảy của chất lỏng
lý tưởng, trước hết ta chọn:
- Mặt chuẩn là mặt 0- 0 trùng với mặt nước trong bể hút.
- Chọn mặt cắt ướt thứ nhất 1-1 trùng với mặt chuẩn 0- 0; mặt cắt ướt thứ hai
là 2 -2, đi qua cửa hút của máy bơm.
Viết phương trình định luật Becnuli cho dòng chảy của chất lỏng lý tưởng, khi
chuyển động từ mặt cắt 1 -1 đến mặt cắt 2 -2 ( với giả thiết hw = 0):

10


p1

z1 





v12
p
v2

 z2  2  2
2g
 2g

(2.1)

Từ các giả thuyết và cách chọn các mặt cắt, mặt chuẩn như trên ta suy ra:
+ Tại mặt cắt 1-1: Z1 = 0, p1 = pa , v1 = 0;
+ Tại mặt cắt 2-2: Z2 = hh, p = p2 , v = v2.
Thay vào phương trình (2.1) ta được:
v22
.
2g

(2.3)

v22
.
Hh 



 2g

(2.4)

pa



 Hh 

p2





Suy ra:
pa

p2

Nhận xét:
- Khi mặt thoáng của nước trong giếng hút tiếp xúc trực tiếp với khí trời, thì
v22
v22
p2
độ lớn của hh chỉ phụ thuộc vào giá trị
và
. Trong đó, yếu tố
phụ thuộc
2g
2g

p
vào cấu tạo của từng bơm và tốc độ quay n của máy bơm. Còn giá trị 2 thì phụ



thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ quay, chiều cao đặt bơm, độ kín khít của đường
ống hút....
- Từ biểu thức (2.4), ta suy ra giá trị chiều cao hút nước lớn nhất( hh max) đạt
v22
p2
được khi
= 0 và
= 0, khi đó chiều cao hút nước lớn nhất theo lý thuyết của
2g

MBN, để máy bơm có thể làm việc được là:
1at 9,81.10 4 ( N / m 2 )

 10 (m).
Hh Max =
=
 .g 9,81.10 3 ( N / m 3 )


pa

2.1.3.2. Chiều cao hút nước thực tế của MBN.
Do các giả thuyết lý tưởng không thực hiện được, nên dịng chảy của nước
trong BCT có tổn hao năng lượng, vì vậy chiều cao hút nước thực tế của bơm bao
giờ cũng nhỏ hơn 10 m, thật vậy:
H h TT 

pa



 HT

v22

 hw12 , mH20.
2g

0

(2.5)

Người ta đã đưa ra cơng thức thực nghiệm, để tính chiều cao hút nước thực tế
của MBN như sau:
4

H h TT  0,8.[

pa



 HT

0

 n Q 3
 ] , mH20.
 10.


C



Trong đó:
11

(2.6)


n – là tốc độ quay của bơm, v/ph;
Q – là lưu lượng của MB, m3/h;
p
HTo = 2 - áp suất hơi bão hoà của nước, nghĩa là khi áp suất giảm xuống



thấp thì nhiệt độ sơi của nước giảm xuống, và khi áp suất giảm đến giá trị là H To ,
thì nước sẽ sơi và bốc hơi tại nhiệt độ tương ứng. Dưới đây cung cấp bảng tra các
giá trị nhiệt độ bốc hơi của nước t0 , theo giá trị áp suất HTo , cho như bảng dưới
đây:
t0 bốc hơi

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

Ht0 , mH20

0,062

0,089

0,125

0,238

0,432

0,752

1,257

2,031

3,177

4,829

t0 bốc hơi

90

Ht0 , mH20 7,149

100

110

120

140

160

180

200

10,33

14,61

20,02

36,85

63,02

102,25

158,57

Hiện nay đã chế tạo được MBN có chiều cao hút nước Hh = ( 4,5  5,5) m.
2.1.3.3. Ảnh hưởng của Hh tới chế độ công tác của MBN.
v22


 hw12 , ta suy ra, nếu
Từ phương trình áp suất của MBN H h 

 2g
p
mà Hh tăng lên thì thành phần 2 phải giảm xuống (do v2, hw1-2 và pa = constan).
pa

p2



Khi áp suất p2 giảm đến một giá trị nào đó, bằng áp suất hơi bão hồ của nước, thì
trong MBN sẽ xuất hiện hiện tượng hơi nước xâm thực. Do đó, để MBN làm việc
được bình thường thì chiều cao hút nước của MB phải nhỏ hơn một trị số cho
phép, được gọi là chiều cao hút nước cho phép của MB, ký hiệu [Hh].

a. Hiện tượng hơi nước xâm thực
Khái niệm về “xâm thực” ta có thể hiểu rằng đó là việc tạo ra một vùng hơi(
bọt khí) cục bộ ở trong chất lỏng đang chảy, nếu như áp suất tĩnh tuyệt đối đạt trị
số áp suất bốc hơi của chất lỏng đó.
Khi chiều cao hút nước Hh của máy bơm lớn hơn chiều cao hút nước cho
phép, làm cho áp suất tại cửa hút của MBN giảm xuống thấp, đạt đến trị số áp suất
bốc hơi của nước, làm cho nước sôi ngay ở nhiệt độ bình thường khi đi qua cửa
hút. Nước sơi làm giải phóng các chất khí, tạo ra các bọt khí lẫn trong dịng chảy
của nước, làm giảm diện tích dịng chảy, do đó vận tốc của dịng chảy tăng rất lớn;
mặt khác khi các bọt khí này bị cánh quạt đập vỡ, thì nước ở xung quanh chảy đột
ngột vào chiếm chỗ với vận tốc rất lớn gây nên sự va đập thuỷ lực trong BCT, làm
gãy vỡ BCT. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng hơi nước xâm thực.
b. Tác hại hiện tượng hơi nước xâm thực.
Khi các bọt khí tạo thành đi qua BCT, sẽ bị các cánh quạt đập vỡ nước xung
quanh chảy vào chiếm chỗ với vận tốc rất lớn, tạo ra chuyển động xoáy của nước
trong BCT, làm phát sinh các xung lực tác dụng lên BCT và trục máy bơm, bơm bị
12


rung động mạnh làm cho các chi tiết chóng mịn, BCT có thể bị phá vỡ trong một
vài giờ, hiệu suất máy giảm. Tuy nhiên khi hiện tượng xâm thực xảy ra rất nhỏ thì
lại có tác dụng làm nhẵn bề mặt cánh.
Lưu lượng của bơm bị giảm đáng kể, cộng với tác dụng của chuyển động xoáy
làm cho nước bị nóng lên, làm đẩy nhanh q trình ăn mịn, quá trình han gỉ các
chi tiết kim loại của MBN.
c. Một số biện pháp để tránh xâm thực.
- Giảm chiều cao hút nước bằng cách hạ thấp bệ máy bơm, hoặc sử dụng các
thiết bị cảm biến mức nước( cảm biến phao) để tự động cắt điện cho động cơ MB
khi chiều cao hút nước lớn hơn chiều cao hút nước cho phép.
- Chọn ống hút phù hợp, ít gãy khúc, ít nhám, hạn chế việc bố trí các van

trên đường ống hút.
- Tính tốn vận tốc của nước trong ống hút trong khoảng 1,0  1,5 m/s, hạn
chế dùng tốc độ dưới 0,8 m/s.
- Nếu chiều cao hút nước qua lớn có thể đặt thêm bơm phụ như bơm phun
tia đường ống hút, hoặc ghép nối tiếp các bơm làm việc về phía bể hút.
- Hạn chế việc thay đổi hướng dòng chảy ở cửa vào BCT, thành cánh dẫn và
BCT phải nhẵn.
2.1.4. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG MBN.
2.1.4.1. Lưu lượng.
Là lượng nước đi qua MB trong một đơn vị thời gian, ký hiệu Q, đợn vị m3/h,
m3/ph…
2.1.4.2. Áp suất .
Là phần năng lượng mà dòng chảy được gia tăng, khi đi qua BCT của máy
bơm. Áp suất gồm có hai thành phần là áp suất tĩnh và áp suất động. Áp suất tĩnh
là phần năng lượng cung cấp cho dòng chảy, để thắng được sức cản của trọng
lượng bản thân chất lỏng và sức cản trên đường ống, nhằm đưa chất lỏng lên cao
và đi xa, ký hiệu HT; Áp suất động là thành phần năng lượng tạo ra vận tốc cho
dòng chảy, ký hiệu HĐ. Áp suất toàn phần của MBN gọi tắt là áp suất của MB, là
tổng hai thành phần áp suất động và tĩnh, ký hiệu H, dơn vị: mH 20.
H = HT + HĐ , mH20
2.1.4.3. Công suất
Nếu gọi lưu lượng của một máy bơm nước là Q, thì cơng suất của máy bơm
được định nghĩa là công sinh ra để đưa lưu lượng nước Q, từ mặt nước trong bể hút
đến điểm có chiều cao bằng chiều cao thốt nước hình học (H H của máy bơm đó.
Cơng suất ký hiệu là N, đơn vị: W, kW.
Công suất được chia thành hai thành phần: cơng suất hữu ích ( N i ) và công
suất tổn hao, tổng của hai thành phần đó là cơng suất tồn phần N. Cơng suất tồn
phần là cơng suất trên trục động cơ điện của MBN, trừ đi công suất tổn hao do
truyền động qua múp nối.
13

Ni 

Q. .H
, kw
10 3

2.1.4.4. Hiệu suất
Là một đại lượng không thứ nguyên, được định nghĩa là tỷ số giữa cơng suất
hưu ích ( Ni ) trên cơng suất tồn phần ( N), ký hiệu là  . Do Ni < N, nên hiệu suất
bao giờ cũng nhỏ hơn 1. Hiệu suất là một thông số quan trọng, để đánh giá chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật của các máy móc nói chung.
N
  i . 100% < 1.
N
2.1.4.5. Tốc độ quay
Là số vòng quay của trục máy bơm trong một đơn vị thời gian, ký hiệu n,
đơnvị: v/ ph. Tốc độ quay của MBN thường được chọn chính bằng tốc độ của động
cơ điện lai máy bơm đó.
2.1.5. ÁP SUẤT CỦA MÁY BƠM
2.1.5.1. Các giả thuyết lý tưởng.
Để đơn giản cho q trình nghiên cứu dịng chảy của nước qua BCT máy
bơm ly tâm, người ta đưa ra giả thuyết có tính chất lý tưởng như sau:
- BCT có số cánh dẫn nhiều vô cùng (z =  ), dể dòng chảy trong các máng
dẫn là dòng nguyên tố, khơng có chuyển động xốy.
- Cánh dẫn vơ cùng mỏng( có thể coi là chiều dày s tiến tới 0), để khơng làm
thay đổi đột ngột tiết diện dịng chảy khi vào và khi ra khỏi máng cánh dẫn.
- Dòng chảy trtong BCT là dòng chảy ổn định và lý tưởng, nghĩa là dịng
chảy khơng có tổn thất trong q trình chuyển động, hay nói cách khác chất lỏng

làm việc của máy bơm( nước) được coi là chất lỏng lý tưởng( chất lỏng đồng nhất,
liên tục, đẳng hướng và không nhớt).
2.1.5.2. Áp suất lý thuyết.
Khi máy bơm nước làm việc, nước được hút vào
2
trong máy bơm tạo thành một dòng chảy liên tục qua BCT.
Trong quá trình chất lỏng chuyển động trong BCT từ điểm 1
1
S
đến điểm 2, chất lỏng được gia tăng một phần năng lượng.
Đây chính là năng lng lm cho cht lng chuyn ng Hình 1.7. Sơ ®å tÝnh
Hình 2.5. Sơ đồ tính
có vận tốc lên cao và đi xa ( áp suất động và áp suất tĩnh), to¸n
tốn¸pápst
suấtlýlýthut
thuyết
phần năng lượng được gia tăng khi chất lỏng chuyển động cđa
MBN ly t©m
của MBN ly tâm
từ điểm 1 đến điểm 2 được gọi là áp suất của máy bơm ly
tâm .
Bằng phương pháp chứng minh lý thuyết trên cơ sở các giả thuyết lý
tưởng, người ta đã tìm ra phương trình áp suất lý thuyết của máy bơm nước ly tâm
là:
H LT 

u22 u2 . cot g 2

.QLT .
g

g. .D2 .b2
14

(2.7)


Trong đó:
Hlt - áp suất lý thuyết của MB,
u2 – vận tốc vòng của nước khi ra
khỏi BCT ,
 2 – góc cấu trúc của BCT,
D2 - đường kính ngồi của BCT,
b2 - bề dày của BCT,
g – gia tốc trọng trường ( g = 9,81
m/s2),

H LT

90
0
 
2>
0

u22
g

0

 2

= 900
 2
< 900

0

0

Q

LT
QLT - lu lng lý thuyt : L lng
Hỡnh1.8.
2.6Đặc
. c
lý thuyn
cabơm
mỏyLT
tínhtớnh
áp suất
lý thuyết
cht lng i qua BCT trong mt đơn vị H×nh
bơm LT
thời gian.

u 22
u . cot g 2
Đặt
=A, 2
= B , ta

g
g. .D2 .b2

được :
H LT  A  B.QLT

* Nhận xét:
Phương trình áp suất lý thuyết của máy bơm nước ly tâm là một phương
trình quan hệ bậc nhất giữa áp suất HLT và lưu lượng QlT, vì vậy đường đặc tính áp
suất lý thuyết là một đường thẳng cắt trục tung tại toạ độ (0,A) và đặc tuyến phụ
thuộc vào góc  2, như hình vẽ 2.6:
+)  2 > 900 đặc tính đồng biến đi lên ;
+)  2 = 900 Đặc tính nằm ngang;
+)  2 < 900 đặc tính nghịch biến đi xuống.
2.1.5.3. Áp suất thực tế của máy bơm.
Trên thực tế các giả thuyết lý tưởng không thể thực hiện được, do đó trong
q trình chất lỏng chuyển động qua BCT thì sinh ra các tổn hao năng lượng như:
Tổn hao do dịng xốy và va đạp thuỷ lực, tổn hao do ma sát, tổn hao do số lượng
cánh dẫn khác vô cùng...vì vậy,đường đặc tính áp suất thực tế khơng cịn là một
đường thẳng, như hình vẽ 2.7.

15


H

2

h ms = f ( Q )
2

Tæn thÊt do z

h v® = f ( Q )
0

 2< 900

H = f (Q )

Tổn thất do ma sát
Tổn thất do va đập

0

Q

gh

Q

Hình 2.7. Đặc tính áp suất thực tế MBN ly tâm

- Đường số 1: Là tổn thất năng lượng do số cánh dẫn khác vô cùng,
- Đường số 2: [hms = f(Q2)]- Là biểu diễn tổn thất do ma sát (đó là ma sát sinh
ra do tính nhớt của chất lỏng và ma sát giữa chất lỏng và đường ống).
- Đường số 3: [hvđ = f(Q2)]- Là đường biểu diễn tổn thất do dịng xốy và va
đập thuỷ lực.
Để xác định đặc tính áp suất thực tế H = f(Q), ta lấy tung độ của đặc tính H LT
lần lượt trừ đi tung độ của các đặc tính tổn hao hMS , hvd ...như đã kể ra ở trên.

Kết quả ta được đường đặc tính thực tế của máy bơm nước là một phần của
Parabol. Parabol này có đặc điểm là quay bề lõm xuống phía dưới và có một điểm
cực đại phân chia đặc tính làm hai phần: phần bên trái đặc tính là phần máy bơm
làm việc khơng ổn định, thường ứng với trạng thái máy bơm khởi động; phần phía
phải điểm cực đại là phần máy bơm làm việc ổn định.
2.1.6. HỆ THỐNG ỐNG DẪN - TÍNH TỐN
2.1.6.1. Hệ thống ống dẫn.
Để đáp ứng được yêu cầu cấp thốt nước, thì mỗi một máy bơm phải có một
hệ thống ống dẫn phù hợp. Ống dẫn có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác
nhau, nhưng trong nghành công nghiệp mỏ ống dẫn chủ yếu được sử dụng là loại
ống kim loại và ống cao su lõi thép. Đường kính của ống được chế tạo theo quy
chuẩn, vì vậy việc tính tốn, lựa chọn đường ống dẫn phải đảm bảo yêu cầu về
kinh tế, kỹ thuật và an tồn.
Bằng cả tính tốn và thực nghiệm, người ta đã chứng minh được rằng vận tốc
của nước chảy trong đường ống có lợi nhất là :
+ Vận tốc trong ống hút: [ vh ] = ( 1  1,5) m/s;
+ Vận tốc trong đường ống đẩy: [ vđ ] = ( 1,5  2,5) m/s;
2.1.6.2. Tổn thất áp suất trong đường ống dẫn
Trong quá trình chất lỏng chuyển động do có ma sát giữa chất lỏng và thành
trong của ống, ma sát trong của chất lỏng, do đường ống bị biến dạng – uốn cong...
nên gây ra các tổn hao về năng lượng, làm cho áp suất của máy bơm bị giảm đi.
các tổn hao đó gồm có:
16


+) Tổn hao do lưu tốc: hw1 =

v2
;
2g

v2
l v2
+) Tổn hao do ma sát dọc đường ống: hw2 =  d
= .
;
2g
d 2g

+) Tổn thất tại các phụ kiện đường ống, các vị trí ống bị biến dạng:
v2
hw3 =  C
.
2g

Trong đó:
V : vận tốc của nước trong đường ống
l
 d  . : là hệ số tổn thất cục bộ
d
 : hệ số tổn thất thuỷ lực( thông số này được tra bảng)
L : chiều dài đoạn đường ống đang xét,
d : đường kính ống,
 C : Hệ số tổn thất cục bộ, phụ thuộc vào hình dạng cụ thể của từng phụ
kiện( tra bảng).
Nếu đường kính ống hút khác ống đẩy, thì ta tính tổn thất trên từng đoạn
đường ống rồi sau đó cộng lại. Do đó, ta tính được tổng tổn thất là :
v2 
l


 hw  hw1  hw2  hw3  2 g 1   d   C 



Mặt khác lại có: Q= v.  =v.

(2.8)

 .d 2
4.Q
, suy ra: v 
, thay vào biểu thức trên ta
4
 .d 2

được:
16.Q 2 
l

 hw  2 g. 2 .d 4 1   d   C 



Với một hệ thống ống xác định thì thành phần :
16
l


1



   C   R0  cons tan

2
4
2 g. .d 
d


R0- được gọi là hệ số sức cản của hệ thống đường ống.
Do đó ta có:

 hw  R .Q

2

0

2.1.6.3. Phương trình áp suất u cầu của hệ thống đường ống.
Để một máy bơm có thể làm việc tốt trong một hệ thống ống dẫn nào đó, thì
máy bơm đó phải tạo ra được một áp suất thắng được trọng lượng bản thân chất
lỏng và đưa chúng từ bể hút lên đến bể chứa( bằng chiều cao thốt nước hình học
của MB), đồng thời phải tạo ra được một lượng áp suất khác để thắng được mọi trở
17


lực của đường ống. Hay nói khác đi đó chính là áp suất yêu cầu của hệ thống ống,
ký hiệu là H y.c :

H y.c = HH + R0.Q2

(2.9)

Nhận xét: Đồ thị của phương trình áp suất yêu cầu của hệ thống ống, là một
nhánh phải của Parabol cắt trục tung tại vị trí HH.
2.1.6.4. Các chế độ cơng tác của may bơm nước.
1. Đường đặc tính độc lập hồn toàn MBN.
Với mỗi một máy bơm trước khi xuất N H
N b = f (Q )
xưởng, nhà chế tạo đã tính tốn và vẽ sẵn
các đường đặc tính như: Đặc tính áp suất Hb
= f(Q), cơng suất Nb = f(Q), hiệu suất
Hb = f Q )
  f (Q) , cho từng loại máy bơm riêng biệt 0

trong catalog. Các đường đặc tính đó được
 = f (Q )
gọi là đặc tính độc lập hồn tồn, chúng có
dạng như hình vẽ 2.8.
2. Các chế độ làm việc của MBN.
0
Q
a) Xác nh im cụng tỏc v cỏc thụng s
Hỡnh
2.8. Đặc
c tớnh
Hình
1.17.
tínhc
độclplập

lm việc của máy bơm.
hồn
hoµntồn
toµn
Để xác định được chế độ cơng tác của
MBN, ta vẽ đường đặc tính áp suất yêu cầu
của hệ thống ống lên trên đường đặc tính độc lập hồn tồn của MBN. Tìm giao
điểm của đặc tính HTO và đặc tính Hb là điểm M, được gọi là điểm làm việc của
MB. Từ điểm M bằng phương pháp gióng đồ thị ta tìm được các thơng số làm việc
của MB như : Qlv ,Nlv ,Hlv ,  lv. Tập hợp các thơng số đó ta xác định được chế độ
công tác của MBN.

H

N

H yc= f (Q )
N b = f (Q )

N

lv

0



M

H

lv

H b = f (Q )


lv

0

Q lv

= f (Q )

Q

Hình 2.9. Phuơng pháp xác định chế độ công tác
*Chỳ ý:
18


- Khi xây dựng bốn đường đặc tính Hb, Hyc ,Nb ,  b trên cùng một hệ trục toạ độ,
thì phải vẽ cùng một tỷ lệ xích.
- Khi vẽ đặc tính áp suất yêu cầu lên trên đặc tính độc lập hồn tồn, có thể xảy ra
3 trường hợp:
+ Đặc tính Hb cắt đặc tính H yc , tại hai điểm , trường hợp này máy bơm làm
việc không ổn định. Ta phải tính chọn lại hệ thống đường ống.
+ Đặc tính Hb khơng cắt đặc tính H yc , nghĩa là áp suất do hệ thống yêu cầu
lớn hơn áp suất do máy bơm toạ ra, ta phải tính tốn và chọn lại.
+ Đặc tính Hb cắt đặc tính H yc tại một điểm duy nhất, trường hợp này máy

bơm làm việc ổn định với hệ thống ống đã chọn.
b) Vùng công tác kinh tế và điều chỉnh chế độ làm việc của bơm.
Vùng công tác kinh tế, là vùng mà máy bơm làm việc với hiệu suất cao nhất,
thơng thường thì hiệu suất phải đạt trong khoảng  CT  (0,85  0,95). MAX . Khi
điểm làm việc ( công tác) của máy bơm nằm trong vùng cơng tác kinh tế thì máy
làm việc ít tổn thất năng lượng nhất, do vậy đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.
Thông thường vùng công tác kinh tế đã được nhà chế tạo xác định sẵn trong
lý lịch máy, ta chỉ việc tính tốn và điều chỉnh sao cho điểm làm việc nằm trong
vùng này là được. Ta có thể điều chỉnh bằng cách đóng bớt khố chặn trên đường
ống đẩy, nếu điểm làm việc nằm bên phải vùng công tác kinh tế, tuy nhiên phương
pháp này sẽ phát sinh tổn thất năng lượng trên van điều chỉnh; hoặc thay đổi tốc độ
quay cho trường hợp điểm công tác nằm bên trái vùng công tác kinh tế, phương
pháp này tuy giá thành cao nhưng do tính chất bền lâu và dễ sử dụng nên thường
được áp dụng.
2.2. Máy bơm nước trục xoắn
2.2.1. Cơng dụng
Bơm trục xoắn dùng để thốt nước ở đáy lị giếng, các trạm khu vực và q
trình đào các đường lò.
2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm trục xoắn
Bơm trục xoắn có cấu tạo từ một trục xoắn, hoặc hai, ba trục xoắn ăn khớp
với nhau, trong đó một trục dẫn cịn lại là các trục bị dẫn. Chúng được đặt ép sát
khít vào nhau và vào khoang của thân bơm sao cho đỉnh các trục xoắn với vỏ bơm
là nhỏ nhất. Hai ren của một trục xoắn, vỏ và một ren của trục xoắn kia sẽ tạo
thành một khoang kín chứa chất lỏng di chuyển dọc trục từ cửa hút đến cửa đẩy lúc
trục xoắn quay. Thông dụng nhất là bơm hai trục xoắn, một trục có ren trái và trục
cịn lại có ren phải. Trục xoắn thường có một hoặc hai mối ren và biên rạng ren
thường có ba loại: ren chữ nhật, hình thang, và hình xicolit. Tải trọng dọc gây ra do
áp suất chất lỏng, cịn tải trọng hướng kính rất nhỏ và các khoang bơm hầu như
chiếm toàn bộ xung quanh trục xoắn nên chúng tự cân bằng.
19

a. Bơm một trục xoắn
Trên hình 2-10 là sơ đồ cấu tạo của máy bơm một trục xoắn do nước CHLB
Đức chế tạo, Loại này có ưu điểm là ngồi việc bơm nước còn bơm được cả dung
dịch đặc như bùn, mật, rỉ, đường, hoa quả nghiền, thịt nghiền, bột nhão, v.v. nó
được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp.

Hình 2.10. Sơ đồ cấu tạo máy bơm một trục xoắn
1 - Vỏ; 2 - Giá; 3 - Cửa hút; 4 - Xylanh; 5 - Trục xoắn; 6 - Trục các đăng; 7,8 Khớp nối; 9 - Hộp đệm kín; 10 - Đệm kín; 11 - Hộp chèn; 12 - Ống lót; 13 - Thân
ổ dỡ; 14, 16 - Ổ bi; 15 - Trục chính.
Trước khi cho bơm làm việc ta phải mồi cho bơm. Khi động cơ điện làm việc,
truyền mô men quay qua múp nối đến trục trung gian làm cho trục trung gian quay,
trục cát đăng quay theo và thông qua khớp nối cát đăng làm cho trục xoắn bằng
thép quay. Do cấu tạo trục xoắn và áo cao su nên giữa chúng có các khoang trống.
Khi trục xoắn quay theo chiều rãnh xoắn, các khoang trống có xu hướng chuyển
dịch từ phía cửa hút sang phía cửa đẩy, vì thế nước nằm trong các khoang trống
cũng được dồn ép từ phía cửa hút sang phái cửa đẩy. Các khoang trống mới lại
hình thành và do các khoang trống này có áp suất nhỏ hơn áp suất khí trời (P a). Vì
vậy áp suất khí trời lại đẩy nước từ giếng hút vào bơm và cứ như vậy động cơ làm
việc liên tục thì bơm hút và đẩy nước lên liên tục.
Lưu lượng lý thuyết của bơm một trục xoắn có thể tính theo cơng thức sau:
Qlt = 0,05 3 nd3m

(2.10)

Trong đó : n - Tốc độ quay của trục xoắn;
Dm - Đường kính trung bình của trục xoắn.
b. Bơm hai trục xoắn

20


Trên hình 2.11a- Giới thiệu sơ đồ cấu tạo của một bơm hai trục xoắn ren chữ
nhật. Trục xoắn chủ động 1 có ren chữ nhật, chiều ren phải, ăn khớp với trục xoắn
bị động 2 có chiều ren trái. Các trục xoắn được định vị bằng các ổ trục đặt ở trong
vỏ bơm 4 vỏ bơm có miệng hút A và miệng đẩy B. ở phía cuối hai trục xoắn có hai
bánh răng 3 ăn khớp với nhau.
- Nguyên lý làm việc:
Ta tưởng tượng có một đai ốc ăn khớp với ren trục xoắn, nếu giữ cho đai ốc
không quay thì trục xoắn quay, nó sẽ chuyển động tịnh tiến dọc theo trục xoắn.
Như vậy ta có thể hình dung xoay quanh ren trục xoắn có một “ đai ốc chất lỏng”.
Nếu có một tấm chắn (H. 2 .11b) giữ cho “đai ốc chất lỏng” không quay theo trục
xoắn khi trục xoắn quay thì khối chất lỏng giữa các mắt ren sẽ chuyển động tịnh
tiến dọc theo trục xoắn.
Chất lỏng chuyển động trong bơm trục xoắn cũng theo nguyên tắc này. Khi
hai trục xoắn ăn khớp với nhau, rãnh ren trục xoắn này ăn khớp với thân ren trên
trục xoắn kia, có tác dụng như một tấm chắn khơng cho chất lỏng quay theo trục
mà chỉ chuyển động tịnh tiến dọc trục, từ bọng hút đến bọng đẩy.

a,

b,

Hình 2.11. Sơ đồ cấu tạo máy bơm hai trục xoắn.
Chất lỏng ở miệng hút A (H. 2.11) lấp đầy rãnh ren ở vị trí a, khi trục xoắn
quanh một vịng, thân ren b của trục xoắn kia ăn khớp với rãnh ren a và đẩy khối
chất lỏng trong đó từ vị trí a đến vị trí a’ và từ a’ đến vị trí a” khi trục xoắn quay
thêm một vịng nữa. Cứ như vậy, chất chất lỏng được truyền từ miệng hút sang
miệng đẩy của bơm.

Lưu lượng thực tế của bơm hai trục xoắn được tính theo cơng thức sau
Qt =  ( D2 - d2 ) t.n.ll/ 240
21

(2.11)


Trong đó : D, d - Đường kính đỉnh và chân trục của xoắn nằm giữa;
t- Bước xoắn;
n- Số vòng quay;
ll - Hiệu suất thể tích của bơm.
Từ biểu thức trên ta thấy rằng muốn chỉnh lưu lượng bơm trục xoắn chỉ có
một phương pháp là thay đổi tốc độ quay n của trục bơm.
Hoặc ta cú thể tính theo công thức tổng quát sau:
Qlt =

D 2 t .K p
4.106

n 1/ ph

Trong đó: D,( mm) - Đường kính trục xoắn dẫn động;
t, (mm) - Bước xoắn, t = dm tag;
Kp - Hệ số biến dạng;
Đối với bơm hai trục xoắn, lấy KP = 2,16; bơm ba trục xoắn, lấy Kp = 1,8;
bơm bốn trục xoắn, lấy Kp = 3,6
dm - Đường kính trung bình của trục xoắn chủ động.
 - Góc nghiêng của xoắn, có thể lấy  = 26,60.
- Lưu lượng thực tế.
Khi tính lưu lượng lý thuyết của bơm trục xoắn theo biểu thức trên, thì ta có

thể tích lưu lượng thực tế như sau;
Qt = Qlt - Q
Ở đây: Q là lượng tổn thất lưu lượng của dỏng chảy đi qua khe hở trong
bơm, và sẽ tăng khi áp suất tăng, độ nhớt v giảm và bước xoắn t tăng. Nó hầu như
khơng phụ thuộc vào tốc độ quay n của bơm. Từ các trường hợp cụ thể đối với mỗi
loại bơm ta có.
Cho bơm hai trục xoắn;
Q =

Dt .2t t .3p 34.7
, 1/ ph
3
104
v

Trong đó: p là độ tăng áp suất của bơm, bar;
22

(2.12)


v - Độ nhớt động học, mm2 / s
c. Bơm ba trục xoắn
Trên hình 2.12 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của bơm ba trục xoắn có dạng ren
đặc biệt xicolit.

Hình 2.12. Sơ đồ cấu tạo bơm ba trục xoắn
Nhìn chung loại bơm này cũng có cấu tạo và nguyên lý làm việc giống như
bơm hai trục xoắn. Chỉ khác là trục xoắn chủ động 1 ăn khớp với hai trục xoắn bị
động 2 và thân bơm 3 có hai lần vỏ để tản nhiệt tốt hơn. Ta thấy so với bơm hai

trục xoắn thì loại bơm này có thể tích làm việc được làm kín tốt hơn (do diện tích
làm kín giữa các mặt ren khi trục xoắn).
Lưu lượng thực tế của bơm ba trục xoắn có thể xác định theo công thức gần
đúng sau:
Qt = d3 nll /14,5

(2.13)

ở đây: d - đường kính chân ren của trục xoắn chủ động. Hoặc có thể tính
theo cơng thức (2.12) và (2.13), khi đó thì tổn thất lưu lượng Q bằng:
Q =

20 D k1 k 2 20
kt.
p k3
v

1/ph, khi p < 20 bar

D k 1 k 2 20
kt.
Và Q = ( 0,025 p + 0,5 )
1/ ph, khi p > 20 bar.
k3
v

Ở đây: - Hệ số k = 0,025 - 0,05;
- khi D < 75 mm thì k1 0,5 và k3 = 1
23

(2.14a)

(2.14b)


D ≥ 75 mm thì k1 = 1,22 và k3 = 1,5
v < 20mm2/ s thì k2 = 4
v ≥ 20mm2 / s thì k2 = 2
d. Đối với bơm 4 trục xoắn thì:
Q =

D1,3t1, 2 p 3 34,7
, 1/ ph
5000
v

(2.15)

2.2.3. KỸ THUẬT VẬN HÀNH, SỬA CHỮA MBN.
2.2.3.1. Kỹ thuật vận hành.
Trước khi khởi động máy bơm cần kiểm tra toàn bộ các bộ phận của bơm,
kiểm tra các ốc xiết , các ngoại vật có ảnh hưởng đến sự làm việc của máy bơm.
Mồi đầy nước cho máy bơm, mở nút xả khí, việc mồi nước có thể thực hiện
tự động nhờ vào các bơm mồi hoặc bằng tay.
Có thể dùng tay hoặc đòn bẩy quay thử trục máy bơm để tránh bị kẹt, cho
máy bơm khởi động nhẹ vài giây để kiểm tra chiều quay của động cơ. Phải khoá
chặt khoá điều chỉnh năng suất áp suất trên đường ống đẩy khi khởi động, để máy
bơm khởi động ở chế độ không tải 1,5 đến 2 phút, sau đó mở từ từ khố để dần đưa
máy bơm vào làm việc bình thường. Các thao tác cụ thể như sau:
+ Khi khởi động bơm:

- Mồi đầy nước cho bơm;
- Đóng van điều chỉnh năng suất, áp suất;
- Đóng tay dao trên thân khởi động từ, sau đó ấn nút khởi động trên hộp điều
khiển và quan sát chiều quay của động cơ. Nếu động cơ quay thuận( cùng chiều
với mũi tên quy định), thì từ từ mở khố điều chỉnh để đưa bơm vào làm việc. Nếu
động cơ quay ngược thì lập tức : Ấn nút dừng máy và đảo lại chiều đóng của tay
dao trên khởi động từ, sau đó khởi động lại.
+ Dừng máy: Q trình dừng máy làm các thao tác ngược lại quá trình khởi động:
- Đóng chặt van điều chỉnh,
- Ấn nút ngắt ” OFF” trên hộp điều khiển đẻ cắt điện cho động cơ máy bơm.
- Đóng tay dao trên khởi động từ về vị trí cắt điện, khố an tồn,
- Kiểm tra, vệ sinh công nghiệp thiết bị.
2.2.3.2. Sửa chữa, bảo dưỡng.
Để đảm bảo cho máy bơm có thể làm việc được tốt, kéo dài tuổi thọ của
máy, thì phải thường xuyên kiểm tra, phát hiện các hư hỏng để sửa chữa. Bên cạnh
đó phải lập kế hoạch định kỳ bảo dưỡng, sửa chữa cho bơm. Các sửa chữa có tính
chất định kỳ gồm có ba cầp độ: Tiểu tu, trung tu, đại tu.

24


Trong quá trình sử dụng hoặc sau mỗi lần dừng bơm phải theo dõi, kiểm tra
số lượng và chất lượng dầu, mỡ bôi trơn, nếu thiếu phải bổ xung đúng chủng loại
và đúng kỹ thuật.
Khi tra dầu mỡ cần chú ý chỉ đổ vừa đủ như yêu cầu, nếu đổ ít quá sẽ sinh ra
ma sát nửa khô nửa ướt rất có hại, làm mịn nhanh các gối đỡ trục; nếu đổ q
nhiều sẽ gây lãng phí khơng cần thiết, đặc biệt là còn gây ra áp lực trong các gối
đỡ.
2.2.3.3. Một số u cầu an tồn.
- Khơng được phép vận hành bơm khi chưa được học quy trình vận hành- an

toàn.
- Cung cấp điện cho trạm bơm phải đảm bảo liên tục( đề phịng có sự cố
ngập nuớc).
- Phải có bơm dự phịng sẵn sàng làm việc, khi bơm chính bị sự cố hoặc khi
có nước đọng nhiều.
- Khơng được phép vận hành bơm khi chưa thực hiện xong công việc kiểm
tra, khi chưa mồi đầy nước cho bơm.
- Trạm bơm phải có đầy đủ thiết bị phịng – chữa cháy nổ, khi vận hành phải
mang đầy đủ thiết bị bảo hộ lao động theo quy định.

Câu hỏi bài tập chương 2
1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của MBN ly tâm?
2. Chiều cao hút nước, ảnh hưởng của chiều cao hút nước tới chế độ công tác
của MBN?
3. Các thông số cơ bản của hệ thống MBN?
4. áp suất của MBN?
5. Tính tốn hệ thống ống dẫn?
6. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của MBN trục xoắn?
7. Kỹ thuật vận hành, sửa chữa MBN?

25