BÀI GIẢNG BƠM, QUẠT VÀ MÁY NÉN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUÂT LÝ TỰ TRỌNG
KHOA ĐIỆN LẠNH
BÀI GIẢNG MÔN HỌC
BƠM, QUẠT, MÁY NÉN
GIẢNG VIÊN : ThS. NGUYỄN DUY TUỆ
2
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC
(Lý thuyết + Bài tập : 45 tiết)
Chương I : Khái niệm chung và phân loại máy thủy lực ( LT+BT:9 tiết )
Chương II: Bơm cánh dẫn và bơm thể tích ( LT+BT : 13 tiết )
Chương III: Khái niệm và phân loại quạt ( LT+BT: 6 tiết )
Chương IV : Máy nén ( LT+BT:13 tiết )
+ Phương pháp đánh giá cuối kỳ : Lý thuyết + Bài tập
+ Được sử dụng TL khi thi
3
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bơm, quạt, máy nén – TS.Nguyễn Văn May
2. Giáo trình Bơm, quạt, máy nén – Ks. Đặng Thế Huân –
Cao đẳng Lý Tự Trọng
3. Giáo trình Bơm, quạt, máy nén – Th.S Phùng Chân
Thành – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
4. Lý thuyết và thực hành Bơm, quạt, MN – TS. Lê Xuân
Hòa – ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
5. Bài tập thủy lực và máy thủy lực – Ngô Vi Châu
4
Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI
MÁY THỦY LỰC
1.1 Khái niệm chung về máy thủy lực :
Máy thuỷ lực là loại máy có một khâu làm việc là chất lưu.Chất
lưu(fluid) có 2 dạng: chất lỏng-liquids và chất khí-gas.
Máy thuỷ lực chia làm 2 nhóm: Nhóm máy công tác và nhóm máy

động lực.
- Máy công tác: Lưu chất đi qua máy sẽ nhận năng lượng : Bơm,
quạt, máy nén. Máy biến cơ năng thành áp suất của chất lưu,khi qua
máy lưu chất nhận năng lượng.
- Máy động lực: khi qua máy lưu chất cho năng lượng:tuốc bin,động
cơ thuỷ lực.Máy biến đổi áp suất của chất lưu thành công cơ học.
Trong khuôn khổ giáo trình này ta chỉ đề cập đến nhóm máy công tác
đó là: bơm,quạt và máy nén.

5
Máy thuỷ lực mà lưu chất là chất lỏng-liquids gọi chung là bơm.
Máy thuỷ lực mà lưu chất là chất khí chia ra làm 3 loại phụ thuộc vào tỉ
số nén: Máy nén-copressors,máy thổi khí-blowers và quạt-fans.
Quá trình trao đổi năng lượng của lưu chất tuân theo định luật Becnuli.
1.2 Phân loại máy thủy lực:
* Phân loại theo chức năng:
+ Bơm: là máy thuỷ lực dùng vận chuyển và cung cấp năng lượng cho
chất lỏng,công cơ học biến thành áp năng,động năng và nhiệt năng
cho chất lỏng.
+ Máy nén:Khi tỷ số nén lớn hơn 2.5 gọi là máy nén.
+ Máy thổi khí: Tỷ số nén từ 1.15-2.5.
+ Quạt:khi tỷ số nén nhỏ hơn 1.15.
+ Bơm chân không:Khi tỷ số nén nhỏ hơn 0.
6
Tỷ số nén là tỷ số áp suất khí giữa cửa ra và cửa vào của máy.
* Phân loại theo nguyên lý làm việc:
a. Máy thuỷ lực làm việc theo nguyên lý động học (dynamic machinary)
hay còn gọi là máy thuỷ lưc cánh dẫn.
Trong máy cánh dẫn việc trao đổi năng lượng thực hiện bằng năng
lượng thuỷ động của dòng chảy qua máy.Máy dùng các cánh để trao

đổi năng lượng với chất lưu.Năng lượng trao đổi gồm động năng và
áp năng.
Máy cánh dẫn có 2 loại: li tâm và loại cánh nâng.
-Nguyên lý li tâm
-Nguyên lý cánh nâng.
7
b. Máy thuỷ lưc làm việc theo nguyên lý thể tích:
Thực hiện việc trao đổi năng lượng với chất lưu theo nguyên lý
nén chất lưu trong một thể tích kín dưới áp suất thuỷ tĩnh.Năng lượng
chủ yếu là thành phần áp năng.
Thành phần động năng rất nhỏ không đáng kể nên còn gọi là máy
thuỷ tĩnh.
c. Các máy thủy lực khác:
Ngoài 2 loại chính nêu trên còn một số loại khác như:
-Máy kiểu phun tia-jet pumps.
-Máy kiểu khí nén-pneumatic lifts for liquids(air lift).
-Bơm nuớc va,bơm xoáy…


8
1.3. Các nguyên lý làm việc của máy thủy lực:
1.3.1. Nguyên lý thể tích:
Nguyên lý thể tích được sử dụng để chế ra bơm, quạt, máy nén.
Máy tạo ra một dung tích kín thay đổi từ nhỏ đến lớn và ngược lại.Ở
vùng dung tích tăng từ giá trị 0 đến max, áp suất giảm máy thực hiện
hút lưu chất,ở vùng dung tích giảm từ giá trị max đến 0 thì máy thực
hiện nén lưu chất qua cửa đẩy.Cứ mỗi lần hút và nén như vậy máy sẽ
vận chuyển 1 lương lưu thể nhất định
9
Máy thể tích thực hiện trao đổi năng lượng theo nguyên lý nén chất

lỏng trong thể tích kín dưới áp suất thuỷ tĩnh.năng lượng chủ yếu là
thành phần áp suất p,còn thành phần động năng không đáng kể nên
còn gọi là máy thuỷ tĩnh.Đặc điểm của chúng là cho một áp suất làm
việc cao với lưu lượng nhỏ phù hợp với truyền động của các máy
móc thiết bị. Khi máy làm việc với chất lỏng không nén được
v=const, cần tránh việc tăng hay giảm thể tích quá nhanh để không
gây ra hư hỏng máy hoặc cháy động cơ do quá tải. Muốn vậy khi vận
hành máy phải lưu ý:
-Trước khi cho máy chạy phải mở van chặn phía cửa đẩy của bơm.
-Lắp van an toàn để xả nhanh lưu lượng từ cửa nén sang cửa hút của
máy . Trong quá trình làm việc sự thay đổi trạng thái của lưu thể tuân
theo định luật sau:
p.v = const và
p.vk = const Ở đây: P áp suất của lưu thể.
V : thể tích của lưu thể, K hệ số , k=1.4
10
1.3.2. Nguyên lý ly tâm:
Nguyên lý này được dùng để chế tạo bơm, quạt, máy nén
inlet guide vanes
volute
Impeller passage
Diffuser passages
impellers
11
- Khảo sát chuyển động của lưu thể nằm giữa 2 vách hình vành
khăn song song nhau cách nhau 1 khoảng b và 2 vách chắn có chiều
cao bằng b.
- Kênh chứa đầy lưu thể có khối lượng riêng ρ ,quay quanh tâm o
với vận tốc ω .Ta xét thành phần lưu thể dm trong kênh giới hạn bởi
mặt cong có bán kính r và r+dr ;

dm = ρ.α.b.r.dr = ρ.f.dr
với f = α.b.r : diện tích mặt cong có bán kính r.
Lực ly tâm tác dụng lên thành phần dm:
dR = -a.dm = -r .ω2.dm
Lực hướng tâm tác dụng lên phân khối dm:
dF = f.(p + dp) –f.p = f.dp
12
Điều kiện cân bằng lực:
dR + dF = 0
Thay các giá trị ở trên vào ta có:
-r .ω2.ρ.α.b.r.dr + α.r.b.dp = 0
Rút ra: dp = ρ. ω2.r.dr
Tính tích phân từ cửa vào 1 đến cửa ra 2 của phương trình trên ta sẽ
thu được hiệu áp (độ tăng áp ):
2

2
1
2
2
2
12
2
1
UU
drrPP
r
r
−
==−

∫
ρωρ
Trong đó:
ω = π.n/30
U1= ω.r1
U2= ω.r2
n : số vòng quay ( vòng / phút )
13
* Nhận xét:
- Hiệu áp: p2-p1 chính là năng lượng mà chất lỏng thu nhận khi đi
từ điểm 1 đến điểm 2 của kênh dẫn.
- Nếu chế tạo liên tiếp nhiều kênh dẫn phân bố trên vòng tròn tâm 0
sẽ tạo nên guồng động của máy công tác. Cấu tạo của từng loại sẽ đề
cập ở sau.
* Kết luận:
a. Hiệu áp: p2-p1 phụ thuộc vào ρ, khối lượng riêng của lưu chất rất
khác nhau như ở điều kiện khí quyển khối lượng riêng của nước lớn
gấp 830 lần của không khí vì vậy phải làm đầy guồng động của bơm
khi khởi động(mồi bơm). Khi quay nhờ lực ly tâm làm chuyển động
chất lỏng trong kênh chứa để lại khoảng trống tạo nên cột áp hút.
b .Muốn p2-p1 lớn thì bán kính cửa 1 càng gần 0 càng tốt, còn cửa ra
2 có bán kính lớn . Hiệu áp p2-p1 phụ thuộc bình phương giá trị cuả
số vòng quay n và tỷ lệ với bán kính r2.
14
* Tam giác vận tốc:
WUC
111
→→→
+=
WUC

222
→→→
+=
Các thành phần vận tốc không những phụ thuộc vào số vòng quay n,
bán kính r1,r2 mà còn phụ thuộc vào hình dạng của các vách ngăn giữa
các kênh (cánh) của guồng động.
U1, U2 : vận tốc vòng m/s
C1, C2 : vận tốc tuyệt đối của lưu thể m/s.
W1, W2: vận tốc tương đối giữa lưu thể và cánh guồng động. Dạng
cánh của guồng có thể cong về phía trước hoặc phía sau,cong nhiều hay
ít, cánh có thể cong mặt trụ hay cong xoắn.
15
1.3.3 Nguyên lý cánh nâng:
Dòng lưu thể chuyển động với vận tốc W ,trùm lên cánh. Do
cánh đặt nghiêng 1 góc so với dòng lưu thể nên phía trên lưng cánh
tạo ra các xoáy lưu thể. Chính vì vậy mà dòng lưu thể tác động lên
cánh 1 lực R có phương tạo với phương thẳng đứng 1 góc. Lực R
được phân tích thành Ry (lực nâng ) và Rx (lực cản).
2
2
.
∞
=
W
g
SCR
yy
γ
2
2

.
∞
=
W
g
SCR
xx
γ
Trong đó :
Cy : hệ số tỷ lệ của lực nâng
Cx : hệ số tỷ lệ của lực cản.
S : diện tích bề mặt cánh , m2
γ : trọng lượng riêng của lưu thể, N/m3
g : Gia tốc trọng trường, m/s2
16
1.3.3 Nguyên lý cánh nâng:
Nguyên lý cánh nâng được sử dụng để chế tạo tuốc bin máy phát
điện, bơm quạt, máy nén. Hình dưới ta thấy lực tác động lên cánh
guồng R ,lực này phân thành 2 phành phần RT và RN, thẳng đứng và
nằm ngang.Guồng khuyếch tán 2 có tác dụng biến 1 phần động năng
thành áp năng.
17
1.3.3 Nguyên lý phun tia:
Nguyên lý này dựa trên cơ sở định luật bảo toàn năng lượng của
dòng lưu thể mà Becnuli đã thể hiện :
Trong đó:
p : là áp suất của dòng chảy,N/m2
ρ : khối lượng riêng của lưu thể.
C : vận tốc dòng chảy m/s
G : gia tốc trọng trường,m/s2

Z : chiều cao cột chất lỏng,m
Hô: trở lực đường ống, m
constZgp
H
c
o
=+++ ).(.
2
.
2
ρρ
18
1.3.3 Nguyên lý phun tia:
Khi vận tốc tăng lên thì áp suất sẽ giảm đi hoặc ngược lại.Như
vậy chỗ nào dòng chảy có vận tốc lớn (miệng ra vòi phun) tạo ra
không gian có áp âm vì vậy sẽ nối thông với cửa hút khi đó chất lỏng
hay hơi được hút sẽ được cuốn theo dòng chảy của lưu chất chính
1.3.4. Bơm khí nén:
Khí nén được bơm vào để đẩy nước lên hoặc được bơm vào bình
kín để tạo áp suất cao đưa nước lên cao
19
1.4. Các thông số cơ bản của máy thủy lực:
Máy thuỷ lực có các thông số cơ bản: Cột áp,lưu lượng,công suất
và hiệu suất. Khảo sát sơ đồ máy thuỷ lực:
B
A
20
a. Cột áp:
Mức độ chênh lệch năng lượng đơn vị của dòng chất lỏng qua máy
thuỷ lực hay là năng lượng đơn vị của dòng chảy trao đổi với máy

.Cột áp ký hiệu là H
Z
VV
PP
E
BA
AABBAB
BA
g
H +
−
+
−
==
∆
2
22
αα
γ
Trong đó :
p,v: áp suất và vận tốc dòng chảy
α : hệ số điều chỉnh động năng-hệ số Côriôlit.
γ : trọng lượng riêng chất lỏng
Z : độ cao
Ta có thể phân cột áp :
Ht + Hđ
Z
PP
H
BA

AB
t
+
−
=
γ
21
b. Lưu lượng:
Gồm có lưu lượng khối lượng hoặc lưu lượng thể tích
c. Công suất và hiệu suất: Gồm có 2 loại công suất:
* Công suất thủy lực: Ntl là cơ năng mà dòng chất lỏng trong đổi
với máy thủy lực trong một đơn vị thời gian
Ntl = γ.Q.H ( W )
* Công suất trên trục ( công suất làm việc ): là công suất trên trục
máy khi máy làm việc. Công suất trên trục khác với công suất thủy
lực. Quá trình làm việc của máy thủy lực càng hoàn thiện thì công
suất thủy lực và công suất trên trục càng ít khác nhau
N = Ntl /η
Tổn thất năng lượng gồm có 3 loại:
- Tổn thất cột áp hay tổn thất thuỷ lực ηH
- Tổn thất lưu lượng ηQ
- Tổn thất về ma sát hay tổn thất cơ khí ηCK
22
d. Cột áp hút cho phép:
* Hiện tượng xâm thực: chất lỏng ở 1 nhiệt độ nhất định sẽ bay
hơi dưới 1 áp suất nhất định gọi là áp suất bay hơi bão hòa tại nhiệt
độ đó, kí hiệu pbh.
Trong máy thủy khí, khi áp suất trong chất lỏng bằng áp suất bay
hơi bão hòa thì chất lỏng sẽ bốc hơi, tạo thành nhiều bọt khí. Các bọt
khí theo dòng chảy đi về vùng có áp suất cao hơn (p > pbh) sẽ ngưng

tụ thành các giọt chất lỏng có thể tích nhỏ hơn nhiều so với thể tích
bọt khí, tạo nên những vùng không gian trống trong dòng chảy. Chất
lỏng xô vào điền đầy vùng không gian trống đó với vận tốc rất cao
tạo nên sự tăng đột ngột áp suất tại đó.
Hiện tượng này tạo nên sóng áp suất tác động lên bề mặt kim
loại gây tróc rỗ bề mặt và phá hỏng các bộ phận làm việc, đồng thời
làm giảm hiệu suất, cột áp và lưu lượng của máy. Cần tránh hiện
tượng này.
23
* Chiều cao hút cho phép:
Phương trình Becmudi tại 2 măt cắt: măt thoáng bể hút A (hở) và măt
cắt tại cửa vào của bơm:

24
* Chiều cao hút cho phép:
Phương trình Becmudi tại 2 măt cắt: măt thoáng bể hút A (hở) và măt
cắt tại cửa vào của bơm:
Như vậy cột áp chân không tại mc vào của bơm dùng để:
- Khắc phục chiều cao hút Zh
- Khắc phục tổn thất trên đường ống hút.
- Tạo động năng cần thiết cho dòng chảy tại miệng vào của bơm.
Để tránh hiện tượng xâm thực thì cột áp chân không của bơm không
vượt giá trị cho phép [Hck]:
Chiều cao hút cho phép của bơm:
[ ]
ckh
v
h
vaock
ck

Hh
g
v
Z
p
H ≤++==
∑
2
2
γ
25
* Chiều cao hút cho phép:
Nếu ta chưa biết [Hck] thì ta sử dụng phương pháp sau: Áp suất lối
vào của bơm phải lớn hơn Pbh + ∆h


Mà :
Ta có: