bài giảng máy và thiết bị môi trường

BÀI GIẢNG MÁY VÀ THIẾT BỊ
MÔI TRƯỜNG
ThS: Hoàng Ngọc Anh
Bộ môn Công nghệ Kĩ thuật Môi trường
Vấn đề 1:
Vận chuyển chất lỏng và
nén khí
BƠM
 Khái niệm: Bơm là thiết bị chính cung cấp
năng lượng cho chất lỏng để:
 Tạo lưu lượng chảy trong thiết bị
 Nâng chất lỏng lên độ cao
 Thắng trở lực đường ống
 Phân loại:
• Bơm thể tích
•
Bơm li tâm
• Bơm không có bộ phận truyền động
1. Khái niệm và phân loại bơm
2.1.Bơm thể tích:
Nguyên lý làm việc: Dựa vào bộ phận thay đổi thể tích trong bơm
mà chất lỏng được hút vào và đẩy đi . Nếu bộ phận thay đổi thể tích
trong bơm dao động tịnh tiến gọi là bơm piston. Nếu chuyển động
quay gọi là bơm roto, bơm bánh răng, bơm trục vít.
 2.1.1 Bơm piston:
1. Phân loại:
 -Dựa vào chất lỏng cần vận chuyển: Bơm các loại dung dịch
hoá học, xút, phèn, clo, axit, xăng…
 -Dựa vào số lần tác dụng: bơm tác dụng đơn, bơm tác dụng
kép
 -Dựa vào năng suất, áp suất của bơm tạo ra: năng suất

thấp,vừa; áp suất thấp, vừa, cao
 Trong các loại bơm thì bơm piston tạo ra áp suất lớn nhất :
80
÷
140 bar
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các loại bơm piston:
a. Bơm tác dụng đơn:
 Gọi F là tiết diện piston.
Khi piston di chuyển từ T đến
P: thể tích xi lanh tăng, áp
suất giảm. Lượng chất lỏng
đựơc hút vào là F*S (m
3
).
Lúc này (3) mở, (4) đóng
Khi piston di chuyển từ P đến
T: thể tích xilanh giảm, áp
suất tăng. Lượng chất lỏng
đựơc đẩy lên (6) là F*S (m
3
).
Lúc này (4) mở, (3) đóng
Sau 1 vòng quay,bơm được
một lượng chất lỏng là F*S
(m
3
)
3
1

2
4
6
5
1.Bầu khí hút
2.Phin lọc hút
3.Clape hút
4.Clape đẩy
5.Van chặn đẩy
6.Bầu khí đẩy
 Năng suất của bơm: Q = 60*F*S*n ,( m
3
/h)
 Do piston chuyển động không đều. Sau một
vòng quay, chất lỏng chỉ đẩy đi có 1 lần. Lượng chất
lỏng cung cấp vào đương ống đẩy không được liên
tục và đều đặn.
 Để hạn chế nhược điểm trên, người ta lắp các
bầu khí trước và sau bơm. Các bầu này có nhiệm vụ
điều hoà lượng chất lỏng đi trong đường ống hút và
đường ống đẩy
 Đối với chất lỏng gây cháy nổ thì không dùng
bầu khí
b)Bơm vi sai:
 Khi piston chuyển động từ T sang P :
 Xy lanh A : VXL A tăng, áp suất
giảm. Lượng chất lỏng đựơc hút vào
xy lanh A là F*S (m
3
). Lúc này (1)

mở, (2) đóng
 Xy lanh B : VXLB giảm, áp suất tăng.
Chất lỏng được đẩy vào đường ống
đẩy một lượng: ( F – f)*S (m
3
)
 F và f là tiết diện của piston và cán
piston.Khi piston chuyển động từ T
sang P :
 Xy lanh A: (1) đóng, (2) mở, chất
lỏng được đẩy đi một lượng F*S (m
3
)
 Lượng chất lỏng được nạp vào xy lanh
B một lượng ( F – f)*S
 Lượng còn lại được đẩy vào đường
ống đẩy: F*S –(F-f)*S = f*S
Vào ống đẩy
A
B
Vòng đệm kín trục
Cán piston
1
2
 Sau 1 vòng quay, lượng chất lỏng được đẩy đi:
(F- f)*S + f*S = F*S, ( m
3
/vòng)
 Năng suất của bơm:
Q = 60*F*S *n ,(m

3
/h)
Nhận xét:
Năng suất của bơm vi sai và bơm piston bằng
nhau. Bơm vi sai có ưu điểm là sau một vòng quay của
bơm, chất lỏng được đẩy đi 2 lần. Do đó,lượng lỏng đưa
vào ống đẩy đều đặn hơn so với bơm piston đơn.
Bơm vi sai được ứng dụng để bơm nhiên liệu
Để cho chất lỏng cung cấp vào đường ống đẩy khi
bơm dịch chuyển từ từ trái qua phải bằng với lượng chất
lỏng khi bơm đi từ phải qua trái, thì:
(F-f)*S =f*S
⇒2f = F
⇒ d =
D, d: là đường kính piston và cán pitson
2
D
 Gọi F và f là tiết diện của piston và cán piston
 Khi piston di chuyển từ T qua P:
 Xy lanh A: (1) mở ,(2) đóng. Chất lỏng đựơc nạp vào
xy lanh A một lượng là F
*
S , (m
3
)
 Xy lanh B : (3) đóng, (4) mở. Chất lỏng được đẩy đi
một lượng : (F- f)
*
S
 Khi piston di chuyển từ P qua T:

 Xy lanh A: (1) đóng, (2) mở. Chất lỏng được xy lanh A
đẩy đi một lượng : F
*
S , (m
3
)
 Xy lanh B: (3) mở , (4) đóng. Chất lỏng được nạp vào
một lượng: (F- f)
*
S , (m
3
)
 Sau một vòng quay của trục bơm, lượng chất lỏng
được đẩy đi một lượng là:
(F-f)
*
S + F
*
S =(2
*
F- f)
*
S , (m
3
/vòng)
 Năng suất của bơm:
Q = 60
*
(2F-f)
*

S
*
n ,(m
3
/h)
c) Bơm tác dụng kép
2.2.3. Một số bơm thể tích khác
• Bơm cánh trượt
* Bơm bánh răng
2.2.2. Bơm ly tâm
2.2.1. Phân loại
• Dựa vào số bậc (cấp): một cấp, hai cấp, ba cấ
p hay
nhiều cấp (mục đích làm tăng áp suất của bơm lên)

Dựa vào chất lỏng cần vận chuyển

Dựa vào áp suất mà bơm tạo ra:
- áp suất thấp < 20m cột nước
- áp suất trung bình từ 20m đến 60m cột nước
- áp suất cao > 60m cột nước

Dựa vào cách bố trí sắp xếp của trục bơm: bơm có
trục nằm ngang hoặc thẳng đứng
2.2.2. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm ly tâm
a) Sơ đồ lắp đặt
-Bơm phải đặt ngập trong chất lỏng hoặc phải có chấ
t
mồi
-Lưới lọc: lọc cặn bẩn trước khi đi vào bơm gây tắ

c
nghẽn. Trong lưới lọc có van 1 chiều có tác dụng đó
ng
lại sau khi ngừng bơm để lần khởi động tiế
p theo không
phải mồi chất lỏng cho bơm.
-Trước khi khởi động bơm cần mồi chất lỏng cho bơm:
mở van mồi chất lỏng 4. Mở van xả khí 5 để xả khí
trong bơm và đường ống hút ra ngoài. Khi môi chất
dâng ngập van số 5 thì đóng van số 5 lại.
Van một chiều (3) trên đường ống đẩy tự động đóng lại
khi bơm dừng hoạt động để chất lỏng trên đường ống
đẩy không đột ngột dồn về bơm gây ra hiện tượng va
đập thuỷ lực làm hỏng bơm.
Với một số bơm công suất nhỏ người ta có thể bỏ bớt
một số thiết bị như:
• Van chặn hút
• Van mồi chất lỏng
• Đồng hồ đo áp suất hút và áp suất đẩy
• Van chặn đẩy và van một chiều
b) Cấu tạo
1: guồng
2: vỏ bơm
3: ống hút
4: ống đẩy
5: lưới lọc
c) Nguyên lý làm việc
Khi cánh guồng quay với vận tốc lớn, dưới tác
dụng của lực ly tâm, chất lỏng theo đường ống hút 3
vào tâm guồng theo phương thẳng góc vào rãnh guồng

và chuyển động với guồng. Dưới tác dụng của lực ly
tâm, áp suất chất lỏng tăng lên văng ra khỏi guồng và
vào ống đẩy 4. Khi đó tâm bánh guồng có áp suất thấp
chất lỏng dâng lên trong ống hút của bơm.
Do đó khi guồng quay thì chất lỏng được hút và
đẩy đi liên tục
•Các dạng cánh guồng:
-Cánh guồng cong về phía trước
-Cánh guồng cong về phía sau
- Cánh guồng hướng kính
•Theo lý thuyết thì cánh guồng cong về phía trước
tạo áp suất lớn nhất, cánh guồng cong về phía sau
tạo áp suất bé nhất. Trên thực tế thì ngược lại. Do
đó trong thực tế người ta thường dùng cánh guồng
cong về phía sau.
3. Công suất và hiệu suất của bơm
a) Công suất hữu ích của bơm
1000
***
HgQ
ρ
N
H=
(kW)
•Q: năng suất thực tế bơm tạo ra
(m
3
/s)
•ρ: khối lượng riêng của chất
lỏng (kg/m

3
)
•H: chiều áp suất thực tế mà
bơm tạo ra (m)
• = áp suất thực
tế mà bơm
tạo ra(N/m2)
1000
* BomPQ
∆
bom
P
∆
b) Công suất trục bơm
N
TB
=
TB
H
N
η
HV
HgQ
ηη
ρ
*
***
=
c) Công suất tiếp điện của động cơ
Nđc =

CKHV
HgQ
ηηη
ρ
**
***
η
ρ
H
gQ
***
d) Công suất chọn môtơ điện
=
Nm =
β
*
η
ρ
H
gQ ***
β: hệ số an toàn (1,1 – 2)
4) Chi
ề
u cao h
ú
t v
à
hi
ệ
n tư

ợ
ng xâm th
ự
c c
ủ
a bơm
a) Chiều cao hút
Là khoảng cách hình học từ bề mặt thoáng chất lỏng tới
trục bơm.
Gọi P
1
và W
1
là áp suất và vận tốc của chất lỏng tại cửa
hút của bơm.
P
A
và W
A
là áp suất và vận tốc tại bề mặt thoáng của
chất lỏng
Theo pt bernoulli:
P
A
+ ρ
*
= P
1
+ ρ
*

+ρ
*
g
*
H
h
+
S
A
P
∆
−1
2
2
A
W
2
2
1
W
Do f
A
>> f
ống
nên W
A
<< W
ống
, coi W
A

= 0 ; P
A
= P
a
⇒ H
h
= - - H
SH
; với H
SH
=
g
PP
a
*
1
ρ
−
2
2
1
W
S
A
P
∆
−1
ρ
*
g

Gỉa sử chất lỏng có P =P
S
. Để bơm làm việc được thì P
1
>
P
S
( chất lỏng tại cửa hút mới không bị hoá hơi
⇒ H
h
< - - H
sh
g
PP
Sa
*
ρ
−
2
2
1
W
Để tăng H
h
:
 Giảm H
sh
: Chọn và thiết kế đường ống hút đơn giản và
ngắn gọn nhất
 Chọn vận tốc của chất lỏng đi trong ống vừa phải (1-

2m/s)
 Giảm P
S
: bằng cách hạ nhiệt độ của chất lỏng xuống
T,
0
C
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
P
s
,
mH2O
0,09 0,12 0,24 0,43 0,75 1,25 2,02 3,17 4,82 7,14 10,33
*g
b) Hiện tượng xâm thực
• Nếu tại vị trí nào đó trên đường ống hút mà áp suấ
t
chất lỏng nhỏ hơn áp suất bão hoà P
S
, tương ứng vớ
i
nhiệt độ đã cho (thường xảy ra tại cửa hút của bơm, vì
tại đó, áp suất chất lỏng bé nhất). Khi đó chất lỏng sẽ
bị hoá hơi. Một phần ngưng tụ lại, đồng thời tạo á
p
suất lớn và dồn về bơm, gây ra va đâp thuỷ lực.
Bơm
sẽ bị hỏng hoặc giảm tuổi thọ
• Biện pháp tránh hiện tượng xâm thực: tăng áp suất chấ
t

lỏng ở cửa hút bằng cách giảm chiều cao hút của bơm.
5) Xây dựng đường đặc tuyến bơm, đặc tuyến mạng ống và
điểm làm việc của bơm
a) Xây dựng đường đặc tuyến bơm
1-2: P
1
+ ρ
*
+ = P
2
+ ρ
*
+ ρ
*
g
*
h
2
2
1
W
Bom
P
∆
2
2
2W
H = = + + h
g
P

Bom
*
ρ
∆
g
PP
*
12
ρ
−
g
WW
*
12
2
22
−
P
1
=P
a
– P
CK
= P
a
– P
h
P
2
=P

a
+ P
đ
W
1
= , W
2
=
1
f
Q
2
f
Q