thiết bị thủy khí

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
BỘ MÔN ĐỘNG LỰC
ThS. Nguyễn Đình Long
THIẾT BỊ THỦY KHÍ
NHA TRANG - 2013
1

CHƢƠNG MỞ ĐẦU
A- KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Thiết bị thuỷ khí là môn học nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị
thuỷ lực và khí nén, và ứng dụng của chúng trong hệ truyền động và điều khiển bằng thuỷ
lực và khí nén. Đó là phần chuyên sâu của môn học thuỷ khí động lực kỹ thuật.
Thiết bị thuỷ lực trao đổi năng lượng với chất lỏng trong quá trình làm việc, trong khi
đó thiết bị khí nén trao đổi năng lượng với chất khí trong quá trình làm việc.
Chất lỏng và chất khí đều là một dạng vật chất có nhiều tính chất chung (nên có thể coi
chất khí là một loại chất lỏng đặc biệt), chúng tiềm tàng năng lượng chủ yếu ở ba dạng
chính là áp năng (
Vp.
), động năng (
2.
2
vm
) và thế năng (
hgm
). Tổng các thành phần
năng lượng của chúng được ký hiệu là E.
Theo đó:
hgm
vm
VpE
2

.
.
2


Đơn vị của năng lượng thường được tính bằng Nm/s hoặc kNm/s. Song để tiện cho
việc tính toán và nghiên cứu trong lĩnh vực riêng của chất lỏng, người ta chuyển sang tính
cho một đơn vị trọng lượng của chất lỏng, ký hiệu là H [được gọi là năng lượng đơn vị của
chất lỏng].
Từ đó, ta có
G
hgm
G
vm
G
Vp
G
E

2

2

(0-1)
Trong đó: p - áp suất của chất lỏng;
V - thể tích chất lỏng chiếm chỗ;
m - khối lượng chất lỏng;
v - vận tốc chuyển động tương đối;
g - gia tốc trọng trường;
G - trọng lượng của chất lỏng,

gmG .
.
Ta có
G
E
H 
, với
gmG .
nên (0-1) được viết lại:

G
hgm
gG
gvm
G
Vp
H

.2

.

2




Hay
h
g

vp
H 
2
2

(0-2)
H được gọi là cột áp của một trạng thái của chất lỏng, đơn vị tính thường là mét cột
chất lỏng. Các cột áp thành phần có tên gọi như sau:

p
- cột áp áp năng,
g
v
2
2
- cột áp động
năng, h - cột áp thế năng.
B- PHƢƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ
B.1- Phƣơng trình cơ bản của chất lỏng
2

Nếu chất lỏng là loại lý tưởng (độ nhớt bằng không) lưu động từ điểm đầu (1) sang
điểm cuối (2) không bị mất mát năng lượng (không trao đổi năng lượng với bên ngoài) thì ta
có
21
EE 
hay
21
HH 
, nghĩa là

2
2
22
1
2
11
22
h
g
vp
h
vp



Từ đó, phương trình (0-2) được viết dưới dạng chung là:

consth
g
vp

2
2

(0-3).
Đó là phương trình Becnuli được viết cho chất lỏng ở dạng tổng quát.
Đối với chất lỏng thực (độ nhớt khác 0), nếu trường hợp nó chuyển động từ điểm 1
sang điểm 2 không có trao đổi năng lượng với bên ngoài, cột áp ổn định thì vẫn phải chi phí
một phần năng lượng vào việc thắng sức cản dọc đường và một số tổn thất cục bộ. Giá trị
tổn thất này được gọi là tổn thất cột áp, ký hiệu là h

tt
. Lúc này, phương trình được viết như
sau

)21(2121 

tttt
hHHEEE

Hay
)21(2
2
22
1
2
11
22


tt
hh
g
vp
h
vp


Tổn thất thuỷ lực bao gồm tổn thất dọc đường h

và tổn thất cục bộ h





hhh
tt

 )21(
,
g
v
d
l
h
2

2



và
g
v
h
2
.
2




Trong đó:

- hệ số tổn thất dọc đường;
l - chiều dài đoạn ống mà dòng chất lỏng chảy qua;
d - đường kính trong của ống;
v - tốc độ trung bình của dòng chảy;


- hệ số tổn thất cục bộ.
Trong thực tế, thường đường ống có nhiều đoạn có kích thước khác nhau và có nhiều
bộ phận phụ nên tổn thất thuỷ lực có dạng chung như sau:
 


hhh
tt
hay
g
v
g
v
d
l
h
i
n
i
i
i

n
i
i
i
tt
2
.
2

2
1
2
1





Một số ít trường hợp, đối với dòng chất lỏng thực (
0

) chảy không ổn định (
varv
),
do tồn tại quán tính (nghĩa là chất lỏng chuyển động có gia tốc a) nên phương trình cân bằng
năng lượng tổng quát có dạng sau:
qttt
HhHH 
 )21(21

Đối với bơm, cột áp của nó có dạng:
G
EE
H
vaora
b


hay
vaorab
HHH 


)
2
()
2
(
1
2
11
2
2
22
h
g
vp
h
vp
H

b



Vì dòng chảy tại cửa vào và cửa ra của bơm là dòng chảy rối nên

)
2
.
()
2
.
(
1
1
2
11
2
2
2
22
h
g
vp
h
vp
H
b







Trong đó:

1
- hệ số điều chỉnh động năng ở cửa vào;
3



2
- hệ số điều chỉnh động năng ở cửa ra.
Công thức tính cột áp của bơm có thể viết lại như sau:

)
2
.
2
.
()(
1
2
12
2
2
21
12
g

v
g
v
hh
pp
H
b






Tổng thành phần
)(
21
12
hh
pp



được gọi là cột áp tĩnh,
)(
21
12
hh
pp
H
t





và
)
2
.
2
.
(
1
2
12
2
2
g
v
g
v


được gọi là cột áp động,
)
2
.
2
.
(
1

2
12
2
2
g
v
g
v
H
d


. Ta có
dtb
HHH 

Nếu dòng chảy liên tục và không phân nhánh thì lưu lượng dòng chảy trong ống là
không đổi:

vFQ .
(0-4)
Trong đó: F - diện tích tiết diện của dòng chảy;
v – tốc độ dòng chảy tại tiết diện tương ứng.
Đó chính là phương trình lưu lượng.
Phương trình liên tục (dòng chảy không có điểm dừng, không phân nhánh) có dạng:

constvFQ  .
(0-5)
Phương trình Becnuli và phương trình liên tục là hai phương trình cơ bản của chất lỏng.
B.2- Phƣơng trình cơ bản của chất khí

Phương trình trạng thái của khí lý tưởng có dạng:

TRvp 
(0-6)
Trong đó: p – áp suất tuyệt đối, N/m
2
;
v - thể tích riêng của khí, m
3
/kg;
R - hằng số khí, J/kg
0
K;
T – nhiệt độ tuyệt đối,
0
K.
Trong thực tế, nếu một loại khí nào đó có nhiệt độ T cao hơn nhiệt độ tới hạn T
th
rất
nhiều và ở áp suất rất thấp thì có thể coi là khí lý tưởng. Đối với loại khí có nhiệt độ T gần
với nhiệt độ tới hạn T
th
và có áp suất cao thì không thể coi là khí lý tưởng. Do đó, trong tính
toán phải dùng phương trình trạng thái của khí thực sau:

TRbvp .)(. 
(0-7)
Hoặc
TRvp



(0-8)
Trong đó:

– hệ số nén ép, đối với khí lý tường thì
1

;
b - hiệu số thể tích của khí thực và khí lý tưởng ở cùng điều kiện nhiệt độ và
áp suất.
Quan hệ giữa  và b là
TR
bp
.
.
1



)1(.
.


p
TR
b
(0-9)
Ngoài ra, người ta còn dùng chỉ số sai lệch độ nén ép:












p
T
R
b
vp
b 1
.
273273.
00


(0-10)
4

Từ đó

.273Rb 


1
.273


T
p



Như vậy thể tích riêng của khí thực được xác định theo công thức:









 R
p
T
Rv 273.
, m
3
/kg (0-11)
Khi tính toán, các giá trị  nhận được bằng cách tra đồ thị trong tài liệu chuyên ngành.
C- TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ
1- Tính chất chung
Chất lỏng và chất khí có tính liên tục và dễ di động, bản thân chất lỏng không có hình
dạng nhất định và lấy theo hình dạng bình chứa hay ống dẫn.
Các chất lỏng “nước” là loại chất lỏng có tính chống nén cao (thể tích thay đổi không
đáng kể khi áp suất thay đổi lớn).

Chất khí có thể tích phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, là chất nén được và chiếm hết
không gian của bình chứa hoặc ống dẫn nó.
2- Khối lƣợng riêng và trọng lƣợng riêng
Khối lượng riêng  là khối lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng
V
m


(0-12)
Trong đó: m - khối lượng của chất lỏng;
V - thể tích của chất lỏng.
Chất lỏng có khối lượng M chiếm một thể tích V, chịu sức hút của trái đất với gia tốc
trọng trường g thì có trọng lượng
gmG .
.
Theo đó, trọng lượng riêng của chất lỏng được xác định theo công thức:
g
V
G
.


(0-13)
Trong thực tế, đối với chất lỏng “nước”, người ta còn dùng khái niệm tỷ trọng , đó là
tỷ số giữa trọng lượng riêng của chất lỏng với trọng lượng riêng của nước thường ở nhiệt độ
4
0
C:
nuoc





(0-14)
3- Tính nén đƣợc và tính giãn nở của chất lỏng
Tính nén được là tính làm giảm thể tích của chất lỏng khi thay đổi áp suất. Tính nén
được được đặc trưng bởi hệ số nén 
p
, là sự thay đổi thể tích tương đối khi áp suất thay đổi
đi một đơn vị.

0
.
1
V
V
p
p




, m
2
/N (0-15)
Trong đó: Dấu “ - ” chỉ ra rằng sự thay đổi về thể tích và áp suất luôn ngược nhau;
V
0
- thể tích ban đầu của chất lỏng;


V - lượng thay đổi thể tích của chất lỏng,
0
VVV 
;
5



p - lượng thay đổi áp suất của chất lỏng,
0
ppp 
.
Trong kỹ thuật, người ta thường dùng nghịch đảo của hệ số nén, gọi là môđun đàn hồi
của chất lỏng, ký hiệu là E:
p
E

1

, N/m
2
(0-16)
Hệ số nén của chất lỏng nói chung phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ. Chẳng hạn tính
trung bình đối với nước ở nhiệt độ và áp suất bình thường thì
28
/10.2 mNE 
, khi áp suất
tăng lên 1 N/m
2

thì thể tích của nước giảm đi
8
10.21
lần nên có thể coi nước không nén
được.
Tính giãn nở là tính chất của chất lỏng thay đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi. Sự giãn
nở vì nhiệt được đặc trưng bởi hệ số giãn nở 
t
, là sự thay đổi tương đối của thể tích khi
nhiệt độ thay đổi đi một độ.
0
.
1
V
V
T
t




, m
2
/N (0-17)
Trong đó: V
0
- thể tích ban đầu của chất lỏng;


V - lượng thay đổi thể tích của chất lỏng,

0
VVV 
;


T - lượng thay đổi áp suất của chất lỏng,
0
TTT 
.
Chất khí có tính nén được khi tăng áp suất và giãn nở khi tăng thể tích.
4- Sự trao đổi nhiệt lƣợng và khối lƣợng
Khác với chất lỏng lý tưởng, ở chất lỏng thực xảy ra quá trình trao đổi nhiệt lượng và
khối lượng.
Sự truyền nhiệt được đặc trưng bằng định luật Furiê:
dn
dT
q
q
.


(0-18)
Còn sự truyền khối lượng được đặc trưng bằng định luật Fich:
dn
dC
Dm .
(0-19)
Trong đó: q, m - nhiệt lượng và khối lượng truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt tiếp
xúc trong một đơn vị thời gian, gọi là dòng nhiệt và dòng khối lượng ;
T, C - nhiệt độ và nồng độ của chất lỏng;


q
, D - hệ số dẫn nhiệt và hệ số khuếch tán.
5- Tính nhớt
Tính nhớt là thuộc tính của chất lỏng cản trở sự biến dạng trượt của bản thân nó, hay
nói cách khác là thuộc tính của chất lỏng cản trở lại lực trượt (lực cắt). Tính nhớt là nguyên
nhân cơ bản gây ra lực cản trong của chất lỏng. Thuộc tính đó không xuất hiện khi chất lỏng
ở trạng thái tĩnh, mà chỉ xuất hiện khi chất lỏng chuyển động.
Tính nhớt được đánh giá qua độ nhớt động  và độ nhớt động lực .
6- Tính đàn hồi
Khi được giữ trong một bình chứa kín, chất khí tác dụng lên tất cả các phần tử của
thành bình một áp suất bằng nhau tại mọi điểm.
6

CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY THỦY LỰC

1.1- KHÁI NIỆM VỀ MÁY THỦY LỰC
Máy thủy lực là những máy móc làm việc trên cơ sở trao đổi năng lượng với dòng chất
lỏng theo nguyên lý thủy lực học. Nó bao gồm các loại bơm và động cơ thủy lực.
Máy thuỷ lực được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất và đời sống.
Loại máy thuỷ lực nhận năng lượng từ nguồn bên ngoài, sau đó qua sự trao đổi chất
lỏng có được áp suất và chuyển động mới một vận tốc nhất định được gọi là bơm. Ngược
lại, loại máy thuỷ lực biến một phần năng lượng của chất lỏng thành cơ năng được gọi là
động cơ thuỷ lực.
1.2- PHÂN LOẠI
- Theo tính chất trao đổi năng lượng với chất lỏng của máy: Bơm; động cơ thủy lực;
máy thủy lực thuận nghịch.
- Theo nguyên lý tác dụng của máy thủy lực với dòng chất lỏng trong quá trình làm

việc: Máy thủy lực cánh dẫn; máy thủy lực thể tích.
1.3- CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY THỦY LỰC
Các thông số biểu thị khả năng và đặc tính làm việc của máy thủy lực được gọi là các
thông số làm việc. Máy thuỷ lực có 4 thông số cơ bản: cột áp, lưu lượng, công suất và hiệu
suất.
Các đại lượng đặc trưng của máy thủy lực:
- Thể tích chất lỏng được chuyển đi trong một vòng quay (hành trình)
- Áp suất làm việc [áp suất ổn định, áp suất cao, áp suất đỉnh (áp suất qua van tràn)]
- Hiệu suất (thể tích, lưu lượng, cơ khí)
- Công suất (bơm, động cơ điện, động cơ thuỷ lực)Yêu cầu chung đối với máy thuỷ lực là
phải đảm bảo khe hở giữa các bộ phận làm việc đủ nhỏ (độ kín thuỷ lực cao).
1.4- BƠM
1.4.1- Khái niệm
Bơm là loại máy thủy lực có chức năng biến đổi cơ năng của động cơ thành năng
lượng để vận chuyển chất lỏng (có áp) hoặc tạo nên áp suất cần thiết trong hệ thống truyền
động và điều khiển bằng thủy lực.
1.4.2- Công dụng
Bơm đóng vai trò vô cùng quan trọng trong các lĩnh vực sản xuất và đời sống. Chúng
được sử dụng rộng rãi trong các ngành công, nông nghiệp, giao thông vận tải.
Tuỳ thuộc vào nhiệm vụ và điều kiện làm việc của hệ thống, tính chất của môi chất
vận chuyển mà người ta chọn loại bơm thích hợp cho hệ thống.
1.4.3- Phân loại bơm
1. Theo nguyên lý làm việc
7

a)- Bơm cánh dẫn là loại bơm mà chất lỏng nhận được cơ năng từ cánh dẫn truyền cho
trong quá trình chuyển động trong rãnh cánh nhờ sự quay của bánh công tác. Bơm cánh dẫn
gồm có bơm ly tâm, bơm hướng trục, bơm hỗn lưu (hình 1.1) và bơm xoáy.
b)- Bơm thể tích là loại bơm mà chất lỏng được vận chuyển nhờ sự nén ép bằng cách
thay đổi thể tích. Bơm thể tích được chia ra làm hai loại chính là bơm tác dụng qua lại, được

giới thiệu ở hình 1.2 (bơm pittông, bơm màng) và bơm thể tích kiểu rôto, được giới thiệu ở
hình 1.3 (bơm bánh răng, bơm trục vít, bơm quay có đĩa lệch tâm, bơm cánh gạt – bơm cánh
mềm, bơm con lăn).

Hình 1.1- Các dạng bánh công tác của bơm cánh dẫn
a) Bơm ly tâm; b) Bơm hỗn lưu; c) Bơm hướng trục


Hình 1.2- Bơm thể tích tác dụng qua lại
a) Bơm pittông tác dụng đơn; b) Bơm pittông tác dụng kép; c) Bơm màng



Hình 1.3- Bơm rôto
a) Bơm bánh răng; b) Bơm trục vít; c) Bơm quay hai rôto; d) Bơm cánh gạt; e) Bơm con lăn.
1. Vòng đàn hồi; 2. Con lăn; 3.Trục khuỷu; 4. Rôto dạng cam lệch tâm

Bơm pittông là loại bơm mà bộ phận truyền cơ năng cho chất lỏng là pittông, có
chuyển động tịnh tiến qua lại.
8

Bơm rôto là loại bơm có rôto quay đều trong thân bơm và nén ép chất lỏng nhờ sự
thay đổi thể tích.
c)- Các loại bơm khác như bơm phun tia và bơm khí nén. Bơm phun tia là loại bơm có
nguyên tắc làm việc dựa trên cơ sở sử dụng động năng của dòng khí hay chất lỏng qua vòi
phun để vận chuyển chất lỏng hay chất khí.
2. Theo đặc điểm kết cấu: bơm ly tâm, bơm hướng trục, bơm xoáy, bơm pittông, bơm
cánh gạt, bơm bánh răng, bơm trục vít, …
3. Theo loại môi chất đƣợc bơm gồm có bơm nước, bơm nhiên liệu, bơm dầu nhờn,
bơm môi chất lạnh, bơm hỗn hợp khí - lỏng, …

4. Theo công dụng gồm có bơm nước, bơm chuyển, bơm cung cấp, bơm bùn khoáng.
Riêng các bơm được dùng để tạo áp năng trong hệ thống thuỷ lực được gọi là bơm thủy lực.
5. Theo phạm vi cột áp và năng suất sử dụng: Bơm có cột áp cao, cột áp trung bình
và cột áp thấp; bơm có năng suất lớn, năng suất vừa và năng suất nhỏ.
6. Theo khả năng hút: Bơm tự hút; bơm không có khả năng tự hút.
7. Theo điều kiện hút hay vị trí đặt bơm: Bơm tạo độ dâng (bơm được đặt cao hơn
mực chất lỏng); bơm cuốn theo (bơm được đặt thấp hơn mực chất lỏng).
8. Theo cách dẫn động: Bơm tay, bơm dẫn động bằng động cơ điện (bơm điện), bơm
dẫn động bằng động cơ đốt trong; bơm dẫn động độc lập, bơm được treo trên động cơ.
9. Theo mức độ cao tốc hay tốc độ quay đặc trƣng n
s


4
3
65,3
H
Q
nn
s

, v/ph (1-1)
Trong đó: n - tốc độ quay của trục bơm, v/ph;
Q - năng suất (lưu lượng) của bơm, m
3
/s;
H - cột áp của bơm, m cột chất lỏng.
n
s


40 Bơm rôto và bơm pittông
n
s
= (10

25) Bơm xoáy
n
s
= (40

300) Bơm ly tâm
n
s
= (300

600) Bơm hướng chéo
n
s
= (600

1200) Bơm hướng trục
1.4.4- Các thông số cơ bản của bơm
1- Năng suất (lƣu lƣợng)
Năng suất là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị thời gian, ký
hiệu là Q với đơn vị tính là m
3
/h (hay l/s, m
3
/s ).
Lưu lượng của bơm gồm có lưu lượng lý thuyết và lưu lượng thực tế (vì có tổn thất lưu

lượng do rò rỉ trong bơm).
Lưu lượng thực tế của bơm được xác định bằng lưu lượng kế lắp trên ống đẩy của bơm.
Lưu lượng thực tế hay gọi tắt là lưu lượng của bơm có dạng

qQQ
l

(1-2)
Trong đó: Q - lưu lượng lý thuyết của bơm;


q - tổn thất lưu lượng do rò rỉ qua các phần không kín ở trong bơm.
2- Cột áp
9

Cột áp là năng lượng đơn vị mà bơm truyền được cho chất lỏng, được ký hiệu là H với
đơn vị đo là mét cột chất lỏng (Năng lượng đơn vị là năng lượng của một đơn vị trọng
lượng chất lỏng).
Cột áp của bơm dùng để khắc phục chiều cao nâng, hiệu số áp suất giữa hai đầu ống,
tổn thất trên đường ống và hiệu động năng giữa ống hút và ống đẩy.
Bơm có cột áp lý thuyết và cột áp thực tế. Cột áp lý thuyết hay cột áp toàn phần của
bơm có dạng

bT
hHH 
(1-3)
Trong đó: H - cột áp thực tế của bơm;
h
b
- tổn thất cột áp trong bơm.

3- Công suất
Công suất thuỷ lực hay công suất có ích của bơm là công suất vận chuyển chất lỏng.

1000
HQ
N
tl


, kW (1-4)
Trong đó:

- trọng lượng riêng của chất lỏng, N/m
3
;
Q - lưu lượng lượng của bơm, m
3
/s;
H - cột áp thực tế của bơm, m.
Muốn tạo được công suất thuỷ lực N
tl
thì bơm cần có công suất lớn hơn để khắc phục
các tổn thất thuỷ lực, ma sát và rò rỉ.
Công suất chỉ thị

W,
1000
)h(Hq).(Q
W,
1000

b
kk
HQ
N
Tl
i



(1-5)
Công suất yêu cầu của bơm

W,
1000
)h(Hq).(Q
b
kNNNN
mmib




(1-6)
Trong đó: N
m
– công suất tổn thất do ma sát.
Theo đó,
m
i

b
N
N


(1-7)
Trong đó:

m
- hiệu suất cơ khí của bơm.
Công suất yêu cầu động cơ lai bơm:

trd
b
ycdc
N
N


(1-8)
Trong đó:

trđ
- hiệu suất truyền động.
4- Hiệu suất của bơm
Hiệu suất của bơm đánh giá mức độ tổn thất năng lượng trong bơm.

b
lt
b

N
N


(1-9)
Ta có
b
i
bb
i
i
tl
b
tl
N
N
hH
H
qQ
Q
N
N
N
N
N
N




Mà
m
b
i
H
b
Q
N
N
hH
H
qQ
Q





,,

10

nên
mHQb


(1-10)
Trong điều kiện làm việc, hiệu suất bơm 
b
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu loại,

kích thước và kết cấu bơm, loại chất lỏng, chế độ làm việc của bơm và đặc tính đường ống
nơi nó làm việc.
Động cơ được chọn để lai bơm có công suất:

ycdccdc
NkN .

Trong đó: k - hệ số dự trữ công suất, thông thường
2,1k
.
5- Cột áp hút và chiều cao hút cho phép của bơm
Khi bơm làm việc, nó thực hiện cả hai quá trình hút và đẩy. Khả năng làm việc của
bơm phụ thuộc vào cả hai quá trình này. Trong quá trình hút, bơm phải tạo được độ chênh
áp suất nhất định giữa mặt thoáng bể hút và miệng vào của bơm. Cột áp hút chính là độ
chênh áp suất này.

0
21




pp
H
(1-11)
Đây chính là điều kiện để bơm làm việc được.
Cột áp hút của bơm được dùng để tạo động năng cần thiết của dòng chất lỏng ở miệng
vào của bơm, khắc phục chiều cao hút (tạo độ dâng nước) và tổn thất trên đường ống hút.




hhh
h
g
v
zH
2
2
2
(1-12)
Vậy



hh
h
g
v
z
pp
2
2
221

(1-13)
Nếu
a
pp 
1
thì cột áp hút bằng cột áp chân không tại miệng vào của bơm, và


2
pp
HH
a
ckh


(Điều này dẫn đến việc người ta đo áp suất tại miệng vào của bơm bằng
chân không kế).
Trong trường hợp
a
pp 
1
thì khả năng hút tối đa của bơm ứng với khi
0
2
p
là
10
maxmax


a
ckh
p
HH
mét cột nước.
(do p
a

= 1 at = 9,81.10
4
N/m
3
;  = 9,81.10
3
N/m
3
).
Độ chân không do bơm tạo ra càng lớn thì bơm càng hoàn thành nhanh thời kỳ khởi
động và càng nâng cao khả năng nâng của chất lỏng trong ống hút. Khả năng hút của bơm
nhiều khi phụ thuộc vào kết cấu của nó. Bơm trục vít có khả năng tạo độ chân không gần
như tuyệt đối. Bơm pittông có chất lượng hút xấu hơn. Bơm ly tâm không có khả năng tự
hút.
Trong thực tế, cột áp hút lớn nhất của bơm không bao giờ đạt đến 10 mét cột nước vì
không thể đạt được độ chân không tuyệt đối trong bơm và vì áp suất tại cửa vào của bơm
chỉ hạ thấp đến mức áp suất hơi bão hoà của chất lỏng thì đã xảy ra hiện tượng xâm thực
trong bơm. Để tránh hiện tượng xâm thực thì đối với từng loại bơm, trong các tài liệu kỹ
thuật đều có ghi giá trị cột áp chân không cho phép [H
ck
]. Cột áp chân không cho phép [H
ck
]
được dùng để xác định chiều cao hút cho phép của bơm theo điều kiện không xảy ra xâm
thực.
11

Do đó, điều kiện để bơm có đủ khả năng hút:

 

ckhhh
Hh
g
v
zH 

2
2
2
(1-14)
Vậy, chiều cao hút cho phép của bơm:

   


hckh
h
g
v
Hz
2
2
2
(1-15)
Thông thường, [z
h
] = (46) mét.
Khi đánh giá độ tin cậy làm việc của bơm, người ta căn cứ vào cột áp hút hay chiều
cao hút cho phép của bơm.
Trong trường hợp những bơm không có trị số [H

ck
] cho sẵn trong các tài liệu kỹ thuật
thì chiều cao hút cho phép của bơm được xác định theo điều kiện không xảy ra xâm thực:

h
p
g
vp
bh


2
2
22
(1-16)
Trong đó:

h - cột áp dự trữ chống xâm thực, được xác định bằng công thức thực
nghiệm.
Kết hợp (1-13) và (1-16), ta có

h
p
hz
p
bh
hh
a





Do đó, chiều cao hút cho phép trong trường hợp này được tính theo công thức:

 










h
bha
h
hh
pp
z

(1-17)
Chiều cao hút cho phép là chiều cao đặt bơm tối đa so với mặt chất lỏng được bơm.
Nếu bơm được đặt cao hơn giá trị quy định thì bơm làm việc rất yếu hoặc không thể bơm
được chất lỏng do có hiện tượng xâm thực xảy ra trong bơm.
Khi lựa chọn bơm, cần căn cứ vào năng suất, cột áp, công suất và hiệu suất.
I.4.4- Đặc tính của bơm – Đặc tính của hệ thống và điểm làm việc của bơm trong hệ
thống đƣờng ống
1- Đặc tính của bơm

Đặc tính của bơm nói riêng (của máy móc nói chung) là khái niệm chỉ sự phụ thuộc
giữa các thông số cơ bản của bơm. Khi được biểu diễn ở dạng đại số, ta có phương trình đặc
tính. Trường hợp biểu diễn mối quan hệ này bằng đồ thị ta có đường đặc tính.
Các đường đặc tính ứng với tốc độ quay làm việc không đổi được gọi là đặc tính làm
việc; ứng với nhiều tốc độ quay khác nhau thì được gọi là đặc tính tổng hợp. Thông thường,
người ta hay biểu diễn chúng theo các cặp quan hệ
)(QfH 
,
)(QfN 
và
)(Qf

.
Đường đặc tính
)(QfH 
cho ta biết khả năng làm việc của bơm nên còn được gọi là đặc
tính cơ bản [vì từ đặc tính cơ bản
)(QfH 
, bằng tính toán có thể suy ra các đặc tính
)(QfN 
và
)(Qf

]
Các đường đặc tính được xây dựng nên từ các số liệu tính toán, ta có đặc tính tính
toán; xây dựng từ các số liệu đo được qua thí nghiệm được gọi là đặc tính thực nghiệm.

12

Từ đặc tính ta có thể biết được một cách tổng quát khả năng làm việc của bơm, cho

phép ta mở rộng phạm vi làm việc và sử dụng hợp lý các chế độ làm việc khác nhau của
bơm.
2- Đặc tính của hệ thống đƣờng ống (còn đƣợc gọi là đặc tính đƣờng ống)
Bơm bao giờ cũng làm việc trong một hệ thống đường ống nên chế độ làm việc của
bơm gắn liền với đặc tính đường ống. Hệ thống đường ống thường gồm có các bể hút và
đẩy, ống hút, ống đẩy, các van, thiết bị lọc và một số phần tử khác có liên quan. Do đó, mỗi
đường ống cụ thể có đặc tính đường ống riêng. Đặc tính đường ống còn được gọi là đặc tính
lưới và có hai thành phần tĩnh và động.
Xét đoạn đường ống đơn giản (không phân nhánh và có tiết diện không thay đổi trên
suốt chiều dài).
Theo phương trình Becnuli, ta có cột áp ở đầu ống
g
v
p
zH
2
2
1
11


và cột áp ở cuối
ống
g
v
p
zH
2
2
2

22


.
Hiệu cột áp H
1
– H
2
chính là phần năng lượng được dùng để tạo độ cao của cột chất
lỏng, độ chênh áp và động năng (nếu có) ở hai đầu ống, khắc phục tổn thất thuỷ lực trong
đường ống h. Và nó biểu thị đặc tính của đường ống.
Tổn thất thuỷ lực trên đường ống có dạng:

g
v
d
l
hhh
cmsc
2

2
 









(1-18)
Trong đó:

c
- hệ số tổn thất cục bộ;


- hệ số ma sát dọc đường;
l - chiều dài đoạn ống;
d - đường kính trong của ống.
Theo đó, một cách tổng quát, ta có:

g
vv
h
pp
zzH
od
2
)(
2
2
2
1
21
21
21/









Do đoạn đường ống đang xét là đường ống đơn giản (
21
vv 
) nên





21
21
21/
)( h
pp
zzH
od


Người ta gọi

21
21
)(
pp

zzH
t


là cột áp tĩnh vì nó không có liên quan đến lưu
lượng và
g
vv
hH
d
2
2
2
2
1
21




là cột áp động vì nó có liên quan đến lưu lượng và vận tốc
của dòng chảy.
Với đoạn đường ống đơn giản, ta có
g
v
d
l
H
cd
2

2










Dòng chảy với lưu lượng Q, ta có
2
4
d
Q
v



13

Nên
2
42
.
.
8
Q

dg
d
l
H
cd











Hay
2
.QkH
d


với
42
.
8

dg
d
l

k
c











Vậy phương trình đặc tính đường ống có dạng

2
/
.QkHH
tod

(1-19)
3- Điểm làm việc của bơm trong hệ thống đƣờng ống
Khi bơm làm việc ổn định trong hệ thống thì cột áp do bơm tạo ra cân bằng với cột áp
đường ống.
Hay nói cách khác, chế độ làm việc của bơm trong một hệ thống có thể biểu diễn bằng
giao điểm của hai đường đặc tính của bơm và đặc tính của hệ thống đường ống trong cùng
một hệ toạ độ. Giao điểm ấy được gọi là điểm làm việc của hệ thống bơm
1.5- ĐỘNG CƠ THỦY LỰC
1.5.1- Khái niệm
Động cơ thủy lực là loại máy thủy lực thực hiện chức năng biến đổi năng lượng của

dòng chất lỏng thành cơ năng trên trục máy.
Về nguyên tắc, bơm và động cơ thủy lực có kết cấu giống nhau và có thể làm việc thay
thế cho nhau. Thông thường, động cơ thủy lực được lắp cùng với bơm thủy lực tạo thành
một khối truyền động. Khối ấy được gọi là bộ truyền động thủy lực.
So với động cơ điện, động cơ thủy lực có kích thước, khối lượng và mômen quán tính
nhỏ hơn rất nhiều. Ngoài ra, nó còn có khả năng thực hiện truyền động vô cấp một cách dễ
dàng. Do đó, động cơ thủy lực ngày càng được sử dụng rộng rãi trong truyền động, trong
việc điều khiển tự động và điều khiển từ xa.
1.5.2- Phân loại
Động cơ thủy lực gồm có hai loại chính là động cơ thuỷ lực thể tích (thuỷ tĩnh) và
động cơ thuỷ lực thuỷ động.
Động cơ thủy lực thể tích gồm có các loại động cơ pittông, pittông – rôto, rôto, xilanh
lực. Cụ thể là động cơ bánh răng, động cơ cánh gạt, động cơ pittông, …
Các loại động cơ thủy lực bánh răng, động cơ trục vít, động cơ cánh gạt và động cơ
thủy lực pittông–rôto hướng trục được sử dụng có hiệu quả ở vùng tốc độ quay cao và
mômen không lớn lắm. Trong khi đó, các động cơ thủy lực pittông hướng kính cam trục và
pittông–rôto hướng kính được sử dụng có hiệu quả ở phạm vi tốc độ thấp và mômen lớn.
Xilanh lực chính là động cơ thủy lực pittông đơn dùng để thực hiện chuyển động thẳng
hay chuyển động xoay không toàn vòng.
Động cơ thủy lực thủy động có tuabin thủy lực.
14

1.6- ẢNH HƢỞNG CỦA TÍNH CHẤT CHẤT LỎNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA
MÁY THỦY LỰC
Bơm và động cơ thủy lực luôn làm việc với chất lỏng, chất lỏng rất đa dạng và có tính
chất khác nhau. Tính chất của chất lỏng (mật độ, độ nén ép, độ nhớt, áp suất hơi bão hòa,
…) ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của máy thủy lực. Đặc biệt là hiện tượng xâm
thực xảy ra trong máy thuỷ lực làm ảnh hưởng xấu đến hiệu quả làm việc của chúng và làm
giảm độ bền, rút ngắn tuổi thọ của máy thuỷ lực.
Để tránh hiện tượng xâm thực xảy ra trong máy thuỷ lực cần đảm bảo sao cho áp suất

làm việc của môi chất phải lớn hơn áp suất hơi bão hoà của nó ở điều kiện nhiệt độ tương
ứng. Ngoài ra, để hạn chế sự ảnh hưởng của hiện tượng xâm thực đến máy thuỷ lực, cần chú
ý đến các điều kiện sau:
- Chọn môi chất công tác có tính bay hơi kém;
- Duy trì áp suất làm việc càng cao càng tốt;
- Tránh cho máy thuỷ lực làm việc ở nhiệt độ cao;
- Hạn chế tốc độ dòng chảy ở mức thấp;
- Tránh sự thay đổi dòng cháy đột ngột dễ gây các điểm sụt áp cục bộ;
- Đảm bảo bề mặt các chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác có độ cứng tốt và độ nhẵn
cao;
- Tránh không cho không khí xâm nhập vào hệ thống.

15

CHƢƠNG 2
BƠM CÁNH DẪN
2.1- BƠM LY TÂM
2.1.1- Cấu tạo và nguyên lý làm việc
a) Cấu tạo
Cấu tạo bơm ly tâm được thể hiện trên hình 2.1.



Hình 2.1- Bơm ly tâm
a) Cửa đẩy hướng lên trên
1. Ống hút; 2. Cửa hút; 3. Rãnh cánh công tác; 4. Khe hở trước; 5. Buồng xoắn ốc;
6. Khe hở sau; 7. Cụm kín; 8. Trục bơm; 9. Bánh công tác; 10. Cửa đẩy.
b) Cửa đẩy nằm ngang
1. Thân bơm; 2. Bánh công tác; 3. Cánh công tác; 4. Cụm làm kín; 5. Cửa đẩy; 6. Trục bơm; 7. Cửa hút


16

b) Nguyên lý làm việc
Giả sử chất lỏng được bơm là chất lỏng lý tưởng (không có tính nhớt) và số cánh trên bánh
công tác là nhiều vô kể.

Hình 2.2- Nguyên lý và cấu tạo bơm ly tâm


Coi bơm được mồi đầy chất lỏng. Do bánh công tác chuyển động quay nên các phần
tử chất lỏng nằm trong rãnh cánh cũng được mang quay theo với vận tốc vòng u và do chất
lỏng có khối lượng riêng nên xuất hiện lực ly tâm làm cho phần tử chất lỏng trượt trên cánh
dẫn với vận tốc trượt w (gọi là vận tốc tương đối). Nếu gọi C là vận tốc tuyệt đối thì
wuC 
.
Do giả thiết số cánh nhiều vô kể nên các phần tử chất lỏng sẽ chuyển động từ tâm bơm
(điểm 1) đến mút cánh (điểm 2) theo biên dạng cánh.
Tại điểm 1:
111
wuC 

Tại điểm 2:
222
wuC 

Vậy khi di chuyển từ điểm 1 đến đểm 2, dòng chất lỏng được truyền năng lượng làm
cho vận tốc chất lỏng tăng từ giá trị C
1
đến C
2
. Vận tốc càng tăng thì tổn thất do ma sát càng
lớn, do vậy cần phải giảm C
2
. Đặc điểm kết cấu của bơm cho phép bố trí đường xả có tiết
diện loe dần.

Các phần tử chất lỏng chịu tác dụng của lực ly tâm, chuyển động không ngừng qua
bánh công tác (rãnh cánh công tác), tạo thành dòng chảy liên tục. Chất lỏng đi vào ống đẩy
với áp suất cao hơn và ở lối vào bánh công tác tạo nên một vùng có chân không, do đó chất
lỏng từ bể hút được hút liên tục vào bơm (xem hình 2.1). Nhờ bánh công tác quay liên tục,
truyền năng lượng cho chất lỏng nên dòng chảy do bơm tạo ra liên tục và đều.
2.1.2- Phân loại
Bơm ly tâm được phân loại theo các cách sau:
1. Theo cột áp
- Bơm cột áp thấp: H  20 mét cột nước;
17

- Bơm cột áp trung bình, H = (2060) mét cột nước;
- Bơm cột áp cao. H  60 mét cột nước.
2. Theo kết cấu bánh công tác: Bơm có bánh công tác hở, bánh công tác kín (hình 2.3)



Hình 2.3- Bánh công tác của bơm ly tâm

2. Theo số bánh công tác lắp nối tiếp trong bơm
Bơm có một bánh công tác, gọi là bơm một cấp. Cột áp của nó bị hạn chế bởi tốc độ
quay và sức bền của cánh nên thường không quá 100 mét cột nước.
Bơm ly tâm nhiều cấp là bơm có nhiều bánh công tác lắp nối tiếp trên cùng một trục
bơm để nâng cao cột áp của bơm [thường có từ (28) bánh công tác]. Cột áp của bơm ly
tâm nhiều cấp gần bằng tổng cột áp của các bánh công tác có trong bơm. Lưu lượng của
bơm bằng lưu lượng của một bánh công tác.
Trong trường hợp bơm có nhiều bánh công tác nhằm tăng lưu lượng của bơm, do tốc
độ chuyển động của dòng chất lỏng qua bánh công tác nhỏ nên có hiệu suất cao.
Đối với bơm có hai bánh công tác, người ta còn bố trí thêm các van để có thể điều
khiển cho bơm làm việc ở chế độ song song (tăng lưu lượng) hoặc chế độ nối tiếp (tăng cột

áp) khi cần
3. Theo cách dẫn chất lỏng vào bánh công tác
Bơm có bánh công tác hút chất lỏng từ một phía, gọi là bơm một miệng hút. Loại
bơm này có bánh công tác được bố trí ở một đầu trục nên còn được gọi là bơm côngxôn, và
có nhược điểm là lưu lượng bị hạn chế và gây nên lực hướng trục trong bơm.

18



Hình 2.4- Bơm ly tâm 2 miệng hút

Bơm có bánh công tác hút chất lỏng từ hai phía, gọi là bơm hai miệng hút (hình 2.4).
Bánh công tác của loại bơm này được xem như hai bánh công tác của bơm một miệng hút
có cùng kích thước ghép đối xứng nhau. Như vậy, lưu lượng tăng gấp đôi và cột áp vẫn giữ
nguyên. Loại bơm này không có lực hướng trục trong bơm và độ cứng vững của trục bơm
tốt hơn.

4. Theo mức độ cao tốc hay tốc độ quay đặc trƣng n
s
(bằng tốc độ quay của bơm khi công
suất yêu cầu là 1 mã lực, tạo được cột áp 1 mét cột nước với lưu lượng 75 l/s)
- Thấp tốc: n
s
=(40  80) v/ph
- Trung tốc: n
s
=(80  150) v/ph
- Cao tốc: n
s

=(150  300) v/ph
2.1.3- Tính toán các thông số
a) Phƣơng trình cơ bản của bơm ly tâm. Cột áp lý thuyết
Từ phương trình cơ bản của máy thuỷ lực do Ơle lập ra, áp dụng cho bơm ly tâm, ta
có:

g
CuCu
H
uu
l
1.122
. 


(2-1)
Trong đó: H
l

- cột áp lý thuyết với số cánh nhiều vô kể;

2,12,1
2,1
CchC
u
u


Trong các bơm ly tâm hiện đại, bánh công tác có kết cấu ở lối vào hoặc kết cấu bộ
phận dẫn hướng vào có dạng sao cho dòng chất lỏng ở lối vào bánh công tác chuyển động

theo hướng kính, nghĩa là
11
uC 
để cột áp của bơm có lợi nhất (C
1u
= 0).
Khi đó
g
Cu
H
u
l
22
.


(2-2)
19








Hình 2.5

b) Cột áp thực tế
Phương trình cơ bản của bơm ly tâm được lập ra với giả thiết:

Số cánh công tác nhiều vô kể và mỏng vô cùng, nên vận tốc phân bố đều trên các mặt
cắt.
Chất lỏng lý tưởng (không có tính nhớt) nên bỏ qua được tổn thất của dòng chảy trong
máng dẫn.
Trong thực tế, cánh dẫn có chiều dày nhất định [từ (2

20) mm] với số cánh có hạn [từ
(612)] nên vận tốc trên các mặt cắt của dòng chảy trong máng dẫn phân bố không đều, tạo
nên các chuyển động xoáy và dòng quẩn trong máng dẫn (hình 2.6).








Hình 2.6
Mặt khác, chất lỏng thực tế có độ nhớt nên có tổn thất trong dòng chảy. Vì vậy, cột áp
thực tế của bơm nhỏ hơn cột áp lý thuyết và được tính theo công thức



lHz
HH

(2-3)
Trong đó:

z

- hệ số kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn đến cột áp, được gọi là
hệ số cột áp, thông thường

z
= 0,80;


H
- hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dòng chất lỏng chuyển động qua
bánh công tác, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố (kích thước, kết cấu của bánh công tác và các
bộ phận dẫn hướng), gọi là hiệu suất cột áp của bánh công tác hay hiệu suất thuỷ lực.
Thông thường

H
= (0,7

0,9).
Vậy, cột áp thực tế của bơm:

g
Cu
H
u
Hz
22
.



(2-4)

Đối với bơm có kết cấu và tốc độ quay thông thường thì
2
.cos
2
222
u
CCH
HzuHz



20

Vì vậy, trong tính toán gần đúng có thể xác định cột áp thực tế của bơm theo công
thức:

g
u
H
2
.
2
2


(2-5)
Trong đó, hệ số

nhận được bằng cách tra bảng ở tài liệu chuyên ngành.
Công thức (2-5) cho thấy cột áp thực tế của bơm tỷ lệ thuận với:

- Đường kính ngoài của bánh công tác;
- Tốc độ quay của trục bơm;
- Thành phần vận tốc C
2u
trong tam giác vận tốc ở lối ra của bánh công tác.
Với đường kính ngoài D
2
và tốc độ quay nhất định của bánh công tác thì C
2u
chủ yếu
phụ thuộc vào góc ra của cánh dẫn 
2
(tức là tuỳ thuộc vào cách bố trí cánh dẫn). Trong
thực tế, khả năng tăng các đại lượng này có hạn: tốc độ quay bị hạn chế bởi khả năng chống
xâm thực; đường kính ngoài của bánh công tác và trị số thành phần vận tốc C
2u
cũng không
được quá lớn để hạn chế bớt tổn thất năng lượng làm giảm hiệu suất của bơm.
Do đó, cột áp của bơm ly tâm tạo ra có hạn, thường nhỏ hơn 250 mét cột nước. Muốn
có cột áp lớn hơn phải dùng bơm ly tâm nhiều cấp.
Kết cấu của cánh dẫn có ảnh hưởng đáng kể đến cột áp của bơm.
c) Lƣu lƣợng của bơm ly tâm
Lưu lượng lý thuyết của dòng chảy qua các máng dẫn của bánh công tác bơm ly tâm
được xác định như sau (với giả thiết bỏ qua chiều dày cánh):

bDCQ
ml




(2-6)
Trong đó: b - chiều rộng cánh dẫn ứng với mặt cắt có đường kính D của bánh công
tác;
C
m
- hình chiếu vận tốc tuyệt đối của chất lỏng lên phương vuông góc với
phương u.
Về mặt kết cấu, chiều rộng cánh dẫn b tỷ lệ với đường kính D,
Dkb .
1

, với k
1
là hệ số
tỷ lệ; và C
m
cũng tỷ lệ với vận tốc u nên
uC
m
.


, với  là hệ số tỷ lệ.
Lưu lượng thực tế của bơm qua ống đẩy nhỏ hơn lưu lượng lý thuết tính theo công
thức (2-6) vì có một phần lượng chất lỏng rò rỉ qua các bộ phận không kín của bơm, nên
QQQ
l


d) Hiệu suất

Hiệu suất của bơm ly tâm có dạng
mQHb


.
Hiệu suất 
m
phụ thuộc vào kích thước và kết cấu của bơm.
Hiệu suất 
Q
phụ thuộc vào kết cấu và chất lượng làm việc của các bộ phận làm kín
(
QQ
Q
Q



). Thông thường, đối với bơm lý tâm
)98,095,0( 
Q

. Bơm ly tâm có lưu
lượng càng lớn thì hiệu suất lưu lượng càng cao.
Bơm ly tâm hiện đại có thể đạt
)98,092,0( 
m

. Thông thường, hiệu suất chung của
bơm ly tâm có thể đạt được

)92,075,0( 
b

.
21

2.1.4- Ƣu nhƣợc điểm của bơm ly tâm
1- Ƣu điểm
- Bơm được nhiều loại chất lỏng như nước, dầu, nhiên liệu.
- Có thể bơm được chất lỏng bẩn và dung dịch đặc.
- Có khoảng lưu lượng rộng, lưu lượng đều, cột áp ổn định. Ở vùng lưu lượng lớn,
bơm ly tâm có hiệu suất cao hơn bơm pittông.
- Bơm có thể nối làm việc trực tiếp với trục động cơ cao tốc mà không cần bộ giảm tốc.
- Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, chắc chắn, làm việc tin cậy, khối lượng sửa chữa các chi tiết
theo định kỳ ít.
- Hiệu suất của bơm

b
tương đối cao so với các loại bơm khác,
)92,075,0( 
b

.
- Điều chỉnh đơn giản.
- Chỉ tiêu kinh tế tốt (giá thành rẻ).
- Diện tích bố trí yêu cầu nhỏ.
2- Nhƣợc điểm
- Bơm ly tâm không có khả năng tự hút. Ngày nay người ta đã chế tạo được bơm có
khả năng tự hút.
- Cột áp không lớn nên khi cần cột áp cao, bơm ly tâm không đáp ứng được.

- Khi độ nhớt của chất lỏng tăng thì hiệu suất giảm.
- Lưu lượng và cột áp là hàm số của nhau, nên khi điều chỉnh thông số này sẽ ảnh
hưởng đến thông số kia.
2.1.5. Đặc tính của bơm ly tâm
a) Đặc tính tính toán (khi n = const)
Ta có
2222
.

otgcCuC
mu

(theo tam giác vận tốc)
Và
bDCQ
ml




Cột áp lý thuyết của bơm ly tâm được viết lại như sau











 2
22
2
2
.

.


otgc
bD
Q
u
g
u
H
l
l
(2-7)

ll
Q
gbD
otgcu
g
u
H .

.

22
22
2
2




(2-8)
Đối với một bơm cụ thể thì u
2
, D
2
, b
2
là các đại lượng không đổi nên đặc tính cơ bản lý
thuyết có dạng
ll
QotgcbaH
2



(2-9)
với
g
u
a
2
2


,
gbD
u
b

22
2



Theo đó, đặc tính cơ bản lý thuyết của bơm ly tâm là một đường thẳng không đi qua
gốc toạ độ, hệ số góc của nó tuỳ thuộc vào trị số góc ra 
2
của cánh dẫn.
Tổng quát, ta có 3 đường đặc tính cơ bản lý thuyết của bơm ly tâm là AB, AC. AD
(hình 2.7).
22








Hình 2.7

Bơm ly tâm dùng để bơm chất lỏng (có cánh dẫn ngoặt sau) nên đặc tính cơ bản là
đường nghịch biến bậc nhất AD, đường này chưa kể đến ảnh hưởng của số cánh có hạn và

các tổn thất.
Khi kể đến số cánh có hạn thì đường đặc tính của bơm


lzl
HH .

có dạng A’D’
Khi kể đến các loại tổn thất thuỷ lực của dòng chảy qua bánh công tác (các loại tổn thất này
đều tỷ lệ với bình phương vận tốc), thì đường đặc tính của bơm trở thành đường cong A”D”.
Khi kể đến các loại tổn thất cơ khí và lưu lượng thì đặc tính của bơm là đường A’”D’”.
Đường A’”D’” được gọi là đường đặc tính tính toán của bơm ly tâm. Nói chung, bơm
ly tâm có thể có 3 dạng đặc tính tính toán: dốc, thoải và lồi. Đối với đặc tính lồi, cần chú ý
tránh điều chỉnh bơm trong vùng làm việc không ổn định.
b) Đặc tính thực nghiệm
Việc xây dựng đặc tính tính toán rất phức tạp vì không thể xác định chính xác các loại
tổn thất. Bởi vậy, trong kỹ thuật, người ta thường xây dựng đặc tính bằng các số liệu đo
được khi khảo nghiệm trên các máy cụ thể. Đó là đường đặc tính thực nghiệm.
Sơ đồ hệ thống thực nghiệm có dạng trên hình 2.8.




Hình 2.8- Sơ đồ hệ thống thực nghiệm
xây dựng đặc tính thực nghiệm của bơm
ly tâm
1. Bể hút; 2. Van hút; 3. Bơm; 4. Van đẩy;
5. Lưu lượng kế; A Áp kế; C. Chân không
kế

Trình tự tiến hành thực nghiệm:
)- Đầu tiên mở van 2 ở ống hút, cho bơm làm việc đến khi đạt tốc độ quay yêu cầu.
Khi đó van đẩy 4 vẫn đóng, nghĩa là Q = 0. Từ các trị số đo được lúc này ở chân không kế
và áp kế, ta có cột áp của bơm ở chế độ không tải (Q = 0):
23

y
pp
H
ckak





)- Sau đó, mở dần van 4 ở ống đẩy để tăng lưu lượng bơm dần dần đến khi đạt được
trị số cực đại. Trong quá trình thay đổi lưu lượng, vẫn giữ tốc độ quay của bơm không đổi.
Tại mỗi vị trí độ mở của van 4, ta đo được các số liệu thí nghiệm của bơm và động cơ để
tính ra cột áp H, công suất thuỷ lực N
tl
và hiệu suất của bơm.
g
vv
y
pp
H
ckak
2
2
2

2
3







HQN
tl





dc
tl
b
N
N


(coi
1
trd

)

Hình 2.9- Đặc tính thực
nghiệm của bơm ly tâm

Cũng có thể thực hiện thí nghiệm theo trình tự ngược lại từ chế độ làm việc có Q
max

đến chế độ Q = 0. Khi xây dựng các đường đặc tính, người ta thường lấy (68) số liệu chế
độ làm việc (điểm làm việc) khác nhau của bơm.
Dạng đặc tính thực nghiệm [
)(QfH 
,
)(QfN
b

,
)(Qf
b


] được thể hiện trên hình
2.9.
Đặc tính thực nghiệm có ý nghĩa thực tế rất lớn.
Đối với bơm ly tâm, ngoài 3 đường đặc tính trên, còn có đặc tính cột áp chân không
cho phép

 
)(QfH
ck

dùng để xác định vị trí đặt bơm một cách hợp lý, tính toán ống hút.
c) Đặc tính tổng hợp
Đặc tính làm việc chỉ cho chúng ta biết khả năng làm việc của bơm ở một chế độ tốc
độ quay nhất định. Để nhận biết một cách nhanh chóng các thông số H, Q, 
b
của bơm thay
đổi như thế nào khi tốc độ quay làm việc của bơm thay đổi, người ta xây dựng đặc tính tổng
hợp. Đó chính là đường biểu diễn quan hệ
)(QfH 
với các tốc độ quay làm việc khác
nhau. Trên đó các điểm làm việc cùng hiệu suất được nối với nhau thành các đường cong,
được gọi là đường cong cùng hiệu suất.
Đặc tính tổng hợp được thể hiện trên hình 2.10.
24

Đặc tính tổng hợp, ngoài các công dụng như đặc tính làm việc, còn cho ta biết một
cách nhanh chóng các chế độ làm việc có lợi nhất khi điều chỉnh bơm.

Hình 2.10- Đặc tính tổng
hợp của bơm ly tâm






2.1.6- Phƣơng pháp điều chỉnh bơm ly tâm
Quá trình thay đổi điểm làm việc của bơm theo một yêu cầu nào đó được gọi là quá
trình điều chỉnh.
Đối với hệ thống bơm, tuỳ theo đặc điểm kết cấu, thông thường có các phương pháp
điều chỉnh sau:

) Điều chỉnh bằng van đẩy là thay đổi độ mở của van đẩy, kết quả là thay đối đặc
tính đường ống, theo đó thay đổi điểm làm việc của bơm trong hệ thống.
Phương pháp điều chỉnh này có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện; nhưng không kinh tế
vì gây tổn thất ở van khi điều chỉnh, và cũng chỉ điều chỉnh được trong phạm vi hạn chế.
Tuy nhiên, do tính đơn giản nên phương pháp điều chỉnh này được áp dụng nhiều (Cần
chú ý chọn vị trí đặt van đẩy sao cho không xảy ra hiện tượng va đập thuỷ lực lớn ở trong
hệ thống).

) Điều chỉnh bằng tốc độ quay của trục bơm
Ở phương pháp này, người ta thay đổi tốc độ quay của trục bơm, kết quả là thay đổi
đặc tính đường ống, và theo đó thay đổi điểm làm việc của bơm trong hệ thống.
Phương pháp điều chỉnh này được sử dụng với bơm có thiết bị thay đổi tốc độ quay.
Nó có ưu điểm là kinh tế hơn; nhưng cồng kềnh do có thêm thiết bị thay đổi tốc độ quay.

) Điều chỉnh bằng cánh hƣớng dòng
Bằng cách thay đổi vị trí cánh hướng dòng ở trước bơm, có thể thay đổi được đặc tính

bơm và do đó thay đổi được điểm làm việc của bơm. Tuy nhiên, phạm vi áp dụng của
phương pháp này rất hạn chế.

) Điều chỉnh bằng cách dùng van xả (phương pháp này cũng không kinh tế)