THIẾT kế điều KHIỂN, hệ TRUYỀN ĐỘNG điện CHO TRẠM có NHIỀU bơm

CHƯƠNG 1. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN GIÁM SÁT HỆ THỐNG BƠM
CHẤT LỎNG BỒN KÍN NHIỀU BƠM
1.1.

Khái quát chung

1.1.1. Khái niệm chung:
- Bơm là máy thuỷ lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi
khác. Chất lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất
lỏng ở đầu đường ống để thắng trở lực trên đường ống và thắng hiệu áp suất ở 2
đầu đường ống. Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động cơ điện hoặc từ
các nguồn động lực khác (máy nổ, máy hơi nước…).
- Điều kiện làm viêc của bơm rất khác nhau (trong nhà, ngoài trời, độ ẩm, nhiệt
độ v.v…) và bơm phải chịu được tính chất lý hoá của chất lỏng cần vận chuyển.
1.1.2. Phân loại:
Phân loại bơm có nhiều cách:
a. Theo nguyên lí làm việc hay cách cấp năng lượng, có hai loại bơm:
-Bơm thể tích: Loại bơm này khi làm việc thì không gian thể tích làm việc
thay đổi nhờ chuyển động tịnh tiến của pittong (bơm pittong) hay nhờ chuyển
động quay của roto (bơm roto). Kết quả thế năng và áp suất chất lỏng tăng lên
nghĩa là bơm cung cấp áp năng cho chất lỏng.
Bơm động học: trong bơm này chất lỏng được cung cấp động năng từ
bơm và áp suất tăng lên. Chất lỏng qua bơm, thu được động lượng nhờ va đập
của các cánh quạt (bơm li tâm, bơm hướng trục) hoặc nhờ ma sát của tác nhân
làm việc (bơm xoáy lốc, bơm tia, bơm chấn động, bơm xoắn, bơm sục khí), hoặc
nhờ tác động của trường điện từ (bơm điện từ) hay các trường lực khác.
b. Theo cấu tạo:
- Bơm cánh quạt: trong loại này bơm li tâm chiếm đa số và hay gặp nhất
(bơm nước)
- Bơm pittong ( bơm nước, bơm dầu)
- Bơm roto (bơm dầu, hóa chất, bùn...)

Thuộc loại này có bơm bánh răng, bơm cách trượt (lá gạt)
1


Ngoài ra còn có các loại đặc biệt như bơm màng cánh (Bơm xăng trong
ôtô), bơm phun tia (tạo chân không trong các bơm lớn nhà máy nhiệt điện)
1.1.3. Sơ đồ các phần tử của một hệ thống bơm
Các phần tử cơ bản trong một hệ thống bơm được giới thiệu trên hình 1.1:

Hình 1.1 : Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống bơm
Bơm hút chất lỏng từ bể hút 4 qua bộ lọc 3, qua ống hút 5, qua van 6, van
7 và đẩy chất lỏng qua ống đẩy 8 vào bể chứa 9. Động cơ lai 1 dùng để quay
bơm 2, 11 là đồng hồ chỉ thị ở cửa hút còn 12 là đồng hồ chỉ thị ở cửa đẩy.
1.1.4. Các thông số cơ bản của bơm
a. Cột áp H (hay áp suất bơm). Đó là lượng tăng năng lượng riêng cho một đơn
vị trọng lượng của chất lỏng chảy qua bơm (từ miệng hút đến miệng đẩy của
bơm).
Cột áp H thường được tính bằng mét cột chất lỏng ( hay mét cột nước)
hoặc tính đổi ra áp suất của bơm
P = γ .H = ρgH

Trong đó:
- γ : trọng lượng riêng của chất lỏng được bơm (N/m3)
- ρ : Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3)
- g : Gia tốc trọng trường
Cột áp H của bơm dùng để khắc phục:
2


- Độ chênh mức chất lỏng giữa bể chứa và bể hút Hh + Hd [m]

- Độ chênh áp suất tại hai mặt thoáng ở bể hút (p 1) và bể chứa (p2)
p 2 − p1 p 2 − p1
=
γ
ρg

- Trở tùy lực (tổn thất năng lượng đơn vị ) trong ống hút

∑h

h

và

ống đẩy ∑ hd
- Độ chênh lệch áp suất động học(động năng) giữa hai mặt thoáng

v 22 −v12
2g
p 2 − p1
v 22 − v12
H = (H h + H d ) +
+ ∑ hh + ∑ hd +
ρg
2g

∑ hh =

v h2 λ h l h
(

+ ∑ξd )
2g d h

∑ hh =

v d2 λ d l d
(
+ ∑ξh )
2g d d

Trong đó:
- vh, vd : vận tốc chất lỏng trong ống hút và ống đẩy (m/s)
- λh, λd : hệ số trở lực ma sát trong ống hút và ống đẩy
- lh, ld, dh, dd : các chiều dài và đường kính ống hút ống đẩy (m)
- ∑ ξ h , ∑ ξ d : tổng hệ số trỏe lực cục bộ trong ống hút và ống đẩy
b. Lưu lượng (năng suất) bơm: đó là thể tích chất lỏng do bơm cung cấp vào ống
đẩy trong một đơn vị thời gian.
c. Công suất bơm ( P hay N )
Trong một số tổ máy bơm cần phải phân biệt 3 loại công suất:
- Công suất làm việc N i (công suất hữu ích) là công để đưa một lượng Q
chất lỏng lên độ cao H trong một đơn vị thời gian (s)
N i = γ * Q * H * 10 −3 [kW]

( 1.2)
3


Trong đó : γ [N/ m 3 ], Q[ m 3 /s], H[m]
-

Công suất tại trục bơm N (thường ghi trên nhãn bơm) . Công suất này

thường lớn hơn Ni vì có tổn hao ma sát.
- Công suất động cơ kéo bơm (Nđc). Công suất này thường lớn hơn N để bù
hiệu suất truyền động giữa động cơ và bơm, ngoài ra còn dự phòng qúa tải bất
thường.
N đc = k *

N k *γ *Q * H
=
* 10 −3 [kW]
η tđ
η b * η tđ

( 1.3 )

Trong đó : k - hệ số dự phòng
Còn với k thì công suất bơm dưới: 2kW, lấy k = 1,50
2 - 5 kW lấy k = 1,50 ÷ 1,25
5 - 50kW lấy k = 1,25 ÷ 1,15
50 - 100kW lấy k = 1,15 ÷ 1,08
Công suất bơm trên 100kw lấy k = 1.05
Cũng có thể lấy hệ số dự phòng khi:
Q < 100 m 3 / h thì k = 1,2 ÷ 1,3
Q > 100 m 3 / h thì k = 1,1 ÷ 1,15
η tđ - hiệu suất bộ truyền. Với bộ truyền đai (cu roa) thì η tđ < 1. Còn khi động cơ

nối trực tiếp với bơm thì η tđ ≈ 1
d. Hiệu suất bơm ( η b ) là tỉ số giữa công suất hữu ích N i và công suất tai trục
bơm N.

ηb =

Ni
N

( 1.4 )

Hiệu suất bơm gồm 3 phần:
η b = η Q *η H *η m

( 1.5 )

Trong đó:
+ Hiệu suất lưu lượng (hay hiệu suất thể tích) do tổn thất lưu lượng vì rò rỉ.
+ Hiệu suất thuỷ lực (hay hiệu suất cột áp) do tổn thất cột áp vì ma sát trong
nội bộ bơm

4


+ Hiệu suất cơ khí do tổn thất vì ma sát giữa các bộ phận cơ khí (ổ bi, gối
trục…) và bề mặt ngoài của guồng động (bánh xe công tác) với chất lỏng (bơm
ly tâm).
1.1.4. Một số loại bơm:
a. Bơm ly tâm
Bơm ly tâm là loại bơm cánh dẫn, làm việc theo nguyên lý của máy thuỷ
lực cánh dẫn. Cơ cấu truyền năng lượng chính là hệ thống bánh cánh công tác
Trước khi bơm làm việc cần phải làm cho cánh công tác tiếp xúc với chất
lỏng. Khi bánh cánh công tác quay với một vận tốc nào đó thì chất lỏng tiếp xúc
với bánh cánh cũng quay theo, như vậy bánh cánh đã truyền năng lượng cho

chất lỏng. Do chuyển động quay của bánh cánh mà các hạt chất lỏng chuyển
động có xu hướng văng ra xa khỏi tâm. Để bù vào chỗ trống mà hạt chất lỏng
vừa văng ra thì hàng loạt các hạt chất lỏng khác chuyển động tới và quá trình
trao đổi năng lượng lại diễn ra như các hạt trước nó. Quá trình trao đổi năng
lượng diễn ra liên tục tạo thành đường dòng liên tục chuyển động qua bơm.
Tốc độ chuyển động của hạt chất lỏng khi ra khỏi bánh cánh công tác lớn
sẽ làm tăng tổn thất của đường dòng, bởi vậy cần phải giảm tốc độ này bằng
cách biến một phần động năng của hạt chất lỏng chuyển động thành áp năng. Để
giải quyết điều này, chất lỏng sau khi ra khỏi bánh cánh công tác sẽ được dẫn
vào buồng có tiết diện lớn dần dạng xoắn ốc nên gọi là bầu góp xoắn ốc .Do sự
quay đều của bánh cánh công tác nên trong đường ống chất lỏng chuyển động
liên tục.
* Phân loại bơm
+ Theo lưu lượng của bơm:
- Bơm có lưu lượng thấp : Q < 20m3/h
- Bơm có lưu lượng trung bình : Q < 60m3/h
- Bơm có lưu lượng cao: Q > 60m3/h
+ Phân loại theo cột áp của bơm:
-Bơm cột áp thấp H < 20 mH2O
-Bơm cột áp trung bình H = 20 ÷ 60 mH2O.
5


-Bơm cột áp cao H > 60 mH2O.
+ Theo trị số bánh cánh và cách lắp ghép của các chi tiết:
-Bơm có một bánh cánh và một cấp áp lực.
-Bơm có nhiều cấp là các cánh của bánh công tác được lắp ghép nối tiếp.
-Bơm có nhiều bánh cánh, bánh cánh được nối ghép song song.
+ Theo cách dẫn chất lỏng vào bánh công tác:
-Bơm có bánh công tác hút chất lỏng từ một phía được gọi là bơm một

miệng hút.
-Bơm có hai miệng hút.
+ Theo kết cấu của vỏ:
-Bơm một vỏ là bơm có một mặt phẳng chia vỏ ra làm hai phần qua tâm
trục.
-Bơm vỏ rời là bơm mà vỏ cấu tạo thành từ các phần riêng, mỗi phần ứng
với một bánh công tác tạo thành một cấp của bơm.
+ Theo cách đặt bánh công tác:
-Bơm đặt thẳng đứng.
-Bơm đặt nằm ngang.
+ Theo loại chất lỏng được chuyển bằng bơm :
-Bơm để bơm nước.
-Bơm để bơm sản phẩm dầu hoả.
+ Theo cách hút của bơm:
- Các bơm tự hút là các bơm có thiết bị để tạo ra chân không trong đường
ống hút trong thời kỳ khởi động.
- Các bơm không tự hút là các bơm không có thiết bị để tạo ra độ chân
không trong đường ống hút trong thời kỳ khởi động.
* Các thông số cơ bản của bơm ly tâm
- Cột áp:
Bơm li tâm khi làm việc với hệ thống đường ống sẽ có cột áp xác định,
cột áp này bằng cột áp cản của đường ống. Ta gọi cột áp đó là cột áp làm việc
của bơm li tâm và được xác định theo công thức sau:
6


P2 − P1 v22 − v12
HB = γ +
+ (z2 – z1 )
2g

( 1.6 )

Trong đó: P1,P2 – Là áp suất đo được tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;
v1, v2 – Là giá trị tốc độ dòng tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;
z1, z2 - Độ chênh hình học của hai vị trí đo áp suất P1 và P2;
Đối với bơm li tâm, ứng với mỗi vòng quay nhất định thì chỉ có một giá
trị cột áp mà tại đó bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, ta gọi là cột áp định
mức. Giá trị cột áp này được chỉ dẫn trên tài liệu kỹ thuật của bơm.
- Lưu lượng:
Lưu lượng là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị
thời gian. Giá trị sản lượng này thường được xác định bằng các cách đo trực tiếp
dòng chất lỏng mà bơm cung cấp được.
Lưu lượng thường được ký hiệu là Q, thứ nguyên là m3/giờ, m3/giây,
lít/phút.
- Công suất:
+ Công suất làm việc
Công suất làm việc là công suất tiêu tốn trên trục động cơ lai bơm. Ví dụ
bơm được lai bằng động cơ điện thì:
NLV= Nđ/cơ điện lai.ηđ/cơ điện lai
+ Công suất thuỷ lực:
Công suất thuỷ lực là công suất mà chất lỏng thực sự nhận được từ động
cơ lai để tạo ra cột áp H, và sản lượng Q, γ là khối lượng riêng của chất lỏng
N = γ QH

( 1.7 )

* Cấu tạo của bơm ly tâm
Ngày nay bơm li tâm có nhiều loại và kết cấu rất đa dạng song chúng bao
gồm các bộ phận chính như: Vỏ bơm, bánh cánh, ống góp hình xoắn ốc và thiết

bị làm kín. Kết cấu của một bơm điển hình được thể hiện trên (Hình 1.2). Đây là
bơm li tâm một cấp đặt đứng cửa hút quay xuống dưới và có khoan lỗ cân bằng
trên cánh để khử lực dọc trục.
7


Hình 1.2: Cấu tạo bơm li tâm
Trong đó:
1. Bánh cánh
2. Nắp vỏ bơm
3. Bộ làm kín đầu trục
4. Bệ đỡ động cơ
5. Ống bao trục
6. Vành làm kín đầu mút cánh
- Vỏ bơm:
Vỏ bơm có thể có kết cấu theo kiểu ghép ngang hay ghép dọc. Có thể
được chế tạo thành nhiều phần và sau đó ghép liên kết với nhau. Chúng thường
chế tạo bằng gang đúc, đồng đúc hoặc hợp kim. Chất liệu chế tạo và kiểu cách
tuỳ vào điều kiện công tác của bơm.
Thân vỏ bơm có thể được chia thành nhiều khoang riêng biệt với nhau với
nhiều mục đích. Nó cũng còn có ý nghĩa trong việc tạo khung để bố trí các ổ đỡ
trục, bộ làm kín, định hướng bánh cánh và các chi tiết khác…
Khi tháo lắp, sửa chữa hoặc bảo dưỡng nên chú ý các chốt định vị, độ dày
các gioăng và thứ tự lắp ghép để đảm bảo trạng kỹ thuật của bơm.
Lối dẫn chất lỏng vào bánh cánh tạo thành cửa hút. Phần góp chất lỏng ra
theo phương tiếp tuyến ngoài của bánh cánh công tác có hình xoắn ốc. Bầu góp
này có nhiệm vụ biến một phần cột áp động thành cột áp tĩnh nhằm giảm tổn
thất năng lương dưới dạng động năng.
8

- Bánh cánh công tác:
Bánh cánh công tác của bơm li tâm hình tròn gồm nhiều cánh cong hay
thẳng (Số lượng từ 5 - 9 cánh) gắn trên mâm tròn xoay và được quay nhờ gắn
chặt trên trục quay của bơm.Bánh cánh được chế tạo từ các loại vật liệu khác
nhau song trong lĩnh vực tàu thuỷ thường được chế tạo từ đồng đúc hoặc ghép.
Bánh cánh bơm li tâm có 3 loại chính là kín hai phía, hở một phía (phía
còn lại kín) và hai phía đều hở
ra tuỳ thuộc vào chế độ công tác và ưu tiên chức năng chính của bơm cần
cột áp hay cần lưu lượng mà kết cấu có dạng cánh cong ít hay cong nhiều.
Cánh cong nhiều và dài (β2 nhỏ) để bơm chủ yếu tạo ra cột áp lớn. Ngược
lại cánh cong ít và ngắn (β2 lớn) thì bơm chủ yếu tạo ra sản lượng cao
- Thiết bị làm kín:
Trong bơm li tâm thiết bị làm kín có nhiệm vụ ngăn cách giữa các khoang
công tác với nhau, không cho rò rỉ chất lỏng qua lại để đảm bảo chức năng của
bơm. Đồng thời có nhiệm vụ cách biệt trong bơm với bên ngoài môi trường, hạn
chế sự rò lọt của chất lỏng công tác ra ngoài môi trường, hoặc ngăn chặn không
khí bên ngoài lọt vào bơm.(Hình 1.3) thể hiện các vị trí cần làm kín trong bơm.
Đó là các vị trí lắp các bộ làm kín (Vị trí A, B, C). Chúng có tác dụng làm cách
biệt các vùng công tác có áp suất cao và vùng áp suất thấp, tránh sự qua lại của
chất lỏng. Tuy nhiên trong thực tế sự qua lại của chất lỏng vẫn tồn tại và vì thế
không tránh khỏi tổn thất lưu lượng của bơm.

Hình 1.3: Vị trí và một số dạng làm kín trong bơm li tâm
b. Bơm pittông
Bơm pittông là loại bơm thể tích với nguyên lí làm việc đơn giản (hình 1. 4).
9


Khi động cơ quay quanh trục O, kéo theo hệ thống biên - maniven 3,4 và chuyển

động quay biến thành chuyển động tịnh tiến qua lại của pittông 2 trong xilanh 1
với hành trình S = 2R (R là chiều dài maniven). Hai vị trí giới hạn hành trình
của pittông A1 và A2 tương ứng với 2 điểm chết C1 và C2 . Khi pittông dịch
sang trái thì thể tích buồng làm việc 5 tăng lên, áp suất tuyệt đối chất lỏng trong
xilanh giảm nhỏ hơn áp suất trên bề mặt thoáng bể hút. Lúc đó van đẩy 7 đóng
lại, van hút 6 bị đẩy mở ra và chất lỏng qua ống hút vào xilanh. Đó là giai đoạn
hút. Khi pittông dịch sang phải thì thể tích buồng làm việc giảm đi áp suất chất
lỏng trong xilanh tăng cao. Lúc này van hút 6 bị đóng lại, van đẩy 7 bị đẩy mở
ra và chất lỏng từ xilanh dồn vào ống đẩy. Đó là giai đoạn đẩy.
Qua cách làm việc của bơm pittông, ta thấy :
- Ống hút luôn ngăn cách bởi ống đẩy
- Chuyển động của chất lỏng không đều, lưu lượng bị dao động và hầu
như không phụ thuộc vào áp suất bơm.
- Áp suất bơm (cột áp H) có thể rất cao (tương ứng với độ bền bơm và
công suất động cơ kéo bơm).

Hình 1.4: Cấu tạo của bơm pittong

10


Với cùng lưu lượng như nhau thì bơm pittông cồng kềnh và khó chế tạo (kín,
khít) hơn so với bơm li tâm. Do vậy, ở vùng áp suất thấp và trung bình người ta
ít dùng bơm pittông, nhưng ở vùng áp suất cao và rất cao (trên 200 at) thì hiện
tại bơm pittông chiếm ưu thế tuyệt đối ( như trong hệ truyền động bằng dầu,
trong vòi phun nhiên liệu động cơ điêzen, trong hệ thuỷ lực điều khiển trên máy
bay…).
1.1.5. Đặc tính của bơm
Do bơm được lai bởi động cơ điện nên ở đây ta xét đặc tính của bơm như
một đối tượng mà động cơ điện phải truyền động. Qua đó thấy những đáp ứng

cần phải có khi động cơ kéo bơm. Bơm có rất nhiều loại sau đây em chỉ khảo sát
loại điển hình phổ biến và được sử dụng trong đề tài này.
Do diện tích mặt cắt buông trôn ốc tăng dần nên lưu tốc chất lỏng giảm
dần và một phần động năng của chất lỏng biến thành áp năng, dồn chất lỏng vào
ống đẩy.
Lí thuyết và thực nghiệm cho thấy: khi tốc độ quay n của động cơ giữ
nguyên thì cột áp H, công suất N và hiệu suất η là hàm số của lưu lượng Q.
Quan hệ H=H(Q); N=N(Q); η= η(Q) gọi là các đặc tính riêng của bơm. Đường
cong H=H(Q) hoặc Q=Q(H) cho biết khả năng làm việc của bơm nên còn gọi là
đặc tính làm việc của bơm.

Hình 1.5: Các đặc tính công tác của bơm li tâm
Nhận xét đặc tính N(Q) ta thấy: Công suất N có trị số cực tiểu khi lưu
lượng bằng 0. Lúc này động cơ truyền động mở máy dễ dàng. Do vậy, động tác
hợp lí khi mở máy là khi khóa van 7 trên ống đẩy để cho Q = 0. Sau đó một hay
11


hai phút thì mở van ngay để tránh bơm và chất lỏng bị quá nóng do công suất
động cơ chuyển hoàn toàn thành nhiệt năng. Hơn nữa, lúc mở máy, dòng động
cơ lại lớn nên Q ≠ 0 sẽ làm dòng khởi động quá lớn có thể gây nguy hiểm cho
động cơ điện.
1.2 Yêu cầu về truyền động điện và trang bị điện cho trạm bơm
Như đã nêu, bơm có rất nhiều kiểu loại, đa dạng và giải công suất cũng rất
rộng. Truyền động cho bơm phổ biến là tryuền động điện. Tuỳ theo tốc độ bơm,
nối giữa động cơ và bơm có thể là trực tiếp (đồng trục) hoặc gián tiếp qua hộp
tốc, đai truyền ly hợp thay đổi tốc độ, hệ thống biên maniven, trục khuỷu… Do
vậy, khi chọn công suất động cơ, cần lưu ý tới hiệu suất của các khâu truyền lực
trung gian. Các bơm hầu như không đòi hỏi thay đổi tốc độ nên phổ biến kéo
bơm là dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc, mở máy

trực tiếp (nếu công suất nhỏ) hay gián tiếp qua điện trở, cuộn kháng ở mạch
stator (nếu công suất trung bình). Với bơm có công suất trung bình và lớn, cũng
thường dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn, mở máy
bằng điện trở hạn chế ở mạch rotor để giảm dòng mở máy hoặc kết hợp thêm
với các phần tử hạn chế ở mạch stator. Trường hợp công suất lớn và rất lớn,
dùng động cơ không đồng bộ để cải thiện cos
Với những bơm chuyên dùng, có thể dùng động cơ một chiều kích từ song song
hoặc nối tiếp, nhất là khi có yêu cầu thay đổi tốc độ bơm.
Chọn động cơ kéo bơm pittông, phải theo loại bơm cụ thể và lưu ý sự biến thiên
của lưu lượng, cột áp của bơm, do đó mômen động cơ cần đáp ứng.
Trường hợp truyền động bơm li tâm, do bơm không tự động mồi nước được,
mạch điều khiển cần phải đảm bảo mồi nước trước khi chạy bơm (qua bơm mồi,
các van…) và tuân thủ các thứ tự thao tác chạy bơm.
Vì bơm hoạt động ở môi trường ẩm ướt (nước, chất lỏng khác) hoặc ở môi
trường độc hại (axit, kiềm…) hoặc ở môI trường dễ nổ, cháy (dầu, axit) hoặc ở
môi trường bẩn (bùn) nên các trang bị điện cũng phải đáp ứng được các điều
kiện đó.
Một số chú ý về thiết kế trang bị điện cho tạm nhiều máy bơm:
12


- Trước hết ta cần chú ý loại tạm bơm, nếu là bơm nước thường trạm bơm cho
hệ thống bình kín hoặc tạm bơm cho hệ thống bình hở. Dù là laọi này hay loại
kia thì việc vận tải chất lỏng đi xa với lưu lượng cần thiết dòng chất lỏng cũng
phải dự trữ một áp năng nào đó.
- Trong các loại hệ thống dùng để bơm chuyển vật liệu hoá chất, vật liệu công
nghệ, trạm thường được thiết kế nhiều bơm. Trong trạm nhiều bơm thì vấn đề tự
động hoá trạm nhằm và các vấn đề cần giải quyết sau:
(i). Duy trì mức chất lỏng cần thiết trong bình chứa;
(ii). Lựa chọn số lượng bơm hoạt động cần thiết;

(iii). Thứ tự tự động khởi động các bơm trong trạm;
(iiii) Thứ tự dừng tự động các bơm trong trạm bơm.
- Thiết kế bảo vệ động cơ truyền động, bảo vệ bơm và sự làm việc bền vững của
hệ thống.
- Hệ thống đảm bảo báo động, tín hiệu hoá, tự động dừng và tự động khởi động
khi có yêu cầu.
- Những hệ thống bơm đặc biệt như bơm dầu, hoá chất nhất thiết phải có nhiều
vị trí dừng khi có sự cố, hoả hoạn…
1.3 Khởi động động cơ không đồng bộ truyền động cho bơm
a. Khởi động trực tiếp

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý phương pháp khởi động trực tiếp
13


b.Khởi động bằng đổi nối sao tam giác

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý phương pháp khởi động đổi nối sao tam giác
c.Khởi động bằng bộ khởi động mềm nhiều động cơ

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý phương pháp khởi động bằng bộ khởi động mềm
14


1.4 Một số hệ thống bơm điển hình
a. Hệ thống bơm chất lỏng tăng áp 2 cấp

M

PG PT

01 01

M

PG PT
04 04

PG PG

VG
05

PG PT

03 03

F1

06 06

F2

M

PG PT
02 02

M

PG P T

05 05

Hình 1.9:Hệ thống bơm tăng áp 2 cấp

15


Hệ thống bơm chất lỏng tăng áp thường được sử dụng trong trường
hợp cần truyền tải chất lỏng đi xa. Khi đó, hệ thống bơm được mắc nối tiếp
với nhau nhằm tăng cột áp cho hệ thống. Hình 1.2 minh họa một hệ thống
bơm tăng áp 2
cấp bơm nhiên liệu cho diesel chính lai chân vịt tàu thủy
Tại đầu nguồn: có 2 bể chưa nguồn, đảm bảo luôn cấp đủ nhiên liệu cho
hệ thống bơm làm việc.
Hệ thống thiết kế 2 tầng bơm mắc nối tiếp nhau (tăng áp 2 cấp), mỗi
tầng gồm có 2 bơm mắc song song với nhau. Với cách thiết kế như trên, sư
làm việc luân phiên của các bơm được đảm bảo (mỗi tầng đều có 1 bơm chạy
chính và 1 bơm dư phòng).
b. Hệ thống bơm chất lỏng bồn hở

Hình 1.10:Hệ thống bơm chất lỏng bồn hở

16


Hệ thống sử dụng 4 bơm mắc song song cùng đưa đến 1 đường ống góp
chung, cấp chất lỏng cho 1 bồn kín.
Xét 1 nhánh bơm:
- Đầu hút của bơm đặt sát đáy của bể hút.
-Kết nối đầu hút đầu đẩy của bơm tới đường ống bằng khớp nối mềm đảm bảo

hạn chế rung, tiếng ồn trong khi bơm làm việc.
-có van cầu tại hai đầu bơm cho phép cách ly hoàn toàn bơm ra khỏi hệ thống
khi cần thiết.
-Tại mối đầu đẩy của bơm ly tâm,lắp đặt van 1 chiều có tác dụng:
+giảm khởi động cho bơm.
+Ngăn chất lỏng chảy ngược về đầu đẩy của bơm gây tổn thất trong hệ thống.

17


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN, HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
CHO TRẠM CÓ NHIỀU BƠM
2.1 Hệ thống bơm chất lỏng bồn kín
Hệ thống sử dụng 4 bơm mắc song song cùng đưa đến 1 đường ống góp
chung, cấp chất lỏng cho 1 bồn kín.
Xét 1 nhánh bơm:
- Đầu hút của bơm đặt sát đáy của bể hút.
-Kết nối đầu hút đầu đẩy của bơm tới đường ống bằng khớp nối mềm đảm bảo
hạn chế rung, tiếng ồn trong khi bơm làm việc.
-có van cầu tại hai đầu bơm cho phép cách ly hoàn toàn bơm ra khỏi hệ thống
khi cần thiết.
-Tại mối đầu đẩy của bơm ly tâm,lắp đặt van 1 chiều có tác dụng:
+giảm khởi động cho bơm.
+Ngăn chất lỏng chảy ngược về đầu đẩy của bơm gây tổn thất trong hệ thống.
-Tại mỗi vị trí lắp đặt thiết bị đo lường,sử dụng một cửa van để thuận tiện tháo
lắp thiết bị đo ra khỏi hệ thống ngay cả khi hệ thống đang làm việc.

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống bơm chất lỏng bồn kín

18

2.2. Xây dựng mạch động lực

Hình 2.2: Sơ đồ mạch động lực của hệ thống
2.3. Xây dựng mạch giám sát
Ta xây dựng một trạm bơm chất lỏng bình kín gồm có 3 bơm li tâm với
yêu cầu duy trì mức nước đủ cung cấp cho các hộ tiêu thụ khi nhu cầu sử dụng
của các hộ luôn có sự thay đổi. Thuật toán điều khiển
Tại thời điểm ban đầu khi ấn nút Start, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động.
Trạng thái của các cảm biến mức sẽ được đọc về và xử lí theo thuật toán sau:
19


- Mức nước trong bình dưới vị trí a: Bật đồng thời cả 3 bơm số 1, số 2, số 3 hoạt
động.
- Mức nước trong bình trong khoảng từ vị trí a đến vị trí b: Bật chạy bơm số 1
và bơm số 2.
- Mức nước trong bình trong khoảng từ vị trí b đến vị trí c: Bật chạy bơm số 1.
- Mức nước trong bình trên vị trí c: Tắt hết các bơm.
Với sự hoạt động của hệ thống như đã phân tích ở trên, ta sẽ chọn thiết bị
điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống đó là PLC S7-300 của Siemens với
một số lí do sau đây:
Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt
cho các hệ thống công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC,
quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả
hơn. PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơle hay máy tính tiêu chuẩn.
- Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu
chuẩn hay tủ điều khiển rơle để thực hiện cùng một chức năng.
- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả

các máy tính thông thường.
- Giá thành thấp: Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơle, nhưng nó
có khả năng thay thế hàng trăm rơle.
- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được
làm từ các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm,
rung động và nhiễu. Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.
- Giao diện trực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức
tạp để có thể giao tiếp với môi trường công nghiệp. Trong khi đó các PLC có thể
giao tiếp trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O đã được chế tạo sẵn theo chuẩn
công nghiệp.
- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ
đồ hình thang, tương tự như sơ đồ đấu nối của các hệ thống điều khiển rơle
thông thường.

20


- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi
nhanh chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào
PLC bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, hoặc bằng truyền tải qua mạng.
Cùng với những ưu thế về phần cứng, dưới đây cũng là các ưu thế về
phần mềm:
- PLC có nhiều công cụ lập trình dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3.
- Sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao tạo ra khả năng viết những chương
trình lớn và phức tạp khi giao tiếp với các thiết bị ngoại vi hay truy cập dữ liệu
chương trình.
- Cấu trúc các khối chức năng được sử dụng cho các bộ lập trình Ladder
làm tăng khả năng lập trình bằng những lệnh đơn giản.
- Cho phép xác định các lỗi của bộ điều khiển cũng như các lỗi của thiết
bị trong quá trình sản xuất.

- Cung cấp các phép toán với số thực dấu phẩy động tạo ra khả năng tính
toán các bài toán phức tạp.
2.3.1. Phân công cổng đầu vào của PLC
Đầu vào
Nút ấn Start
Nút ấn Stop
Nút Reset
Cảm biến mức A
Cảm biến mức B
Cảm biến mức C
Cảm biến mức D đặt ở nguồn nước
Tiếp điểm thường đóng của Rơ le nhiệt R 1
Tiếp điểm thường đóng của Rơ le nhiệt R 2
Tiếp điểm thường đóng của Rơ le nhiệt R 3

Địa chỉ
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1

2.3.2. Phân công cổng đầu ra của PLC
Đầu ra
Địa chỉ

Công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ lai Q0.0
bơm 1
Công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ lai Q0.1
bơm 2
21


Công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ lai Q0.2
bơm 3
Đèn báo động cơ 1 bị quá tải
Đèn báo động cơ 1 bị quá tải
Đèn báo động cơ 1 bị quá tải
Đèn báo cảm biến hỏng
Đèn báo hệ thống đang làm việc
Biến trung gian được bật lên bằng 1

Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
M0.0

khi ấn Start
Biến trung gian báo nước dưới mức a M0.1
hoặc trên mức c để các bơm chỉ chạy
khi mức nước dưới a
Tổng quan về PLC- S7300
PLC- S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:
- CPU các loại khác nhau: 312FM, 312C, 313C, 314, 314FM, 314C, 315-2DP,

316-2DP, 318…
- Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng / số: SM321, SM374…
- Module chức năng FM
- Module truyền thông CP
- Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A,
10A
Các module được gắn trên thanh ray, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải
CPU tạo thành một rack. Mỗi module được gắn một số slot tính từ trái sang
phải: module nguồn là slot 1, module CPU là slot 2, module kế mang số 4. Các
module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các
module ngõ vào ra tín hiệu. Đối với CPU 315-2DP, 316- 2DP có thể gán địa chỉ
tùy ý cho các module
Cấu hình cứng của trạm PLC được khai báo bằng phần mềm Step7 như
sau:
- Module nguồn: PS 307 5A
- Module CPU 316 -2DP
22


- Module tín hiệu vào DI32xDC24V do có tổng cộng 10 tín hiệu vào và các tín
hiệu vào là tín hiệu số.
- Module đầu ra DO32xDC24V/0.5A do có tổng cộng 8 tín hiệu đầu ra và các
tín hiệu ra là tín hiệu số

Hình 2.3: Cấu hình cứng của trạm PLC S7 - 300

2.3.3. Sơ đồ mạch giám sát

23

Hình 2.4: Sơ đồ mạch giám sát sử dụng PLC S7-300

CHƯƠNG 3.TÍNH CHỌN THIẾT BỊ VÀ TỦ ĐIỆN
3.1 Tính chọn các thiết bị
24


Moldel

Nguồn

Công suất

Hút

Cột

Lưu

Ống

điện

(Kw –

Sâu

Áp

Lượng

hút,

(V/Pha)

Hp)

(m)

(m)

(m3/h)

xả
(mm)

CMA
200

380/3

1.5

2

9

47.5-

1.2-

33-

42

7.2

25

Ứng dụng:
Bơm tăng áp cho hệ thống tưới tiêu và sử dụngtrong công nghiệp.
Loại bơm CMR với cánh bơm hở cho phép hút được chất thải (chất rắn).
-

Áp lực hoạt động tối đa: 6 bar, 8 bar cho bơm CMA 1.50-2.00-3.00 và

CMB4.40-5.50
-

Nhiệt độ lưu chất tối đa:350C với, sử dụng trong gia đình. 400C sử dụng

cho bơm CMA 0.50-0.75-0.80-1.00900C sử dụng cho mục đích khác.
25