Chuong 6 co luu chat

PHẦN 2: PHẦN ỨNG DỤNG
CHƯƠNG 6
MÁY BƠM
1. KHÁI NIỆM
Máy bơm được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân. Bơm là thiết bị
chính cung cấp năng lượng cho dòng chảy nhằm thắng tất cả trở lực trên đường đi hoặc nâng
chất lỏng lên một độ cao nào đó. Năng lượng cung cấp cho bơm hoạt động được lấy từ các
nguồn động lực khác nhau
Các chú ý khi chọn và sử dụng bơm:
-

Bơm hoạt động bình thường, ít xảy ra hư hỏng

-

Dễ điều chỉnh các thông số kỹ thuật, như áp suất, lưu lượng

-

Dễ thay thế phụ tùng khi cần thiết

-

Giá cả chấp nhận được
Ngoài ra phải xét tới các lý tính và hóa tính của lưu chất tại nơi đặt bơm nữa.
1.1.

Phân loại bơm

Theo nguyên lý hoạt động bơm chia làm hai nhóm chính sau đây:
• Bơm thể tích: Sự hút vào và đNy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể tích của

không gian làm việc trong bơm, mà sự thay đổi thể tích đó là do sự chuyển động tịnh tiến
của piston trong bơm piston hoặc chuyển động quay trong bơm rotor. Bơm thể tích gồm có:
bơm piston, bơm rotor, bơm cánh trượt v.v…
• Bơm động lực: Sự hút vào và đNy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ chuyển động quay của
roto trong thân bơm, khi đó động năng của cánh trên roto sẽ truyền vào chất lỏng để tạo
năng lượng cho dòng chảy. Gọi tắt là lực ly tâm hoặc lực đNy của cánh. Bơm động lực gồm
có: bơm ly tâm, bơm hướng tâm, bơm turbin.
Ngoài hai loại chính trên, ta còn thấy loại bơm khí động khác như bơm ejector, bơm
thùng nén v.v… tuy nhiên các loại này rất ít sử dụng trong công nghiệp, do đó phạm vi giáo
trình này không giới thiệu.
1.2.

Các thông số chính của bơm

• Lưu lượng, ký hiệu Q;

m3
s
66


Là thể tích của chất lỏng cung cấp lên đường ống đNy trong một đơn vị thời gian
ℓ
Chú ý: Nếu đơn vị lưu lượng là   hoặc
s

 m3 

 thì phải chuyển về hệ SI là
h




 m3 


s



• Áp suất toàn phần còn gọi là cột áp – ký hiệu H; mcl

H = ∆z +

∆P ∆v 2
+
+ ∑ h ; mcl
γ
2g

(6 -1)

Là hiệu số của hai cơ năng tại 2 mặt cắt(2 – 2) – (1 – 1)
Ở đây:
∆z = z 2 − z1 ; mcl

∆P P2 − P1
=
; mcl
γ

γ
∆v 2 v 2 2 − v 21
=
; mcℓ
2g
2g
∑ h = ∑ h hut − ∑ h day ; mcℓ

• Chiều cao hút của bơm – Ký hiệu Zh; mcℓ

Pkq − Pck 
v 2
ℓ
(6 - 2)
−  α + λ h + ∑ ξ  2 ; mcℓ
γ
dh

 2g
Ngoài ra chiều cao hút còn phụ thuộc vào áp suất bão hòa của chất lỏng tại nơi đặt bơm
nữa, trong thực tế bơm chỉ hút chất lỏng tốt trong điều kiện:
2
Pbh 
ℓh
 v2
Zh ≤
− α + λ
+ Σξ  ; m cℓ
(6 – 3)
γ 

d
 2g
Zh =

• Công suất của bơm – Ký hiệu N; kW

67


Công suất của bơm được xác định theo công thức:

ρgQH
; kW
1000η
ρQH
; kW
Hoặc: N =
102η

N=

(6 – 4a)
(6 – 4b)

ρ: Khối lượng riêng chất lỏng; kg/m3
g: gia tốc trọng trường; m/s2
Q: lưu lượng; m3/s
H: áp suất toàn phần của bơm; m
η: hiệu suất – (0,8 ÷ 0,9)
• Hệ số quay nhanh – Ký hiệu ns;v/phút

Ở đây

ns =

3,65.n. Q
; v/phút
H 0,75

(6 – 5)

Dựa vào hệ số quay nhanh ta có thể chọn bơm như sau
- Bơm piston và bơm rotor
ns = 50; v/phút
- Bơm ly tâm
ns = (50 ÷ 500); v/phút
- Bơm hướng tâm
ns = (500 ÷1200); v/phút
2. BƠM THỂ TÍCH
Đặc điểm chung:
- Lưu lượng cung cấp không đều
- Bơm được lưu chất có độ nhớt cao hoặc rất cao
- Làm việc áp suất cao, lưu lượng nhỏ
- Dễ hư hỏng, sự cố.
2.1.

Bơm piston

2.1.1. Phân loại bơm piston

Có các cách phân loại như sau:
- Theo cơ cấu truyền động: dùng động cơ, máy phát điện
- Theo số lượng cấp: một cấp, hai cấp, nhiều cấp
- Theo số lần tác động: Tác động đơn, tác động kép, đa tác động
- Theo vị trí piston: piston nằm ngang, thẳng đứng
- Theo áp suất làm việc: áp suất thấp (P < 10 at), áp suất trung bình (P =10 ÷
20at), áp suất cao (P > 10at)
- Theo năng suất: năng suất nhỏ (Q <15m3/h), năng suất trung bình Q = (15 ÷
60) m3/h, năng suất lớn Q > 60 m3/h
2.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

68


Nguyên lý làm việc: giả sử Piston 4 chuyển động về phía phải thì áp suất trong xilanh 3
nhỏ hơn dần, đến một điểm nào đó áp suất của xilanh 3 nhỏ hơn áp suất khí quyển Pkq khiến
cho Clape 8 mở còn Clape 5 đóng lại, chất lỏng được hút vào trong lòng xilanh 3
Khi piston 4 chuyển động ngược chiều trở lại theo chiều biến thiên góc ϕ thì áp suất
trong xilanh 3 tăng dần, đến khi áp suất đó đủ lớn thì Clape 8 đóng lại và Clape 5 mở ra,
chất lỏng đưa lên đường ống đNy 7.
2.1.3. Tính lưu lượng (năng suất)

Nếu ta gọi:
D: Đường kính của xilanh; m
S = 2r : khoảng chạy của piston; m
n: số vòng quay của cơ cấu truyền động; v/phút
i: Số lần tác động
ψ: thừa số kể sự ảnh hưởng của thanh truyền chiếm chỗ trong lòng xilanh, với
2A − A '
bơm có số lần tác động lẻ ψ = 1, còn tác động chẵn Ψ =

(với: A: tiết diện
2A
xilanh; m2, A’: tiết diện thanh truyền; m2)
η: hiệu suất bơm; %

69


πD 2 2r.n
m3
Công thức tính là: Q =
.
.i.ψ.η ;
4 60
s

(6 – 6)

Dưới đây là nguyên lý làm việc của máy bơm hai tác động (Hình 6. 3)

2.1.4. Quy luật chuyển động của piston trong xilanh

Vận tốc trung bình của piston chuyển động trong xilanh là
v tb = ϖ.r.sin ϕ ; m/s

(6 – 7)

ω: vận tốc gốc; rad/s
r: bán kính quay; m
ϕ: góc biến thiên

Khi ϕ = 0 suy ra v = 0
Với

π
suy ra v = vmax
2
v
Độ sai lệch giữa max = 1,57 là biểu thị sự chuyển động không đều của piston trong
v tb

Khi ϕ =

xilanh
Vậy độ sai biệt lưu lượng phụ thuộc vào loại bơm như sau:
• Bơm một tác động: m = 3,14
• Bơm hai tác động: m = 1,57
• Bơm ba tác động: m = 1,37
• Bơm bốn tác động: m = 1,11
• Càng nhiều tác động: m ≈ 1
Qua đó, thấy rằng bơm càng nhiều tác động thì lưu lượng sai biệt không đáng kể.
2.1.5. Đồ thị cung cấp lưu lượng

Từ phương trình (6 – 7) cho ta đồ thị cung cấp lưu lượng theo quy luật hình sin. Các
hình (Hình 6.4a); (Hình 6.4b); (Hình 6.4c) biểu thị của bơm một tác động, hai tác động và
nhiều tác động
70


Hiện tượng mà lưu lượng chỗ có chỗ không gọi là mạch nhảy
- Với bơm một tác động có mạch nhảy lớn

- Với bơm hai tác động mạch nhảy được làm kín hơn
- Với bơm nhiều tác động (ở đây là ba tác động) hiện tượng mạch nhảy càng nhỏ;
càng được làm kín. Tức là m → 1
Vậy khi mạch nhảy càng kín thì sự cố của bơm càng giảm
2.1.6. Tác dụng của bầu khí
Ở hình (H6.2) ta thấy có hai bầu khí là 9 và 6. Do có hiện tượng mạch nhảy như đã nói
ở trên nên lưu lượng của bơm cung cấp không đều, dễ sinh ra lực quán tính. Lực này làm
tăng ma sát, khiến cho năng lượng vận chuyển của dòng yếu đi.
Vậy để khắc phục lực quán tính đó, trên bơm piston người ta thường gắn thêm hai bầu
khí, nhờ các bầu khí này mà lưu lượng của dòng chảy được điều hòa hơn.
2.1.7. Chiều cao hút của bơm piston

Ta có:



 v2
P
ℓ
Z h = bh −  α + λ h + Σξ 
+ X + Y  ; mcℓ
γ
dh
 2g



(6 – 8)

Ở đây

X: trở lực bầu khí hút; mcℓ
Y: trở lực của clape hút; mcℓ
X và Y hoàn toàn xác định bằng thực nghiệm. Nếu X = Y = 0 thì công thức (6
– 8) trở về dạng thông số chính xem (6 – 2)
2.1.8. Đường đặc tính của bơm piston

Về mặt lý thuyết thì ứng với mỗi lưu lượng, sẽ cho một giá trị áp suất vô cùng lớn
(Hình 6.5). Nhưng trong thực tế do nhiều hao hụt, nên khi áp suất càng cao thì lưu lượng tiến
tới không

71


2.1.9. Công suất chỉ thị - Ni; kW
(Chỉ thị: Đọc giá trị trực tiếp trên dụng cụ đo khi bơm hoạt động)
Xác định theo công thức

Ni =

Pi .Q i
; kW
1000

(6 – 9)

N
m2
m3
Qi: năng suất chỉ thị;

s
Pi: áp suất chỉ thị;

2.1.10. Các phụ kiện kèm theo hệ thống máy bơm

- Crêpin: Vừa đóng vai trò như van một chiều gắn cuối đường ống hút, vừa
đóng vai trò như lưới chắn rác tránh lọt vào đường ống.
- Van một chiều: Gắn trên đường ống đNy giúp bơm khởi động dễ hơn.
- Áp kế: Nên gắn đầy đủ trên ống hút và ống đNy để kiểm soát tính ổn định của
bơ m
- Van xả gió: Giúp hệ thống tránh va đập thủy lực.
2.2.

Bơm Roto

Bơm roto là một loại bơm thể tích, bơm roto có nhiều loại khác nhau gồm bơm bánh
răng, bơm cánh trượt, bơm trục vít, v.v.
2.2.1. Bơm bánh răng

Cấu tạo gồm hai bánh răng 1và 2 quay ngược chiều, số lượng răng từ (8 ÷ 10), các rãnh
răng đóng vai trò như xilanh, còn răng đóng vai trò như piston, lưu chất liên tục hút và đNy
khi hai bánh răng quay ngược chiều nhau, số răng càng nhiều thì lưu lượng càng đều (Hình
6. 6)

72


Năng suất xác định theo:

Q=

(

)

π.b.n 2
D1 − D 22 .η ; m3/s
240

(6 – 10)

Trong đó b: bề rộng bánh răng; m
D1: đường kính đỉnh răng
D2: đường kính chân răng; m
n: số vòng quay; v/phút
η = (0,7 ÷ 0,8); hiệu suất
Áp suất tối đa khi bơm làm việc đạt 25at, lưu lượng tối đa 60 m3/h
Ứng dụng bơm bánh răng để bơm lưu chất có độ nhớt tối đa 50 stock
2.2.2. Bơm trục vít

Bơm trục vít là một loại bơm thể tích, ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Bơm có một,
hai, ba hay nhiều trục vít. Khi trục chủ động 3 quay thì khe trục có vai trò như xilanh, hai
trục bị động 4 đóng vai trò làm kín mà thôi. Bơm trục vít bơm được các loại lưu chất có độ
nhớt cao khoảng 50 ÷ 100 Stock và áp suất rất cao.

73


Năng suất được tính theo:
10d

Khi bước vít: t =
thì Q = 248,8.10-6.n.d3.η; m3/h
3
Khi bước vít: t =
Trong đó

5d
thì Q = 124,4.10-6.n.d3.η; m3/h
3

(6 – 11a)
(6 – 11b)

n - số vòng quay trục chủ động; v/phút
d: đường kính trục bị động; cm
t: bước vít, là khoảng cách giữa đỉnh của hai vít kề nhau; cm

3. BƠM ĐỘNG LỰC

Bơm động lực gồm các loại sau đây: bơm ly tâm, bơm hướng trục, bơm turbin,… dùng
rộng rãi trong các ngành kinh tế và trong dân dụng.
3.1.

Bơm ly tâm

Lưu chất khi đi qua bơm được nhận thêm công do lực ly tâm sinh ra nhờ rôto trong
thân bơm hoạt động. So với các bơm vừa giới thiệu ở trên thì bơm ly tâm có nhiều ưu điểm
là bơm dễ sử dụng, dễ điều chỉnh các thông số kỹ thuật, trong quá trình làm việc không hư
hỏng lặt vặt, có thể bơm lưu chất có độ nhớt khá cao, chi tiết rôto rất ít hao mòn do lực ma
sát cơ học không đáng kể, đặc biệt không cần nhập ngoại và giá thành chấp nhận được.

3.1.1. Phân loại

Như các loại bơm khác, bơm ly tâm cũng được phân loại theo nhiều cách khác nhau
- Phân loại theo áp suất gồm có: áp suất thấp, áp suất trung bình và áp suất cao
- Phân loại theo số cấp gồm có: một cấp, hai cấp dễ sử dụng, dễ điều chỉnh các thông
số kỹ thuật, trong quá trình làm việc không hư hỏng lặt vặt, có thể bơm lưu chất có độ
nhớt khá cao, chi tiết rôto rất ít hao mòn do lực ma sát cơ học không đáng kể, đặc biệt
không cần nhập ngoại và giá thành chấp nhận được., nhiều cấp
- Phân loại theo phương thức chuyển chất lỏng vào bơm gồm có: cánh hướng dòng,
không cánh hướng dòng.
- Phân loại theo hệ số quay nhanh ns
• ns = (40 ÷ 80) v/phút → bơm quay chậm
• ns = (80 ÷ 150) v/phút → bơm quay vừa
• ns = (150 ÷ 500) v/phút → bơm quay nhanh
• ns = (500 ÷ 1200) v/phút → bơm hướng trục
3.1.2. Cấu tạo và nguyên lý

Cấu tạo: rôto 2 gồm có đĩa (b), trên đĩa gắn cánh (a), số lượng cánh gồm 2, 4 tối đa 20
cánh (H6. 8a), vỏ 3 có hình xoắn ốc, nhờ vậy mà dòng lưu chất khi qua bơm ít ma sát, ít tổn
thất áp suất. Hình (H 6.8) mô tả cấu tạo bơm ly tâm một cấp.

74


Nguyên lý hoạt động: Khi rôto 2 quay, dưới tác dụng lực ly tâm, áp suất ở tâm bơm là
nhỏ nhất, do tính liên tục và tính chảy của lưu chất mà chúng dâng lên tâm rôto, nhận thêm
năng lượng do lực ly tâm cung cấp rồi theo cánh chuyển động ra mép ngoài của rôto lên
đường ống đNy 1

3.1.3. Phương trình cơ bản của bơm ly tâm

Ký hiệu:

Điểm (1) – Lưu chất vào rôto, bán kính r1; m
Điểm (2) – Lưu chất ra khỏi rôto, bán kính r2; m
U: vận tốc vòng của lưu chất cùng với rôto; m/s
W: vận tốc tương đối của lưu chất từ điểm (1) ra điểm (2)
→

→

→

C: vận tốc tuyệt đối của lưu chất đi qua rôto; C = W + U ; m/s
→
→
α: góc tạo bởi véc tơ C và véc tơ U
→
→
β: góc tạo bởi véc tơ W và véc tơ U
Mối quan hệ giữa cánh và sơ đồ vận tốc chuyển động trong cánh bơm biểu diễn ở hình (H 6.
8.b)

75


-

Phương trình bơm ly tâm có dạng tổng quát
U 22 - U12 W12 - W22 C 22 - C12

; mcl
H lt =
+
+
2g
2g
2g
(a )

(b)

(6 -12)

(c )

- Ý nghĩa vật lý các số hạng
(a): Là sự biến thiên áp suất do lực ly tâm tác dụng lên lưu chất để làm cho nó chuyển
động từ điểm (1) ra điểm (2)
(b) Là sự thay đổi áp suất do sự thay đổi áp suất khi đi qua rôto
(c) Sự biến thiên động năng của dòng lưu chất từ điểm (1) ra điểm (2)
Mặt khác:
W12 = U12 + C12 − 2 U1C1 cos α1
(6 - 13)
2
2
2
W2 = U 2 + C 2 − 2 U 2 C 2 cos α 2
Thế vào (6 -12), rút gọn ta được:
U C cos α 2 − U1C1 cos α1
H lt = 2 2

g

(6 -14)

Phương trình (6 -14) gọi là phương trình cơ bản của bơm ly tâm do Euler tìm ra, nó
được dùng để tính bơm ly tâm, bơm hướng tâm, quạt ly tâm và hướng tâm, bơm turbin, máy
nén turbin
Để tránh sự va đập làm hư bơm, cho α1 = 900, do vậy
U C cos α 2
(6 - 15)
H lt = 2 2
g
Từ đây ta xét ảnh hưởng độ cong của cánh lên áp suất bơm

Gọi C2U là hình chiếu vận tốc tuyệt đối C lên vận tốc vòng u
C2U = C2cosα2 = U2 – Cr2.cotanβ2
Thế vào (6 – 15)
U 2 U C . cot anβ 2
H lt = 2 − 2 r 2
g
g
-

Nếu β2 > 900 thì cotan β2 < 0 ⇒ Hlt > 0: cánh cong phía trước (H. 6. 8d)
Nếu β2 < 90o thì cotan β2 > 0 ⇒ Hlt < 0: cánh cong phía sau (H. 6. 8b)

76

(6 - 16)

(6 - 17)


-

Nếu β2 = 90o thì cotan β2 = 0 ⇒ Hlt =

U 22
: cánh thẳng (H. 6. 8e)
2g

Nhận xét:
Với cánh cong về phía dưới β2 > 90o tạo ra áp suất lý tưởng, song dễ sinh ra va đập
thuỷ lực làm hư bơm. Trong thực tế chỉ vận hành theo cánh cong phía sau β2 < 90o hoặc
cánh thẳng β2 = 90o mà thôi
3.1.4. Áp suất toàn phần thực

H lt =
Trong đó k =

U 2 C 2 cos α 2
g

.η.k ; mcl

(6 -18)

1

; hệ số tuần hoàn lưu chất




2ε 
1

1+ 
z   r 2 
1 −  1 r  
  2 
ε = (0,8 ÷ 1,3) Hệ số thực nghiệm
z : hệ số cánh trên đĩa rôto
r1: bán kính trong của rôto; m
r2: bán kính ngoài của rôto; m

3.1.5. Tính năng suất (lưu lượng)

Năng suất bơm ly tâm xác định bằng công thức thực nghiệm:
Q = η.π.D.B.Cr ; m3/s
Trong đó: η = (70 ÷ 90)% :Hiệu suất
D: đường kính rôto (2r2); m
B: bề rộng khe dẫn lưu chất; m
πD.n
Cr =
ϕ ; vận tốc tuyệt đối; m/s
60
ϕ = (0,8 ÷ 0,95): hệ số dòng chảy
77

(6 -19)

3.1.6. Đường đặc tính của bơm ly tâm

Đem các biểu thức:
C1u = C1 cos α1 = U1 − C r1 cot anβ1

C 2 u = C2 cos α 2 = U 2 − C r 2 cot anβ 2
U1 = ωr1

U 2 = ωr1
Q

C r1 = ηπD B

1 1

Q
C =
r2

ηπ21 B 2
Thế vào (6 – 14) sẽ có đường đặc tính sau (Hình 6. 10)

78


Về mặt lý thuyết (Hình 6.10) quan hệ giữa (H – Q) là quan hệ bậc nhất, còn thực tế thì
mối quan hệ này thuộc loại bậc 2, có dạng
H = f (Q)

(6 – 20)
3.1.7. Điểm làm việc của bơm

Hai đường cong (H – Q) và trở lực Σh cắt nhau tại điểm (A) hình (H6.11). Điểm (A)
đó gọi là điểm làm việc của bơm, có thể điều chỉnh điểm (A) này theo yêu cầu kỹ thuật.
Điểm A có toạ độ: [QA; HA; ηA]

3.1.8. Đường đặc tính tổng hợp

Khi chế tạo bơm hoặc (quạt, máy nén), người ta cho vận hành thử rồi từ đó xây dựng
đường đặc tính thực, bố trí các đường đặc tính trên đồ thị chung, tạo thành đường đặc tính
tổng hợp như hình (H 6.12). Mỗi hãng sản xuất ra mỗi loại bơm thì đều kèm theo một giản
đồ tổng hợp như vậy, và được giới thiệu trong catologue của hãng sản xuất ra nó.

79


3.1.9. Đường đặc tính khi bơm gắn vào mạng ống

Ví dụ: có hệ thống bất kỳ như hình (H6.12a) Viết phương trình Bernoulli, chuyển vế ta
được

H = ∆Z + ∆P +

∆v 2

H t = const

2g

+ ∑h A → B ; mcl

H đ = KQ 2

H = Hằng số + KQ2 ; mcl
Rõ ràng phương trình trở lực sẽ thay đổi, vậy kết luận rằng: Áp lực do bơm tạo ra còn
phụ thuộc vào hệ thống đường ống nữa (H6.12b)
3.1.10. Định luật tỉ lệ

Từ giá trị có số vòng quay n1, chuyển sang tính giá trị n2 sẽ liên quan đến đồng dạng
hình học, được rút ra từ định luật tỷ lệ.
n1 Q1
=
n 2 Q2
2

 n1 
H
  = 1
H2
 n2 

(6.21)

3

 n1 
N
  = 1
N2

 n2 

Ở đây n: số vòng quay; v/s
Q: lưu lượng; m3/s
H: áp suất toàn phần; mcl
N: công suất; kW
Dạng không thứ nguyên: đối với bơm, theo nguyên tắc đồng dạng thì các thông số có
thể biểu diễn dưới dạng không thứ nguyên

80


• Lưu lượng
kQ =

Q

(6 - 22)

n.D 3

• Áp suất
kH =

H.g

(6 - 23)

n 2 .D 2

• Công suất
kN =

N

(6 - 24)

ρ.n 3 .D 5

• Reynold ly tâm

Re lytam =

ρ.n.D 2
µ

(6 - 25)

3.1.11. Bơm ghép nối tiếp và song song

Nếu cần lưu lượng lớn, thì ghép song song hai bơm hoặc nhiều bơm lại với nhau,

đường đặc tính sẽ thay đổi, ứng dụng trường hợp này để tưới tiêu trong nông nghiệp hoặc
nhập liệu vào các thiết bị cần lưu lượng lớn.
Hình (H3.13a) là sơ đồ ghép song song hai bơm và hình (H6.13b) là đường đặc tính
ghép, dễ nhận biết: QA > QA1; QA > QA2

Ngược lại, nếu cần tạo áp suất cao thì ghép nối tiếp chúng lại với nhau xem hình
(H.6.14a) và (H6.14b)

81


Nhìn hình (H6.14b) dễ nhận biết: HA > HA2; HA > HA1
3.1.12. Hiện tượng xâm thực và cách khắc phục

Tại một nơi nào đó trong thân bơm làm việc, áp suất giảm đột ngột làm cho lưu chất
bay hơi, tạo nên các túi (khí + hơi), các túi này chuyển động hỗn lọan nhưng có xu hướng
tập trung ra phía vỏ bơm, tại đây trong điều kiện nào đó thì các túi (khí + hơi) ngưng tụ lại
và tạo nên các khoảng trống, lưu chất các nơi khác dồn về khoảng trống đó với động năng
lớn dễ làm hư bơm. Nếu lưu chất có tính ăn mòn kim lọai thì bơm càng dẽ bị hư hại. Hiện
tượng như vậy gọi là hiện tượng xâm thực.
Để khắc phục hiện tượng xâm thực đó, ta tiến hành như sau:
- Tăng áp suất hút lên, bằng cách hạ tâm bơm xuống gần hoặc thấp hơn mặt
thóang.
- Ống hút phải kín tuyệt đối tránh bọt không khí vào
- Kiểm định lại áp suất bão hòa tại nơi gắn bơm có phù hợp không.
3.1.13. Chiều cao hút của bơm ly tâm: Zh; mcl

-



P
ℓ
 v2
(6.26)
Z h = bh −  α + λ + ∑ ξ .
+ su xam thuc ; mcl
γ

d
2
g




Sự xâm thực tìm bằng thực nghiệm; mcl
Nếu sự xâm thực bỏ qua thì công thức (6 – 26) trở về công thức (6 – 3)

3.1.14. Bơm ly tâm nhiều cấp

Với bơm ly tâm một cấp như nói ở trên thì vận tốc vòng u2 đạt khoảng (40 ÷ 300) m/s,
trong thực tế kỹ thuật nhiều khi u2 cần đạt hoặc lớn hơn 500 m/s, trường hợp này rất dễ xảy
ra xâm thực, do vậy phải chế tạo bơm nhiều cấp.
Hình (H6.15a) biểu diễn sơ đồ chuyển động lưu chất qua bơm hai cấp, hình (H 6.15b)
biểu diễn cấu tạo bơm hai cấp
82


3.2.

Bơm hướng trục

Bơm hướng trục là một loại bơm động lực, đặc điểm của nó là lưu lượng lớn, mà tạo áp
suất không cao, số vòng quay nhanh khoảng (600 ÷ 1200) v/phút, xem hình H6.16

Về nguyên lý là do lực tác động tương hỗ giữa rôto và dòng lưu chất mà xuất hiện lực
đNy dọc theo trục để đưa lưu chất ra ngoài.
Loại bơm này dùng trong các thiết bị cần bơm với lưu lượng lớn.

Áp suất toàn phần của bơm
u
H = (C 2 u − C1u )
g
; mcl
(6 – 27)
u
= .C 2 u .k.η
g
83


Trong đó:

k: hệ số tuần hoàn của lưu chất
η: hiệu suất

Năng suất của bơm hướng trục:

(

)

3
π 2
D − d 2 .ϕ.η ; m
(3 – 28)
s
4
Trong đó: Cr: vận tốc hướng tâm của lưu chất; m/s

D: đường kính ngoài của cánh; m
d: đường kính trong của cánh; m (hình H6.16a)
ϕ: hệ số dòng chảy
η: hiệu suất; %
Kết luận: Khi sử dụng bất kỳ loại bơm nào, ta nên xét đến
phạm vi hoạt động của nó để tránh sự quá tải của bơm theo hình (H.6.17) sau đây:

Q = Cr

Nhìn vào biểu đồ hình (H6.17) ta thấy:
- Bơm piston làm việc áp suất cao nhất, lưu lượng từ nhỏ đến trung bình
- Bơm hướng trục thì ngược lại, lưu lượng là vô cùng lớn nhưng có áp suất rất thấp
- Còn lại là bơm ly tâm có dãy năng suất rất rộng, đồng thời áp suất khá cao
Ngoài ra, bơm động lực còn một số loại bơm khác, vì không phổ biến nên không đề
cập trong giáo trình này.

84


4. BÀI TẬP
Bài 1. Tính chiều cao hút Zh của một máy bơm có các thông số sau đây:

-

Lưu lượng Q = 10 ℓ/s
Chiều dài ống hút ℓ = 4m
Đường kính ống hút d = 75mm
Áp suất chân không vào bơm Pck = 0,6 at
Hệ số ma sát λ = 0,03
Trở lực cục bộ Σξ = 6

m
Lấy g = 10 2 , α = 1
s

Bài giải:
Viết phương trình Bernoulli qua hai mặt cắt (1 -1) và (2 -2)
P v2
P
v2
Z1 + 1 + 1 = Z 2 + 2 + 2 + ∑ h1→ 2
γ 2g
γ 2g
Xét Z1 = 0; mặt chuNn
v1 = 0
Pkq P2
P
P1
=
;
= ck = 6m
γ
γ
γ
γ

Z2 = Zh
Suy ra: Z h =
Ở đây: v =

P1 − P2

γ

2
ℓh
4

 2,26 2

v
− α + λ
+ Σξ 
= [10 − (10 − 6 )] − 1 + 0,03
+ 6 .
d
0,75

 2g

 2.10

4.10 −3.10
3,14.0,075 2

= 2,26 m s

Đáp số: Zh = 4,06 m
Bài 2. Một máy bơm có các thông số sau đây:
- Lưu lượng Q = 5 ℓ/s
- Áp suất chân không vào bơm Pck = 0,4 at
- Áp suất dư ra khỏi bơm Pd = 4 at

- Hiệu suất η = 85%
- Đường kính ống hút bằng ống đNy
m
- g = 10 2
s
- Lưu chất là nước có ρ = 1000 kg/m3, bỏ qua trở lực qua bơm
Tính công suất của bơm và thời gian bơm đầy bể chứa V = 20 m3, biết hệ số chứa đầy
ϕ = 90%

85


Bài giải
Viết phương trình Bernoulli qua hai mặt cắt (1 – 1) và (2 -2)
P1 v12
P2 v 22
Z1 + +
+ H = Z2 +
+
+ ∑ h1→ 2
γ 2g
γ 2g
Xét: Z1 = Z2
P
P1
= ck = 4m
γ
γ
P
P2

= d = 40m
γ
γ
v1 = v2; ∑ h1→ 2 = 0
Suy ra: H =

P2 − P1
γ

= (10 + 40) - (10 -4) = 44 mcl

1000.10.5.10 −3.44
Vậy N =
= 2,58kW
1000.0,85
Tính thời gian bơm đầy bể
ϕV 0,9.20
Ta có t =
=
= 3,6 giờ
Q 5.10 − 3
Đáp số: N = 2,58kW, t = 1 giờ
Bài 3. Bơm ly tâm làm việc với số vòng quay n1 = 1200 v/phút có đường đặc tính cho
dưới đây.
Bảng 1: n1 = 1200 v/phút
Q1 (l/s)
2
4
6
8

10
12
H1 (mH2O)
15
16
15
13
11
8
η (%)
45
65
75
80
75
60

Bơm nước từ bể (A) lên bể (B) đều thông với khí trời với ∆Z = 8m. Chiều dài đường
ống hút ℓh = 10m, đường kính ống hút dh = 100mm, chiều dài ống đNy ℓđ = 30m, đường kính
ống dđ = 75mm, hệ số ma sát λ = 0,03, tổn thất cục bộ ξh = ξđ = 6, g = 10 m/s2, α = 1

Tính công suất của bơm. Nếu số vòng quay giảm 10% tức là n2 = 1080 v/phút thì công
suất thay đổi như thế nào?

Bài giải
Trước hết dựa vào số liệu bảng 1 – dựng trên đồ thị (H – Q):

86

Viết phương trình Bernoulli qua hai mặt bể (A) và (B)
P
v2
P
v2
ZA + A + A + H = ZB + B + B + ∑ h A → B
γ
2g
γ
2g
Xét ZB - ZA = 8m
P
PA
P
= B = ck
γ
γ
γ
vA = vB = 0; ∑ h A → B ≠ 0
Thế số vào ta có:
87


10
30

 16.Q 2

 16.Q 2
H = 8 +  0,03. + 6  2 4 +  0,03.

+ 6 2
4
0,1  π 0,1 20 
0,075

 π 0,75 20

10
30
 16.Q 2

 16.Q 2  2
= 8 +  0,03 + 6  2 4 +  0,03.
+ 6 2
Q
4
0
,
1
0
,
075
π
0
,
1
20
π
0
,

75
20






= 8 + KQ 2
= 8 + 53500Q 2
•

Lần lượt cho Q = 2ℓ/s; 4ℓ/s; 6ℓ/s… để tìm điểm làm việc A
Với Q = 2ℓ/s ⇒ H = 8 + 53500(2.10 −3 ) 2 = 8,214 mH2O
Với Q = 4ℓ/s ⇒ H = 8 + 53500(4.10 −3 ) 2 = 8,856 mH2O
Với Q = 6ℓ/s ⇒ H = 8 + 53500(6.10 −3 ) 2 = 9,926 mH2O

Với Q = 8ℓ/s ⇒ H = 8 + 53500(8.10 −3 ) 2 = 11,424 mH2O
Với Q = 10ℓ/s ⇒ H = 8 + 53500(10.10 −3 ) 2 = 13,350 mH2O
Dựng lên đồ thị, tìm toạ độ điểm làm việc A1[9ℓ/s; 12mH2O; 75%]
Vậy công suất ứng với n1 = 1200 v/phút là:
1000.10.9.10 −3.12
N1 =
= 1,44 kW
1000.0,75

(1)

• Dựa vào định luật tỷ lệ, công thức (6 -21) ta có:
n1 Q1

n
1080
=
⇒ Q 2 = 2 .Q1 =
.Q1 = 0,9Q1 ℓ/s
n 2 Q2
n1
1200
2

2

2

 n1 
n 
H
 1080  Q
  = 1 ⇒ H 2 =  2  .H1 = 
 . 1 = 0,81H1 mH2O
H2
 1200 
 n2 
 n1 
Bảng 2: n2 = 1080 v/phút
Q2 (l/s)
1,8
3,6
5,4
7,2

9
H2 (mH2O)
12,5
12,96
12,15
10,53
8,91
(Thế giá trị bảng 1 vào Q2 = 0,9Q1 và H2 = 0,81H1)
Mang giá trị của bảng 2 dựng lên đồ thị tìm điểm làm việc
A2[7,3l/s; 10,3mH2O; 78%]
Vậy công thức ứng với n2 = 1080v/phút là
1000.10.7,3.10 −3.10,3
N2 =
= 0,9634 kW
1000.0,78
1,44 − 0,963
Tính sai số: ∆N =
= 49,5%
0,963

10,8
6,48

(2)

Kết luận: Số vòng quay giảm 10% thì công suất giảm 49,5% không tuyến tính.

88

5. CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Khái niệm và phân loại bơm?
2. Các thông số chính của bơm?
3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bơm piston (một cấp)?
4. Tính chiều cao hút của bơm piston?
5. Cấu tạo và nguyên lý của bơm bánh răng?
6. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm trục vít?
7. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm (một cấp)?
8. Áp suất lý thuyết và áp suất toàn phần thực của bơm ly tâm?
9. Ảnh hưởng chiều cong của cánh lên áp lực của bơm ly tâm?
10. Đường đặc tính và điểm làm việc của bơm ly tâm?
11. Đường đặc tính tổng hợp của bơm ly tâm?
12. Bơm ghép nối tiếp và ghép song song?
13. Định luật tỷ lệ?
14. Cấu tạo bơm ly tâm nhiều cấp (hai cấp)?
15. Cấu tạo và nguyên lý bơm hướng trục?

89