Bài giảng các quá trình và thiết bị môi trường 1

BÀI GIẢNG CÁC QUÁ TRÌNH
VÀ THIẾT BỊ MÔI TRƯỜNG 1

GV: Hoàng Ngọc Anh
Bộ môn CNKT Môi Trường-Viện CNSH&MT

1


VẤN ĐỀ 1
Vận chuyển chất lỏng và
nén khí

2


I. BƠM

3


1. Khái niệm và phân loại bơm
1.1.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
1.2. Phân loại:
• Bơm thể tích
• Bơm li tâm
• Bơm không có bộ phận truyền động: bơm tia,

bơm sục khí, xiphông…
4


2.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 Bơm piston
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; cao
5


2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của bơm piston:
a. Bơm tác dụng đơn:
6

4

3

5

2
1

1.Bầu khí hút
2.Phin lọc hút
3.Clape hút
4.Clape đẩy
5.Van chặn đẩy
6.Bầu khí đẩy

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 (m3). 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 (m3). Lúc này (4)
mở,
(3)
đóng
Sau 1 vòng quay,bơm được một
lượng chất lỏng là F*S (m3) 6


 Năng suất của bơm: Q = 60*F*S*n ,( m3/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

7


b)Bơm vi sai:

2

Vòng đệm kín trục
A
B

1
Vào ống đẩy

Cán piston

 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 (m3). 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 (m3)

 F và f là tiết diện của piston và cán
piston.Khi piston chuyển động từ P
sang T :
 Xy lanh A: (1) đóng, (2) mở, chất
lỏng được đẩy đi một lượng F*S (m3)
 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
8


 Sau 1 vòng quay, lượng chất lỏng được đẩy đi:
(F- f)*S + f*S = F*S, ( m3/vòng)
 Năng suất của bơm:
Q = 60*F*S *n ,(m3/h)

9


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 trái qua phải bằng với lượng chất
lỏng khi bơm đi từ phải qua trái, thì:
(F-f)*S =f*S
2f = F
 d = D2
D, d: là đường kính piston và cán pitson
10


c) Bơm tác dụng kép
 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 , (m3)
 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 , (m3)
 Xy lanh B: (3) mở , (4) đóng. Chất lỏng được nạp vào một
lượng: (F- f)*S , (m3)
 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 , (m3/vòng)
 Năng suất của bơm:

Q = 60*(2F-f)*S*n ,(m3/h)

11


C. Một số bơm thể tích khác
• Bơm cánh trượt

12


* Bơm bánh răng

13


3. Bơm ly tâm
3.1. Phân loại
• Dựa vào số bậc (cấp): một cấp, hai cấp, ba cấp 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

14


b) Cấu tạo
1: guồng
2: vỏ bơm
3: ống hút
4: ống đẩy
5: lưới lọc

15


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 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. 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

16

2. Sơ đồ lắp đặt và nguyên lý làm việc của bơm ly tâm

a) Sơ đồ lắp đặt
-Bơm phải đặt ngập trong chất lỏng hoặc phải có chất
mồi
-Lưới lọc: lọc cặn bẩn trước khi đi vào bơm gây tắc
nghẽn. Trong lưới lọc có van 1 chiều có tác dụng đóng
lại sau khi ngừng bơm để lần khởi động tiếp 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.
17


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

18

•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.

19


3. Công suất và hiệu suất của bơm
a) Công suất hữu ích của bơm

NH=

Q* *g*H
1000

Q * PBom
1000

(kW)

•Q: năng suất thực tế bơm tạo ra
(m3/s)

•: khối lượng riêng của chất
lỏng (kg/m3)
•H: chiều cao áp suất thực tế mà
bơm tạo ra (m)
• Pbom = áp suất thực
tế mà bơm
tạo ra(N/m2)

20


b) Công suất trục bơm
NTB =

NH

TB

Q
* *g *H
=
V * H

c) Công suất tiếp điện của động cơ
Nđc =

Q* *g*H

V * H * CK

Q* *g*H
=


d) Công suất chọn môtơ điện
Nm = *

Q* *g*H


: hệ số an toàn (1,1 – 2)
21


4) Chiều cao hút và hiện tượng xâm thực của bơm
a) Chiều cao hút
Là khoảng cách hình học từ bề mặt thoáng chất lỏng tới
trục bơm.
Gọi P1 và W1 là áp suất và vận tốc của chất lỏng tại cửa
hút của bơm.
PA và WA là áp suất và vận tốc tại bề mặt thoáng của
chất lỏng
Theo pt bernoulli:
2
A

PA + * W = P1 +
2

W 12

* 2

+*g*Hh +

AP1S

Do fA >> fống nên WA << Wống , coi WA = 0 ; PA = Pa

Pa  P1 W 1
 Hh =
- HSH ; với HSH =
2 g
*g
2

AP1S
*g
22


Gỉa sử chất lỏng có P =PS . Để bơm làm việc được thì P1 >
PS ( chất lỏng tại cửa hút mới không bị hoá hơi

Pa  PS
 Hh <
*g

2

W1

2 *g

- Hsh

Để tăng Hh :
 Giảm Hsh : Chọn và thiết kế đường ống hút đơn giản và
ngắn gọn nhất
 Chọn vận tốc của chất lỏng đi trong ống vừa phải (12m/s)
 Giảm PS : bằng cách hạ nhiệt độ của chất lỏng xuống
T, 0C

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Ps,
mH2O

0,09

0,12

0,24

0,43

0,75

1,25

2,02

3,17

4,82

7,14

10,33
23

b) Hiện tượng xâm thực

• Nếu tại vị trí nào đó trên đường ống hút mà áp suất
chất lỏng nhỏ hơn áp suất bão hoà PS , tương ứng với
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 áp
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 chất
lỏng ở cửa hút bằng cách giảm chiều cao hút của bơm.

25


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: P1 +

W 12
*
2

PBom
H=
*g

+PBom = P2 +

W 22
*
+
2

*g*h

P 2  P1 W 2 2  W 12
=
+
+h
2
*
g
*g

P1 =Pa – PCK = Pa – Ph
P2 =Pa + Pđ
Q
Q
W1 =
, W2 =
f 2
f1
26