VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG VÀ NÉN KHÍ

9/12/2016

Chương 3: VẬN CHUYỂN CHẤT LỎNG VÀ NÉN KHÍ
3.1. Vận chuyển chất lỏng
3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
3.1.2. Bơm thể tích
3.1.3. Bơm ly tâm
3.1.4. Các loại bơm khác
3.1.5. So sánh và chọn bơm
3.2. Vận chuyển chất khí
3.2.1. Khái niệm chung
3.2.2. Máy nén pittông
3.2.3. Máy nén và thổi khí kiểu roto
3.2.4. Máy nén và thổi khí kiểu tuabin
3.2.5. Quạt gió
3.2.6. Bơm chân không
3.2.7. So sánh và chọn máy nén, máy thổi khí

2

12/09/16

3.1. Vận chuyển chất lỏng
3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
3.1.2. Bơm thể tích
3.1.3. Bơm ly tâm
3.1.4. Các loại bơm khác
3.1.5. So sánh và chọn bơm

4

12/09/16


9/12/2016

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm

a) Năng suất (Pump Capacity)
• Thuật ngữ này thường được sử dụng để diễn tả lưu lượng thể tích chất
lỏng được bơm vận chuyển đi.
• Kí hiệu: Q
• Đơn vị: m3/s, ft3/s (cfs), gallons/minute (gpm), barrels/day (BPD)
b) Chiều cao cột áp của bơm (Pump Head)
• Có một số loại chiều cao cột áp của bơm:
o Cột áp hút của bơm (pump suction head)
o Cột áp đẩy của bơm (pump delivery head)
o Cột áp tổng (total head)
o Một số loại khác

 Cột áp hút tĩnh (static suction head_ ) và cột áp đẩy tĩnh (static delivery
head_ )
• Cho biết cột áp tại miệng hút và miệng đẩy của bơm ở lưu lượng bằng zero
•

5

•

6

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
 Cột áp hút của bơm (pump suction
head_ )
• Cho biết cột áp tại miệng hút của bơm
khi bơm hoạt động

 Cột áp tĩnh tổng (total static head_ )
• Cho biết độ chênh lệch giữa cột áp đẩy
tĩnh và cột áp hút tĩnh

2
o Trong đó
là tổn thất trong ống hút
(bao gồm major loss và minor loss),
tính từ bồn chứa đến miệng hút của
bơm;
là vận tốc chuyển động của
chất lỏng trong ống hút của bơm

• Khi cả 2 bồn chứa để hở thì

7

12/09/16

8

12/09/16


9/12/2016

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
 Cột áp đẩy của bơm (pump delivery
head_ )
• Cho biết cột áp tại miệng đẩy của bơm
khi bơm hoạt động

 Cột áp tổng của bơm (pump total head_ )
• Cho biết năng lượng do bơm cung cấp cho một
đơn vị trọng lượng của chất lỏng
• Nó được xác định bằng hiệu số giữa năng
lượng tại miệng đẩy của bơm và miệng hút của
bơm

2
o Trong đó
là tổn thất trong ống đẩy
(bao gồm major loss và minor loss),
tính từ miệng đẩy của bơm đến bồn
chứa;
là vận tốc chuyển động của

chất lỏng trong ống đẩy của bơm

2

2
2

9

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
c) Công suất và hiệu suất
• Công suất thủy lực (Hydraulic power_
Q và chiều cao cột áp

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm

): Công suất cần thiết để tạo ra năng suất

• Công suất cung cấp (brake power_ ): để bù cho các tổn thất năng lượng nên
công suất động cơ phải lớn hơn công suất thủy lực
2
/60
o Trong đó: T_moment xoắn của trục (N.m), _tốc độ vòng quay của bơm
(vòng/phút)
• Hiệu suất của bơm (Pump efficiency): là tỷ số giữa năng lượng hữu ích và năng
lượng cung cấp:

10

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
d) Đặc tuyến thực hiện của bơm (pump performance characteristics)
• Đặc tuyến thực hiện của bơm (đặc tuyến của bơm) là thuật ngữ được sử
dụng bởi các kỹ sư nhằm biểu đạt mối quan hệ của cột áp tổng của bơm
( ), công suất cung cấp ( ) và hiệu suất tổng của bơm ( ) theo lưu
lượng của bơm ( ).
• Chúng thường được thể hiện ở dạng đồ thị là các đường cong
,
,
khi bơm hoạt động ở một tốc độ không đổi.

. 100%

11

12/09/16

12

12/09/16


9/12/2016

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
d) Đặc tuyến thực hiện của bơm (pump
performance characteristics)

• Đặc tuyến của bơm ly tâm được mô tả
như hình bên (BP trong hình chính là
viết tắt của brake power, tương ứng là
Pm)

13

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
d) Đặc tuyến thực hiện của bơm (pump performance
characteristics)
• Dựa vào biên dạng của các đường cong ta thấy rằng:
o Trong khi đường công suất động cơ tăng từ zero khi
lưu lượng tăng và đến khi lưu lượng đạt cực đại thì
công suất lại giảm.
o Đường hiệu suất là một hàm của lưu lượng, tăng khi
lưu lượng tăng từ zero, và đạt giá trị cực đại tại một
giá trị lưu lượng nào đó gọi là “normal or design
flowrate”. Các điểm trên các đường cong khác tương
ứng với hiệu suất tối đa (đường đứt đoạn) được gọi
là điểm hiệu suất tối đa (best efficiency points_BEP)

15

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
d) Đặc tuyến thực hiện của bơm (pump performance
characteristics)
• Dựa vào biên dạng của các đường cong ta thấy rằng:
o Khi tăng lưu lượng lên thì đường cột áp giảm liên

tục, có một số trường hợp khi tăng lưu lượng từ zero
thì cột áp tăng một ít, nhưng sau đó lại giảm. Cột áp
tại điểm có giá trị lưu lượng là zero được gọi shutoff
head, xuất hiện khi van trên đường ống đẩy đóng
hoàn toàn, lúc này hiệu suất cũng là zero. Khi vận
hành nên tránh trường hợp này, mặc dù một số loại
bơm có thể hoạt động ở trạng thái trong một thời
gian ngắn nhưng sẽ sinh ra quá nhiệt và một số tác
hạt khác gây hư hỏng bơm.

14

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
d) Đặc tuyến thực hiện của bơm (pump performance
characteristics)
• Dựa vào biên dạng của các đường cong ta thấy
rằng:
o Nó chỉ ra rằng khi lựa chọn bơm cho một trường
hợp nào đó, người ta thường mong muốn bơm
hoạt động ở gần BEP. Do đó, các đường cong
như hình bên có ý nghĩa rất quan trọng đối với
người kỹ sư có thể đáp ứng với việc lựa chọn
bơm đối với một hệ thống dòng chảy đặc thù.

12/09/16

16

12/09/16


9/12/2016

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
d) Đặc tuyến thực hiện của bơm (pump
performance characteristics)
• Đặc tuyến của bơm còn được biểu diễn ở
dạng các đường đẳng hiệu suất:
o Đẳng hiệu suất cho một bơm hoạt
động ở các tốc độ khác nhau (như hình
bên)

17

d) Đặc tuyến thực hiện của bơm (pump
performance characteristics)
• Đặc tuyến của bơm còn được biểu diễn ở
dạng các đường đẳng hiệu suất:
o Đẳng hiệu suất cho một bơm hoạt
động ở cùng một tốc độ cho các đường
kính cánh guồng khác nhau (như hình
bên)

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
e) Hiện tượng xâm thực của bơm (cavitation)
• Khái niệm: Hiện tượng xâm thực là một hiện tượng thường xuyên xảy ra

trong bơm và các turbine thủy lực. Nó xảy ra khi có sự hình thành các bọt
hơi của chất lỏng (bong bóng) đặng được bơm ở điều kiện nhiệt độ bình
thường khi áp suất tĩnh tiến đến áp suất bay hơi của chất lỏng.
• Tác hại: hiện tượng xâm thực có xu hướng làm giảm diện tích hữu ích của
dòng lỏng trong dòng chảy. Đối với bơm nó làm giảm lưu lượng, cột áp và
hiệu suất tổng. Ngoài ra nó gây ra tiếng ồn, va đập thủy lực làm bào mòn và
hư hỏng cánh guồng, vỏ bơm và ống dẫn.

19

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm

12/09/16

18

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
e) Hiện tượng xâm thực của bơm (cavitation)

20

12/09/16


9/12/2016

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
f) Net Positive Suction Head (NPSH)

• Để đinh rõ nguy cơ gây ra hiện tượng xâm thực, độ chênh lệch giữa cột áp
tổng trên ống hút, tại miệng hút của bơm (gần cánh guồng) và áp suất bay
hơi của chất lỏng được sử dụng. Độ chênh áp này được gọi là cột áp hút
dương thực (Net Positive Suction Head_NPSH)
NPSH
2
o Trong đó: _áp suất tĩnh và _vận tốc tại miệng hút của bơm;
bay hơi của chất lỏng được bơm tại điều kiện nhiệt độ đó.

21

_áp suất

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
f)

2

NPSH
 Lưu ý: Các giá trị áp suất được tính theo áp
suất tuyệt đối

23

f) Net Positive Suction Head (NPSH)
• Trên thực tế có 2 giá trị NPSH:
o NPSHR (required): là giá trị NPSH bé
nhất để tránh hiện tượng xâm thực. Đây

là một trong những đặc điểm kỹ thuật
quan trọng của bơm, và nó được cung
cấp bởi nhà sản xuất bơm, cùng với các
đường đặc tuyến của bơm (như hình
bên)

22

12/09/16

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm
f) Net Positive Suction Head (NPSH)
• Điều kiện để hiện tượng xâm thực không xảy
ra là:
NPSH
NPSH
 Ví dụ: Một hệ thống bơm được mô tả như hình
bên để bơm gasoline (
8,5kN/m ,
60kPa). Hãy xác định lưu lượng tối đa mà bơm
có thể hoạt động mà không xảy ra hiện tượng
xâm thực. Biết rằng ống dài 50 m, đường kính
150 mm, hệ số ma sát của ống 0,018, áp suất khí
0,75m, bỏ qua tổn
quyển 101 kPa, NPSH
thất cục bộ

Net Positive Suction Head (NPSH)
• Trên thực tế có 2 giá trị NPSH:
o NPSHA (available): là giá trị NPSH được xác định

dựa vào điều kiện hoạt động thực tế của bơm,
gọi là NPSH sẵn có (available). Ví dụ một hệ
thống bơm được mô tả như hình bên (mặt
chuẩn tại miệng hút của bơm) thì:
NPSH

3.1.1. Các thông số đặc trưng của bơm

12/09/16

24

12/09/16