Giáo trình thủy lực cấp thoát nước - Chương 12

124


Chơng XII
Bơm pittông


12.1. Khái niệm chung

Năm 1640 - Nhà vật lý học ngời Đức Otto Henrich đ chế tạo thành công bơm
pittông đầu tiên, nó là một dạng điển hình thuộc loại bơm thể tích làm việc theo nguyên
tắc ép đẩy chất lỏng trong buồng kín.
Ưu điểm của bơm pittông là có thể tạo ra áp suất của chất lỏng bơm rất cao. Trị số cột
áp của bơm không phụ thuộc vào lu lợng mà chỉ phụ thuộc vào công suất động cơ
truyền động cho bơm.
Nhợc điểm của bơm pittông là kích thớc lớn, giá thành cao, trọng lợng lớn,
diện tích đặt máy lớn, cơ cấu của bơm phức tạp dễ h hỏng và truyền chất lỏng không
đều.
Sơ đồ cấu tạo của bơm pittông tác dụng đơn đợc chỉ ra trên hình 12-1.
Nếu bơm pittông đợc kéo bởi một động cơ, thì chuyển động quay của trục
động cơ đợc biến đổi thành chuyển động tịnh tiến của pittông 1 trong xi lanh 2 nhờ hệ
thống thanh truyền tay quay với hành trình S = 2R (R - bán kính tay quay)

9
10
1 2
3
4
5
6
7

B
2
P
1
S=2R
8
B
1
C
1
C
2
T


Hình 12-1

125
Hai điểm B
1
, B
2
của pittông tơng ứng với hai vị trí C
1
, C
2
của tay quay. Khi
trong buồng làm việc 5 chứa đầy chất lỏng, nếu tay quay từ vị trí C
2
quay theo chiều

mũi tên thì pittông di chuyển từ B
2
về phía trái. Thể tích buồng 5 tăng dần, áp suất p
trong đó giảm đi và nhỏ hơn áp suất mặt thoáng bể hút p
a
(p< p
a
). Do đó chất lỏng từ bể
hút qua van hút 6 vào buồng làm việc 5, trong khi đó van đẩy 4 đóng. Khi pittông dịch
chuyển từ B
2
đến B
1
bơm thực hiện quá trình hút. Sau đó, tay quay tiếp tục quay từ C
1
đến C
2
, pittông đổi chiều chuyển động từ B
1
đến B
2
. Thể tích buồng làm việc giảm
dần, áp suất chất lỏng tăng lên, van hút 6 bị đóng , van đẩy 4 mở, chất lỏng đẩy vào
ống đẩy. Quá trình pittong di chuyển từ B
1
đến B
2
gọi là quá trình đẩy. Nh vậy cứ một
vòng quay của tay quay thì bơm thực hiện đợc hai quá trình hút và đẩy liền nhau. Nếu
tay quay tiếp tục quay thì bơm lại lặp lại quá trình hút và đẩy nh cũ. Một quá trình hút

và đẩy kế tiếp nhau gọi là một chu kỳ làm việc của bơm.
Do kết cấu và nguyên lý làm việc nh trên nên so với bơm ly tâm, bơm pittông
không cần phải mồi nớc khi khởi động và có thể tạo nên đợc áp suất lớn (>200at),
nhng chuyển động của chất lỏng qua bơm không đều, lu lợng của bơm bị dao động.
Bơm pittông có nhiều loại khác nhau, thờng phân loại theo các cách nh sau :
a) Theo số lần tác dụng trong một chu kỳ làm việc, bơm pittong đợc chia ra :
- Bơm tác dụng đơn (hình 12-1) hay còn gọi là bơm tác dụng một chiều. Trong loại
bơm này chất lỏng làm việc ở về một phía của pittông. Một chu kỳ làm việc của pittông
chỉ có một quá trình hút và một quá trình đẩy nối tiếp nhau.
- Bơm tác dụng kép (hình 12-2) hay còn gọi là bơm tác dụng hai chiều. Trong loại bơm
này pittông làm việc cả hai phía, do đó có hai buồng làm việc A, B hai van hút 1,4 và
hai van đẩy 2,3. Trong một chu kỳ làm việc của bơm có hai quá trình hút và hai quá
trình đẩy.
Lu ý : Bơm sai động là một trờng hợp riêng của bơm tác dụng kép. Trong bơm sai
động chỉ có một van hút và một van đẩy, thể tích chất lỏng làm việc ở buồng A chỉ
bằng 1/2 ở buồng B.
- Bơm tác dụng nhiều lần :
+ Bơm tác dụng 3 lần chính là do 3 bơm tác dụng đơn ghép lại với nhau, các tay quay
bố trí lệch nhau trên trục khuỷu một góc 120
o
(hình 12-3). Trong một chu kỳ làm việc
của bơm có 3 quá trình hút và 3 quá trình đẩy.
+ Bơm tác dụng bốn lần có thể do 2 bơm tác dụng kép hoặc 4 bơm tác dụng đơn (có tay
quay bố trí lệch nhau một góc 90
o
) ghép lại với nhau.
b) Theo đặc điểm kết cấu của pittông, bơm đợc chia ra.
- Bơm pittông đĩa (hình 12-1), pittông có dạng hình đĩa, mặt xung quanh của pittông
tiếp xúc với xi lanh. Nhợc điểm của loại bơm này là pittông và xi lanh phải chế tạo với
độ chính xác cao (thờng làm tăng độ kín khít bằng các vòng găng lắp trên pittông).

126
- Bơm pittông trụ (hình 13-3), pittông có dạng hình trụ, mặt xung quanh của pittông
không tiếp xúc với xi lanh, nên khi làm việc xi lanh không bị mài mòn. Bộ phận lót kín
là những đệm lót không gắn liền với pittông, nên có khả năng chế tạo chính xác, lót kín
đợc tốt hơn. Loại bơm này thờng đợc dùng với áp suất lớn.
Ngoài ra ngời ta còn phân loại bơm pittông theo áp suất, lu lợng, vị trí...
B
D
2
P
A
3
4
1

Hình 12-2 Hình 12-3

12.2. Lu lợng của bơm pittông

Lu lợng lý thuyết (hay lý thuyết trung bình) của bơm pittông bằng tổng thể
tích làm việc của bơm trong một đơn vị thời gian. Còn lu lợng tức thời phụ thuộc vào
vận tốc chuyển động của pittông, mà vận tốc này lại thay đổi theo thời gian t .

12.2.1. Lu lợng trung bình

a) Lu lợng lý thuyết trung bình :
Q
qn
l
=

60
(12-1)
q -Thể tích làm việc trong một chu kỳ
n -Số vòng quay của bơm
Đối với bơm tác dụng đơn :
S
4
D
FSq
2

==
(12-2)
Đối với bơm tác dụng kép : q = FS + (F-f)S =

4
(2D
2
- d
2
) (12-3)
Trong đó : F, f - diện tích mặt pittông, cần pittông
D, d -đờng kính pittông, cần pittông
127
b) Lu lợng thực tế trung bình Q < Q
l
vì bộ phận lót kín ; van không kín ; van hút van
đẩy đóng mở chậm ; không khí lọt vào bơm...
Q =

Q
Q
l
; (

Q
< 1 )

12.2.2. Lu lợng tức thời

Lu lợng của bơm pittông tác dụng đơn tại một thời điểm bất kỳ (tức thời)
đợc xác định :
Q = FV (12-4)
V- Vận tốc tức thời của dòng chất lỏng trong bơm cũng chính là vận tốc tức thời
của pittông.
Vậy sự biến đổi lu lợng của bơm phụ thuộc vào sự biến đổi của vận tốc
pittông.
Khảo sát chuyển động của pittông (hình 12-1), nếu
R
l
0 1,
thì :
x

C
2
T = R - Rcos

= R(1-cos

)
Trong đó

=

t (

- vận tốc góc , t - thời gian)
Vận tốc tức thời của pittông :
v =
dx
dt

= R

sin


Lu lợng tức thời của bơm tác dụng đơn là :
Q = F R

sin

(12-5)
Ta thấy Q dao động theo hình sin : Q
max
khi

=

/2 ; Q
min
= 0 khi

= 0 (hình12-4).
RF

max
Q
2/



Q
Q
O




Hình 12-4
Tơng tự nh trên ta có thể vẽ đợc biểu đồ lu lợng tức thời của bơm pittông
tác dụng kép (hình 12-5), bơm tác dụng 4 lần (hình 12-6) và bơm tác dụng 3 lần (hình
12-7).
128
Để đánh giá mức độ không đều của lu lợng, ngời ta dùng hệ số không đều về
lu lợng :

=
Q

Q
l
max
(12-6)
Ta tính đợc hệ số không đều của :
- Bơm tác dụng đơn :

=

;
- Bơm tác dụng kép và bơm tác dụng 4 lần :

=

/2
- Bơm tác dụng 3 lần :

=

/3.

Hành trình tiến
phía không có cần
Hành trình lui
phía có cần
2Fs
2(F-f)
s
Q
max

/2 3/2
2


O

Hình 12-5

Vậy ta thấy bơm pittông tác dụng ba lần có

nhỏ nhất trong các bơm pittông đ
nêu trên, điều này cũng phù hợp với nhận xét qua các biểu đồ lu lợng vẽ ở trên.
Q
O
Q
min
Q
Q
max

2


Hình 12-6

Q
O
Q
Q

min
Q
max


2


Hình 12-7