Báo cáo thực hành bơm ly tâm

BÀI 1: BƠM LY TÂM
I.TÓM TẮT
Bơm ly tâm là loại máy vận chuyển chất lỏng thông dụng nhất trong
công nghiệp hóa chất. Việc hiểu nguyên lý hoạt động và đặc trưng của
bơm ly tâm là điều quan trọng cốt lõi đối với bất kỳ sinh viên công
nghệ nào.
II. GIỚI THIỆU
- Máy bơm ly tâm là loại máy bơm thuỷ lực cánh dẫn các hoạt động
trên nguyên lý của lực ly tâm, năng lượng thuỷ động của dòng chảy ra
nhờ cánh quạt cơ năng của máy. Theo đó, nước được dẫn vào tâm quay
của cánh bờm và nhờ lực ly tâm, và được đẩy văng ra mép cánh bơm.
- Bơm ly tâm chuyển năng lượng cung cấp từ motor điện hoặc tuabin
để chuyển thành động năng. Sau đó chuyển thành năng lượng áp suất
chất lỏng mà đang được bơm. Các biến đổi năng lượng do tác dụng của
2 phần chính của bơm, cánh guồng và buồng xoắn ốc hay bộ khuếch
tán. Bánh guồng là bộ phận quay mà truyền năng lượng do động cơ
cung cấp thành năng lượng động học. Bộ phận xoắn ốc hoặc bộ khuếch
tán là bộ phận tĩnh mà chuyển năng lượng động học thành thế năng
- Chất lỏng quá trình đi vào đầu hút và sau đó vào tâm của cánh
guồng. Khi bánh guồng chuyển động, nó quay chất lỏng đặt vào
khoảng trống giữa các cánh đi ra ngoài và tạo ra gia tốc ly tâm. Khi
chất lỏng rời tâm cánh guồng, một vùng áp suất thấp được tạo ra làm
cho chất lỏng bên ngoài tràn vào, chất lỏng được đẩy tiếp tuyến và
theo hướng xuyên tâm do lực ly tâm. Tác động của lực này bên trong
bơm giống như lực mà giữ nước trong cái gàu mà đang quay ở đầu dây.
- Ý tưởng chủ đạo là năng lượng được tạo ra bởi lực ly tâm là năng
lượng động học. Lượng năng lượng cung cấp cho chất lỏng thì tỷ lệ với
vận tốc ở gờ hay cánh đuôi của cánh guồng. Cánh guồng càng quay


nhanh hay cánh guồng càng lớn thì vận tốc cao hơn ở cánh đuôi cánh

guồng càng lớn và năng lượng cung cấp cho chất lỏng càng lớn. Năng
lượng động học này của chất lỏng thoát ra khỏi cánh guồng được sử
dụng bằng cách tạo ra một trở kháng đối với dòng. Trở kháng đầu tiên
được tạo ra bởi bộ xoắn ốc của bơm (vỏ bơm) mà hãm chất lỏng và làm
cho nó chuyển động chậm lại. Trong đầu đẩy, chất lỏng giảm tốc hơn
nữa và vận tốc của nó được chuyển thành áp suất theo nguyên lý
Bernoulli.
III. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Xác định cột áp toàn phần của bơm, công suất, hiệu suất cho bơm ly
tâm bằng việc đo đạc các thông số khi thay đổi lưu lượng bơm.
- Khảo sát và xây dựng các đường đặc tuyến của bơm.
IV. THỰC NGHIỆM
4.1. Các thông số đặc trưng của bơm

Các thông số đặc trưng hoạt động của bơm ly tâm được mô tả hoặc
minh họa bằng sử dụng các đồ thị đặc tuyến của bơm. Ba đường biểu
diễn đặc tuyến của bơm được sử dụng sử dụng nhiều nhất
- Sự thay đổi cột áp toàn tạo ra do bơm với lưu lượng
- Công suất cấp cho bơm với lưu lượng
- Hiệu suất của bơm với lưu lượng
4.1.1. Cột áp toàn phần: sự thay đổi cột áp toàn phần do bơm tạo ra là

kết quả của của công được thực hiện bởi bơm

Hᵼ = Hₛ ₊Hʋ +Hₑ
Trong đó : Hs là chênh lệch cột áp tĩnh
Hv là chênh lệch cột áp động
He là chênh lệch chiều cao hình học
- Chênh lệch cột áp tĩnh
trong đó: P in là áp suất chất lỏng tại đầu vào, Pa

P out là áp suất chất lỏng tại đầu ra, Pa
- Chênh lệch cột áp động

Trong đó: ʋ in vận tốc tại đầu vào m/s
ʋ out: vận tốc đầu ra m/s
4.1.2. Công suất cung cấp

Trong đó: n: tốc độ vòng quay của bơm,
vòng / phút
t: momen xoắn của trục, Nm
4.1.3. Hiệu suất bơm

Trong đó: Pₕ là công suất thủy lực (Pa)

Pₕ = �.g.Q.Hᵼ
Q là lưu lượng thể tích,
4.2. Đường đặc tuyến của bơm

4.2.1. Đường đặc tuyến của bơm ở một tốc độ không đổi
Mỗi thông số trong các thông số đặc trưng của bơm được đo ở một tốc
độ bơm không đổi và được biểu diễn so với lưu lượng thể tích, Q,
chuyển động qua bơm
4.2.2. Đường biểu diễn đặc tuyến tổng hợp
Một cách biểu diễn các thông số đặc trưng của bơm là xây dựng các
đường bao của công suất hoặc hiệu suất không đổi trên một đồ thi của
cột áp bơm với lưu lượng bơm. Những đường này cho phép các kỹ sư
hiểu hiệu suất tố đa của một bơm trên một dải các thông số hoạt động,

mà có thể hỗ trợ trong việc lựa chọn một bơm thích hợp đối với các
điều kiện đã cho
4.3. Cách tiến hành
4.3.1. Thí nghiệm 1:Xác định các thông số đặc trưng của bơm

4.3.1.1. Chuẩn bị
- Van xả đáy phải được đóng hoàn toàn
- Đổ đầy nước trong bể chứa cách đỉnh bể chứa từ 5-10 cm
- Mở hoàn toàn van hút và van đẩy
- Bật công tắc (MAINS) trên bộ IFD7 chuyển sang ON (đèn đỏ sáng)
- Mở máy tính và khởi động chương trình FM50-304, đợi khi chương
trình đã kiểm tra xong việc kết nối và sẵn sang hoạt động.
4.3.1.2. Tiến hành thí nghiệm
- Bật công tắc IFD7
- Bật công tắc bơm F50
- cài đặt tốc độ ở chế độ 70%. Phần mềm sẽ tăng tốc độ bơm lên đến
giá trị cài đặt
- Cho bơm chạy tuần hoàn cho đến khi đuổi khí ra hết hệ thống. Đóng
mở nhẹ nhàng van hút và van đẩy một vài lần để khử một số bọt khí
trong hệ thống. Sau đó mở hoàn toàn van hút
- Trong bảng kết quả, đổi tên sheet thành 70%
- Đóng van đẩy hoàn toàn để lưu lượng bằng 0
- Nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị đo được vào bảng số
liệu của phần mềm
- Mở van đẩy một ít để tăng lưu lượng lên một ít, đợi một lúc cho bơm
hoạt động ổn định rồi nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá tri
đo được vào bảng số liệu của phần mềm

- Tăng dần độ mở van và ghi nhận lạị các giá trị đo vào bảng số liệu
của phần mềm cho đến khi van mở hoàn toàn.
4.3.1.3. Các lưu ý:
- Đảm bảo mực nước trong bồn chứa phải cách đỉnh bông ít nhất 10 cm
- Phải đặt bơm ở chế độ sẵn sang ( nút PUMP ON trên màn hình ở trạng
thái 1) trước khi chỉnh tốc độ bơm.
- Khi bơm ở chế độ sẵn sang và tốc độ bơm khác 0 nhưng bơm không
hoạt động thì phải tắt ngay bơm và báo cáo ngay cho giáo viê hướng
dẫn.
- Đảm bảo không còn bọt khí trong hệ thống trước khi tiến hành thí
nghiệm.
- Kiểm tra các giá trị đo được trong các thí nghiệm, nếu thay đổi độ mở
van mà các giá trị không thay đổi thì phải báo ngay cho giáo viên
hướng dẫn.
4.3.2. Thí nghiệm 2: Xây dựng các đường đặc tuyến tổng hợp

4.3.2.1. Tiến hành thí nghiệm
- Cài đặt bơm ở chế độ 50%
- Cho bơm chạy tuần hoàn đến khi đuổi hết khí ra hết hệ thống. Đóng
và mở nhẹ nhàng van hút và van đẩy một vài lần để khử một số bọt khí
trong hệ thốn. Su đó mở hoàn toàn van hút.
- Trong bảng kết quả, đổi sheet thành 50%
- Đóng van đẩy hoàn toàn để lưu lượng bằng 0.
- Nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị đo được vào bảng số
liệu của phần mềm.
- Mở van đẩy một ít để tăng lưu lượng một ít, đợi cho bơm hoạt động ổn
định rồi nhấp chuột vào biểu tượng GO để ghi lại giá trị đo được vào
bảng só liệu của phần mềm

- Tăng dần độ mở van và ghi lại các giá trị đo vào bảng số liệu của
phần mềm cho đến khi van mở hoàn toàn
- Mở một sheet mới trên màn hình và đổi tên thành 60%
- Cài đặt tốc độ bơm là 60% và tiến hành thí nghiệm như trên
- Cài đặt tốc độ bơm là 80% và tiến hành thí nghiệm như trên
- Cài đặt tốc độ bơm là 90% và tiến hành thí nghiệm như trên
- Cài đặt tốc độ bơm là 100% và tiến hành thí nghiệm như trên
V. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
5.1. Kết quả thí nghiệm
5.1.1. THÍ NGHIỆM 1
Bảng 1. Kết quả thu thập được và tính toán tại S=70%

d in = 22,5mm  R in= 11,25.m
d out = 17,5mm  R out = 8,75.m
Xử lý số liệu
- Lần 1

= (m/s)
0 (m/s)

Hᵼ = Hₛ ₊Hʋ +Hₑ = 3,179 + 0 + 0,075 = 3,254 (m)


- Lần 2

= m/s
m/s

Hᵼ = Hₛ ₊Hʋ +Hₑ = 3,292+0,02+0,075 = 3,387 m

- Lần3

=m
= m/s
m/s

Hᵼ = Hₛ ₊Hʋ +Hₑ = 2,133+ 0,414 +0,075 = 2,622 m

- Lần 4
=m


= m/s
m/s

Hᵼ = Hₛ ₊Hʋ +Hₑ = 1,518+0,628+0,075 = 2,221 m

- Lần 5

m
= m/s

=
Hᵼ = Hₛ ₊Hʋ +Hₑ = 1,354+0,664+0,075= 2,093 m

*Bảng 2. Bảng số liệu và kết quả tính toán tại S=70%


4.000
3.500

3.000
Ht (m)

2.500
2.000
1.500
1.000
0.500
0.000
0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

Q(l/s)

Hình 1 Đồ thị cột áp của bơm theo lưu lượng ở một tốc độ không

Pm (W)

đổi

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

Q (l/s)

Hình 2 Đồ thị công suất cung cấp của bơm qua từng lưu lượng ở một tốc độ
không đổi

30
25

E(% )

20
15
10
5
0
0.00

0.20

0.40

0.60
Q (l/s)

0.80

1.00

1.20


Hình 3 Đồ thị hiệu suất của bơm theo từng lưu lượng ở một tốc độ không đổi
5.1.2. THÍ NGHIỆM 2

Tính tương tự như thí nghiệm 1 ta xử lí số liệu có kết quả

Bảng 3.Số liệu và kết quả tính toán tại S=50%

* Bảng 4. Số liệu và kết quả tính toán tại S=60%

* Bảng 5. Số liệu và kết quả tính toán tại S=80%

* Bảng 6. Số liệu và kết quả tính toán tại S=90%

* Bảng 7. Số liệu và kết quả tính toán tại S=100%


Vẽ đồ thị đường đặc tuyến tổng hợp
7
6
5

Ht (m)

4

S=50%
S=60%
S=80%
S=90%
S=100%

3
2
1
0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Q (l/s)

Hình 4 Đồ thị cột áp của bơm theo lưu lượng ở các tốc độ khác nhau
400
350
300

Pm(W)

250
200
150
100
50
0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Q(l/s)
S=50%

S=60%

S=80%

S=90%

S=100%

4.5

5


E(%)

Hình 5 Đồ thị công suất cung cấp của bơm qua từng lưu lượng ở các tốc độ
khác nhau

40
35
30
25
20
15
10
5
0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Q(l/s)
S=50%

S=60%

S=80%

S=90%

S=100%

Hình 6 Đồ thị hiệu suất của bơm theo từng lưu lượng ở các tốc độ khác nhau
5.1.3. Bàn luận

- Trong quá trình tiến hành thí nghiệm, khi điều chỉnh lưu lượng về 0
cần chú ý thao tác nhanh thực hiện không quá 10 giây tránh tình trạng
bơm bị hư hỏng
- Do điều chỉnh lưu lượng không đều nhau dẫn đến áp suất chênh lệnh
giữa các lần hơi lớn
- Đường đặc tuyến của bơm ở tốc độ không đổi của thí nghiệm 1, ta
thấy hiệu suất bơm đạt giá trị cực đại E =25,3% tại 1,09 lít/s. Năng
suất lớn nhất của bơm là 87,92 W thì hiệu suất đạt giá trị cao nhất.
- Khi giữ nguyên tốc độ, tăng lưu lượng thì cột áp của bơm giảm dần
và công suất tăng dần.
- Ở thí nghiệm 2, khi ta tăng tốc độ bơm lên thì hiệu suất của bơm
cũng tăng lên theo. Đồ thị đường đặc tuyến tổng hợp của bơm có dạng
giống lý thuyết .
- Những nguyên nhân dẫn tới sai số thí nghiệm:
+ Thao tác không thuần thục, dẫn đến kết quả sai.
+ Thiết bị đo đã cũ dẫn tới số liệu không chính xác.


+ Nước cứng cũng là một yếu tố gây tắc nghẽn ống dẫn từ đó dẫn tới
sai số.
VI. KẾT LUẬN
- Theo kết quả thí nghiệm ta thấy, áp suất đầu hút và đầu đẩy giảm
dần vì khi lưu lượng tăng, vận tốc tăng, áp suất sẽ giảm theo công thức
Bernulie
- Khi tốc độ của bơm tăng lên thì công suất của bơm cũng tăng lên

V. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trần Hùng Dũng- Nguyễn Văn Lục- Vũ Bá Minh- Hoàng Minh Nam, các
quá trình và thiết bị cơ học, NXB đại học quốc gia TP HCM, trang 235,
2005


Giáo trình Tài liệu hướng dẫn thực hành các quá trình và thiết bị trong
công nghê hóa học, lưu hành nội bộ,NXB đại học công nghiệp TPHCM,
trang 22-35, 2017