Bơm quạt máy nén - Chương 4,5,6

Chửụng 4: BễM LI TAM.
4.1.Caỏu taùo cuỷa bụm li taõm.
Hỡnh 4.1a.
Hỡnh 4.1b


1.Bánh công tác
2.Trục kéo bơm.
3.Dẫn hướng vào bơm.
4.Bộ phận dẫn hướng ra khỏi bơm.
5.ng hút.
6.ng đẩy.
Trước khi khởi động phải đổ nước đầy vào thân bơm phủ
đầy bánh công tác và ống hút phải điền đầt chất lỏng gọi là
mồi bơm.Vỏ bơm Hình 4.1.c

Hình 4.1.c.Vỏ dạng xoắn ốc.
1.Nguyên lí làm việc.
-Khi bánh công tác quay các phần tử chất lỏng trong bánh
công tác do lực li tâm bò dồn từ trong ra ngoài theo máng
dẫn đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn đó là quá trình
đẩy.Đồng thời ở lối vào tạo ra một vùng có chân không để
hút chất lỏng.Như vậy chất lỏng liên tục chảy qua bơm do
quá trình hút và đẩy liên tục.
2.Phân loại bơm.
a.Theo cột áp:
-Cột áp thấp: H < 20 mH
2
0.
-Cột áp trung bình: H < 20 - 60 mH
2

0
-Cột áp cao: H > 60 mH
2
0
b.Theo số bánh công tác: Hình 4.1 và hình 4.2
-Bơm có 1 bánh công tác: 1 cấp, Hmax = 100 mH
2
0,
(Hình 4.1)
-Bơm nhiều cấp:(Hình 4.2): Ghép nối tiếp nhiều bánh công
tác.Số bánh công tác 2-8 có khi đến 12.Cột áp bơm nhiều
cấp bằng tổng cột áp từng cấp,còn lưu lượng bằng lưu
lượng của 1 cấp.




Hỡnh 4.2
c.Theo caựch huựt chaỏt loỷng vaứo bụm:
-Bụm huựt 1 phớa- Hỡnh 4.1b
-Bụm huựt 2 phớa- hỡnh 4.5:
4.2.Lý thuyết cơ bản của bơm li tâm.
4.2.1.Phương trình cơ bản của bơm li tâm:
Chương 2 ta có phương trình cơ bản máy cánh dẫn:

g
CuCu
H
uu 1122
1

.. ±
=
∞
[4.1]
Để nâng cao cột áp của bơm,chọn góc:
α
1
= 90
o
tức là vận
tốc C
1
vuông góc với u
1
do đó thành phần C
1u
= 0.Khi đó
phương trình cột áp của bơm là:Hình 4.6



g
CU
H
u
l
22
.
=
∞

[4.2]


Hình 4.6
4.2.2.Cột áp thực tế của bơm.
Phương trình 4.2 là cột áp lí thuyết của bơm với giả thiết :
-Số cánh dẫn nhiều vô cùng,chiều dày cánh dẫn bằng 0.
-Chất lỏng lí tưởng.
Tuy nhiên thực tế bơm có số cánh giới hạn 6-12 cánh.Do đó
sự phân bố vận tốc là không đều,hơn nữa chất lỏng có độ
nhớt nên cột áp thực tế khác cột áp lí thuyết.
Cột áp thực tế là:

H
l
H
Z
H
∞
=
..
η
ε
[4.3]
Với
ε
Z
:Hệ số ảnh hưởng số cánh dẫn có hạn.

η

H
:Hệ số kể ảnh hưởng tổn thất khi chảy qua rãnh.
Các hệ số xác đònh như sau:

βη
π
2
sin.1
Z
Z
−=
[4.4]
.Có thể chọn:
ε
Z
= 0.8

η
H
= 0.7-0.9
Vậy cột áp thực tế :

g
H
CU
U
H
Z
22
.

..
η
ε
=
[4.6]
Nhận xét chung: Cột áp thực của bơm phụ thuộc:
-Đường kính ngoài D
2
bánh công tác.
-Số vòng quay n của bơm.
-Thành phần vận tốc C
2u
ở lối ra của bánh công tác tức góc
β
2
.
Tuy nhiên không thể tăng mãi D
2
,số vòng quay n và
β
2
mãi
được vì nếu n tăng quá ảnh hưởng đến hiện tượng xâm thực
(xem công thức 3-21),còn D
2
và
β
2
bò giới hạn bởi tổn thất
của dòng chất lỏng nên cột áp của bơm 1 cấp có giới

hạn.Trò số lớn nhất theo lí thuyết là H < 250 mH20.
Muốn có cột áp cao hơn ta dùng bơm có nhiều cấp,thường
chế tạo bơm 1 cấp có cột áp nhỏ hơn 100 mH20.
Muốn cột áp có lợi nhất và bơm có hiệu suất cao thì phải
chọn bánh công tác có số cánh phù hợp và các thông số kết
cấu góc hợp lý.
4.2.3.Ảûnh hưởng của kết cấu cánh dẫn đến cột áp của bơm.
a.nh hưởng của góc:
β
1
.
Để có lợi chọn :
α
1
= 90
0
,còn góc
β
1
phụ thuộc vào thành
phần vận tốc c1 và U
1
:
U
C
tg
1
1
1
=

β
[4-8]
Như vậy theo [4-2] góc
β
1
không ảnh hưởng trực tiếp đến
cột áp .Tuy nhiên nó ảnh hưởng đến hiệu suất do gây sự va
đập dòng chảy với cánh bơm nên cần chọn hợp lý .Thường
chọn :

β
1
= 15 - 30
0
b.nh hưởng của góc :
β
2
.
Góc
β
2
ảnh hưởng quyết đònh đến cột áp toàn phần H và
các cột áp thành phần vì vậy việc chọn góc
β
2
có ý nghóa
rất quan trọng.
Theo giá trò của góc
β
2

mà có thể chia ra làm 3 cách bố trí
cánh dẫn: Hình 4.8 và Hình 4.9



-Khi
β
2
< 90
0
cánh
dẫn cong về sau.
-Khi
β
2
= 90
0
cánh
dẫn hướng kính ở
lối ra.
-khi
β
2
> 90
0
cánh
dẫn cong về phía
trước.
Thực nghiệm cho
thấy với chất lỏng

nên dùng loại cánh ngoặt sau có lợi vì khi đó tổn thất động
năng nhỏ.
Vì vậy với bơm thường chọn góc
β
2
< 90
0

Cụ thể chọn:
βββ
max2min
Vì từ phương trình cột áp [4-2]

( )
β
2
22222
1
cot..
1
.
1
g
gg
CUUCU
H
mU
−==
∞







−=
β
2
22
2
cot..
2
.
1
g
g
CU
U
m
Như vậy cột áp sẽ = 0 khi
0
2
=
C
U
hay khi :

U
C

m
artg
2
2
2
=
β
như vậy để có cột áp thì góc
β
2
phải thoả mãn:

β
2
>
β
min
=
U
C
m
artg
2
2
Tuy nhiên nếu góc
β
2
lớn quá thì cột áp động cũng sẽ lớn
quá so với cột áp tónh là điều không mong muốn nên thực
tế chọn góc

β
2
sao cho :

HH
ltl ∞∞
−= ).8.07.0(

HH
iđl ∞∞
−= ).2.03.0(
vì vậy khống chế góc :
β
2
= 15
0
-30
0
Đặc biệt có thể chọn
β
2
= 50
0
. Hình 4.10

Hình 4.10. Ảnh hưởng góc
β
2
đến cột áp.
4.2.4.Lưu lượng của bơm li tâm.

Công thức tính lưu lượng bơm li tâm:

bD
C
Q
m
L
...
π
=
[4.17]
Hình 4.11
Lưu lượng thực tế nhỏ hơn lưu lượng lí thuyết.
4.3.Các đường đặc tính của bơm li tâm.
Quan hệ giữa các thông số cơ bản: Cột áp H,lưu
lượng Q,công suất N, hiệu suất
η
luôn thay đổi theo chế độ
làm việc của bơm và với số vòng quay n.
H = H(Q)
N = N(Q)

η
=
η
(Q).
Gọi là các phương trình đặc tính.Nếu biểu thò lên đồ thò ta có
các đường đặc tính của bơm.
Có các loại đường đặc tính:
-Đặc tính lý thuyết,đặc tính thực nghiệm.

-Đặc tính làm việc
-Đặc tính tổng hợp.
Sau đây ta sẽ nghiên cứu các loại đường đặc tính đó.
1.Đặc tính làm việc. Đặc tính làm việc được xây dựng với số vòng
quay n = const.
a.Đường đặc tính lí thuyết.
Theo [4-2]:
g
CU
H
u
l
22
.
=
∞

Từ tam giác vận tốc ta có:

β
2
222
cot. g
CUC
mU
−=
[4-9]
Theo [4-17]
bD
C

Q
m
L
...
π
=
nên xuy ra:

b
D
Q
C
l
m
2
2
2
..
π
=
Thế vào trên ta có:

g
g
g
b
D
Q
U
U

H
l
l
...
.cot.
.
1
2
2
2
2
2
2
π
β
−=
∞
[4-10]
ta thấy cột áp có dạng:

Q
H
l
l
gba .cot.
2
β
−=
∞

Với a,b là các hằng số dương khi đã chọn 1 bơm .
Đây là 1 đường thẳng không qua gốc toạ độ có độ dốc phụ
thuộc vào góc
β
2
. Hình 4.12 và Hình 4.13.

Với
β
2
< 90
0
ta có đường AD
Kể đến ảnh hưởng số cánh dẫn có hạn thành đường: A’D’.
Kể đến ảnh hưởng tổn thất thuỷ lực thành đường : A’’D’’
Kể đến ảnh hưởng tổn thất cơ khí thành đường: A’’’D’’’
Vậy đường cong A’’’D’’’ chính là đường đặc tính thực của bơm.

b.Đường đặc tính thực nghiệm.
Việc xây đựng đặc tính lí thuyết gặp rất nhiều khó khăn vì khó
đánh giá tổn thất cho đúng vì vậy trong kỹ thuật thường xây
dựng các đặc tính bằng các số liệu thu từ thực nghiệm trên các
máy cụ thể gọi là đặc tính thực nghiệm.
Muốn xây dựng đặc tính thực nghiệm cần có hệ thống thí
nghiệm như
Hình 4.14 và Hình 4.15
Các đặc tính thực nghiệm về dạng thì giống các đường lý
thuyết song không trùng nhau.Thực tế việc nghiên cứu thực
nghiệm rất quan trọng .
Về hình dạng có 3 loại đường đặc tính:

-Loại dốc đứng: I
-Loại dốc vừa : II
-Loại lồi : III
Hình 4.16.

Loại I và II là dạng ổn đònh
Loại III là loại không ổn đònh.
2.Đường biểu diễn công suất và hiệu suất Hình 4.17
Hình 4.17
3.Đường đặc tính tổng hợp.
Đường đặc tính tổng hợp của bơm là đướng biểu diễn quan hệ
Q-H với các số vòng quay làm việc của bơm khác nhau.
Nếu thay đổi số vòng quay n thì đường đặc tính làm việc cũng
thay đổi theo.Để biết nhanh chóng các thông số Q,N,
η
thay đổi
như thế nào khi n thay đổi người ta xây dựng các đường đặc tính
tổng hợp của bơm.Hình 4.17 và hình 4.18.

Khi nối các điểm cùng hiệu suất lại với nhau tạo thành những
đường cong cùng hiệu suất có dạng hình quả trứng.Ta thấy rằng
với một số vòng quay làm việc n
i
nào đó có 1 trò số lớn nhất
của hiệu suất ứng với lưu lượng Q
i
,còn với các lưu lượng khác
Qi có 2 trò lưu lượng có cùng hiệu suất.Dóng các điểm cùng
hiệu suất lên đường đặc tính H-Q và nối lại bằng những đường
cong ta có các đường cùng hiệu suất.Đường đặc tính tổng hợp

thường cho trong các sổ tay,tài liệu kỹ thuật của các hãng sản
xuất bơm.Qua đặc tính tổng hợp còn biết nhanh chóng chế độ
làm việc có lợi nhất khi điều chỉnh bơm.
4.4.Điểm làm việc và sự điều chỉnh bơm.
1.Điểm làm việc của bơm.
Bơm bao giờ cũng làm việc trong1 hệ
thống.Giao điểm A giữa 2đường đặc tính làm
việc và đường đặc tính ống H(Q) Và H(Ô)
chính là điểm làm việc của bơm.Hình 4.19
2.Phương pháp điều chỉnh lưu lượng bơm.
a.Điều chỉnh bằng khoá. Hình 4.20
khi mở hết khoá lưu lượng lớn nhất tại điểm A.Khi đóng bớt
khoá lại thì tổn thất khoá tăng lên,lưu lượng giảm đi nghóa là
đường đặc tính lưới sẽ thay đổi,còn đường đặc tính bơm không
đổi.Điểm làm việc chuyển sang điểm B.Phương pháp này đơn
giản thuận tiện, nhưng không king tế vì tăng tổn thất và phạm vi
điều chỉnh bò giới hạn.
b.Điều chỉnh bằng số vòng quay của n bơm.Hình 4.21.
Phương pháp này làm thay đổi đặc tính của bơm còn đường đặc
tính lưới không đổi.Phương pháp này kinh tế hơn so với điều
chỉnh bằng khoá.
3.Khu vực điều chỉnh.
Với đường đặc tính có dạng lồi có 2 nhánh Hình 4.22.
và Hình 4.23.

-Nhánh phải điểm T ( T
là điểm cao nhất) là
khu vực làm việc ổn
đònh.Bơm chỉ có thể
làm việc một chế độ tức là tại điểm A hoặc B mà không thể

cùng lúc cả 2.Giả sử bơm làm việc tại điểm A nếu có nguyên