Chương II Máy thuỷ lực thủy động. A-Bơm cánh dẫn I- Bơm ly tâm 1.1 Sơ đồ cấu tạo , nguyên lý hoạt động , phân loại bơm . a- Sơ đồ cấu tạo của bơm:

Xét sơ đồ kết cấu của bơm ly tâm đơn giản trên hình 2-1. Ta thấy bơm gồm các bộ phận chủ yếu sau : 1. Cánh bơm 2. Cửa đẩy 3. Buồng xoắn ốc 4. Đường ống đẩy 5. Đường ống hút 6. Họng cấp 7. Bánh cánh 8. Vành làm kín miệng cánh b- Nguyên lý hoạt động của bơm: Trước khi bơm làm việc cần phải làm cho thân bơm (trong đó có cánh dẫn công tác) và ống hút được điền đầy chất lỏng - người ta thường gọi là mỗi bơm . Chất lỏng đi qua bộ dẫn hướng vào, qua bộ phận công tác ở bộ phận dẫn hướng ra , qua ống tăng áp ở cửa xả và từ đó đi vào đường ống đẩy. Buồng xoắn ốc lớn dẫn từ phần cong nhất được gọi là "lưỡi" để ghóp chất lỏng đi ra khỏi bánh công tác và để biến một phần cột áp động của dòng đi ra khỏi bánh cánh thành cột áp tĩnh .Khi bánh công tác quay , do sự tác dụng của các cánh của bánh công tác nên chất lỏng sẽ quay cùng bánh cánh. Bởi vậy các phần tử chất lỏng sẽ có vận tốc vòng u có hướng tiếp xúc với vòng tròng vẽ qua điểm đang lấy tâm là tâm quay của bánh công tác . Nhận vận tốc u nên khối chất lỏng trong vòng bánh công tác sẽ xuất hiện lực ly tâm . Nếu áp lực do lực ly tâm tạo ra trong lòng chất lỏng đủ để khắc phục trở lực trong đường ống đẩy thì chất lỏng trong rãnh cánh sẽ chuyển động từ tâm ra các vùng xa tâm theo các rãnh giữa các cánh với tốc độ tương đối w. Bởi vậy vận tốc tuyệt đối c của phần tử chất lỏng là véc tơ tổng của hai véc tơ u và w. Trong trường hợp lý tưởng tức là chất lỏng không nhớt và số cánh nhiều vô hạn thì các phần tử chất lỏng chuyển động với các quỹ đạo giống nhau . Kết quả là động cơ sẽ truyền năng lượng cho chất lỏng khi nó đi qua bánh cánh , tăng tốc độ của chất lỏng từ các tốc độ c1,w1,u1 ở mép vào lên các vận tốc c2,w2,u2 ở vòng tròn ra của bánh công tác. Để hướng các phần tử chất lỏng tiếp xúc với bề mặt cánh lúc nạp chất lỏng vào bánh cánh ,đó là nhiệm vụ của bộ hướng dòng vào . Người ta thấy tốc độ tuyệt đối c2 khi ra khỏi bánh công tác luôn lớn hơn tốc độ cho phép trong đường ống đẩy ,bởi vậy cần giảm tốc độ này bằng cách biến cột áp động do tốc độ này tạo ra cột áp tĩnh .Sự biến đổi này theo Becnuly là một phương pháp để giảm tốc độ. Bởi vậy sau khi ra khỏi bánh công tác , chất lỏng được hướng vào buồng có tiết diện lớn dần có dạng xoắn ốc , buồng xoắn ốc lớn dần từ trong ra ngoài để giảm tốc độ của chất lỏng .Do nguyên lý làm việc như trên làm cho chất lỏng ở các rãnh cánh đi vào buồng xoắn ốc và lại được tiếp tục nạp đầy chất lỏng lấy từ đường ống hút bởi sự chênh áp suất giữa bề mặt của bể hút với áp suet tại cửa hút của bơm. .Đó là quá trình hút của bơm ly tâm .Do sự quay đều của bánh công tác nên trong đường ống chất lỏng chuyển động liên tục.

c.Phân loại bơm ly tâm: +Theo lưu lượng của bơm : -Bơm có lưu lượng thấp : Q < 20m3/h - Bơm có lưu lượng trung bình : Q < 60m3/h - Bơm có lưu lượng cao: Q > 60m3/h +Phân loại theo cột áp của bơm: -Bơm cột áp thấp H < 20mH2O -Bơm cột áp trung bình H = 20  60. -Bơm cột áp cao H > 60. +Theo trị số bánh cánh và cách lắp ghép của các chi tiết : -Bơm có một bánh cánh và một cấp áp lực . -Bơm có nhiều cấp là các cánh của bánh công tác được lắp ghép nối tiếp . -Bơm có nhiều bánh cánh , bánh cánh được nối ghép song song. +Theo cách dẫn chất lỏng vào bánh công tác được chia ra: -Bơm có bánh công tác hút chất lỏng từ một phía được gọi là bơm một miệng hút. -Bơm có hai miệng hút. +Theo kết cấu của vỏ chia ra : -Bơm một vỏ là bơm có một mặt phẳng chia vỏ và làm hai phần qua tâm trục . -Bơm vỏ rời là bơm mà vỏ cấu tạo thành từ các phần riêng , mỗi phần ứng với một bánh công tác tạo thành một cấp của bơm. +Theo cách đặt bánh công tác : -Bơm đặt thẳng đứng . -Bơm đặt nằm ngang . +Theo loại chất lỏng được chuyển bằng bơm : -Bơm để bơm nước . -Bơm để bơm sản phẩm dầu hoả . +Theo cách hút của bơm : -Các bơm tự hút là các bơm có thiết bị để tạo ra chân không trong đường ống hút trong thời kỳ khởi động . -Các bơm không tự hút là các bơm không có thiết bị để tạo ra chân không trong đường ống htú trong thời kỳ khởi động . +Theo số vòng qoay đặc trưng ns : Để sử dụng ,thiết kế chế tạo máy thuỷ lực được thuận tiện và kinh tế .Các loại máy thuỷ lực cánh dẫn cũng được tiêu chuẩn hoá . Mỗi loại máy thuỷ lực cánh dẫn được sản xuất ra chia làm nhiều nhóm gọi là hệ thống . Trong cùng một hệ thống ,các máy đều có đặc tính làm việc và hiệu suất như nhau nghĩa là chúng tương tự với nhau .Để đặc trưng cho một hệ thống người ta dùng một máy (mô hình). Để tiện tính toán mô hình có các thông số như sau: Hs = 1m cột chất lỏng. Qs = 75 l/s Ns = 0,736 KW(mã lực ) ns Số vòng quay trong một phút hiệu suất có lợi nhất . (Các thông số kèm theo chữ s là của mô hình đặc trưng). Bất kỳ bơm nào chế tạo ra cũng phải tương tự với bơm mô hình cùng hệ thống .Các thông số làm việc của bơm đó và của máy mô hình quan hệ với nhau theo luật tương tự . Theo tính chất tương tự của các MTL: (2) ; (2-1) Với Trong đó Ds: mô hình ; D: Bơm đang xét (2-2) Muốn biết bơm cánh dẫn loại cánh dẫn nào đó thuộc hệ thống của máy mô hình nào người ta dùng số vòng quay ns tính theo công thức (2-2). Để phân biệt nên thường gọi là số vòng quay đặc trưng . Số vòng qoay đặc trưng không phải là số vòng quay thực của máy đó mà là số vòng quay của máy mô hình tương tự . Số vòng quay đặc trưng có ý nghĩa rất lớn trong việc tính toán thiết kế và sử dụng máy thuỷ lực cánh dẫn nói chung và trong bơm ly tâm , bơm hướng trục nói riêng. Trong các tài liệu kỹ thuật về thiết kế hoặc sử dụng các trị số tính toán , các dạng đường đặc tính thực nghiệm và hình dạng kết cấu bánh công tác của các hệ thống MTL cánh đẫn đều cho theo ns. 1.2 Phương trình xác định cột áp lý thuyết của bơm Quỹ đạo chuyển động của các phần tử chất lỏng qua bánh cánh công tác rất phức tạp, để đơn giản hóa tính toán người ta giả thiết rằng: -Dòng chảy qua bánh cánh gồm các dòng nguyên tố như nhau -Quỹ đạo chuyển động tương đối của các phần tử chất lỏng trong bánh cánh theo biên dạnh của các cánh dẫn. Để có các giả thiết trên thì phảI có các điều kiện sau: -Bánh cánh có số cánh dẫn nhiều vô cùng và mỏng vô cùng - Chất lỏng làm việc là chất lỏng lý tưởng Với giả thiết trên thì chuyển động tuyệt đối (c) của mỗi phần tử chất lỏng qua bánh cánh có thể phân tích thành hai chuyển động đồng thời: Chuyến động quay cùng bánh cánh (u) và chuyển động tương đối theo biên dạng cánh dẫn (w).

1. Mặt sau bánh cánh; 2. mặt trước bánh cánh 3. cánh bơm 4. trục bơm 5. rãnh vào bánh cánh 6. ống loe

w:vận tốc tương đối u: vận tốc vòng c: vận tốc tuyệt đối

Trường hợp lý tưởng, Khi bánh cánh quay, toàn bộ mômen động lượng của dòng chất lỏng có được là mômen trên trục động cơ lai bơm tạo ra. Mômen động lượng dòng chảy qua bơm là: m( r2C2U - r1C1U ) Trong đó: m - Lưu lượng khối lượng chất lỏng. r1 , r2 - Bán kính tại điểm 1 và 2. C1U và C2U - Là tốc độ đIúm 1 và 2 chiếu trên phương u ( tốc độ thành phần tiếp tuyến) Và cúng vì đây là trường hợp lý tưởng nên môment trên trục động cơ tính bằng công thức sau:

N - Công suất động cơ.  - Tốc độ góc động cơ Mặt khác ta có N=  QH nên và thay vào phương trình cân bằng môment trao đổi ta thu được: = m( r2C2U - r1C1U ) m = Q = Q ( r2C2U - r1C1U ) H= = H= Nếu ta chuyển r2=u2 và r1=u1 Thì: H= Hoặc C1u=C1..cos1 và C2u=C2..cos2 Thông thường tại đIúm 1  = 90O nên công thức tính cột áp còn: H= = Đó là phương trình động Euler cho nhóm máy thủy lực cánh dẫn. Song đối với bơm có số cánh hữu hạn i thì giá trị cột áp mang một giá trị thấp hơn và được xác định bằng công thức: Hi= P  0 là hệ số hiệu chỉnh Pleidener. Hệ số p được tính theo công thức thực nghiệm: P= i - Số cánh quạt  - Hệ số kết cấu profil cánh  = (0,54  0,68) + sin2 Đồng thời áp dụng phương trìnhliên tục cho dòng chảy ta có: Q= A.W2  suy ra W2= a,b là kích thước cửa thoát của dòng ra khỏi bánh cánh. Hoặc ta biển đổi: C2cos2= (u2 - W2)cos2 Thay thế vào phương trình trên ta thu được H = Hi = Rút gọn dưới dạng tóm tắt hơn nữa ta có: Hi = Hoặc viết cho một trị số vòng quay bánh cánh n= const thì Hi= A' - BQ cos2 A, A': Là các hệ số rút gọn. Q: Sản lượng của bơm. 2 Góc phụ thuộc vào kết cấu cánh.. Vì u2= r2 nên khi tính toán sử dụng u = r. r : Bán kính điểm quay từ đó xác định cột áp lý thuyết. Hi= Au2 - BQcos2. Hay Hi A' - BQcos2 biểu diễn trên hệ toạ độ H-Q ta có:

1.3 Chọn biên dạng của cánh bơm. Trên hình 2.4 có 3 trạng tháI đặc trưng của cánh công tác. Trường hợp cánh cong về phía trước với góc 2  90O , trường hợp cánh thẳng với góc 2 = 60O và trường hợp cánh cong về phía sau với 2  90O . ứng với mỗi loại cánh trên ta có một đặc tính tương ứng được thể hiện trên hình 2.5. Vùng có 2  90O cột áp động năng nhỏ nên tổn thất năng lượng nhỏ do vậy mà hiệu suất cao , còn vùng có 2  90O thì cột áp động năng lớn do vậy mà hiệu suất thấp do tổn hao năng lượng lớn.. Trong thực tế người ta chọn cánh cong về phía sau tương ứng với giá trị góc 2  90O. Trong thực tế góc 2 = 30O  70O.

Hình 2.6 Quan hệ giữa Hlt∞ và Hlt∞t với õ2 1.4 Đặc tính thực của bơm li tâm Trường hợp lý tưởng H,, với số cánh vô cùng thì trao đổi năng lượng một cách hoàn toàn, với 2 90O nên đồ thịđặc tính của bơm nằm ở vị trí cao nhất (đường a) . Khi với số cánh hữu hạn i nào đó,cột áp bơm bị giảm đi (đường b). Để tính toán người ta sử dụng hệ số hiệu chỉnh Pfleidener đã giới thiệu ở phần trước.

Thực tế với chất lỏng thực có độ nhớt   0 nên tổng thất thuỷ lực tỷ lệ với bình phương tốc độ và vì vậy cũng tỷ lệ với bình phương sản lượng Q. Mặt khác giá trị tổn thất do va đập phụ thuộc vào góc tiếp xúc giữa các dòng chảy trong bơm với cánh công tác cho nên tồn tại một giá trị sản lượng hay tốc độ mà tại đó tổn thất va đập là nhỏ nhất tại (Qn). Bằng phương pháp cộng đồ thị ta thu được đường đặc tính (c) sau khi đã tính đến tổn thất thuỷ lực và tổn thất do va đập. đường c là đường đặc tính thực mà hầu hết các bơm li tâm đều có. Song cho một trị số vòng quay nào đó không đổi. Nếu ta thay giá trị vòng quay khác lớn hơn hay nhỏ hơn thì dạng đồ thị của nó sẽ cao hơn hay thấp hơn tương ứng.

1.5 Các đặc tính khai thác của bơm li tâm Các đặc tính của bơm là những đường cong biểu thị mối quan hệ giữa các thông số của bơm li tâm với nhau như: H=f(Q), N=f(Q) và  = f(Q). Dang đặc tính thường gặp được biểu diễn trên hình 2.8

Các đường đặc tính của bơm ly tâm 1.6 Đường đặc tính thực nghiệm

Trong thực tế nhiều trường hợp cần xác định lại các đường đặc tính của bơm. Ta có sơ đồ xác định đặc tính thực của bơm và các đường đặc tính xác định được như hình vẽ trên. 1.7 Đặc tính ổn định và đặc tính không ổn định Phân loại đặc tính ổn định và đặc tính không ổn định. - Đặc tính ổn định là đặc tính liên tục ổn định nghịchbiến với mức gia tăng về dòng chảy qua bơm (Sản lượng). Xem hình 2.9.

- Đặc tính không ổn định của bơm li tâm (Hình 2.10) có dạng ban đầu đồng biến với sản lượng, sau đó đạt giá trị cực đại và tiếp tục nghịch biến với sản lượng. - Đối với loại ổn định , mỗi giá trị cột áp ứng với một giá trị sản lượng. Còn đối với loại không ổn định tồn tại vùng mà ứng với mỗi giá trị cột áp cho hai giá trị sản lượng (Hình 2.10). - Trong khoảng A-B là vùng hoạt động không ổn định. Ví dụ: trong trường hợp nào đó mà sản lượng giảm đồng thời cột áp cũng giảm, do đó mà năng lượng của chất lỏng giảm theo. Kết quả đó gây ra va đập ngược lại với chất lỏng và gây dao động áp suất công tác nên nó ảnh hưởng đến sự làm việc của bơm và hệ thống. - Trong số hàng loạt bơm li tâm có một số bơm có đặc tính không ổn định. Nên khi sử dụng chúng vào khai thác cần phảI thận trọng và nhất là khi chúng được nối song song với nhau làm việc chung cho một hệ thống đường ống. Tránh đIúm khai thác không ổn định bằng cách đIều chỉnh đặc tính đường ống

1.8 Sự phối hợp bơm với hệ thống- điểm làm việc Để định rõ điều kiện tối ưu lúc sử dụng bơm thì cần chọn vùng làm việc: - Lưu lượng và cột áp đáp ứng được yêu cầu sử dụng. - Hiệu suất cao nhất. Xét quan hệ giữa bơm với đường ống: - Khi bơm làm việc ổn định thì cột áp đẩy của bơm bằng cột áp cản của hệ thống. -Một chế độ công tác của bơm trong hệ thống có thể biểu diễn bằng giao điểm của hai đường đặc tính (của bơm và của hệ thống) trong cùng một hệ toạ độ giao điểm ấy gọi là điểm làm việc của bơm với hệ thống .

2.1.9 Ghép bơm vào hệ thống Là sự làm việc phối hợp của hai bơm với một hệ thống đường ống. 2.1.9.1 Ghép hai bơm song song. Giả sử bơm I và II với đường đặc tính giống nhau lắp song song để phục vụ cho một hệ thống đường ống: + Cột áp tĩnh của đường ống Ht. + Đặc tính toàn bộ của ống dẫn Htb. Giả thiết hệ thống chỉ cho một bơm làm việc thì điểm làm việc giới hạn là điểm A: + Lưu lượng là QA. + Cột áp là HA Đặc tính làm việc của hai bơm cùng làm việc song song trong mạng là đường cong H I và HII nhận được bằng cộng lưu lượng của các bơm này ở cùng một tung độ cột áp. VD: B1B2 + BB1= BB2 Lúc này điểm giới hạn làm việc của hệ thống là điểm A' : + Lưu lượng là QA'. + Cột áp là HA' Từ dạng đường cong ta thấy tổng lưu lượng của các bơm cùng làm việc song song trong mạng ống nhỏ hơn tổng lưu lượng từng bơm làm việc riêng trong hệ thống cộng lại. QA < QA' Điều này có thể giải thích là do sự phụ thuộc giữa tốc độ chất lỏng trong ống dẫn và lưu lượng là đường cong bậc nhất, còn giữa tốc độ và cột áp là đường cong bậc hai. Đặc tính đường ống càng cong thì lưu lượng do hai bơm lắp song song cung cấp cho hệ thống đó càng giảm. Những bơm đặc tính của nó ít cong lúc lắp song song có lợi về lưu lượng, bởi vậy lúc muốn lợi dụng về lưu lượng nên chọn các bơm có đặc tính thoải. Để giảm sức cản thuỷ lực khi hai bơm làm việc song song với nhau nên tăng trị số của đặc tính đường ống. Hai bơm ly tâm khác nhau làm việc song song trong hệ thống đường ống. Nếu các bơm ly tâm I và II có đặc tính tương ứng HI và HII . Nếu chúng làm việc riêng trong hệ thống ống có đặc tính Htb thì điểm làm việc tương ứng với từng bơm là : - Điểm A1 và A2 - Lưu lượng phù hợp QA1 , QA2 - Cột áp là QH1 , QH2 Lúc hai bơm cùng làm việc song song thì đặc tính chung của đường cong có: - Điểm công tác là điểm A. - Lưu lượng là QA < QA1 + QA2 - Cột áp là HA. Nếu đặc tính ống dẫn thay đổi thành HĐÔ1 thì việc đưa bơm II vào làm việc trong hệ thống là vô ích vì tổn thất cột áp trong ống dẫn lớn hơn cột áp của bơm này tạo ra. Nếu để bơm II làm việc trong điều kiện này thì một phần chất lỏng của bơm I được dẫn vào trong ống của bơm II và sẽ sinh ra va đập thuỷ lực trong đó và giảm sự cung cấp chất lỏng đến nơi cần dùng. 1.9 Ghép bơm nối tiếp Nếu ta ghép bơm 1 có đặc tính HB1=f(Q) với bơm 2 có đặc tính HB2=f(Q) cùng cấp chất lỏng cho hệ thống đường ống có đặc tính Hđ/o=f(Q). Bằng phương pháp cộng đồ thị với đIều kịen: HB1,2= HB1+ HB2. QB1,2= QB1= QB2 Kết quả ta được đặc tính của hai bơm HB1+2=f(Q)

1.10 Đồ thị đặc tính công suất: N=f(Q) ứng với mỗi vòng quay của bơm ta có đường đặc tính quan hệ giữa công suất với sản lượng của bơm có dạng như hình vẽ

1.11 Đồ thị đặc tính hiệu suất: =f(Q) Mối quan hệ giữa hiệu suất của bơm li tâm với sản lượng được biểu diễn trên hình 2-16 cho nhiều chế độ vòng quay khác nhau của bơm

Một điểm chú ý đó là chỉ cho một vòng quay duy nhất nào đó tồn tại một điểm công tác của bơm mà nó có hiệu suất cực đại max. Vòng quay đó gọi là vòng quay định mức. Trong thực tế điểm làm việc của bơm với hệ thống không phải lúc nào cũng trùng vào điểm này. 1.12 Đồ thị tổng hợp Mỗi đường đặc tính làm việc được xây dựng với một trị số vòng quay làm việc không đổi của bơm. Nếu thay đổi số vòng quay làm việc thì đường đặc tính làm việc cũng thay đổi theo. Để biết được nhanh chóng các thông số Q, , H của bơm thay đổi như thế nào khi vòng quay làm việc của bơm thay đổi qua trị số khác ta xây dựng đặc tính của bơm. Đường đặc tính tổng hợp của bơm chính là đường biểu diễn mối quan hệ Q, H với các số vòng quay làm việc của bơm khác nhau trên đó các điểm làm việc cùng hiệu suất được nối với nhau gọi là đường cùng hiệu suất. • Trên tọa độ H- Q dựng các đường H1= f(Q) ; H2= f(Q); H3= f(Q) ứng với các trị số vòng quay n; 0.9n; 0.8n. • Trên tọa độ -Q dựng các đường : 1= f(Q); 2= f(Q); 3= f(Q) ứng với các trị số vòng quay n; n1; n2.n3.... Trên đồ thị tổng hợp thì các đường đẳng hiệu suất là các đường cong cắt đường đặc tính HB=f(Q) (ứng với một vòng quay nhất định) tại hai điểm (trừ điểm A mà tại đó hiệu suất  đạt giá trị cực đại max ).

Nếu muốn khai thác bơm làm việc với hiệu suất cao thì bằng cách kết hợp chọn số vòng của bơm và điều chỉnh cột áp của hệ thống đường ống sao cho càng gần tới điểm A (là điểm có hiệu suất cao nhất) càng tốt. 1.13 Cấu tạo bơm li tâm Ngày nay bơm li tâm có nhiều loại và kết cấu rất đa dạng song chúng bao gồm các bộ phận chính như: Vỏ bơm, bánh cánh, ống góp và thiết bị làm kín. Dưới đây là một số kết cấu bơm điển hình:

1.13.1 Vỏ bơm Vỏ có kết cấu theo kiểu ghép ngang, ghép dọc. Có thể được chế tạo thành nhiều phần và sau đó ghép liên kết với nhau. Chúng thường lag gang đúc, đồng đúc hoặc hợp kim...Chất liệu chế tạo và kiểu cách tuỳ vào đIều kiện công tác của bơm. Thân vỏ bơm có thể được chia thành nhiều khoang riêng biệt với nhau với nhiều mục đích. Nó cũng còn có ý nghĩa trong việc tạo khung để bố trí các ổ đỡ trục, bộ làm kín, định hướng bánh cánh và nhiều các chi tiết khác... Khi tháo lắp, sửa chữa hoặc bảo dưỡng nên chú ý các chốt định vị, độ dày các gioăng và thứ tự lắp ghép bởi vì những vấn đề đó có ảnh hưởng đến tình trạng kỹ thuật của bơm. Lối dẫn chất lỏng vào bánh cánh tạo thành cửa hút. Phần góp chất lỏng ra theo phương tiếp tuyến ngoàI của bánh cánh công tác có hình xoắn ốc. Bỗu góp này có nhiệm vụ biến một phần cột áp động thành cột áp tĩnh nhằm giảm tổn thất năng lương dưới dạng động năng.

1.13.2 Bánh cánh bơm li tâm Bánh cánh công tác của bơm li tâm hình tròn gồm nhiều cánh cong hay thẳng (Số lượng từ 5  9 cánh) gắn trên mâm tròn xoay và được quay nhờ gắn chặt trên trục quay của bơm. Bánh cánh được chế tạo từ các loại vật liệu khác nhau song trong lĩnh vực tàu thuỷ thường được chế tạo từ đồng đúc hoặc ghép. Do kết cấu mà chia bánh cánh ra làm 3 loại chính: kín hai phía, hở một phía(phía còn lại kín) và hai phía đều hở. (Hình 2-20)

NgoàI ra tuỳ thuộc vào chế độ công tác và ưu tiên chức năng chính của bơm cần cột áp hay cần lưu lượng mà kết cấu có dangj cong ít hay cong nhiều. Những nét đặ trưng của nhóm cánh này thường như sau: Cánh cong nhiều và dàI (2 nhỏ) đẻ bơm chủ yếu tạo ra cột áp lớn. Ngược lại cánh cong ít, ngắn (2 lớn) thì bơm chủ yếu tạo ra sản lượng cao. Hình 2-21.

1.13.3 Thiết bị làm kín. Trong bơm li tâm thiết bị làm kín có nhiệm vụ làm cách biệt giữa các khoang công tác với nhau, không cho xâm nhập áp suất và rò rỉ chất lỏng qua lại để đảm bảochức năng của bơm. Đồng thời có nhiệm vụ cách biệt trong bơm với bên ngoàI môI trường, hạn chế sự qua lại của chất lỏng công tác và ngăn chặn không khí bên ngoàI vào bơm.

Vị trí trên hình 2-22 chỉ nơI lắp các bộ làm kín trong. Chúng có tác dụng làm cách biệt các vùng công tác có áp suất cao và vùng áp suất thấp. Tránh sự qua lại của chất lỏng. Tuy nhiên trong thực tế sự qua lại của chất lỏng vẫn tồn tại và vì thế không tránh khỏi tổn thất lưu lượng của bơm. Các chi tiết bên trong mặt cắt thường là hình chữ nhật,được lắp cố định vào vỏ bơm và được chế tạo từ kim loại mềm.

Trên hình 2-22: thể hiện vị trí lắp các thiết bị làm kín cổ trục bơm, có nhiệm vụ cách biệt khoang công tác với môI trường bên ngoài. đối với loại bơm có áp suất công tác thấp và kích thước nhỏ thì các chi tiết làm kín kiểu các vòng làm kín (Các vòng trết tẩm mỡ làm giảm ma sát) ngăn không cho không khí và nước qua lại. đối với bơm có kích thước lớn, làm việc với thông số cao thì bộ làm kín chế tạo phức tạp , đòi hỏi chính xác cao và đảm bảo không phá huỷ với chất lỏng được bơm. Bộ làm kín này là bộ làm kín kiểu mặt chà (Bộ làm kín kiểu ma sát). 1.14. lực dọc trục trong bơm li tâm Khi bơm làm việc bánh công tác chịu tác dụng của nhiều lực khác nhau, các lực đó đôi khi khá lớn, yêu cầu các phần quay của bơm là phải ở trạng thái chuyển động ổn định. Bởi vậy theo định luật đa lam be tất cả các lực tác dụng lên Rotor phải được cân bằng. Để thực hiện được điều này đòi hỏi phải có những biện pháp đặc biệt có ảnh hưởng khá lớn đến cấu tạo của bơm. Các lực tác dụng lên bánh công tác là: - Lực khối lượng: Trọng lực và lực quán tính ( Lực ly tâm và lực do gia tốc Kô-i-ô-lít sinh ra). - Lực bề mặt: Là lực tác dụng tương hỗ giữa các mặt cánh với dòng chất lỏng và các phản lực ở chỗ lắp bánh công tác vào trục. ở đây trong lĩnh vực thuỷ lực ta chỉ xét lực do thuỷ lực sinh ra và cách cân bằng lực đó. a. Lực chiều trục: Để tìm các lực hướng trục ta khảo sát hình vẽ.

Khi bơm làm việc chất lỏng ở bọng hút A chuyển động theo phương song song với trục vào bánh cánh công tác dưới áp suất khá bé P1 Sau khi vào bánh công tác dòng chất lỏng ngoặt 900 và trở thành vuông góc với trục. áp suất chất lỏng tăng dần đến trị số P2 ở lối ra P1 << P2. Dưới tác dụng của áp suất P2 một phần chất lỏng rò rỉ qua các khe hở giữa bánh công tác và thân bơm B và C. Nếu bỏ qua sự quay của chất lỏng trong các khe hở B và C thì có thể xem áp suất trong các khe hở đó gần đúng bằng P2. Do đó áp lực hướng trục tác dụng lên đĩa sau của bánh công tác hướng về bên trái là:

áp lực hướng trục tác dụng lên đĩa trước của bánh công tác hướng về bên phải là:

Do P2 lớn hơn P1 rất nhiều nên Ptr >> Pph Do vậy áp lực dọc trục có xu hướng đẩy bánh công tác về phía ngược với hướng chuyển động của chất lỏng và bánh công tác. (CT 3) áp lực P1 thực tế có trị số nhỏ hơn một ít so với giá trị tính theo công thức 3. Do sự quay của chất lỏng theo các đĩa của bánh công tác trong các khe hở B và C, nên áp suất trong các khe hở đó giảm dần từ ngoài vào trong (từ R2 đến R1) theo các đường Parabon. Ngoài lực hướng trục Pi còn có áp lực hướng trục PIItác dụng vào mặt trong của bánh công tác theo hướng dòng chảy( tức là ngược với hướng PI ) PII xuất hiện do dòng chảy của chất lỏng thay đổi hướng chuyển động ở lối vào của bánh công tác ( Từ hướng trục qua hướng kính) có thể tính theo định luật động lượng. PII = m.c0 = m: Lưu lượng khối lượng của chất lỏng qua bánh cánh công tác m = .Ql/g g : Gia tốc trọng trường. Ql : Lưu lượng lý thuyết của bánh công tác.  : Trọng lượng riêng của chất lỏng. C0: Vận tốc chất lỏng ở bọng hút của bánh công tác. Vậy áp lực hướng trục tổng cộng tác dụng trên một bánh công tác của bơm là: P = PI - PII Đối với bơm nhiều cấp có một bánh công tác thì tổng áp lực hướng trục là: A=i.P. Nếu (phần quay) bơm bố trí thẳng đứng ( bơm trục đứng) thì công thức tính tổng áp lực hướng trục A ở trên cần bổ xung thêm phần trọng lượng rotor G: A = i.P  G Dấu  tuỳ thuộc vào sự bố trí miệng vào và miệng ra của bơm, gây nên các áp lực hướng trục thủy lực cùng hay ngược chiều với trọng lượng G của rotor.. Trong các thành phần áp lực hướng trục thì P có trị số lớn nhất có thể đến hàng tấn, nhất là bơm cao áp và nhiều cấp. Lực hướng trục trong bơm làm mòn các ổ đỡ b. Tác hại của lực hướng trục - Làm mòn các ổ chắn tạo ra sự sai lệch các khe hở trong bơm - Làm cho rotor cọ vào thành bơm khi làm việc, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất và làm hỏng bơm. c . Các biện pháp khắc phục lực dọc trục trong bơm ly tâm Đối với bơm có một cánh công tác Dùng bánh công tác có hai miệng hút.

Cấu tạo vành lót kín thứ hai chia khe hở giữa thân bơm và đĩa sau bánh công tác ra làm hai phần Phần trên : Thông với khoang đẩy có áp suất P  PII Phần dưới : Thông với khoang hút bằng các lỗ khoan bằng các lỗ khoan trên đĩa sau của bánh công tác (số lỗ thường từ 3  6) Để phương pháp này có hiệu quả thì các vành lót kín thứ hai phải có đường kính thích hợp. Nhược điểm của phương pháp này là làm giảm hiệu suất lưu lượng của bơm ( do có các lỗ khoan) Đối với bơm ly tâm có nhiều bánh công tác Bố trí các bánh công tác đối xứng ngược nhau. Biện pháp này có nhược điểm là chế tạo thân bơm phức tạp và kích thước của bơm lớn (cồng kềnh).

Dùng piston cân bằng: Piston được gắn chặt ở phần cuối rotor của bơm. Chất lỏng có áp suất cao từ buồng B theo khe hở hướng trục đi vào buồng C. áp suất chất lỏng ở buồng C nhỏ hơn buồng B nhưng lớn hơn miệng vào của bơm, nên áp suất hướng trục của rotor được cân bằng bằng cách nối buồng C với miệng hút của bơm bởi ống T. Buồng C gọi là buồng cân bằng áp lực. Đĩa cân bằng áp lực: Biện pháp này chỉ dùng cho bơm nhiều cấp ( năm cấp trở lên) và có áp suất làm việc cao, vì trong các trường hợp này làm cho rotor theo hướng dọc trục có kích thước bé nhất. Đặc điểm của phương pháp cân bằng bằng đĩa cân bằng là tự động điều chỉnh để cân bằng lực hướng trục với trị số bất kỳ. Do đó bộ phận quay của bơm khi chệch khỏi vị trí cân bằng bởi sự xê dịch theo hướng dọc trục lại được quay về vị trí cân bằng nên khi dùng loại này không cần ổ chắn.

Trong bơm nhiều cấp đĩa cân bằng được đặt ở cấp cuối cùng trong một buồng đặc biệt, ở hai mặt bên của đĩa tạo thành các khoang trống: + Khoang về phía bánh công tác được thông với của xả + Khoang sau có đường thông với của hút của cấp đầu tiên Hoạt động của đĩa cân bằng áp lực: Chất lỏng từ bánh công tác cuối cùng 2 theo khe hở 5 đi vào buồng trung gian 3 rồi qua khe hở động b1 vào buồng cân bằng áp lực 4 được nối thông với khoang hút của cấp đầu tiên nhờ ống nối T. áp suất trong buồng trung gian Dx khá lớn so với buồng cân bằng áp lực Py nhờ đó đĩa cân bằng chịu tác dụng một lực lớn góp phần triệt tiêu áp lực hướng trục sinh ra trong bơm - Đĩa cân bằng là một thiết bị tự động điều chỉnh, nguyên lý làm việc như sau: Khi đi qua khe hở b1, chất lỏng từ buồng trung gian có áp suất PII vào buồng cân bằng áp lực chỉ cong áp suất PY vì bị tổn thất áp suất. Nên đĩa cân bằng chịu tác dụng hướng trục: PĐ = fđ ( Px - PY ) =  . - Sự kết hợp giữa đĩa cân bằng và trống cân bằng:

1.15 Điều chính sản lượng bơm li tâm Trong quá trình làm việc của bơm do yếu tố kỹ thuật nhiều khi cần thay đổi điểm làm việc của hệ thống bơm tức là thay đổi chế độ làm việc của bơm (hoặc của hệ thống); Quá trình thay đổi điểm làm việc của bơm theo một yêu cầu nào đó gọi là quá trình điều chỉnh. a. Điều chỉnh bằng cách thay đổi độ mở của van đẩy Đây là phương pháp thường dùng để điều chỉnh bơm . đóng dần van đẩy thì đặc tính của ống ra . Càng đóng van đẩy thì đường đặc tính càng cong.

b. Điều chỉnh bằng cánh thay đổi vòng quay Thay đổi vòng quay có thể đạt được lưu lượng khác nhau và cột áp tương ưng. Nếu vòng quay tăng thì lưu lượng và cột áp tăng, còn giảm số vòng quay thì lưu lượng và cột áp giảm. Khác với phương pháp điều chỉnh khi n = const phương pháp điều chỉnh này theo hướng bất kỳ. Tổn thất năng lượng bởi sức cản thuỷ lực do điều chỉnh ở đây không có, bởi thế phương pháp điều chỉnh này khai thác kinh tế nhất. Với bơm lưu lượng bé được truyền động bằng động cơ lồng sóc 3 pha người ta ít dùng cách điều chỉnh vòng quay của đôngj cơ điện mà thường dùng van đẩy đơn giản hơn.

n1 > n2 > n3 Q1 > Q2 > Q3 H1 > H2 > H3

c. Điều chỉnh bằng cách dùng đường ống nhánh Dùng đường ống nhánh trích ra từ đường ống đẩy quay trở về đường ống hút của bơm khi không muốn giảm áp suất khoang hút của bơm

1.16 Ưu khuyết điểm và khu vực dùng bơm ly tâm Bơm ly tâm có thể có loại cho ta lưu lượng và cột áp bé hoặc lớn hơn. ở vùng lưu lượng lớn hiệu suất của bơm ly tâm cao hơn bơn bơm piston. bơm ly tâm tiện nối với động cơ quay nhanh hiện đại như động cơ điện, tuốc bin hơi và khí. bơm ly tâm khi có cùng một trị số lưu lượng có kết cấu gọn nhẹ hơn so với bơm piston. ở khu vực cột áp chất lỏng thấp và trung bình với lưu lượng lớn thì dùng bơm ly tâm. Ngày nay do việc sử dụng rộng rãi cho đến cột nước 3000m và có thể hơn nữa. * Ưu điểm của bơm ly tâm • Có lưu lượng đều và có cột áp không đổi, lực làm việc xác định. • Kích thước bao và trọng lượng bé hơn so với bơm piston. • Cho phép nối trực tiếp với động cơ cao tốc không qua hộp giảm tốc (Trị số vòng quay có thể đạt đến 40,000 v/ph) • Thiết bị đơn giản. • An toàn lúc làm việc. • ít nhạy cảm với chất lỏng có chứa các loại hạt rắn. • Khối lượng sửa chữa thường kỳ nhỏ vì ít các chi tiết động. • Điều chỉnh lưu lượng đơn giản Nhờ các ưu điểm trên mà bơm ly tâm được ứng dụng rộng rãi trên tầu thuỷ làm cơ cấu chuyển chất lỏng . Các bơm ly tâm lưu lượng lớn không có thiết bị tự hút thường đặt dưới mức chất lỏng được bơm (có cột nước dâng). Bơm ly tâm tự hút dùng trong các thiết bị không có cột áp dâng để phục vụ đối tượng không yêu cầu cung cấp chất lỏng ngay sau khi làm việc. Nhược điểm của bơm ly tâm: • Cột áp và lưu lượng là hàm số của nhau nên khó khăn trong việc điều chỉnh lưu lượng của bơm và có khả năng hạn chế trị số vòng quay của động cơ để nâng cao cột áp trong trường hợp cần thiết. • Không có khả năng hút khô (Trước khi khởi động bơm cần điền đầy chất lỏng ở bánh cánh và đường ống hút nhờ các thiết rót hay bơm chân không) nên làm tăng giá thành và thiết bị của bơm thêm phức tạp. • Hiệu suất thấp khi tải trọng nhỏ. • Hiệu suất của bơm giảm nhiều khi độ nhớt của chất lỏng cần bơm tăng lên • Khó khăn khi muốn nhận được cột áp cao lúc lưu lượng bé. • So với bơm piston kích thước đường ống hút của bơm ly tâm lớn hơn. • Có sự phụ thuộc giữa hiệu suất của bơm đến chế độ làm việc của nó

1.17 Khai thác bơm ly tâm a. Khởi động bơm ly tâm * Trước khi khởi động - Cần tiến hành quan sát bên ngoài bơm. - Bôi trơn đầy đủ các chi tiết làm việc (các ổ bi). - Phải quay cánh của bơm ít vòng để kiểm tra bánh cánh và trục bơm xem có vật cản không (Bằng cách quay thử ở khớp nối giữa bơm và động cơ). - Mở van xả khí và các van trên đường ống hút của bơm, đổ đầy đường ống hút và vỏ bơm chất lỏng cần bơm. - Mở van dẫn chất lỏng đến chân không kế, áp kế và van dẫn chất lỏng đến đệm làm kín nước (ở đầu trục). - Khi thấy van xả không khí chất lỏng chảy ra nhiều và liên tục thì đóng lại vì lúc đó chất lỏng đã đầy đường ống hút và vỏ bơm. - Đối với những bơm có lắp thiết bị tạo chân không trong đường ống hút không cần đổ đầy chất lỏng trước khi khởi động. * Khởi động động cơ - Khởi động động cơ và tăng dần vòng quay động cơ đến trị số vòng quay định mức áp kế sẽ chỉ áp lực phù hợp với hành trình không tải. - Mở dần van xả. - Lượng tiêu thụ công suất lúc hành trình không tải bằng 0.35-0.5 so với công suất tiêu chuẩn của động cơ. - Để khởi động van xả có thể đóng trong vài phút, nếu đóng lâu làm cho công suất do động cơ truyền cho bánh cánh sẽ biến thành nhiệt làm nóng các chi tiết làm việc và sinh ra dãn nở nhiệt * Sau khi khởi động bơm cần quan sát - Sự làm việc của bơm qua các dụng cụ đo. - Sự dò chất lỏng qua bộ làm kín thuỷ lực. - Quan sát sự làm việc của hệ thống bôi trơn không để tắc sự toàn hoàn của dầu nhờn. - Xả định kỳ không khí ở vỏ bơm qua van xả không khí ( Nếu thấy áp lực tụt hoặc áp suất dao động). * Dừng bơm - Tắt động cơ. - Đóng van ở đường ống xả và đường ống hút. - Đóng các van áp kế và chân không kế. b Các sự cố thường gặp và nguyên nhân dẫn đến các sự cố Nếu bơm không cung cấp chất lỏng thì có thể do các nguyên nhân sau: • Bơm đặt quá cao trên mặt thoáng chất lỏng cần bơm. • Van xả đang đóng. • Bơm và đường ống hút của bơm trước khi khởi động không được nạp đầy đủ chất lỏng. • Chất lỏng bị đóng băng ở ống hút và các van. • Có rác ở đường ống hút vàn phin lọc. • Van thông biển chưa mở. • Tăng sức cản thuỷ lực trong đường ống hút và ống xả ( Quá bẩn). • Có chỗ rò lọt không khí trên đường ống hút, vỏ bơm, đệm làm kín. • Chất lỏng hút nhiệt độ quá cao. • Các van trên đường ống hút không mở hoàn toàn. • Trị số vòng quay bánh cánh của bơm không đạt trị số yêu cầu. • Miệng hút của đường ống hút đặt quá gần với đáy thúng hút. • Lắp sai, làm hướng quay của bánh cánh không đúng. • Đặc tính bơm không phù hợp với đặc tính đường ống. • Chiều cao hút tĩnh không phù hợp với tính chất xâm thực của bơm. Nếu bơm không đủ lưu lượng hoặc từ từ giảm lưu lượng đến không , nghiã là sự cung cấp chất lỏng bị gián đoạn thì có thể do các nguyên nhân kể trên và thêm: • Do các cánh bị hỏng. • Trị số vòng quay quá lớn làm xuất hiện xâm thực. • Giảm bề mặt tự do của chất lỏng được bơm quá thấp, gần lưới hút làm hút cả chất lỏng và không khí vào bơm. • Xảy ra chuyển động chiều trục trong bánh công tác. • Giảm trị số vòng quay ở trục động cơ. • Van hút không mở đủ cỡ. Nếu động cơ lai bơm làm việc quá tải có thể do • Các chi tiết dẫn dòng của bơm bị bẩn. • Bị kẹt các bệ đỡ và hỏng hóc cơ khí. • Chuyển động dọc trục quá lớn làm thiết bị chắn bị mòn, làm bánh cánh tiếp xúc với bề mặt bên trong của vỏ bơm. • áp lực dọc trục quá lớn. • Trọng lượng riêng và độ nhớt của chất lỏng được bơm lớn hơn các thông số lấy để thiết kế bơm. Nếu bơm không đạt đựoc cột áp cần thiết có thể do vòng quay không đảm bảo, do bánh cánh và thiết bị làm kìn bị mòn. Vỏ bơm rung nhiều có thể do: • Bu lông bệ máy bị yếu. • Biến dạng đường trục của bơm động cơ hoặc độ vòng của chúng lớn hơn giới hạn cho phép. • Có khe hở trong khớp nối trục. • Bệ máy yếu. • Bánh cánh cân bằng không tốt. • Trục bơm bị uốn. • Cong vênh các chi tiết quay do độ bền hoặc do lắp ráp. • Chạm bánh cánh lên vỏ bơm do mòn góc độ chắn. • Trị số vòng quay gần với vòng quay tới hạn. • Lọt các vật rắn vào chi tiết dẫn dòng của bơm. • Có xâm thực trong bơm. Vỏ bơm bị nóng có thể do: • Nén quá mức hoặc nén không đều các vòng đệm đầu trục • Khe hở quá bé giữa ống nén và trục. • Cong vênh trục của thiết bị bơm • Cong vênh cốc nén và đệm làm kín. • Các vật đệm quá rắn. Trong bơm ly tâm khuyết tật hay gặp là nóng bệ đỡ trục bơm, điều này xảy ra vì. • Nén quá căng hoặc bạc bị hỏng. • Trục bơm bị cong. • Sự dịch chuyển dọc trục của trục động cơ và của bơm quá lớn hoặc nó bị uốn quá mức cho phép. • Thiết bị bôi trơn không làm việc. • Dầu bôi trơn chảy ra khỏi gối trục. • Không đủ lượng dầu bôi trơn cần cung cấp. • Chất lượng dầu bôi trơn kém và dầu bị cháy. c. ứng dụng của bơm ly tâm Bơm ly tâm dùng để bơm và vân chuyển các chất lỏng có độ nhớt thấp như nước ngọt, nước biển

II. Bơm hướng trục 1. Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động Bơm hướng trục là một bơm cánh quạt, là một loại nằm trong bảng bơm có cánh, trong hệ thống dẫn qua bánh cánh ( trong đó kể cả cánh hướng ) chiều chuyển động chủ yếu của chất lỏng là theo chiều hướng trục, hệ thống cánh của bơm được lắp trong một ống hình trụ. Đây là loại bơm cánh có kết cấu đơn giản nhất. Khi lưu lượng lớn nghĩa là khi đường kính của ống dẫn lớn loại bơm này đảm bảo cho kích thước của trạm bơm bé nhất. Lưu lượng của loại bơm này thường 0,1 - 30 m3/giây và lớn hơn, cột áp có thể đạt được 20 m. Trên tàu thuỷ bơm này dùng làm bơm tuần hoàn của thiết bị ngưng tụ hơi và đôi khi dùng làm bơm làm mát động cơ đốt trong có cột nước dâng (đặt bơm thấp hơn mực chất lỏng cần bơm ) và yêu cầu cột áp không lớn lắm Bơm hướng trục có thể đặt nằm ngang, có thể đặt thẳng đứng Cũng như một số bơm khác bơm này cũng thể có một bánh cánh hoặc một số bánh cánh nối ghép liên tục. A.Cấu tạo của bơm hướng trục

a. Nguyên lý làm việc của bơm hướng trục: Như vậy chất lỏng lúc qua bánh cánh có qui đảo chuyển động dạng ren vít, lúc đó chất lỏng được nhận thêm năng lượng từ động cơ truyền cho thông qua bánh cánh. Chất lỏng đi ra khỏi bánh cánh của bơm đi vào các cánh của thiết bị hướng ở cửa ra, do cấu tạo của thiết bị hướng làm tốc độ của chất lỏng giảm, biến cột áp động thành cột áp tĩnh. Ngoài ra trong thiết bị hướng làm cho hướng chảy của chất lỏng theo hướng trục. Chất lỏng đi qua bích nối ống và qua đường ống xả đến chỗ cần dùng. Số bánh cánh của bơm hướng trục thường bằng 3,4,5 2 Các thông số của bơm hướng trục a. Cột áp của bơm hướng trục: Để xác định cột áp của bơm hướng trục tạo ra ta cắt dọc trục bơm hướng trục theo mặt trục (13) với bán kính bắt kề sau đó trái mặt trụ mang các vết cắt lên mặt phẳng . Hình 46 Cột áp lý thuyết do bơm tạo ra:

vì sự chuyển động của chất lỏng trong rãnh cánh của bơm dọc theo trục của nó cho nên tốc độ vòng ở chỗ vào cánh và chỗ ra cánh bằng nhau:u2 = u1 nên Từ công thức trên thấy rằng áp suất do bơm tạo ra là kết quả biến cột áp động qua cột áp tĩnh lúc chất lỏng đi qua các chi tiết dẫn. Bởi vậy diện tích của tiết diện dẫn của rãnh cánh f1 < f2. Cột áp lý thuyết cũng có thể biểu thị qua công thức:

Ta hãy khảo sát quan hệ giữa 1 và 2¬ với tốc độ của chất lỏng trên cánh của bánh cánh. Dùng tam giác tốc độ và thực hiện biến đổi quan hệ hình học ta có:

Thường khi thiết kế bơm hướng trục làm sao để c1a = c2a = ca Lúc đó:

Nếu như Hl luôn luôn lớn hơn không thì cần có bất phương trình cotg2 > cotg1 và 2 > 1 bởi vậy cánh của bơm hướng trục cần cong ra phía trước Từ công thức trên ta thấy khi giảm hiệu số cotg2 - cotg1 thì cột áp lý thuyết sẽ giảm đến lúc 2 = 1 thì cột áp sẽ bằng không.. Để tính toán cột áp thực tế do bơm hướng trục tạo ra ta có thể dùng công thức của viện sĩ G.P Prúkur ku : Hệ số cột áp ở khoảng vòng quay so sánh. b. Lưu lượng của bơm hướng trục

cc : Hiệu suất cung cấp 0.9- 0.95 tỷ số giữa đường kính của bánh cánh và đường kính may ơ của bánh cánh (tốc độ so sánh càng lớn thì tỷ số này càng lớn) kc : Hệ số tốc độ chiều trục. ca =c1 =kc tốc độ chiều trục của dòng trong rãnh của bánh cánh. Bơm chiều trục không có khả năng hút khô nên nó thường làm việc có cột nước dâng (đặt thấp hơm mạt thoáng của chất lỏng được bơm). c. Công suất của động cơ lai bơm

B = 0.75 - 0.9. 3. Đặc tính công tác của bơm hướng trục Đặc tính Nđ/c = f (Q) và H = f(Q) có các điểm uốn là k1 và k. Ta thấy khi đóng van đẩy công suất tiêu thụ sẽ lớn lên 20 - 40 % và cột áp tiêu thụ lớn hơn 50 -100% so với giá trị công suất và áp suất cực đại. Dạng đường đặc tính này không lợi khi điều chỉnh lưu lượng nhờ độ mở của van xả, vì như vậy sẽ là giảm hiệu suất của bơm. Bởi thế ở những bơm lưu lượng lớn người ta thay đổi lượng cung cấp nhờ quay bánh cánh so với vị tría tương đối của nó. Ngoài ra khi quay trong mặt phẳng mà các cánh là một đĩa chất lỏng không gây ra sức cản lớn khi đĩa này quay để làm giảm công suât khởi động của động cơ. Trên đường cong Nđ/c và H khi lưu lượng của bơm giảm đến điểm uốn thì sự làm việc của bơm sẽ xuất hiện va đập thuỷ lực bởi vậy xem như bơm bị phá hoại chế độ công tác. Khi tăng lưu lượng, công suất và cột áp tiêu thụ tăng lên ít hơn, nên người ta dùng rộng rãi hơn bơm hướng trục để cho loại cần lưu lượng lớn. để tăng cột áp do bơm hướng trục tạo ra ta ghép nổi tiếp nhiều bánh cánh Xét quan hệ giữa bơm với đường ống: Khi bơm làm việc ổn định thì cột áp đẩy của bơm bằng cột áp cản của hệ thống. Một chế độ công tác của bơm trong hệ thống có thể biểu diễn bằng giao điểm của hai đường đặc tính (của bơm và của hệ thống) trong cùng một hệ toạ độ giao điểm ấy gọi là điểm làm việc của hệ thống bơm. 4. ưu điểm và nhược điểm của bơm hướng trục là: a. ưu điểm a. Hiệu suất cao b. Có vòng quay cao, nên cho phép nối trực tiếp bơm với động cơ cao tốc. c. Kích thước bé. d. Thích hợp để bơm chất lỏng bẩn. e. Thiết bị đơn giản, phục vụ và khai thác đơn giản b. Nhược điểm Bơm có cột áp thấp, khả năng tự hút kém do đó chỉ sử dụng ở nhưng nơi cần sản lượng cao.

III Bơm xoáy 1. Kết cấu, phân loại và nguyên lý làm việc của bơm xoáy. a. Kết cấu của bơm xoáy

Theo kết cấu của bánh công tác người ta chia bánh công tác ra làm hai loại: Bơm xoáy có bánh công tác hở: là bơm có bánh công tác do các cánh dẫn phẳng,dài ghép chặt trên may ơ theo hướng kính. Mặt chu vi của bánh công tác sát với thành vỏ bơm, còn rãnh hình xuyến của vỏ bơm thì bố trí ở hai mặt bên của bánh công tác. Bơm xoáy có bánh công tác kín : là bơm có bánh công tác như một đĩa phẳng. ở phần ngoài được phay thành các cánh dẫn phẳng, ngắn . Mặt chu vi của bánh công tác không sát với thành vỏ bơm. b. Nguyên lý làm việc Giả sử rãnh giữa các cánh (3) được đổ đầy chất lỏng thì khi quay bánh công tác tác dụng lực ly tâm vào chất lỏng. Lực ly tâm dó làm cho chất lỏng chảy liên tục từ rãnh giữa các cánh qua tiết diện hình trụ .D2.B2 vào đường dẫn (5). Khi ra đến rẵnh dẫn gặp vỏ bơm, chất lỏng văng trở vào tạo nên một chuyển động xoáy dọc theo rãnh hình xuyến dẫn . Bởi vậy trong đường xả tạo ra sự chảy xoáy. Ngoài ra trong đường xả (5) xuất hiện sự chuyển động tiếp tuyến do chất lỏng có khối lượng văng ra khỏi rãnh cong (4) vào đường xả và tạo ra vận tốc tiếp tuyến . Do đó nguyên lý làm việc của bơm xoáy là khi chất lỏng chảy qua rãnh giữa các cánh sau mỗi vòng xoáy lại tăng lên nhờ có cơ năng của cánh truyền cho, năng lượng của dòng chất lỏng tăng dần từ cửa hút đến cửa đẩy. Một số thông số của bơm xoáy: - Q = 8 -60 m3/h - H = 25- 250 mH20 - N < 25 KW - n = 750 -3000 v/ph c. Các đặc điểm của bơm xoáy Nguyên lý làm việc của bơm xoáy tương tự như bơm ly tâm, chỉ khác tron một vòng quay của bánh công tác mỗi phần tử chất lỏng nhiều lần nhận được cơ năng của cánh dẫn truyền cho. Do đó cột áp của bơm xoáy cao hơn của bơm ly tâm rất nhiều, với cùng một kích thước và số vòng quay làm việc của bánh công tác thì cột áp của bơm xoáy lớn hơn của bơm ly tâm khoảng 37 lần. Với kết cấu nhỏ gọn và tạo được cột áp lớn là ưu điểm nổi bật của bơm xoáy. Chuyển động của chất lỏng qua bơm xoáy là chuyển động xoáy có vận tốc tăng dần nên vận tốc của dòng chảy thay đổi rất nhiều từ của hút đến cửa đẩy. Do đó ttổn thất cột áp của dòng chảy qua bơm lớn. Nên hiệu suất của bơm thấp   0.250.45. Hiệu suất của bơm càng thấp khi bơm chất lỏng có độ nhớt cao. Bơm xoáy có khả năng tự hút, có thể làm việc như một bơm chân không. Vì ống hút và ống đẩy đều bố trí ở phía trên, nên chỉ cần mồi bơm một lần ( Trong lần làm việc đầu tiên. Do ưu điểm này nên bơm xoáy thường được ghép với bơm ly tâm để tạo nên khả năng tự hút của bơm ly tâm. Bơm xoáy có thể làm việc với chất lỏng có tính bốc hơi nhiều hoặc hỗn hợp chất lỏng và chất khí. Không nên dùng bơm xoáy để bơm chất lỏng có nhiều hạt cứng vì khi làm việc với chất lỏng như vậy cánh dẫn bánh công tác rất chóng mòn, tuổi thọ của bơm thấp. Do có các đặc điểm trên, nên trong kỹ thuật hiện nay trong kỹ thuật bơm xoáy được dùng: • Bơm các hỗn hợp chất lỏng và khí. • Các chất dễ bay hơi. • Các loại nhiên liệu như cồn, ét xăng và các loại hoá chất khác với yêu cầu có cột áp lớn và lưu lượng tương đối nhỏ. 2. Các thông số làm việc của bơm a. Lưu lượng Lưu lượng qua mặt cắt của đường dẫn: Q = f.C0 b. Cột áp Giả thiết đường tâm của dòng là đường thẳng. Phương trình động lượng của dòng đi ra khỏi bánh công tác vào đường dẫn là:

q: Lượng chất lỏng qua rãnh giữa các cánh trên một dơn vị chiều dài đường dẫn C2u: Vận tốc trung bình tiếp tuyến của ra khỏi rãnh giữa các cánh đi vào đường dẫn. C0: Vận tốc trung bình của chất lỏng trong đường dẫn. f: Diện tích mặt cắt ngang của đường dẫn * Cột áp lý thuyết được tăng lên trên chiều dài l của đường dẫn là:

c. Công suất Công suất có ích lý thuyết của bơm xoáy là

N =0 khi Q =0 và Q = C2u.f. N đạt max khi (Lúc ) Công suất tiêu thụ của bơm xoáy là • Bánh công tác của bơm xoáy làm tăng thành phần tiếp tuyến của vận tốc chất lỏng khi lưu động qua nó. Vận tốc đó được tăng từ C0 đến C2u. • Thành phần tốc độ trong dòng chảy xoáy trong đường dẫn và trong bánh công tác vì điều kiện liên tục của dòng chảy nên không đổi Công suất tiêu dùng cho bánh công tác của bơm xoáy có thể tính theo hiệu động năng trong một giây của dòng ở của ra và của vào của bánh công tác7

* Ta thấy tổn thất năng lượng bên trong của bơm xoáy khi truyền năng lượng từ bánh công tác cho dòng chất lỏng trong đường dẫn là các đoạn tung độ nằm giữa đường cong Nt và Nl.

Từ đó ta thấy rằng khi trị số vòng quay của bánh công tác không đổi thì tổn thất năng lượng bên trong của bơm xoáy càng lớn khi sản lượng càng bé. Bởi thế không nên khai tác bơm xoáy ở chế độ tiết lưu lớn. 3. Đặc tính thực của bơm xoáy: Trong bơm xoáy có các tổn thất sau: - Tổn thất bên trong quá trình truyền năng lượng từ bánh công tác cho dòng chất lỏng trong đường dẫn có thể chiếm 30% năng lượng truyền đến trục bơm xoáy • Do chuyển động xoáy. • Ma sát lúc vào. • Do chuyển động tuần hoàn của chất lỏng trong đường dẫn cong của bơm xoáy. • Vận tốc của các chuyển động này rất lớn - Tổn thất do mất mát lưu lượng thuỷ lực có thể chiếm tới 20% năng lượng truyền đến trục bơm xoáy do có các khe hở: • Giữa các bề mặt ngăn cách của vách K • Giữa các mép cánh của bánh công tác • Chất lỏng chảy từ khoang đẩy về khoang hút do có độ trênh áp P2 > P1Tổn thất cơ khí dẫn có thể chiếm 10% năng lượng truyền đến trục bơm xoáy - Do có các tổn thất như vậy nên hiệu suất của bơm không vượt quá 50% ( = 32 %) 4. Hộp phân ly Để nâng cao khả năng tự hút của bơm xoáy, nhất là đối với những bơm có bánh công tác kiểu kín người ta thường lắp đặt thiết bị phụ gọi là hộp phân ly(1) ở lối ra của bơm được đặt trong hộp đẩy (2).

Hỗn hợp chất lỏng và khí được bánh công tác đẩy qua hộp phân ly có dạng xoắn ốc tạo thành một dòng xoáy. Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất khí tách ra khỏi chất lỏng và tập trung ở phần giữa của hộp xoắn ốc. ở đây có 2 ống dẫn để chất khí thoát lên ống thoát khí, còn một phần chất lỏng trở lại rãnh hình xuyến của bơm lặp lại quá trình cũ. 5. ứng dụng của bơm xoáy • Bơm các hỗn hợp chất lỏng và khí. • Các chất dễ bay hơi. • Các loại nhiên liệu như cồn, ét xăng và các loại hoá chất khác với yêu cầu có cột áp lớn và lưu lượng tương đối nhỏ.

B. Bơm đặc biệt Bơm phun tia 1 Kết cấu, phân loại và nguyên lý cấu tạo a. Kết cấu

Khác với các loại bơm đã giới thiệu, bơm phun tia không có động cơ, không có chi tiết động (bánh công tác và rotor) để truyền cơ năng của động cơ cho chất lỏng. Bơm dòng tia chất lỏng (hơi hay khí) có cột áp cao hơn cột áp chất lỏng cần bơm để hoà trộn với chất lỏng bơm và truyền năng lượng cho nó. Nguyên lý làm việc của bơm phun tia cơ bản là biến áp năng chất lỏng khí hoặc hơi thành cơ năng và ngược lại. Chất lỏng của dòng tia là chất lỏng làm việc. Chất lỏng làm việc có thể cùng loại hoặc khác loại với chất lỏng được bơm. Độ chân không trong khoang hút của bơm phun tia để hút chất lỏng vào đó được tạo ra nhờ sự chảy theo một hướng của chất lỏng công tác. Vì không có phần động nên kết cấu của bơm phun tia rất đơn giản. Về kết cấu nói chung ở các bơm phun tia đều như nhau chỉ khác nhau ở chỗ vòi phun: • Nếu chất lỏng làm việc là nước thì vòi phun có dạng thu hẹp. • Còn nếu chất lỏng làm việc là khí (hoặc hơi) thì có dạng đặc biệt (ống La van) b. Phân loại bơm phun tia: Theo chất công tác: • bơm phun tia dùng hơi, dùng hơi làm chất công tác. • bơm phun tia dùng nước, chất công tác là nước. • bơm phun tia dùng khí, chất công tác là khí. Theo sự nối ghép với đối tượng phục vụ ta có. • Bơm hút: Nối đường ống hút của bơm đối với đối tượng phục vụ. • Bơm đẩy: Nối đường ống đẩy của bơm đối với đối tượng phục vụ. • Bơm chân không: Nối đường ống hút của bơm đối với đối tượng phục vụ và tạo ra chân không trong đó. Theo công dụng: • ống khí: dùng để hút không khí ra khỏi bầu động của thiết bị động lực hơi nước và đường ống hút của bơm ly tâm • Bơm chuyển rác dùng để xả sỉ than và rác ra khỏi buồng máy. • Bơm chuyển cá : Dùng để chuyển cá của tàu đánh cá. • Các loại bơm phun tia dùng để hoà trộn chất lỏng với nhau c. Nguyên lý làm việc của bơm. Dòng chất lỏng có cột áp H1 , lưu lượng Q1 theo ống dẫn (2) qua vòi phun (4) tạo thành dòng tia có động năng lớn phun vào ống (5). Các phần tử chất lỏng trong ống (5) được dòng tia cuộn theo hoà trộn với chất lỏng làm việc, và trong quá trình đó chúng tiếp nhận năng lượng của phần tử chất lỏng làm việc tạo nên dòng chaỷ từ ống hút (1) vào bơm với lưu lượng Q0. Hỗn hợp hai chất lỏng bơm và làm việc hoàn thành quá trình quá trình trao đổi năng lượng trong ống trộn (6), ở đây một phần động năng của dòng chảy biến thành áp năng và chảy vào ống đẩy với lưu lượng: Q2 = Q1 + Q0

Phân tích quá trình làm việc: Quá trình làm việc của bơm phun tia là quá trình chảy ngập của chất lỏng làm việc trong môi trường chất lỏng bơm. Theo tính chất của dòng tia ngập ta biết có hai phần : • Phần lõi. • Phần lớp biên chảy rối. Trong phần lõi Các phần tử chất lỏng làm việc chuyển động với năng lượng không đổi (năng lượng ban đầu khi mới ra khỏi vòi phun ) có nghĩa là chúng chưa tham gia trao đổi năng lượng với môi trường xung quanh Vận tốc trên các mặt cắt ngang (của lõi) đều như nhau. Mặt giới hạn giữa phần lõi với môi trường xung quanh là mặt nón tròn xoay, đáy có đường kính là d1 và đỉnh cách mặt cắt 1-1 một đoạn CO có chiều dài là l Trong phần biên chảy rối: (giới hạn bởi lõi và môi trường chung quanh dòng tia) Lôi cuốn các phần tử chất lỏng của môi trường chất lỏng bơm xung quanh và trao đổi năng lượng cho nó. Do đó năng lượng của các phần tử chất lỏng làm việc giảm dần và vận tốc của chúng biến đổi liên tục. Vì các phần tử chất lỏng bơm bị lôi cuốn liên tục vào dòng tia, nên càng xa vòi phun lưu lượng dòng tia càng lớn và như vậy dòng tia đã cuốn theo nó dòng chảy của chất lỏng bơm từ ống hút qua mặt cắt 1-1 vào ống trộn với vận tốc v0 với Đoạn lôi cuốn : Đoạn ống trộn từ mặt cắt (1-1) đến (1'-1') Cách miệng vòi phun một khoảng nào đấy (tại mặt cắt 1'-1') chiều dày lớp biên chảy rối chiếm toàn bộ mặt cắt của ống trộn, bắt đầu từ đó trở đi kết thúc sự lôi cuốn các phần tử mới của chất lỏng bơm vào dòng tia. Đoạn ổn định: Là đoạn ống từ (1'-1') đến (2-2), trong đoạn này sự trênh lệch về năng lượng và vận tốc của các phần tử chất lỏng sẽ được san đều dần dần từ (1'-1') đến (2-2), Vận tốc chất lỏng ở mặt cắt (2-2) có thể xem gần bằng giá trị trung bình. với Ta biết rằng trong quá trình dòng tia cuộn theo nó một phần chất lỏng bơm (khu vực lớp biên chảy rối) làm xuất hiện các xoáy ở chỗ tiếp gấp của dòng chảy tia với môi trường chung quanh các xoáy này và ma sát của chất lỏng với ổng tạo thành tổn thất năng lượng trong bơm. Xét các thành phần cột áp của chất lỏng bơm và chất lỏng làm việc thay đổi khi qua ống trộn: • Cột áp nhận được hữa ích của chất lỏng bơm trong ống trộn:

• Cột áp làm việc (tiêu hao) của dòng chất lỏng làm việc trong ống trộn là:

Trong đó: • H2 : là cột áp của dòng chảy lối ra (mặt cắt 2-2 của ống trộn) • H1 : là cột áp của chất lỏng làm việc ở lối vào (mặt cắt 1-1) của ống trộn. • H0 : là cột áp của chất lỏng bơm ở lối vào (mặt cắt 1-1) của ống trộn. So sánh hai cột áp với nhau ta thấy chúng khác nhau do các năng lượng tổn thất trong các bộ phận làm việc của bơm, tổn thất này gồm có: • he : Tổn thất ở ống loe • hvp : Tổn thất ở vòi phun • hv : Tổn thất ở miệng vào của chất lỏng bơm Từ công thức trên ta thấy năng lượng của chất lỏng bơm được tăng lên trong ống trộn do sự tăng động năng từ đến và sự tăng áp từ đến . Tuy nhiên ở mặt cắt 2-2 cuối ống tròn thường vận tốc của dòng chảy còn rất lớn. Để giảm bớt tổn thất của dòng chảy từ mặt cắt 2-2 trở đi cần đặt một đoạn ống loe để biến một phần động năng của chất lỏng thành áp năng. Trong đoạn ống này áp năng của chất lỏng tăng. Qua phân tích trên ta thấy ống trộn là bộ phận quan trọng nhất của bơm phun tia. Trong đó sự trao đổi năng lượng của chất lỏng làm việc và chất lỏng bơm được thực hiện. Việc xác định kích thước Lt có ảnh hưởng quyết định đến khả năng và hiệu suất làm việc của bơm. Nếu ống trộn có chiều dài Lt lớn thì ở mặt cắt cuối của nó (mặt cắt 2-2) của quá trình hoà trộn chất lỏng bơm và chất lỏng làm việc được hoàn thiện (vận tốc và năng lượng trên một mặt cắt được đồng đều), do đó tổn thất trong quá trình chuyển động của chất lỏng ở ống loe tiếp sẽ nhỏ. Nhưng vì Lt lớn nên tổn thất do ma sát của chất lỏng với thành ống lớn. Nếu ống trộn có chiều dài Lt nhỏ thì ở mặt cắt cuối của nó (mặt cắt 2-2) của quá trình hoà trộn chất lỏng bơm và chất lỏng làm việc không được hoàn thiện (vận tốc và năng lượng trên một mặt cắt chưa được đồng đều), do đó tổn thất trong quá trình chuyển động của chất lỏng ở ổng loe tiếp sẽ tăng lên. Nhưng vì Lt nhỏ nên giảm tổn thất do ma sát của chất lỏng với thành ống lớn. Kích thước Lt , góc độ mở rộng của ống loe  phải lựu chọn để sao cho tổn thất của bơm là nhỏ nhất Lt = (4  7)d2  = 6 0  8 0

2 Các thông số của bơm a. Cột áp Cột áp là việc : cột áp của dòng chất lỏng làm việc gọi là chất lỏng làm việc, cột áp này của bơm bằng hiệu số cột áp của dòng chất lỏng làm việc ở lối vào (mặt cắt b-b) và cột áp của dòng chất lỏng ở lối ra (mặt cắt c-c)

Cột áp có ích của bơm :bằng hiệu số cột áp của dòng chất lỏng ở lối ra (mặt cắt c-c) và cột áp của dòng chất lỏng ở lối vào của bơm (mặt cắt a-a)

b. Lưu lượng Lưu lượng của chất lỏng làm việc trong đó F1 là diện tích mặt cắt lỗ phun có đường kính là d1. Lưu lượng của chất lỏng được bơm: trong đó F0 là diện tích mặt cắt miệng vào (1-1) của chất lỏng bơm, mặt cắt có dạng hình vành khăn với các đường kính là d1 và d2 c. Công suất Công suất có ích: Công suất làm việc: d. Hiệu suất

3 ứng dụng của bơn phun tia • ống khí: dùng để hút không khí ra khỏi thiết bị ngưng tụ của hệ động lực hơi nước và đường ống hút của bơm ly tâm • Bơm hút khô La canh. • Bơm tạo chân không cho hệ thống chưng cất nước ngọt. • Các loại bơm phun tia dùng để hoà trộn chất lỏng với nhau Câu hỏi. 1. Trình bày các đặc điểm của máy thủy lực cánh dẫn 2. Trình bày nguyên lý hoạt động, nêu các đặc điểm và ứng dụng của bơm ly tâm? 3. ảnh hưởng của góc 2 đến sự làm việc của bơm ly tâm 4. Thế nào là đặc tính tổng hợp,trình bày phương pháp xây dựng đường đặc tính tổng hợp của bơm ly tâm. Cách chọn và phương pháp đưa bơm về hoạt động tại điểm có max. 5. Giải thích nguyên nhân xuất hiện lực dọc trục trong bơm ly tâm. Tác hại của lực dọc trục và các phương pháp chống lực dọc trục. 6. Vẽ sơ đồ làm việc của bơm trong hệ thống ống (gồm bơm, các két chứa, đường ống hút, đẩy các đồng hồ đo áp suất và lưu lượng) và nêu cách tìm lại các đặc tính thực của bơm ly tâm: H = f(Q), N = f(Q) và  = f(Q). 7. Vẽ sơ đồ ghép hai bơm li tâm hoạt động nối tiếp. Giải thích đặc điểm công tác của hai bơm khi làm việc nối tiếp chung trong một hệ thống đường ống bằng đường đặc tính. Ưng dụng trong thực tế dưới tầu thủy. 8. Vẽ sơ đồ ghép hai bơm ly tâm hoạt động song song. Giải thích đặc điểm công tác của hai bơm khi làm việc song song chung trong một hệ thống đường ống bằng đường đặc tính. Ưng dụng trong thực tế dưới tầu thủy. 9. Nêu và giải thích các phương pháp điều chỉnh sản lượng bơm ly tâm. 10. Trình bày nguyên lý hoạt động, nêu các đăc điểm và ứng dụng của bơm xoáy. 11. Trình bày nguyên lý hoạt động, nêu các đặc điểm và ứng dụng của bơm hướng trục 12. Trình bày nguyên lý hoạt động, nêu các đặc điểm và ứng dụng của bơm phun tia.