Cơ khí chế tạo máy - Chương I: Khái niệm về máy thủy khí

11 Chương I Khái niệm về máy thủy khí 1. Th
y lc – Máy th
y lc – Nguyn Phưc Hoàng + ..... 2. Bài tp Th
y lc – Máy th
y lc – Nguyn Phưc Hoàng + ..... 3. Bơm – Qut – Máy nén: Nguyn Văn May 4. Pumps – Fans – Compressors: Trerkasski 2 §1 Định nghĩa – Phân loại Máy thủy khí: làm việc bằng cách trao ñổi năng lượng với dòng chất lỏng ñi qua máy: Bơm, Tuabin, Quạt, Máy nén 23 PHÂN LOẠI 1. Theo tính chất trao ñổi năng lượng với CL Động cơ thủy lực (Tuabin nước, xilanh thủy lực, ñộng cơ gió...): nhận năng lượng của CL, biến ñổi thành cơ năng ... Bơm, quạt, máy nén: cung cấp năng lượng cho chất lỏng. 4 PHÂN LOẠI 2. Theo nguyên lý tác d ng vi CL trong quá trình trao ñi năng lư ng a.
Máy cánh dẫn • Bánh công tác (BCT) chuyển ñộng quay trong CL. BCT: mayơ + các cánh dẫn (bản cong) • Việc trao ñổi năng lượng thực hiện ñược nhờ tác dụng tương hổ giữa h thng cánh dn chuyn ñng và dòng CL ñi qua BCT. • Năng lượng trao ñổi: ñộng năng+ thế năng 35 b.
Máy thể tích • Trao ñổi năng lượng với CL theo nguyên lý nén chất lỏng trong 1 thể tích kín dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh. • Năng lượng trao ñổi: áp năng. • Làm việc với áp suất cao, lưu lượng nhỏ • Sử dụng trong ngành chế tạo máy, công nghệ ô tô, hệ thống tự ñộng 6 Phạm vi sử dụng các loại bơm thông dụng 47 §2. Các thông số làm việc cơ bản 1. Lưu lư ng Q: lượng CL qua máy trong 1s • Lưu lượng thể tích Q: [m3/s]; [m3/h]; [lit/s]... • Lưu lượng khối lượng M: [kg/s]... M = ρ.Q • Lưu lượng trọng lượng G: [N/s]... G = γ.Q = ρ.g.Q • Bơm: Bỏ qua rò rỉ: Q = Qhút = Qñẩy 8 • Qlt: lưu lượng lý thuyết, phụ thuộc kết cấu, kích thước máy, tốc ñộ làm việc • Q = Qlt - ∆Q: lưu lượng thực • ∆Q: lưu lượng tổn hao (rò rỉ, làm việc ngoài chế ñộ thiết kế...) • Hiệu suất lưu lượng (hiệu suất thể tích): lt lt lt llQ Q QQ Q Q ∆− ===ηη 59 2. Ct áp H (m): năng lượng mà 1 ñơn v trng lư ng cht lng trao ñổi với máy khi qua máy • Bơm: a. Cột áp thực       ++−      ++=−= g vpZ g vpZeeH vvvrrrvaora 22 22 γγ ( ) 4342143421 43421 dongtinh H vr H vr vr g v g vppZZH       −+      −+−= = 22 22 0 γγ 10 b. Cột áp lý thuyết Hlt : tính toán ñược, phụ thuộc vào kết cấu, kích thước, vận tốc làm việc (svq của BCT, vận tốc chuyển ñộng của CL). c. Hiệu suất thủy lực: lt lt lt Htl H HH H H ∆− ===ηη ∆H: năng lượng mà 1 ñon vị trọng lượng CL bị tổn thất khi ñi qua máy (BCT + vỏ bơm) 611 3. Công sut và hiu sut: -- Công suất thủy lực: Ntl = γ.Q.H -- Công suất trên trục: Ntr • Đối với Bơm: cokhi HQ cokhi HQ cokhiltlttr N HQNHQNHQN ∆+ ηη ⋅⋅γ =∆+ η ⋅ η ⋅γ=∆+⋅⋅γ= BomckHQ tr HQHQN Bom η γ ηηη γ η ⋅⋅ = ⋅⋅ ⋅⋅ =⇒ 43421 12 • Đối với Động cơ thủy lực, tuabin: Ntl = γ.Q.H: công suất thủy lực do dòng chất lỏng cung cấp cho ñcơ thủy lực
Công suất trên trục ra của ñcơ thủy lực: Ntr = ηDcTL. Ntl = γ.Q.H.ηDcTL 713 §3. Bơm làm việc trong hệ thống lưới • Bơm CL từ bể A lên bể B (Z, pA, pB) • Đường ống hút: lh, dh, λh, ζh • Đường ống ñẩy: lñ,dñ, λñ, ζñ • Cột áp của bơm ñược xác ñịnh thông qua các thông số hình học và thông số ñộng học (Q) của hệ thống lưới 14 A B mc ra mc vao Sơ ñồ bơm trong 1 hệ thống lưới Zh Z 815 Xác ñịnh cột áp của bơm theo các thông số của lưới Hbơm= era - evào ∑+=++ whutvaoAAA heg vp z 2 2 γ ∑++γ += wday 2 B Br hg2 vp ze B ∑∑ ++      ++−      ++= −= wdaywhut AA A BB B vaoraBom hh g vp z g vp z eeH 22 22 γγ Ber: mcA  mc vào: Ber: mc ra mc B: 16 Cột áp do bơm tạo ra ñể khắc phục yêu cầu của hệ thống lưới (cột áp lưới), bao gồm: • Độ chênh Z của mặt thoáng bể ñẩy và bể hút (cột áp hình học) • Độ chênh áp suất trên mặt thoáng bể ñẩy, bể hút • Độ chênh ñộng năng giữa mc ñẩy B và bể hút (thường bằng 0) • Tổn thất năng lượng trong ống hút và ống ñẩy ∑∑ ++      ++−      ++= −= wdaywhut AA A BB B vaoraBom hh g vp z g vp z eeH 22 22 γγ 917 Phương trình ñặc tính lưới ( ) 44444444 344444444 21 444 8444 764444 8444 76 luoi tinhluoi H QK w AB H AB ABluoiBom hg v g vpp zzHH 2 . 22 22 ∑ +      −+      −+−== γγ Hlưới = Hlưới tĩnh + K.Q2 2 K 4d4h2tinhlluoi Q 11 g 8 H H ⋅            ++      ++= 44444444 34444444 21 d d d d h h h h uoi dd L dd L ζλζλ pi vB=0
18 Xây dựng ñường ñặc tính lưới: (quan hệ giữa Hlưới và Q) Hlưới=Hlưới tĩnh+ K.Q2 Q H Hlưới tĩnh 10 19 BÀI TẬP MẪU Bơm ly tâm bơm nước từ bể A lên bể B (bể hở).Cho Hluoi tĩnh = 11m Đường ống hút: l1= 10m d1= 100mm λ1= 0,025 ζ1=2 Đường ống ñẩy: l2= 30m d2= 75mm λ2= 0,027 ζ2=12 a)Viết pt ñặc tính lưới và vẽ ñường ñặc tính lưới với Q=(0 -- 14)lít/s. Xác ñịnh giá trị cột áp lưới tại Q=8 lit/s. Tính công suất trên trục bơm nếu hiệu suất bơm tại chế ñộ này là 78% b) Đường ñặc tính của bơm cho theo bảng ứng với số vòng quay n=1600v/ph. Vẽ ñường ñặc tính bơm H(Q); η(Q); 406070787460400η % 81012141515,715,515H[m] 14121086420Q[lit/s] 20 Nước chảy trong 1 hệ vòng kín gồm 1 bơm và 1 bộ làm nguội có hệ số cản ζ=20. Tổng chiều dài của các ống nối là 4L=40m, ñường kính ống d=40mm, hệ số ma sát ñường ống λ=0,02. Điểm A trên ñường ống nối với ống ño áp hở, ñộ cao nước dâng lên trong ống là Z=4m. Bơm 2L L L ζ Z A Ống ño áp suất tại A a) Xác ñịnh cột áp, công suất trên trục của bơm. Biết lưu lượng của bơm Q=3,76 lit/s, hiệu suất bơm η=0,7. b) Xác ñịnh áp suất tại cửa vào của bơm c) Xác ñinh giá trị Z nhỏ nhất bằng bao nhiêu ñể trong hệ thống không có áp suất chân không. 11 21 §4. Hiện tượng xâm thực - Chiều cao hút cho phép I. HIN TNG XÂM THC • pbh : áp suất bay hơi bão hòa của CL tại 1 nhiệt ñộ xác ñịnh • Nếu pt vao = pbh : chất lỏng tạo thành bọt khí tại cửa vào • Bọt khí ñi vào BCT
hiện tượng xâm thực 20,2 pbh >pa 10,33 pbh= pa 4,832,030,750,48 pbh <pa 0,2 4 0,120,06 [m] 1201008060403020100toC pbh γ 22 Cơ chế hiện tượng xâm thực • Bọt khí ñi vào BCT
p > pbh
ngưng tụ thànhgiọt CL có thể tích nhỏ hơn nhiều so với bọt khí,
không gian trống trong dòng chảy trong BCT. • CL ñiền ñầy vùng không gian trống với vận tốc rất cao
ñộng năng biến thành áp năng
sự tăng ñột ngột áp suất trong BCT
sóng áp suất. * Tác ñng lên b mt v bơm, BCT
vt nt, tróc r b mt: phá h
y b mt làm vic, * Rung ñng, gi m lưu lư ng, gi m hiu sut,. 12 23 • Cần tránh hiện tượng xâm thực
khống chế pt tại cửa vào của bơm (hoặc tại cửa ra của TB) pt vao > pbh tại To làm việc
pck vao (tại cửa vào của bơm, cửa ra của TB) không vượt quá giá trị cho phép. 24 II- Ct áp chân không ti c!a vào và chiu cao hút cho phép c
a bơm • Tại mc vào luôn có áp suất chân không, • Cột áp chân không tại mc vào Hckvào nhằm: - Khắc phục chiều cao hút Zh - Khắc phục tổn thất trên ñường ống hút hwh. - Tạo vận tốc tại miệng vào của bơm vv.       ++−= γ ⇒++ γ +=+ γ + ∑∑ h 2 v v dv h 2 vdv v 2 AdA A hg2 v z ph g2 vp z g2 vp z       ++= γ = ∑ h 2 v v vaock vaock hg2 v z p H 13 25 • Tránh hiện tượng xâm thực: Hckvào ≤ [Hck]: [ ]ckwhvhvaockck Hhg vZ p H ≤++== ∑2 2 γ [ ] [ ] ∑−−= whvckh hg vHZ 2 2 • Chiều cao hút cho phép: [ ]       +∆+−= ∑ whbhah hh ppZ γγ 3 4 10        ⋅ ⋅≥∆ C Qnh n: số vòng quay trong 1 phút; Q: m3/s; C = 800 ÷ 1000: phụ thuộc vào kết cấu bơm