Thiết kế & khảo sát hệ thống ghép bơm nối tiếp và song song

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ -------oOo------- Báo Cáo Đồ Án Môn: QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Đề tài: THIẾT KẾ & KHẢO SÁT HỆ THỐNG GHÉP BƠM NỐI TIẾP VÀ SONG SONG GVHD: Th.S TRƢƠNG VĂN MINH SVTH: CDHD8- Nhóm 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2009. Đồ Án Môn Học : Máy Thiết Bị Lớp CDHD 8 Nhóm 1 GVHD Trƣơng Văn Minh Trang 2 BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM TRUNG TÂM MÁY VÀ THIẾT BỊ -------oOo------- Báo Cáo Đồ Án Môn: QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Đề tài: THIẾT KẾ & KHẢO SÁT HỆ THỐNG GHÉP BƠM NỐI TIẾP VÀ SONG SONG GVHD: Th.S TRƢƠNG VĂN MINH SVTH: CDHD8- Nhóm 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2009 DANH SÁCH SINH VIÊN NHÓM 1 GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 3 STT HỌ VÀ TÊN MSSV NHẬN XÉT ĐIỂM 1. TRỊNH QUỐC ANH 06130171 2. TẠ CÔNG BÌNH 06150001 3 MAI VĂN CHÍN 06302211 4. NGUYỄN CÔNG DANH 06117661 5. KHƢU VĂN ĐOÀN 06055951 6. PHẠM TRƢỜNG GIANG 06067331 7. PHẠM THANH HẢI 06054641 8. NGÔ THỜI HIỆU 06151511 9. VÕ MINH HIẾU 0616918 10. PHẠM THỊ HIỆP 06140521 11. ĐÀO XUÂN HÙNG 06171871 12. VÕ THANH HÙNG 06147561 13. NGUYỄN DUY KHÂM 06079021 14. NGUYỄN TRUNG KIÊN 06141351 15. TRẦN TRỌNG KIỆT 06157511 16. BÙI ĐỨC LIÊM 06158121 17. VŨ THỊ LOAN 06151951 18. NGUYỄN HOÀNG LONG 06126091 19. PHÙNG MINH MẪN 06299271 20. TRẦN THỊ DIỄM MI 06139911 21 NGUYỄN CÀ NA 06149541 22.. TRẦN VĂN NĂM 06311641 23. VŨ THỊ THANH NGA 06134241 24. VÕ VŨ NGUYÊN 06128001 25. NGUYỄN DANH NHÂN 06165081 Đồ Án Môn Học : Máy Thiết Bị Lớp CDHD 8 Nhóm 1 GVHD Trƣơng Văn Minh Trang 4 LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành công nghiệp hóa học nói chung, công nghiệp lọc hóa dầu, công nghiệp chế biến thực phẩm nói riêng thì bơm là một thiết bị rất phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền công nghệ- thông qua việc vận chuyển các loại lƣu chất phục vụ sản suất. Do đó, việc hiểu rõ về bơm là một yêu cầu bắt buộc đối với tất cả sinh viên chuyên nghành hóa học. Xuất phát từ tinh thần đó, tập thể sinh viên nhóm 1, lớp CDHD8 đã mạnh dạn thực hiện đồ án môn: Quá Trình Thiết Bị với đề tài: “THIẾT KẾ & KHẢO SÁT HỆ THỐNG GHÉP BƠM NỐI TIẾP VÀ SONG SONG” Tập thể sinh viên nhóm 1, lớp CDHD8 xin chân thành gửi lời cảm ơn đến với Trung Tâm Máy và Thiết Bị, của trƣờng Đại Học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh; lời cảm ơn đặc biệt đến thầy hƣớng dẫn Thạc sĩ Trƣơng Văn Minh đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ nhóm hoàn thành thật tốt đồ án thiết bị này. Mặc dù đã có sự cố gắng nhất của tất cả các thành viên. Song trong quá trình thực hiện không thể không có những thiếu xót về nội dung lẫn hình thức. Kính mong thầy cô và các bạn sinh viên thẳng thắn góp ý để chúng tôi có thể hoàn thành đồ án này tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn ! CDHD8- N1 Đồ Án Môn Học : Máy Thiết Bị Lớp CDHD 8 Nhóm 1 GVHD Trƣơng Văn Minh Trang 5 MỤC LỤC Phần 1: MỞ ĐẦU ................................................................................................. 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ: ............................................................................................... 1 1.2. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU: ................................................................................ 1 1.2.1. Mục đích: ..................................................................................................... 1 1.2.2. Yêu cầu: ....................................................................................................... 1 1.3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: ....................................................................... 1 1.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 1 1.5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU .............................................................................. 1 1.6 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .............................................................................. 2 Phần 2: NỘI DUNG ............................................................................................. 3 2.1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM ............................................................................ 3 2.2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................................... 3 2.2.1. Khái niệm và phân loại bơm ........................................................................ 3 2.2.2. Các thông số cơ bản của bơm ...................................................................... 4 2.2.3. Bơm ly tâm ................................................................................................... 7 2.2.4. Đặc tuyến của bơm ly tâm.......................................................................... 10 2.2.5. Ghép bơm ................................................................................................... 12 2.3. THÍ NGHIỆM ............................................................................................... 18 2.3.1. Giới thiệu .................................................................................................... 18 2.3.2. Phƣơng pháp thí nghiệm ............................................................................ 18 2.3.3. Kết quả số liệu thí nghiệm ......................................................................... 19 2.3.4. Xử lý số liệu và vẽ đồ thị ........................................................................... 20 2.3.5. Bàn luận ..................................................................................................... 22 GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 1 Phần 1: MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong ngành công nghiệp hóa học nói chung, công nghiệp lọc hóa dầu, công nghiệp chế biến thực phẩm nói riêng thì Bơm là một thiết bị rất phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền công nghệ- thông qua việc vận chuyển các loại lƣu chất phục vụ sản suất. Do đó, việc hiểu rõ về Bơm là một yêu cầu bắt buộc đối với tất cả sinh viên chuyên nghành hóa học. Xuất phát từ tinh thần đó, tập thể sinh viên nhóm 1, lớp CDHD8 đã mạnh dạn thực hiện đồ án môn: Quá Trình Thiết Bị với đề tài: “THIẾT KẾ & KHẢO SÁT HỆ THỐNG GHÉP BƠM NỐI TIẾP VÀ SONG SONG” 1.2. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU: 1.2.1. Mục đích: Giúp sinh viên chuyên ngành hóa học nói riêng cũng nhƣ sinh viên chuyên ngành công nghệ khác và tất cả mọi ngƣời có nhu cầu tìm hiểu về Bơm hiểu rõ cấu tạo, các ƣu nhƣợc điểm, cấu tạo, phƣơng thức hoạt động trong từng trƣờng hợp của bơm. Từ đó có thể vận dụng vào công việc trong tƣơng lai cũng nhƣ trong cuộc sống. 1.2.2. Yêu cầu: Tập hợp sức mạnh tập thể của tất cả các thành viên trong nhóm, có sự phân công, giao việc cụ thể, rõ ràng giữa các thành viên. Nắm vững những kiến thức cơ bản của các môn chuyên nghành liên quan nhƣ: Quá Trình- Thiết Bị Thủy Cơ- Vật Liệu Rời, Truyền Khối ... Đồng thời các sinh viên cũng phải có những kiến thức xã hội, đời sống cần thiết để có thể vận dụng vào thực tế đồ án. Tham gia khảo sát thị trƣờng, thu thập, xử lý thông tin qua nghiên cứu, tham khảo tƣ liệu, qua sách vở, báo chí, internet, các phƣơng tiện thông tin đại chúng,… 1.3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: Tìm hiểu về cấu tạo, phƣơng thức hoạt động, các ƣu nhƣợc điểm của bơm khi khảo sát riêng lẻ 1 bơm, 2 bơm ghép nối tiếp, 2 bơm ghép song song. 1.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, thông qua các tài liệu tham khảo, những tài liệu chuyên nghành…, tiến hành thí nghiệm nhiều lần trên mô hình mà nhóm tự chế tạo để hoàn thành 1 bài thí nghiệm hoàn chỉnh. 1.5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 2 Trong khuôn khổ quy định của đồ án với thời gian nghiên cứu có hạn, trong khi đề tài về Bơm là một đề tài khá lớn, khó, phức tạp, đòi hỏi nhiều kiến thức chuyên ngành về công nghệ, kinh tế-xã hội,… và cần nhiều thời gian để thực hiện hoàn chỉnh nhất. Do vậy, trong khả năng có hạn của mình, nhóm chỉ tập trung nêu cấu tạo, phƣơng thức hoạt động, các ƣu nhƣợc điểm của bơm khi khảo sát riêng lẻ 1 bơm, 2 bơm ghép nối tiếp, 2 bơm ghép song song. 1.6 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Sau khi hoàn thành đồ án nhóm thực hiện đã rút ra đƣợc những kinh nghiệm quý báu trong việc tổ chức thực hiện việc nghiên cứu khoa học, sƣu tầm, chọn lọc, tham khảo tài liệu , khả năng làm việc nhóm. Đặc biệt, các thành viên đã có cơ hội tự nghiên cứu và chế tạo mô hình, tiếp xúc và hiểu rõ các thiết bị phụ trợ của bơm. Do đó, nhóm đã nắm khá vững cấu tạo, phƣơng thức hoạt động, các ƣu nhƣợc điểm của bơm khi khảo sát riêng lẻ 1 bơm, 2 bơm ghép nối tiếp, 2 bơm ghép song song. Và cuối cùng nhóm đã hoàn thành 1 bài thí nghiệm môn Quá Trình Thiết Bị hoàn chỉnh với 1 mô hình hoạt động và báo cáo thí nghiệm. GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 3 Phần 2: NỘI DUNG BÀI THỰC HÀNH: THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT HỆ THỐNG GHÉP BƠM NỐI TIẾP VÀ SONG SONG 2.1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Tìm hiểu các phƣơng pháp tính toán và chọn các thông số của bơm cho phù hợp với điều kiện kỹ thuật lắp đặt và vận hành bơm đúng kỹ thuật. - Khảo sát đƣờng đặc tuyến và tìm điểm làm việc của bơm ly lâm trong 3 trƣờng hợp: khi khảo sát 1 bơm, 2 bơm nối tiếp và 2 bơm song song. - Tính công suất của bơm ly tâm trong 3 trƣờng hợp khi: khảo sát 1 bơm, 2 bơm nối tiếp và 2 bơm song song. 2.2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.1. Khái niệm và phân loại bơm 2.2.1.1. Khái niệm Bơm là loại thiết bị đƣợc áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, dùng để vận chuyển chất lỏng chuyển đống trong ống. Bơm là loại thiết bị chính cung cấp năng lƣợng cho chất lỏng để thắng trở lực trong đƣờng ống khi chuyển động, nâng chất lỏng lên độ cao nào đó, tạo lƣu lƣợng trong thiết bị công nghệ…. Năng lƣợng của bơm đƣợc lấy từ các nguồn động năng khác. 2.2.2.2. Phân loại Theo nguyên lý hoạt động, bơm chất lỏng chia làm ba nhóm chính sau: - Bơm thể tích: việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể tích của không gian làm việc trong bơm. Do đó thể tích và áp suất chất lỏng trong bơm sẽ thay đổi, sẽ cung cấp năng lƣợng cho chất lỏng. Việc thay đổi thể tích trong bơm có thể do: + Chuyển động tịnh tiến (bơm pittong) + Chuyển động quay (bơm roto) - Bơm động lực: việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự chuyển động quay tròn của các bơm, khi đó động năng của cánh quạt sẽ truyền vào chất lỏng tạo năng lƣợng cho dòng chảy. Năng lƣợng của cánh quạt truyền vào chất lỏng có thể dƣới dạng: + Lực ly tâm (bơm ly tâm) + Lực đẩy của cánh quạt (bơm hƣớng trục) + Lực ma sát: bơm xoáy lốc - Bơm khí động: việc hút và đẩy chất lỏng đƣợc thực hiện nhờ sự thay đổi áp suất của dòng khí chuyển động trong bơm và tạo năng lƣợng cho dòng chảy. GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 4 + Bơm Ejector: Việc thay đổi áp suất dòng khí sẽ tao ra lực lôi cuốn chất lỏng cùng dòng khí. + Thùng nén: tạo áp suất trên bề mặt chất lỏng nhằm tạo cho chất lỏng có thế năng cần thiết để chuyển động. 2.2.2. Các thông số cơ bản của bơm - Năng suất của bơm: là thể tích chất lỏng bơm cung cấp vào ống đẩy trong một đơn vị thời gian. Ký hiệu: Q (m3/s; m3/h; l/s ) - Cột áp của bơm: là áp suất chất lỏng tại miệng ra ống đẩy của bơm hay là năng lƣợng riêng của chất lỏng thu đƣợc khi đi từ ống hút đến ống đẩy của bơm. Ký hiệu: H (m) Cột áp của bơm đƣợc xác định theo công thức: H = H1 + H2 + H3 + H4 + H5 (m) H1 : cột áp để khắc phục chiều cao nâng hình học, m H2 : cột áp để khắc phục chênh lệch áp suất ở hai đầu ống hút và đẩy, m H3, H4 : cột áp để khắc phục trở lực trong ống hút và ống đẩy, m H5 : cột áp để khắc phục động năng giữa ống hút và ống đẩy, m - Công suất của bơm: là năng lƣợng tiêu hao để tạo ra lƣu lƣợng Q và cột áp H. Kí hiệu: N, đơn vị: kW hoặc HP (house power) gọi là sức ngựa (1 HP = 0.7457 kW) Công suất của bơm đƣợc xác định theo công thức: N=   1000 gQH (Kw) Trong đó: Q: lƣu lƣợng của bơm, m3/s H: cột áp của bơm, m ρ: khối lƣợng riêng của chất lỏng, kg/m3 η = 0.55: hiệu suất của bơm g: gia tốc trọng trƣờng, m/s2 - Hiệu suất của bơm: Là đại lƣợng đặc trƣng cho độ sử dụng hữu ích của năng lƣợng đƣợc truyền từ động cơ đến bơm. Kí hiệu: η GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 5 - Chiều cao hút: Chiều cao hút của bơm phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ sau: + Áp suất tác dụng lên chất lỏng ở bể hút, nếu là bể hở thì áp suất này bằng áp suất khí quyển, + Tổn thất trở lực ống hút, + Do lực ỳ của chất lỏng, Tổn thất do sự bay hơi chất lỏng nếu áp suất trong ống hút đạt giá trị để nó bay hơi ở nhiệt độ tƣơng ứng và chất lỏng tƣơng ứng, Hb. Nếu là nƣớc phụ thuộc nhiệt độ nhƣ sau: t, o C 0 10 20 30 40 50 75 100 Hb, m 0.05 0.12 0.24 0.43 0.75 1.25 4 10.33 - Áp suất toàn phần của bơm: Là đại lƣợng đặc trƣng cho năng lƣợng riêng do bơm truyền cho một đơn vị trọng lƣợng chất lỏng. Vì nó đƣợc tính bằng chiều cao để nâng 1 kg chất lỏng nhờ năng lƣợng do bơm truyền cho nên nó không phụ thuộc vào độ nhớt và khối lƣợng riêng của chất lỏng. GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 6 Áp kế Chân không kế Z1 Z2 Z Zh ZđHh H Hđ P1 P2 1 1 2 2 1' 1' 2' 2' Mặt chuẩn Z = 0 Hình 1: Các thông số cơ bản của bơm Gọi: P1: áp suất ở mặt thoáng bể chứa số 1, Pa. P2: áp suất ở mặt thoáng bể chứa số 2, Pa. Hh: chiều cao hút, m. Hđ: chiều cao đẩy, m. H = Hh + Hđ: khoảng cách 2 mặt thoáng, m. Z1: khoảng cách từ mặt cắt 1-1 đến mặt chuẩn, m. Z2: khoảng cách từ mặt cắt 2-2 đến mặt chuẩn, m. Z = Z2 – Z1: khoảng cách 2 mặt thoáng, m. h: khoảng cách giữa áp kế và chân không kế, m. Ph, Pđ: áp suất trong đƣờng ống hút và ống đẩy, Pa. Trƣờng hợp 1: đối với bài toán thiết kế hoặc chọn bơm thích hợp, ta áp dụng phƣơng trình Bernulli viết cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2: GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 7  fh gg P ZH gg P Z 22 2 22 2 2 11 1     Trong đó: ρ: khối lƣợng riêng của dòng lƣu chất, kg/m3. H: chiều cao cột áp toàn phần, m. Σhf = Σhms + Σhcb: tổng trở lực trên đƣờng ống hút và đẩy, m.        fh gg PP ZZH 2 2 1 2 212 12   Trong phƣơng trình thì: (Z2 - Z1) = Z: năng lƣợng (cột áp) dùng để khắc phục chiều cao nâng hình học, m. g PP  12  : năng lƣợng dùng để thắng lại sự chênh lệch áp suất ở 2 mặt thoáng, m. g2 2 1 2 2   : năng lƣợng dùng để khắc phục động năng giữa ống đẩy và ống hút, m. Σhf : năng lƣợng do bơm tạo ra để thắng lại tổng trở lực trên đƣờng ống, m. Trƣờng hợp 2: đối với bài toán thử lại bơm (đã có bơm) thì ta áp dụng phƣơng trình Bernulli viết cho hai mặt cắt 1` - 1` và 2` - 2`: gg P ZH gg P Z đđ h h 22 2 2 2 1      Trong đó: (Zđ – Zh) = h: năng lƣợng (cột áp) dùng để khắc phục chiều cao giữa 2 áp kế, m. g PP đh   : năng lƣợng dùng để thắng lại sự chênh lệch áp suất ở ống hút và đẩy, m. : năng lƣợng dùng để khắc phục động năng giữa ống đẩy và ống hút, m. Lƣu ý: trong trƣờng hợp này đại lƣợng Σhf = 0 vì sự tổn thất năng lƣợng trên đƣờng ống đã đƣợc đo ở hiệu 2 áp suất trên hai áp kế. 2.2.3. Bơm ly tâm 2.2.3.1. Cấu tạo GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 8 Bơm ly tâm bao gồm vỏ bơm 3, bánh guồng trên đó có các cánh hƣớng dòng. Bánh guồng đƣợc gắn trên trục truyền 1, ống hút 4 và ống đẩy 2. 2.2.3.2. Nguyên lý hoạt động Khi bánh guồng quay dƣới tác dụng của lực ly tâm chất lỏng trong bánh guồng sẽ chuyển động theo cánh hƣớng dòng từ tâm bánh guồng ra mép bánh guồng và theo vỏ bơm ra ngoài. Vỏ bơm đƣợc cấu tạo theo hình xoắn ốc có tiết diện lớn dần có tác dụng làm giảm bớt vận tốc dòng chảy. Khi chất lỏng trong bánh guồng chuyển động ra ngoài dƣới tác dụng của lực ly tâm, sẽ tạo ra áp suất chân không tại tâm bánh guồng, do có sự chênh lệch áp suất ở bên ngoài và tâm bánh guồng chất lỏng sẽ theo ống hút chuyển động vào bánh guồng, tạo thành dòng chất lỏng chuyển động liên tục trong bơm. GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 9 Ƣu điểm: bơm ly tâm đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống vì có nhiều ƣu điểm nhƣ:  Lƣu lƣợng đều.  Gọn nhẹ  Tốc độ quay lớn nên có thể trực tiếp nối với động cơ  Đơn giản, ít chi tiết  Lƣu lƣợng lớn Nhƣợc điểm:  Phải mồi bơm khi khởi động GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 10  Không tạo ra đƣợc áp suất lớn hơn 7at  Năng suất phụ thuộc vào cột áp của bơm. 2.2.3.3. Hiện tƣợng xâm thực và chiều cao đặt bơm: Chất lỏng chuyển động vào miệng bơm ly tâm do áp suất ở đây thấp hơn áp suất khí quyển. Điều này đã tạo điều kiện cho các khí hòa tan có trong chất lỏng bốc hơi tạo ra các bọt khí ở miệng hút của bơm. Các bọt khí này cùng với chất lỏng sẽ chuyển động trong cánh guồng, khi đó áp suất lại tăng lên, khí lại hòa tan – ngƣng tụ - hòa tan xảy ra rất nhanh, thể tích bọt khí tăng lên và giảm đột ngột dẫn đến áp suất trong các bọt khí có thể đạt tới 100÷1000 at. Hiện tƣợng đó tạo ra các va đập thủy lực, bào mòn các kết cấu kim loại tạo ra rụng động và tiếng ồn. Hiện tƣợng này gọi là hiện tƣợng xâm thực. Hiện tƣợng xâm thực có hại cho bơm do đó cần phải hạn chế. Một trong những biện pháp hạn chế hiện tƣợng xâm thực là giới hạn chiều cao hút của bơm. Chiều cao hút của bơm đƣợc xác định theo công thức:         h g v h g p g p z t 2.. 2 1 1 1 max1  , (m) Trong đó: p1: áp suất bể hút, N/m 2 pt: áp suất hơi bão hòa ở miệng hút, N/m 2 2.2.4. Đặc tuyến của bơm ly tâm Đặc tuyến lý thuyết của bơm ly tâm: Đặc tuyến của bơm ly tâm là mối quan hệ hàm số giữa các thông số của bơm nhƣ: cột áp, lƣu lƣợng, công suất, hiệu suất khi số vòng quay cố định và thay đổi. H = f(Q), η = f(Q), N = f(Q). Trong đó mối quan hệ giữa cột áp và lƣu lƣợng là quan trọng nhất. Đặc tuyến lý thuyết của bơm đƣợc thể hiện trên hình sau: β > 90o β = 90o β < 90o H Q Q N β = 160o β = 90o β = 20o Hình 1: Đặc tuyến lý thuyết của bơm (với β là góc nghiêng của cánh guồng) GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 11 Đặc tuyến thực của bơm: Trong thực tế khi hoạt động do số cánh bơm có hạn và khi chất lỏng chuyển động trong bơm sẽ có tổn thất cột áp, đặc biệt là tổn thất cột áp tăng theo tỉ lệ bậc hai với lƣu lƣợng. Do vậy đặc tuyến thực của bơm sẽ là những đƣờng cong phi tuyến nhƣ hình vẽ: H N Q Q Nlt = f(Q) Hth = f(Q) Nth = f(Q) Hlt = f(Q) Hình 2: Đặc tuyến thực của bơm Mối quan hệ lý thuyết giữa các giá trị: lƣu lƣợng Q, cột áp H, công suất N khi số vòng quay thay đổi đƣợc thể hiện theo tỉ lệ: 2 1 2 1 n n Q Q  ; 2 2 1 2 1        n n H H ; 3 2 1 2 1        n n N N Đặc tuyến của mạng ống: là đƣờng cong biểu diễn mối quan hệ (Hmo – Q): Hmo = C + KQ 2 Trong đó: Q: lƣu lƣợng, m3/s Hmo: tổng tổn thất cột áp khi chất lỏng chuyển động trong ống dẫn, m. Với :  12 12 . zz g PP C     ; gdd l K 2 16 42         P1, P2 : áp suất đầu vào và đầu ra của ống, N/m 2 Z1, Z2 : chiều cao đầu vào và đầu ra của ống, m. l = 5,8m : chiều dài ống. d = 0.027m : đƣờng kính ống Σφ = 38,25 : tổng hệ số trở lực cục bộ trong ống. λ = 0,03 : hệ số ma sát ρ = khối lƣợng riêng của lƣu chất, kg/m3 Điểm làm việc của bơm GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 12 - Giao điểm của đƣờng đặc tuyến bơm và mạng ống đƣợc gọi là điểm làm việc của bơm trong mạng ống. - Trong quá trình làm việc, điểm làm việc của bơm không đƣợc phép nằm trong vùng không ổn định của bơm. H max 2 1 H 3 QQmax 1-2: Vùng làm việc không ổn định 2-3: Vùng làm việc ổn định A: Điểm làm việc của bơm A Đặc tuyến bơm Hình 3: Điểm làm việc của bơm 2.2.5. Ghép bơm 2.2.5.1. Ghép bơm song song Trong các trạm bơm cấp nƣớc cũng nhƣ thoát nƣớc, khi yêu cầu vận chuyển một lƣu lƣợng nƣớc lớn ngƣời ta thƣờng sử dụng nhiều bơm cùng làm việc. Các bơm khi làm việc cùng cấp nƣớc vào một hệ thống đƣờng ống gọi là làm việc song song. Vì thế khi các bơm làm việc song song trong hệ thống thì chúng có cột áp bằng nhau và bằng cột áp yêu cầu của hệ thống, còn lƣu lƣợng của hệ thống sẽ bằng tổng lƣu lƣợng của các bơm. Trong thực tế ngƣời ta có thể ghép hai hoặc nhiều bơm làm việc song song trên cùng một hệ thống đƣờng ống. Thậm chí có những trƣờng hợp hai trạm làm việc song song trên một hệ thống đƣờng ống. Để xác định điểm làm việc của từng bơm phải dựng đƣờng đặc tính tổng cộng của chúng khi làm việc song song. GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 13 Hai bơm cùng đặc tính làm việc song song: Trên hình giới thiệu hai bơm cùng đặc tính Q-H làm việc song song trên cùng đƣờng ống. Do khi làm việc song song, cột áp tổng Htc của hệ thống băng cột áp của từng bơm: Htc = H1 = H2 = H3 = … = Hn (1) và lƣu lƣợng tổng cộng bằng tổng lƣu lƣợng của các bơm cùng làm việc: Qtc = Q1 + Q2 + … + Qn (2) nên khi dựng đƣờng đặc tính tổng cộng chỉ cần nhân đôi hoành độ ( lƣu lƣợng) còn tung độ (cột áp) giữ nguyên. H h h 1 2 H H1+2 a b c Q-H(1+2) 2 E Q Q(1+2)QQ1O D N3 6 4 7 1 5 Q-H(1,2) η Hình 4: Đặc tính làm việc song song của hai bơm giống nhau GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 14 Ví dụ : tìm c trên đƣờng đặc tính tổng cộng Q-H (1 + 2) , chỉ việc lấy ac = 2ab. Tƣơng tự nhƣ vậy sẽ tìm đƣợc các điểm của đƣờng đặc tính tổng công Q-H (1+2) . Giao điểm giữa hai đƣờng đặc tính đƣờng ống DE và đƣờn đặc tính tổng cộng Q-H (1+2) là điểm làm việc của hai bơm ghép song song, hoành độ cho lƣu lƣợng tổng cộng Q(1+2) , tung độ cho cột áp tổng cộng H(1+2) . Từ điểm 2 kẻ đƣờng song song với trục hoành, đƣờng này cắt đƣờng đặc tính của mỗi bơm Q-H1,2 tại điểm 1 cho lƣu lƣợng Q1 , cột áp H1 của từng bơm khi làm việc song song trong hệ thống. Nhƣ vậy khi hai bơm làm việc song song trong hệ thống, chúng luôn tuân theo điều kiện (1) và (2). Từ đồ Hình 4 thấy : H (1+2) =H1 = H2 Q1 = Q2 = 2 )21( Q Từ điểm 1 kẻ đƣờng song song với trục tung đƣợc điểm 3 và 4 cho công suất và hiệu suất của từng bơm khi làm việc song song trong hệ thống. Giao điểm 5 của đƣờng đặc tính từng bơm Q-H1,2 với đƣờng đặc tính đƣờng ống xác định điểm làm việc của từng bơm trong hệ thống cho lƣu lƣợng Q, cột áp H. Từ điểm 5 kẻ đƣờng song song với trục tung đƣợc điểm 6 và 7 xác định công suất và hiệu suất của tƣng bơm khi làm việc riêng rẽ. Từ đồ thị Hình 4 thấy: 2Q1 = Q(1+2) < 2Q Tức là lƣu lƣợng tổng cộng của hai bơm ghép song song trên một hệ thống đƣờng ống nhỏ hơn tổng lƣu lƣợng của chúng khi làm việc riêng rẽ trong hệ thống ấy. Nguyên nhân của sự giảm lƣu lƣợng này là do khi các bơm làm việc song song, lƣu lƣợng trong đƣờng ống tăng lên sẽ làm tăng tổn thất cột áp. Do đó cột áp toàn phần của bơm cũng tăng lên, điểm làm việc lùi về phía có cột áp lớn, vì thế lƣu lƣợng của bơm khi làm việc song song bị giảm đi so với khi làm việc riêng rẽ. Sự làm việc song song của hai bơm có lợi nhất trong trƣờng hợp điểm làm việc 1 ứng với giá trị hiệu suất lớn nhất. Điều đó có thể thực hiện đƣợc nếu chọn bơm hợp lý. Khi chọn bơm, lấy lƣu lƣợng của mỗi bơm bằng nửa lƣu lƣợng tính toán, còn cột áp toàn phần xác định ứng với giá trị lƣu lƣợng tính toán. 2.2.3.2. Ghép bơm nối tiếp Các bơm gọi là làm việc nối tiếp nếu sau khi ra khỏi bơm này, chất lỏng đƣợc đƣa tiếp vào ống hút của bơm kia, rồi sau đó mới đƣợc đƣa vào hệ thống. Nhƣ vậy khi các bơm làm việc nối tiếp, lƣu lƣợng của chúng bằng nhau và bằng lƣu lƣợng tổng cộng của hệ thống: Q1 = Q2 = … = Qht còn cột áp của hệ thống bằng tổng cột áp của các bơm: GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 15 Hht = H1 + H2 + H3 + …. Các bơm làm việc nối tiếp đƣợc sử dụng khi hệ thống yêu cầu áp lực cao mà một bơm không đáp ứng đƣợc. Hệ thống 2 bơm (cùng đặc tính) ghép nối tiếp Trên Hình 5 giới thiệu đặc tính của hai bơm giống nhau làm việc nối tiếp. Đặc tính tổng cộng của hai bơm đƣợc dựng bằng cách: ứng với mỗi điểm trên đƣờng đặc tính của bơm, giữ nguyên hoành độ và nhân đôi tung độ. Ví dụ điểm c trên đƣờng đặc tính tổng cộng Q-H(1+2) nhận đƣợc bằng cách lấy tung độ ac = 2ab, còn hoành độ giữ nguyên. Đặc tính đƣờng ống CE cắt đặc tính Q-H(1+2) tại A xác định điểm làm việc của hai bơm trong hệ thống. Từ đƣờng đặc tính xác định đƣợc lƣu lƣợng Q(1+2) và cột áp H(1+2) của hai bơm làm việc nối tiếp. Lƣu lƣợng của mỗi bơm: Q1 = Q2 = Q(1+2) và cột áp 2 )21( 21   H HH GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 16 1 2 Q H B E c Q a bC H1+2 H 0 H h h 2 H 0 Q - H 1+2 Q - H1,2 Q1+2 A Hình 5: Đặc tính làm việc của hai bơm ghép nối tiếp (cùng đặc tính) khi Hhh>H0 GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 17 1 2 Q H B E Q D C H 0H h h 2 H 0 Q - H 1+2 Q - H 1,2 Q1+2Q1 A Hình 6: Đặc tuyến làm việc của hai bơm ghép nối tiếp (cùng đặc tính) khi Hhh<H0 Trên Hình 6giới thiệu đƣờng đặc tính của hai bơm giống nhau ghép nối tiếp khi có H0 > Hhh. Cách dựng đƣờng đặc tính tổng cộng cũng giống nhƣ trƣờng hợp trên. A là điểm làm việc của hai bơm ghép nối tiếp, D là điểm làm việc riêng rẽ của từng bơm cũng trong hệ thống ấy. Từ đồ thị thấy rằng, trong trƣờng hợp này khi ghép hai bơm làm việc nối tiếp không những có khả năng tăng cột áp mà còn tăng cả lƣu lƣợng của hệ thống. GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 18 2.3. THÍ NGHIỆM 2.3.1. Giới thiệu Ta quan sát kĩ sơ đồ hệ thống thí nghiệm sau: A V 1 2 3 4 5 Bơm 1 Bơm 2 BT B1 B2 Phút Pđẩy L ư u l ư ợ n g k ế Hình 7: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 2.3.2. Phƣơng pháp thí nghiệm  Mở công tắc tổng  Mở tất cả các van GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 19  Khảo sát duy nhất bơm 1 (bơm 2) - Mở công tắc bơm 1( bơm 2) - Khóa ¼ van hoàn lƣu- van 5 - Khóa van 1, van 3 khi khảo sát bơm 1 (khóa van 2, van 3 khi khảo sát bơm 2)  Khảo sát 2 bơm ghép song song - Mở công tắc cả 2 bơm - Khóa van 3 - Khóa ¼ van hoàn lƣu- van 5  Khảo sát 2 bơm ghép nối tiếp - Mở công tắc cả 2 bơm - Khóa van 1, van 2 - Khóa ¼ van hoàn lƣu- van 5  Ứng mỗi thí nghiệm, ghi giá trị I và U  Ứng mỗi chế độ lƣu lƣợng ta ghi giá trị áp suất hút (Ph) ở đầu vào và áp suất (Pđ) đẩy ở đầu ra. 2.3.3. Kết quả số liệu thí nghiệm Các thông số cần thiết cho việc tính toán  Công suất thiết kế của bơm N= 370 (w)  Lƣu lƣợng tối đa của bơm Qmax= 6,5 (m 3 /h)  l = 5,8m : chiều dài ống.  d = 0,027m : đƣờng kính ống  Σφ = 38,25 : tổng hệ số trở lực cục bộ trong ống.  λ = 0,03 : hệ số ma sát  Zđ – Zh = 0,04m : năng lƣợng (cột áp) dùng để khắc phục chiều cao giữa 2 áp kế Bảng 1: khảo sát 1 bơm I= U= STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q (l/min) Ph GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 20 (mmHg) Pđ (kg/cm 2 ) Bảng 2: khảo sát 2 bơm ghép song song I= U= STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q (l/min) Ph (mmHg) Pđ (kg/cm 2 ) Bảng 3: khảo sát 2 bơm ghép nối tiếp I= U= STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q (l/min) Ph (mmHg) Pđ (kg/cm 2 ) 2.3.4. Xử lý số liệu và vẽ đồ thị Bảng 1: khảo sát 1 bơm STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q (m 3 /s) GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 21 H (mH2O) H0 (mH2O) N (kW) Bảng 2: khảo sát 2 bơm ghép song song STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q (m 3 /s) H (mH2O) H0 (mH2O) N (kW) Bảng 3: khảo sát 2 bơm ghép nối tiếp STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q (m 3 /s) H (mH2O) H0 (mH2O) N (kW) - Vẽ đƣờng đặc tuyến bơm H=f(Q), N=f(Q), và đƣờng đặc tuyến mạng ống trong các trƣờng hợp - Tìm điểm làm việc của bơm trong từng trƣờng hợp. GVHD :Trƣơng Văn Minh Trang 22 2.3.5. Bàn luận - Nhận xét về các đƣờng đặc tuyến. - Nhận xét về mức độ tin cậy của kết quả và các nguyên nhân gây ra sai số. - Dựa trên đƣờng đặc tuyến ta có nhận xét gì về điểm làm việc của bơm trong từng trƣờng hợp. - Nêu ứng dụng của bơm ly tâm trong công nghiệp cũng nhƣ trong cuộc sống. Đồ Án Môn Học : Máy Thiết Bị Lớp CDHD 8 Nhóm 1 GVHD Trƣơng Văn Minh Trang 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Bin – Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm – NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 1999. 2. Nguyễn Minh Tuyển – Bơm, quạt, máy nén trong công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1985. 3. Tập thể tác giả - Giáo trình Quá trình – Thiết bị thủy cơ – Vật liệu rời, TT Công nghệ hóa học- ĐH Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh, TP.HCM 2007. 4. Tập thể tác giả - Giáo trình thực hành Quá trình – Thiết bị, TT Công nghệ hóa học- ĐH Công Nghiệp TP. Hồ Chí Minh, TP.HCM 02/2007. 5. www.congnghehoahoc.com.vn