Giáo trình Máy phụ tàu thủy - Nghề: Lắp ráp hệ thống động lực tàu thủy
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: MÁY PHỤ TÀU THỦY
NGHỀ: LẮP RÁP HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC
TÀU THỦY
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số.....QĐ/ ngày......tháng........năm....của Hiệu
trường Trường Cao đẳng Hàng hải I )
Hải Phòng, năm 2018
1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Cùng với xu hướng hội nhập, ngành Sửa chữa và ngành lắp ráp hệ thống
động lực tàu thủy nước ta đã và đang phát triển cả về số lượng và chất lượng,
ngày càng khẳng định được vị thế của mình trong ngành hàng hải và đóng tàu khu
vực cũng như trên thế giới.
Nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo cho học sinh, sinh viên vốn kiến thức nhất
định để vận dụng nghề lắp ráp hệ thống động lực tàu thủy một cách an toàn, tin
cậy và đạt hiệu quả kinh tế cao, giáo trình “Máy phụ tàu thủy” được biên soạn
trên cơ sở các giáo trình về máy tàu thủy trong các nhà máy, xí nghiệp cơ khí và
các nhà máy đóng mới tàu thủy trong và ngoài nước.
Giáo trình “Máy phụ tàu thủy” được biên soạn bởi nhóm tác giả là những
Thạc sỹ, kỹ sư trong nghề cơ khí lắp ráp hệ thống động lực tàu thủy có nhiều kinh
nghiệm thực tiễn và nhiều năm tham gia giảng dạy, huấn luyện trong nhà trường,
mong muốn cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản nhất về các kiến thức
cơ bản về Máy phụ tàu thủy, từ đó người học có thể vận dụng vào thực tiễn nhằm
lắp ráp và sửa chữa các thiết bị phụ trong buồng máy nói riêng và con tàu nói
chung một cách an toàn, tin cậy và đạt hiệu quả kinh tế cao.
Giáo trình phục vụ cho việc giảng dạy, học tập của giảng viên, học sinh sinh
viên trường Cao đẳng Hàng hải I. Đồng thời là tài liệu tham khảo cho công nhân
đang làm tại các nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu thủy.
Trong quá trình biên soạn chúng tôi cố gắng nêu ra những kiến thức cơ bản
về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các thiết bị phụ trên tàu thủy được thực hiện
trong ngành công nghiệp tàu thủy tại Việt nam.
Tuy nhiên, trong quá trình biên soạn chắc chắn không tránh khỏi những
thiếu sót chúng tôi rất mong được sự góp ý của các đồng nghiệp và bạn đọc góp ý,
bổ sung cho cuốn giáo trình mô đun “Máy phụ tàu thủy” được hoàn thiện hơn.
Hải Phòng, ngày tháng năm 2018
Chủ biên: Ths Vũ Huy Trường
3
MỤC LỤC
TT
1
Nội dung
Trang
3
Lời giới thiệu
Mục lục
2
4
3
Danh mục, bảng biểu, hình vẽ
Nội dung môn học
6
4
9
10
10
14
19
20
35
40
40
51
55
57
59
61
62
66
66
77
82
82
84
90
93
93
Chương 1: Máy thủy lực cánh dẫn
1. Các thông số cơ bản trong máy thủy lực
2. Đặc tính đường ống, điểm làm việc, chiều cao hút cho phép
3. Hiện tượng xâm thực trong máy thủy lực
4. Bơm ly tâm
5. Các loại bơm cánh dẫn khác
Chương 2: Máy thủy lực thể tích
1. Bơm piston
2. Bơm bánh răng
3. Bơm trục vít
4. Bơm cánh gạt
5. Bơm piston rô to
6. Bơm Japi (Bơm tay)
7. Bơm phun tia
Chương 3: Máy nén khí và quạt gió
1. Máy nén khí
2. Quạt gió
Chương 4: Máy lọc dầu
1. Các phương pháp lọc dầu
2. Máy lọc dầu ly tâm hình cánh nón
3. Máy lọc dầu ly tâm kiểu phản lực, thuỷ lực
Chương 5: Thiết bị trao đổi nhiệt
1. Bầu làm mát
4
2. Bầu ngưng
98
99
3. Bầu hâm
6
101
Tài liệu tham khảo
5
Danh mục hình vẽ
TT
Tên hình vẽ
Trang
12
1. Hình 1.1. Sơ đồ tính cột áp của bơm
2. Hình 1.2. Sơ đồ động cơ thủy lực
12
3. Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống xác định đặc tính đường ống
4. Hình 1.4. Đồ thị đặc tính đường ống
14
17
5. Hình 1.5. Điểm làm việc của bơm với hệ thống
6. Hình 1.6. Sơ đồ xác định chiều cao hút của bơm
7. Hình 1.7. Sơ đồ cấu tạo bơm ly tâm
17
18
21
8.
26
Hình 1.8. Đặc tính của bơm ly tâm H = f(Q), N= f(Q), = f(Q)
9. Hình 1.9. Đặc tính khi ghép song song hai bơm ly tâm
27
10. Hình 1.10. Ghép song song hai bơm giống nhau vào hệ thống
28
đường ống
11. Hình 1.11. Đặc tính khi ghép nối tiếp hai bơm ly tâm
12. Hình 1.12. Sơ đồ biểu thị lực dọc trục trong bơm ly tâm
13. Hình 1.13. Khoan lỗ trên bánh cánh để khử lực dọc trục
14. Hình 1.14. Sử dụng piston giả để khử lực dọc trục
15. Hình 1.15. Đặc tính của bơm khi thay đổi tốc độ quay
16. Hình 1.16. Đặc tính của bơm khi thay đổi đặc tính đường ống
17. Hình 1.17. Điều chỉnh sản lượng bơm bằng van đường bên
18. Hình 1.18. Bơm xoáy lốc hở
29
30
31
31
33
34
34
35
36
37
38
40
41
45
46
19. Hình 1.19. Kết cấu xoáy lốc hở
20. Hình 1.20. Sơ đồ cấu tạo bơm chân không vòng nước
21. Hình 1.21. Sơ đồ nguyên lý bơm chân không vòng nước
22. Hình 2.1. Bơm piston 1 hiệu lực
23. Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý bơm piston hai hiệu lực
24. Hình 2.3. Đặc tính cột áp H = f(Q)
25.
Hình 2.4. Đặc tính H, N, và của bơm piston
6
26. Hình 2.5. Một số dạng piston của bơm piston
47
48
48
49
50
50
27. Hình 2.6. Một số dạng làm kín trục dẫn động bơm piston
28. Hình 2.7. Một số dạng van của bơm piston
29. Hình 2.8. Điều chỉnh sản lượng bằng cách thay đổi vòng quay
30. Hình 2.9. Điều chỉnh sản lượng bằng cách thay đổi tính cản
31. Hình 2.10. Điều chỉnh sản lượng bằng cách dùng van đường
bên
32. Hình 2.11. Kết cấu bơm bánh răng ăn khớp ngoài
33. Hình 2.12. Kết cấu bơm bánh răng ăn khớp trong
34. Hình 2.13. Hiện tượng nén chất lỏng ở chân răng
35. Hình 2.14. Kết cấu bơm trục vít
52
53
54
55
57
58
59
60
61
63
36. Hình 2.15. Kết cấu bơm cánh gạt
Hình 2.16. Điều chỉnh lưu lượng bơm cánh gạt
37.
38. Hình 2.17. Cấu tạo bơm piston roto hướng trục
39. Hình 2.18. Sơ đồ kết cấu bơm piston roto hướng kính
40. Hình 2.19. Kết cấu bơm Japi (Bơm tay)
41. Hình 2.20. Sơ đồ bơm phun tia, biểu đồ thay đổi áp suất và
vận tốc chất công tác trong bơm
42. Hình 3.1. Sơ đồ máy nén piston một cấp
43. Hình 3.2. Đồ thị p-v của máy nénpiston một cấp
44. Hình 3.3. Máy nén piston 2 cấp kiểu thuận và đồ thị P-V
45. Hình 3.4. Máy nén piston 2 cấp kiểu nghịch và đồ thị P-V
46. Hình 3.5. Kết cấu máy nén piston 2 cấp
47. Hình 3.6. Kết cấu van nấm bằng
67
68
69
71
73
75
75
76
76
77
48. Hình 3.7. Kết cấu van nấm hình côn
49. Hình 3.8. Điều chỉnh vòng quay của động cơ lai
50. Hình 3.9. Tiết lưu đường ống hút
51. Hình 3.10. Đồ thị chỉ thị của máy nén khi tiết lưu đường ống
hút
7
52. Hình 3.11. Quạt gió ly tâm
79
80
83
84
84
85
86
87
87
88
88
91
93
96
98
99
53. Hình 3.12. Quạt gió hướng trục
54. Hình 4.1. Sơ đồ lọc dầu bằng phin lọc
55. Hình 4.2. Sơ đồ lắng lọc tự nhiên
56. Hình 4.3. Máy lọc dầu ly tâm cánh nón
57. Hình 4.4. Sơ đồ cấu tạo máy lọc dầu ly tâm cánh nón
58. Hình 4.5. Cơ cấu truyền động nằm ngang và thẳng đứng
59. Hình 4.6. Ly hợp ma sát
60. Hình 4.7.Bơm bánh răng
61. Hình 4.8. Kết cấu trống lọc
62. Hình 4.9. Vành điều chỉnh
63. Hình 4.10. Máy lọc dầu ly tâm kiểu phản lực- thủy lực
64. Hình 5.1. Cấu tạo bầu làm mát dầu nhờn
65. Hình 5.2. Sinh hàn dạng tấm
66. Hình 5.3. Sơ đồ nguyên lý bầu ngưng tụ
67. Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý bầu hâm nước
8
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Tên môn học: Máy phụ tàu thủy
Mã mô đun: MM.6520112.19
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí: Môn học Máy phụ tàu thủy được bố trí học sau với các môn học: Vẽ
kỹ thuật, Cơ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, Động cơ Diesel 1,2, Trang trí hệ thống động
lực tàu thủy..các môn kỹ thuật cơ sở.
- Tính chất: Máy phụ tàu thủy là môn học bắt buộc trong chuyên môn nghề
trong chương trình đào tạo Cao đẳng Lắp ráp hệ thống động lực tàu thủy nhằm
cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về cấu tạo và nguyên lý làm việc các thiết
bị phụ trong hệ thống động lực tàu thủy;
- Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Đây là môn học đào tạo chuyên môn
nghề, cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản nhất của nghề Lắp ráp hệ thống
động lực tàu thủy.
Mục tiêu của môn học:
- Về kiến thức:
+ Hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị phục vụ cho hệ thống
động lực tàu thủy;
+ Trình bày được công dụng của các máy móc, thiết bị phụ trong hệ thống
động lực tàu thủy;
- Về kỹ năng:
Ứng dụng các kiến thức để lắp ráp các máy móc, thiết bị đúng yêu cầu kỹ
thuật.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động sáng tạo
trong học tập và rèn luyện, phát huy khả năng làm việc theo nhóm.
Nội dung của môn học:
9
CHƯƠNG 1: MÁY THỦY LỰC CÁNH DẪN
Mã chương: MĐ. 6520112.21.01
Giới thiệu:
Chương này cung cấp cho người học về các khái niệm về các thông số cơ
bản của máy thủy lực cánh dẫn, đặc tính đường ống, điểm phối hợp làm việc và
chiều cao hút cho phép cũng như hiện tượng xâm thực trong máy thủy lực cánh
dẫn. Ngoài ra trong chương này còn giới thiệu cho người học những kiến thức cơ
bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc điểm, ứng dụng của các loại máy thủy lực
cánh dẫn.
Mục tiêu:
- Trình bày được đặc điểm và các thông số cơ bản của máy thủy lực cánh
dẫn cũng như cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc điểm của một số loại bơm cánh
dẫn dưới tàu;
- Mô tả được đặc tính, công dụng của bơm cánh dẫn trong hệ thống động
lực tàu thủy;
- Có tác phong công nghiệp, luôn tuân thủ các quy tắc an toàn và đảm bảo
vệ.
Nội dung chính:
1. Các thông số cơ bản trong máy thủy lực
Để phục vụ nghiên cứu đặc điểm làm việc của máy thuỷ lực và xác định khả
năng trao đổi năng lượng của chúng, người ta đưa ra một số đại lượng dựa trên các
định luật vật lý cơ bản, chúng được gọi là các thông số cơ bản. Đó là cột áp, lưu
lượng (sản lượng), công suất và hiệu suất.
1.1. Cột áp máy thủy lực, ký hiệu (H)
Cột áp của chất lỏng hoặc máy thủy lực là giá trị năng lượng được tính cho
một đơn vị trọng lượng của chất lỏng:
E
H =
(m.cột nước)
(1.1)
G
Trong đó: E : Năng lượng chất lỏng. ( N.m ) hoặc (KN.m)
G : Trọng lượng chất lỏng. ( mg )
1.1.1. Cột áp của trạng thái chất lỏng
Là giá trị cột áp của chất lượng nói chung ở dạng tổng quát hoặc trạng thái chất
lỏng của đường dòng (ống dẫn) tại một điểm nào đó.
10
v2
p
H =
h
2g
(1.2)
Trong đó: v: Vận tốc trung bình.
: Trọng lượng riêng chất lỏng tại áp suất p.
p : Áp suất tuyệt đối tại vị trí xác định.
(m/s)
(kG /m3)
(kG /m2)
h : Độ cao hình học đối với một mặt chuẩn nào đó. ( m )
Chất lỏng tồn tại ở 3 dạng:
- Thế năng:
m.g.h
(1.3)
(1.4)
(1.5)
mv 2
2
- Động năng:
- Áp năng:
p.v
mv2
Năng lượng tổng cộng:
E =
pv mgh
2
E
mv2 p.v mgh
H =
(1.6)
G
2G
G
G
Như vậy, thông qua giá trị cột áp ta đánh giá được trạng thái năng lượng của
phần chất lỏng đó.
1.1.2. Cột áp của bơm
Là năng lượng của chất lỏng nhận được thông qua bơm tính cho một đơn vị
trọng lượng chất lỏng. Ký hiệu là HB.
Ta có: h = h2 - h1 ; EB = E2 - E1
EB E2 E1
E2 E1
H2 H1
HB =
=
(1.7)
(1.8)
G
G
G
G
2
2
v2 p2
v1
p1
h2
Hay: HB =
h1
2g
2g
Do phân bố tốc độ đường dòng tại cửa ra và cửa vào của bơm không đều hay
dòng chảy tại các vị trí đó ở dạng chảy rối thì ta có thể tính HB theo công thức sau:
2
2
v22 p2
v1 1 p1
h2
HB =
(1.9)
h1
2g
2g
Trong đó: 1: Hệ số điều chỉnh động năng tại cửa vào.
2: Hệ số điều chỉnh động năng tại cửa ra.
11
Hình 1.1. Sơ đồ tính cột áp của bơm
Khi đó, công thức tính cột áp của bơm được viết như sau:
2
2
1
v22 v1
2g
p2 p
HB =
(1.10)
1 (h2 h1 )
Ta quy ước rằng:
Cột áp động:
v222 v121
2g
Hđ =
Ht =
p2 p
1 (h2 h1 )
Cột áp tĩnh:
Vậy ta có công thức tổng quát để tính cột áp của bơm là: HB = Ht + Hđ (1.11)
1.1.3. Cột áp của động cơ thủy lực
Là năng lượng đơn vị mà chất lỏng truyền được thông qua động cơ thuỷ lực.
Đây là trường hợp đặc biệt ngược lại của bơm. Cơ bản về cách xác định cột áp
cũng giống như đối với bơm.
Eđ/c = E1 - E2
(1.12)
Ed / c E1 E2
Hđ/c =
Hđ/c =
H1 H2
v12 v22
G
G
p1 p2
(h2 h1 )
2g
v12 v22
p1 p2
Đặt: Ht =
; H =
(h2 h1)
đ
2g
Hđ/c = Ht + Hđ
Hình 1.2. Sơ đồ động cơ thủy lực
12
1.2. Lưu lượng, ký hiệu (Q)
Lưu lượng của máy thủy lực là lượng chất lỏng mà máy thủy lực trao đổi
trong một đơn vị thời gian. Tùy thuộc vào lượng chất lỏng được đo ở đơn vị nào
thì ta có lưu lượng đó.
1.2.1. Lưu lượng thể tích
Là sản lượng chất lỏng tính theo đơn vị thể tích.
Đơn vị: m3/h; m3/phút; lít/giây.
1.2.2. Lưu lượng khối lượng
Là lưu lượng nếu đơn vị chất lỏng tính theo đơn vị khối lượng.
Đơn vị: tấn/h; kg/phút;kg/giây
1.3. Công suất, ký hiệu (N)
Là năng lượng mà máy thủy lực trao đổi được với chất lỏng trên một đơn vị
thời gian.
1.3.1. Công suất thuỷ lực
Giá trị công suất của chất lỏng thực sự trao đổi được với máy thủy lực là công
suất thủy lực và được tính theo công thức:
NTL= . Q . H
(1.13)
Trong đó: : Trọng lượng riêng của chất lỏng.
Q: Lưu lượng.
H: Cột áp.
1.3.2. Công suất thủy lực của bơm
NB = . Q . HB
(1.14)
Trong đó: HB: Cột áp của bơm.
1.3.3. Công suất thủy lực của động cơ thủy lực
Nđ/c = .Q.Hđ/c
Trong đó: Q: Lưu lượng qua động cơ.
Hđ/c: Cột áp động cơ thuỷ lực.
1.4. Hiệu suất của máy thủy lực, ký hiệu ()
Hiệu suất của máy thủy lực là phần trăm công suất sử dụng có ích sau khi trao
đổi năng lượng với nguồn. = C.Q.H
NB
.Q.HB
Nl.viec
1.4.1. Hiệu suất của bơm: B =
(1.15)
NL.viec
13
Nl.việc : Là công suất tiêu tốn trên trục động cơ lai bơm .
NL.viec
Nlamviec
b. Hiệu suất của động cơ thủy lực : đ.cơ
=
(1.16)
Nd / co .Q.Hd / c
Nl.việc là công suất có được trên trục dẫn ra của động cơ thuỷ lực sau khi trao
đổi năng lượng, ta có thể xác định bằng cách đo trực tiếp trên các động cơ thủy lực
hoặc động cơ mẫu hay có thể dùng các công thức để tính toán.
Nđ. cơ là công suất được xác định dựa trên cơ sở xác định bằng tích của hiệu
số cột áp trước và sau động cơ thuỷ lực với lưu lượng trọng lượng của chất lỏng
qua động cơ đó.
Nđ. cơ = .Q.Hđ/c = .Q.(Hvào- Hra)đ. cơ.
(1.17)
(1.18)
p1 p2 v12 v22
đ. cơ
Hay Nđ. cơ = .Q
h1 h2
2g
Giá trị hiệu suất phụ thuộc vào sự tổn hao về năng lượng sau khi trao đổi
giữa máy thuỷ lực với chất lỏng. Tổn hao thuỷ lực được đánh giá bằng H. Tổn hao
do ma sát cơ khí được đánh giá bằng hiệu suất cơ khí c và tổn hao do rò rỉ chất
lỏng được đánh giá bằng hiệu suất lưu lượng Q. Do vậy hiệu suất chung của máy
thuỷ lực được tính bằng công thức sau: 0 = H.c.Q
Từ các thông số cơ bản, người ta thường biểu diễn chúng liên quan với nhau
thông qua các phương trình toán học. Tập hợp của vô số các toạ độ của các thông
số có liên quan với nhau ta sẽ lập lên được đồ thị đặc tính làm việc.
2. Đặc tính đường ống, điểm làm việc, chiều cao hút cho phép
2.1. Đặc tính của hệ thống đường ống
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống xác định đặc tính đường ống
14
Xét sơ đồ một hệ thống thường gặp như hình vẽ trên. Muốn chất lỏng ở bể
hút I chuyển lên bể chứa II với một lưu lượng xác định nào đó trong điều kiện bố
trí của hệ thống đường ống thì phải nhờ có năng lượng của bơm nhận từ ngoài
truyền cho nó để chi phí cho các lực cản của hệ thống đường ống. Năng lượng của
chất lỏng tiêu tốn cho hệ thống đường ống nhằm để:
- Thay đổi thế năng của lượng chất lỏng từ hI đến hII.
- Duy trì một tốc độ vận chuyển, tức là đảm bảo sản lượng Q nào đó và
thắng các sức cản trong toàn bộ ống hút và ống đẩy.
- Duy trì độ chênh lệch động năng giữa mặt thoáng bể chứa và bể hút.
- Thắng độ chênh lệch về áp lực do áp suất gây nên giữa bề mặt thoáng của
bể chứa II và bể hút I.
- Thay đổi cột áp thế năng từ I đến II: hII- hI
- Thắng sức cản trong hệ thống với sản lượng Q: htt (I
= h
+ h
II)
(I II)
(I II)
v2
2
L v
.
Trong đó: h=
và h=.
D 2g
2g
- Duy trì chênh cột áp động năng giữa hai mặt thoáng bể chứa và bể hút:
vI2I vI2
2g
- Thắng độ chênh áp động năng nên giữa hai bề mặt thoáng của bể chứa II và
pII pI
bể hút I:
Trong đó: : Hệ số tổn thất dọc đường.
L: Chiều dài của ống.
(m)
D : Đường kính của ống.
v : Vận tốc của dòng chảy.
: hệ số cản cục bộ.
(m)
(m/s)
h: Tổn thất cục bộ tại những nơi lắp van, những nơi ống cong làm
thay đổi hướng dòng chảy.
vI2I vI2 P PI
II
(h h ) h
Như vậy, cột áp do bơm tạo ra là: HB =
II
I
tt (III)
2g
15
vI2I vI2 P PI
II
(hII hI ) htt (III)
Và tổng của:
là tổng cột áp cản (tiêu tốn
2g
năng lượng) của hệ thống đường ống.
Thực vậy, nếu hệ thống đường ống và các két cản một giá trị cột áp bao nhiêu
thì bơm buộc phải có một giá trị cột áp bằng giá trị đó để thỏa mãn chúng. Tại tọa
độ mà giá trị cột áp của bơm sản ra bằng giá trị cột áp tiêu tốn (cản) của hệ thống
thì chính đó là điểm làm việc của bơm với hệ thống.
Để biểu thị đặc tính cản (tiêu tốn) của hệ thống đường ống người ta thành lập
công thức và từ đó xác định quy luật diễn biến của đặc tính cản. Ký hiệu là Hđ/ô
vI2I vI2 P PI
II
(h h ) h
Hđ/ô =
II
I
tt (III)
2g
(1)
(2)
(3)
(4)
Đây là phương trình đặc tính đường ống. Trong phương trình trên thì thành
phần (1) và (4) không liên quan đến vận tốc nên gọi là cột áp cản tĩnh của hệ thống
P PI
II
(hII - hI )
đường ống và ký hiệu là Ht. Ht =
Còn thành phần (2) và (3) có liên quan đến sản lượng và vận tốc nên gọi là cột
vI2I vI2
htt (III)
áp cản động của hệ thống đường ống và ký hiệu là Hđ. Hđ =
.
2g
Vậy, ta có cột áp đường ống là:
Hđ/ô = Ht + Hđ
Để thuận tiện cho việc tính toán và xác định thông số làm việc của bơm
người ta quy đổi từ tốc độ đường dòng v sang sản lượng Q. Từ đó sẽ lập được mối
quan hệ mới phụ thuộc vào sản lượng Q. Sản lượng Q được tính theo công thức:
Q = v. A
Trong đó: v : Tốc độ dòng.
A : Thiết diện ống dẫn.
Khi đó: Hđ/ô = f(v2) = f(Q2)
(m/s)
(m2)
Như vậy đường đặc tính (Q - H) của hệ thống đường ống là đường cong bậc
hai được xuất phát từ một điểm trên trục tung và cách gốc toạ độ một đoạn bằng
giá trị của cột áp tĩnh (Ht).
16
Hình 1.4. Đồ thị đặc tính đường ống
2.2. Điểm làm việc của bơm với hệ thống
Về mặt công thức, nếu giá trị được xác định tại đó thoả mãn HB = Hđ/ô ứng
với chế độ sản lượng Q (hoặc tốc độ dòng v) thì đó chính là điểm làm việc của
bơm.
Xét trên đồ thị, giả sử cho trước đặc tính của bơm HB = f(Q) thì giao điểm
của HB = f(Q) với Hđ/ô = f(Q2) cho ta điểm làm việc (A) của bơm với hệ thống
đường ống đó.
Qua đó ta thấy rằng: Khi đưa bơm vào hệ thống đường ống và cho chúng
hoạt động thì không phải lúc nào cũng có một cột áp cố định. Nói cách khác nó là
cột áp của bơm khi làm việc phối hợp phụ thuộc vào trạng thái của hệ thống đường
ống (đường Hđ/ô) và tì.
Hình 1.5. Điểm làm việc của bơm với hệ thống
17
2.3. Chiều cao đặt bơm cho phép
2.3.1. Khái niệm
Không phải bơm đặt bất kỳ ở độ cao nào so với két chứa (bể hút) đều có khả
năng làm việc được. Thực tế chiều cao hút giới hạn trong một phạm vi nào đó mà
ta hoàn toàn có thể chứng minh và xác định được. Có hai khái niệm về chiều cao
thể hiện các vị trí đặt bơm khác nhau so với bể hút mà ta cần phân biệt rõ là:
- Chiều cao đặt bơm: Là khoảng cách tính từ mặt thoáng bể hút đến bơm.
- Chiều cao đặt bơm cho phép: Là chiều cao đặt bơm mà không xảy ra hiện tượng
xâm thực cho bơm, bơm hút và đẩy được chất lỏng.
2.3.2. Chiều cao đặt bơm cho phép
Xét bơm làm việc theo hệ thống như hình vẽ. Lấy mặt 1-1 làm mặt chuẩn thế
năng (giả thiết nó đủ lớn để v1 = 0), ta có đơn vị của dòng chảy là:
P
v12
P
1
1
e1
Tại mặt 1-1:
Tại mặt 2-2:
2g
P
v22
2
e2 hs
2g
Hình 1.6. Sơ đồ xác định chiều cao hút của bơm
Theo phương trình Bécnuly viết cho dòng chất lỏng đi từ (1-1) tới (2-2).
Ta có: e2 = e1 - hs
hs: là tổng tổn thất năng lượng của chất lỏng khi đi từ (1-1) tới (2-2).
P
v22
P
v12
2
1
hs
hs
2g
2g
P P v22
1
2
hs
hs
Hay
2g
18
P
1
hs
Giả thiết trong trường hợp lý tưởng nhất: P2 = 0, v2 = 0, hs = 0
Nếu bể hút thông với khí trời thì:
P1 = 1 at = 104 (kG/m2), với nước biển:
= 1000 (kG/m3) = 103 (kG/m3)
104
103
P
1
hs =
=10 (m).
Để tránh hiện tượng xâm thực xẩy ra trong bơm thì: P2 > Pbh
P P
v22
1
bh
hs
hs
Khi đó:
2g
P P
v22
1
bh
hs
hs x
Trong thực tế:
2g
x: Chiều cao hút dự trữ chống xâm thực.
P
bh
Thường chọn: x = (0,2 0,4)
.
Vậy chiều cao hút cho phép thực tế < 10 m
3. Hiện tượng xâm thực trong máy thủy lực
3.1. Khái niệm
Là hiện tượng bắn phá chi tiết máy đồng thời gây rồi dòng chảy trong máy
thủy lực đối với bất kỳ loại chất lỏng nào.
3.2. Bản chất hiện tượng
Hiện tượng này dựa trên nguyên lý bay hơi của chất lỏng trong điều kiện vật
lý nhất định. Ở điều kiện công tác nào đó, trong dòng chảy và ở tại vị trí mà áp
suất cục bộ giảm thấp hơn áp suất hơi bão hòa (ứng với chất lỏng đó) thì bản thân
chất lỏng tại đó sẽ sôi và bay hơi tạo thành các “bọt“ khí. Các bọt khí này có thể
tích đáng kể và chuyển động cùng dòng chảy. Khi chúng chuyển động sang vùng
khác, nếu tại đó có áp suất cục bộ cao hơn áp suất hơi bão hòa thì buộc chúng lại
phải ngưng tụ về thể lỏng thành các “giọt“ chất lỏng có thể tích nhỏ hơn rất nhiều
so với các “bọt“ khí ban đầu. Do thay đổi thể tích một cách đột ngột và trong
khoảng thời gian rất ngắn nên các hạt chất lỏng tại vùng lân cận xô tới chiếm chỗ
với vận tốc rất lớn. Mặc rù khối lượng của các hạt xung quanh nhỏ, song với một
vận tốc vô cùng lớn nên chúng có động năng rất cao và gây quán tính bắn phá các
chi tiết máy đồng thời gây rối dòng chảy. Theo các tài liệu nghiên cứu thì áp suất
thực tế khi xâm thực có thể lên tới hàng ngàn átmốtphe, còn số lần va đập có thể
19
đạt đến hàng trăm lần trong một giây. Kết quả là chúng có sức công phá rất lớn đối
với các chi tiết của máy thuỷ lực, đồng thời còn gây rối dòng chảy và làm giảm
hiệu suất của máy thuỷ lực. Mặt khác chúng còn gây ra tiếng ồn lớn và hệ thống
máy móc làm việc rung động mạnh từ đó gây lên hậu quả không tốt đối với máy
thuỷ lực.
Yếu tố quan trọng gây ra sự phá huỷ vật liệu của các chi tiết trong máy thuỷ
lực chính là hiện tượng mỏi bề mặt vật liệu do sự nén một phía. Khi xâm thực sẽ
xuất hiện các xung va đập thuỷ lực tạo thành các biến cứng trên bề mặt vật liệu, rồi
các xung đó lại phá huỷ các lớp biến cứng trên và phá huỷ dần dần các lớp vật liệu
bên trong của chi tiết.
3.3. Tác hại của hiện tượng xâm thực
- Máy làm việc không ổn định, rung động và phát ra tiếng ồn lớn dẫn đến làm
giảm hiệu suất của máy thuỷ lực.
- Một số chi tiết của máy bị mòn, rỗ hoặc có thể bị phá hỏng tại: Cánh bơm ly
tâm, vỏ bơm ly tâm, một số vị trí đặc biệt trong đường ống...
3.4. Cách khắc phục hiện tượng xâm thực
- Điều chỉnh áp suất làm việc của chất lỏng lớn hơn áp suất hơi bão hòa của
P
P
congtac
baohoa
chất lỏng đó ở điều kiện nhiệt độ tương ứng.
- Ngoài ra, để hạn chế cho máy thủy lực ít chịu ảnh hưởng của hiện tượng
xâm thực cần phải chú ý các điều kiện sau:
+ Duy trì áp suất công tác càng cao càng tốt.
+ Tránh khai thác máy thủy lực ở nhiệt độ cao.
+ Hạn chế tốc độ dòng xuống mức độ thấp.
+ Tránh thay đổi đường dòng đột ngột gây các điểm sụt áp cục bộ.
+ Làm trơn nhẵn các bề mặt chi tiết trong máy thuỷ lực có tiếp xúc với dòng
chảy.
+ Gia công cứng, chọn vật liệu có cơ tính tốt đối với máy thuỷ lực hay hệ
thống thuỷ lực.
+ Tránh không cho không khí xâm nhập vào máy thuỷ lực cũng như hệ
thống đường ống.
4. Bơm ly tâm
4.1. Sơ đồ cấu tạo
20
Tải về để xem bản đầy đủ
102 trang
26/03/2022
4841
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Máy phụ tàu thủy - Nghề: Lắp ráp hệ thống động lực tàu thủy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_may_phu_tau_thuy_nghe_lap_rap_he_thong_dong_luc_t.pdf
