Bài giảng Thủy lực máy nén - Chương 12: Hiện tượng xâm thực & chiều cao hút máy bơm - Đặng Quốc Dũng
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
CHÖÔNG 12 :
HIEÄN TÖÔÏNG XAÂM THÖÏC
& CHIEÀU CAO HUÙT MAÙY BÔM
12.1 Hieän töôïng khí thöïc:
Caùch ñaây hôn nöõa theá kyû, ngöôøi ta ñaõ phaùt hieän hieän töôïng roã treân maët
caùnh quaït chaân vòt taøu thuûy. Veà sau naøy, ôû moät soá boä phaän cuûa caùc loaïi maùy
thuûy löïc khaùc cuõng thaáy xuaát hieän nhöõng hieän töôïng töông töï, coù khi vôùi möùc
ñoä roäng, roã nghieâm troïng hôn vaø coù tröôøng hôïp xuyeân thuûng maùy. Ngaøy nay,
maùy thuûy löïc söû duïng raát phoå bieán. Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng ñoù, trong nhieàu
naêm nay, vaán ñeà khí thöïc trong caùc maùy thuûy löïc ñaõ ñöôïc nghieân cöùu tæ mæ. Vaû
laïi, vôùi xu höôùng söû duïng caùc loaïi maùy bôm vaø tuabin coù tyû toác lôùn thì vaán ñeà
khaéc phuïc hieän töôïng khí thöïc caøng coù yù nghóa quan troïng hôn.
Coâng taùc nghieân cöùu veà hieän töông khí thöïc ñöôïc tieán haønh treân hai maët
-
-
Veà maët ñoäng löïc hoïc chaát loûng, nghieân cöùu caûi thieän traïng thaùi doøng chaûy
vaø caùc tieát dieän qua nöôùc cuûa maùy ñeå haïn cheá vieäc phaùt sinh ra khí thöïc.
Veà maët vaät lieäu, nghieân cöùu tìm ra caùc vaät lieäu coù khaû naêng choáng khí thöïc
toát nhaát, môû roäng phaïm vi laøm vieäc vaø keùo daøi tuoåi thoï cuûa maùy moùc.
Keát quaû cuûa haøng loaït caùc coâng trình nghieân cöùu veà lyù thuyeát cuõng nhö
veà thöïc nghieäm, ñeán nay ñaõ cho pheùp cheá taïo nhöõng loaïi maùy bôm vaø tuabin
coù soá voøng quay hoaëc tyû toác lôùn hôn tröôùc maø laïi ít sinh ra khí thöïc. Tuy nhieân,
cho ñeán nay, vieäc nghieân cöùu khí thöïc vaãn laø vaán ñeà thu huùt nhieàu nhaø khoa
hoïc veà maùy thuûy löïc.
Trong chöông naøy, chæ trình baøy nhöõng khaùi nieäm cô baûn veà hieän töôïng
khí thöïc trong phaïm vi caàn thieát cho nhöõng ngöôøi laøm coâng taùc thuûy lôïi.
12.1.1 Quaù trình phaùt sinh vaø dieãn bieán cuûa hieän töôïng khí thöïc .
Hieän töôïng khí thöïc xuaát hieän khi aùp löïc trong doøng chaát loûng qua caùc
boä phaän maùy thuûy löïc, vì moät nguyeân nhaân naøo ñoù, aùp löïc doøng chaûy giaûm
xuoáng tôùi aùp löïc boác hôi. Luùc ñoù, trong doøng chaát loûng seõ hình thaønh caùc tuùi
roãng chöùa ñaày hôi nöôùc vaø khí töø chaát loûng boác ra. Ngöôøi ta goïi caùc tuùi ñoù laø
boït hôi nöôùc, hoaëc boït khí.
Caùc boït hôi nöôùc hoaëc khí seõ bò doøng chaát loûng cuoán vaøo vuøng coù aùp löïc
cao vaø bò neùn laïi. Vì vaäy, hôi nöôùc hoaëc khí trong boït seõ ngöng tuï thaønh chaát
loûng vaø hình thaønh caùc tuùi roãng trong doøng chaát loûng. Laäp töùc chaát loûng ôû
quanh tuùi roãng lao vaøo tuùi roãng vôùi toác ñoä voâ cuøng lôùn khoâng gaëp söùc caûn, vì
löôïng khí loaõng coøn chöùa trong tuùi khoâng ñaùng keå, caùc boït hôi nöôùc hoaëc boït
khí seõ bò co ruùt raát nhanh vaø cuoái cuøng bò phaù huûy. Taïi trung taâm tuùi roãng, doøng
1
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
chaát loûng xung quanh seõ va vaøo nhau vaø döøng laïi ñoät ngoät taïo ra moät aùp löïc
nöôùc va töùc thôøi leân tôùi haøng nghìn atmoâtphe. Caùc boït hôi nöôùc naèm treân caùc
boä phaän maùy khi tieâu huûy seõ sinh ra moät aùp löïc raát lôùn laøm roã caùc boä phaän maùy
ñoù. Chaát loûng sau khi bò neùn ôû taâm tuùi roãng seõ coù khuynh höôùng nôû roäng ra.
Höôùng cuûa gia toác vaø toác ñoä seõ bieán ñoåi ngöôïc chieàu neân ôû taâm tuùi roãng aùp
löïc seõ giaûm. Nhö vaäy aùp löïc ñieåm seõ bieán ñoåi daàn theo thôøi gian.
Theo thí nghieäm cuûa Gunsake, taàn soá va ñaäp cuûa caùc haït chaát loûng khi
coù khí thöïc baèng töø 500 ñeán 1000 Hez, nhung theo Gale thì coù theå tôùi 25.000
Hez. Cöôøng ñoä va ñaäp phuï thuoäc vaøo toác ñoä: Gale ño ñöôïc aùp löïc treân moät
dieän tích 1,5 mm2 baèng thieát bò ño aùp laø 300 at. Nhö vaäy, aùp löïc ñieåm seõ coù trò
soá lôùn hôn raát nhieàu. Caùc taám aûnh chuïp boä phaän kim loaïi bò phaù hoaïi cho bieát
caáu taïo cuûa caùc haït tinh theå ñaõ bò phaù hoaïi , caùc haït bò baén vôõ coù veát nöùt raïn vaø
bò xoâ ñi. Ñieàu naøy chöùng toû coù söï bieán daïng deûo cuïc boä. Do vaäy öùng suaát trong
kim loaïi phaûi tôùi 90.000N/cm2.
Hieän nay vaãn chöa coù moät giaûi thích naøo thaät thoûa ñaùng veà nguyeân nhaân
sinh ra aùp löïc cao khi coù khí thöïc. Pounte, döïa vaøo caùc coâng trình nghieân cöùu
ñaõ tieán haønh, cho raèng caùc aùp löïc phaù hoaïi lôùn nhö vaäy laø do löïc ñaøn tính cuûa
caùc boä phaän kim loaïi gaây ra. Caùc löïc naøy taùc ñoäng leân dieän tích lôùn hôn dieän
tích khu coù khí thöïc xuaát hieän. Caùc boä phaän maùy bôm bò caùc löïc bieán ñoåi coù
chu kyø taùc ñoäng maïnh ñeán noãi thöôøng thöôøng laøm cho toaøn boä moùng cuûa maùy
bò rung ñoäng. Do taùc ñoäng cuûa löïc bieán ñoåi coù chu kyø maø chaát loûng bò ñaåy eùp
nhö vaäy saâu vaøo trong kim loaïi roài laïi bò huùt ra khoûi kim loaïi qua caùc khe hoûng.
Chính trong quaù trình bò ñaåy eùp nhö vaäy, chaát loûng coù theå gaây ra moät aùp löïc
lôùn treân moät dieän tích nhoû, ñoàng thôøi moät soá haït kim loaïi seõ bò chaát loûng keùo
theo ra. Kim loaïi coù ñoä roãng caøng lôùn seõ bò phaù hoaïi caøng maïnh.
Trong khi kim loaïi chòu söï baén phaù cuûa caùc haït chaát loûng, nhieät ñoä ñieåm
cuûa kim loaïi taêng leân raát lôùn (tôùi 3000C). maët thaønh kim loaïi coù choã noùng , coù
choã laïnh seõ laøm xuaát hieän caùc doøng ñieän , ñoù laø nguyeân nhaân gaây ra ñieän hoaù
laøm cho maët kim loaïi bò aên moøn nhanh choùng.
Ngoaøi ra, kim loaïi coøn bò phaù hoaïi do taùc ñoäng cuûa hoaù hoïc, cuûa döôõng
khí vaø caùc khí khaùc töø trong chaát loûng boác ra khi chaát loûng qua vuøng aùp löïc
giaûm thaáp. Döôõng khí vaø caùc chaát khí boác leân ñoù coù hoaït tính cao aên moøn kim
loaïi raát nhanh.
Ngoaøi ra, sau khi kim loaïi bò baén phaù , caùc lôùp baûo veä bò vôõ , maët ngoaøi
kim loaïi bò trô ra , caùc haït cöùng naèm trong chaát loûng seõ coï saùt theâm vaøo, laøm
cho caùc boä phaän cuûa maùy bôm bò phaù vôõ nhanh hôn .
Moät soá yù kieán cho raèng kim loaïi kim loaïi coøn bò caùc boït khoâng khí töø
doøng chaûy boác ra va ñaäp laøm hoûng. Yù kieán naøy hoaøn toaøn traùi ngöôïc vôùi lyù
thuyeát vaø keát quaû thí nghieäm nghieân cöùu veà söï phaù hoaïi cuûa khí thöïc trong
2
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
maùy thuûy löïc. Neáu ñeå yù ñeán caùc boït khoâng khí chuyeån ñoäng cuøng toác ñoä vôùi
nöôùc vaø khoâng khí nheï hôn nöôùc 800 laàn, thì seõ thaáy raèng boït khoâng khí va
vaøo caùc boä phaän maùy khoâng theå phaù hoaïi ñöôïc caùc boä phaän kim loaïi cuûa maùy
ñoù .
Moät ñieåm caàn chuù yù laø khoâng neân laãn loän hieän töôïng khí thöïc vaø hieän
töôïng chaûy taùch doøng cuûa maùy bôm.
Hieän töôïng taùch doøng xuaát hieän khi tia doøng chaûy bò taùch ra khoûi maët
caùnh quaït coù aùp löïc thaáp vaø seõ hình thaønh tia doøng chaûy roái khi chaûy qua khoûi
caùnh quaït . hieän töôïng taùch doøng chæ coù theå sinh ra trong chaá loûng thöïc teá coù
ñoä nhôùt . coøn hieän töôïng khí thöïc coù theå sinh ra ngay vôùi caû chaát loûng lyù töôûng.
Hieän töôïng taùch doøng coù theå toàn taïi khi khoâng coù hieän töôïng khí thöïc , ôû
maùy quaït gioù ly taâm chæ xuaát hieän hieän töôïng taùch doøng , coøn ñoái vôùi maùy bôm
ly taâm thì caû hieän töôïng taùch doøng vaø khí thöïc ñeàu coù theå xuaát hieän.
12.1.2 Nguyeân nhaân vaø ñieàu kieän phaùt sinh khí thöïc
Nhö treân ñaõ bieát, hieän töôïng khí thöïc xuaát khi aùp löïc tuyeät ñoái giaûm ñeán
aùp löïc boác hôi. Vì vaäy, khi nghieân cöùu nguyeân nhaân sinh ra khí thöïc, cuõng laø
nghieân cöùu nguyeân nhaân laøm cho aùp löïc tuyeät ñoái trong maùy bôm giaûm thaáp.
Ôû hình 12-1 cho ta bieåu ñoà phaân boá aùp löïc treân hai maët moät caùnh quaït
maùy bôm ñang laøm vieäc .
Ôø hai vò trí N vaø K laø nôi coù aùp löïc tuyeät ñoái nhoû nhaát . ôû vò trí N, trò soá aùp
löïc nhoû hôn taïi vò trí K, do ñoù aùp löïc taïi ñieåm N seõ giaûm xuoâng tôùi aùp löïc baõo
hoaø tröôùc ñieåm K. tuy nhieân, vì phaïm vi khu vöïc aùp löïc thaáp ôû N raát nhoû, neân
chaát loûng vöôït qua raát nhanh, khoâng ñuû thôøi gian ñeå hình thaønh boït hôi nöôùc
hoaëc boït khí. Do ñoù khaû naêng laøm phaùt sinh ra khí thöïc cuûa khu vöïc N seõ
khoâng lôùn. Ngöôïc laïi, taïi ñieåm K, phaïm vi aùp löïc thaáp roäng, khi aùp löïc ôû ñoù
giaûm xuoáng baèng hay thaáp hôn aùp löïc baõo hoaø , seõ sinh ra khí thöïc cho neân
chuùng ta seõ laáy ñieåm K laøm ñieåm nghieân cöùu vaø aùp löïc taïi ñoù (PK) seõ xem laø aùp
löïc nhoû nhaát trong maùy bôm.
Hình 12.1 Bieåu ñoà phaân boá aùp löïc leân hai maët caùnh daãn
3
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
Hình 12.2
Choïn maët thoaùng beå huùt O-O laø chuaån , vieát phöông trình Becnuli cho
maët O-O vaø maët caét qua K (hình 12-2) boû qua toác ñoä tieán gaàn (v0=0).
P
P
vk2
2.g
h's hmsh hmsBK
(12.1)
a
k
Trong ñoù:
Pa : aùp löïc taùc duïng leân maët thoaùng cuûa beå huùt.
Pk : aùp löïc taïi ñieåm K.
vk : vaän toác doøng chaûy taïi K.
hmsh : toån thaát thuûy löïc trong oáng huùt.
hmsBK:toån thaát thuûy löïc töø B ñeán K, chuû yeáu laø toån thaát thuûy löïc choã vaøo
meùp caùnh quaït.
'
Ñaët Hs h's hm' sh F.hmsBK thay vaøo (12.1) ta coù:
P
P
vk2
2.g
'
k
a
Hs
(12.2)
Phöông trình (12-2) cho ta thaáy aùp löïc tuyeät ñoái giaûm thaáp treân
toaøn boä phía cöûa huùt cuûa maùy bôm laø do moät trong caùc nguyeân nhaân
sau ñaây:
-
Chieàu cao coät nöôùc huùt ñòa hình (hs) hoaëc toån thaát thuûy löïc trong oáng
huùt taêng quaù lôùn ñeàu coù theå laøm cho veá traùi cuûa phöông trình (12-2)
giaûm xuoáng.
-
Aùp löïc taùc duïng leân maët thoaùng beå huùt (Pa) giaûm thaáp laø do cao trình
nôi ñaët maùy bôm quaù cao so vôùi cao trình maët bieån hoaëc nhieät ñoä moâi
tröôøng taêng leân.
4
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
-
Aùp löïc tuyeät ñoái trong heä thoáng giaûm thaáp (thí duï trong tröôøng hôïp
huùt nöôùc töø trong bình khí loaõng).
-
-
Nhieät ñoä chaát loûng taêng leân
Vaän toác doøng chaát loûng qua maùy taêng do soá voøng quay taêng hoaëc coät
nöôùc bôm quaù nhoû.
Ngoaøi caùc nghieân cöùu treân, khí thöïc coøn sinh ra vì aùp löïc cuïc boä töøng nôi
bò giaõm do moät trong caùc nguyeân nhaân sau ñaây:
-
Doøng chaûy bò co heïp hoaëc bò taùch doøng
-
Do moät soá boä phaän maùy bôm naèm trong chaát loûng bò rung ñoäng.
Chaúng haïn khi BXCT bò rung ñoäng, chaát loûng chaûy qua seõ khoâng
nhaát thieát rung ñoäng theo.Vì theá coù luùc maët caùnh daãn vaø chaát loûng
taùch rôøi nhau. Luùc ñoù (quaù trình aùp löïc giaûm) seõ hình thaønh tuùi chöùa
hôi nöôùc hoaëc khí. Caùc tuùi naøy seõ bò phaù vôõkhi chaát loûng bò eùp saùt
vaøo caùnh daãn (quaù trình aùp löïc taêng). Neáu maùy rung ñoäng lieân tuïc vaø
coù chu kyø, aùp löïc chaát loûng cuõng seõ bieán thieân lieân tuïc theo daïng
soùng coù chu kyø. Do ñoù aùp löïc treân maët cuûa boä phaän rung ñoäng cuõng
taêng giaûm coù chu kyø. Neáu taàn soá rung ñoäng caøng lôùn, khí thöïc seõ
sinh ra seõ caøng maõnh lieät hôn.
-
Ngoaøi ra khí thöïc coøn coù theå sinh ra khi cho maùy chaïy hoaëc haõm ñoät
ngoät, hoaëc khi doøng nöôùc bôm leân chuyeån höôùng ñoät ngoät (tröôøng
hôïp nöôùc va). Loaïi khí thöïc naøy coù tính chaát ngaãu nhieân vaø khoâng
quan troïng laém ñoái vôùi maùy bôm.
12.1.3 Caùc bieän phaùp ñeà phoøng:
Töø nhöõng ñieåm ñaõ trình baøy ôû treân cho ta thaáy nhöõng taùc haïi do
hieän töôïng khí thöïc gaây ra ñoái vôùi maùy moùc thuûy löïc raát nghieâm troïng.
Cho neân töø coâng taùc cheá taïo maùy, thieát keá coâng trình ñeán vieäc söû duïng
maùy moùc, nhuõng ngöôøi laøm coâng taùc kyõ thuaät phaûi haïn cheá ñeán möùc cao
nhaát khaû naêng sinh ra hieän töôïng khí thöïc.
1. Veà maêt cheá taïo, ôû caùc maùy bôm lôùn, ngoaøi vieäc taêng cöôøng chaát
löôïng nguyeân vaät lieäu cheá taïo ñoái vôùi caùc boä phaän deã bò khí thöïc. Ñeå
tieát kieäm vaät lieäu, ngöôøi ta duøng caùc bieän phaùp sau:
- Boïc ngoaøi caùc boä phaän hay bò khí thöïc moät lôùp kim loaïi moûng raén
nhö theùp khoâng ræ, hoaëc cuõng coù theå phuû ngoaøi baèng moät lôùp chaát
deûo, song caùc lôùp phuû naøy khoâng lieân keát beàn vöõng ñöôïc vôùi lim
loaïi.
- Thieát keá daïng caùnh daãn sao cho giaûm aùp löïc ôû maët sau caùnh ñoàng
ñeàu khoâng coù choã giaûm quaù ñoät ngoät. Goùc nghieâng caùnh daãn 1 ôû
choå vaøo BXCT cuõng coù quan heä lôùn ñeán söï phaùt sinh ra khí thöïc.
Neáu 1 nhoû, ñoä döï tröõ yeâu caàu ñoái vôùi khí thöïc seõ nhoû do ñoù seõ ít
sinh ra khí thöïc hôn.
5
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
- Doøng chaûy vaøo BXCT khoâng bò ngoaëc quaù ñoät ngoät. Coù theå giaûm
toác ñoä nöôùc chaûy vaøo BXCT baèng caùch cho nöôùc chaûy vaøo hai
cöûa hoaëc môû roäng ñöôøng kính D1 cuûa BXCT (ñoái vôùi maùy bôm coù
ns nhoû). Song khoâng neân taêng D1 quaù nhieàu vì nhö vaäy tyû soá D2/D1
seõ giaûm nhoû (D2 laø ñöôøng ra cuûaBXCT), chieàu daøi khe caùnh aãn seõ
giaûm , do ñoù khaû naêng sinh ra khí thöïc seõ nhieàu hôn.
2. Veà maët thieát keá coâng trình, phaûi ñaûm baûo cho chieàu cao huùt cuûa maùy
bôm hôïp lyù, khoâng quaù thaáp seõ laøm taêng gía thaønh coâng trình, nhöng
khoâng ñöôïc quaù cao vöôït phaïm vi haïn cheá do hieän töôngï khí thöïc.
Trong thöïc teá phaûi ñaûm baûo sao cho toác ñoä phaân boá theo ñöôøng kính
oáng huùt caøng nhoû caøng toát, toác ñoä ôû cöûa vaøo maùy bôm phaûi ñöôïc
phaân boá moät caùch ñeàu ñaën.
3. Veà söû duïng, trong toaøn boä quaù trình chaïy maùy phaûi ñaûm baûo ñoä cao
huùt trong phaïm vi cho pheùp. Neáu möïc nöôùc xuoáng thaáp hôn möïc
nöôùc cho pheùp phaûi laäp töùc cho ngöøng maùy. Tìm bieän phaùp haïn cheá
toån thaát thuûy löïc sinh ra ôû oáng huùt
Toùm laïi, nhöõng ngöôøi laøm coâng taùc thieát keá cuõng nhö quaûn lyù caàn naém
vöõng nhöõng ñaëc tính cuûa töøng loaïi maùy bôm söû duïng. Ña’m baûo vaän haønh
ñuùng nhö quy trình quy phaïm, toát nhaát phaûi khoáng cheá laøm sao cho maùy chaïy
phuø hôïp vôùi caùc ñieàu kieän thieát keá. Ñoù laø caùc bieän phaùp coù hieäu quaû nhaát ñeå
ñaûm baûo khoâng phaùt sinh ra hieän töôïng khí thöïc trong maùy bôm.
12.2 ÑOÄ CAO ÑAËT MAÙY.
Ñoä cao ñaët maùy coøn goïi laø ñoä cao huùt nöôùc ñòa hình, laø khoaûng caùch
giöõa möïc nöôùc beå huùt ñeán trung taâm maùy bôm. Ñoái vôùi maùy bôm ly taâm truïc
ngang, ta laáy tuyeán naèm ngang ñi qua trung taâm truïc maùy laøm ñöôøng trung taâm
maùy ñeå tính ñoä cao huùt ñòa hình hs (hình 12-3a). Coøn ñoái vôùi maùy bôm höôùng
truïc vaø bôm ly taâm truïc ñöùng, seõ laáy tuyeán ñi qua trung taâm baùnh xe caùnh quaït
laøm ñöôøng trung taâm maùy (hình 12-3,b vaø c). neáu trung taâm maùy ñaët döôùi möïc
nöôùc beå huùt thì ñoä cao huùt ñòa hình hs seõ coù trò soá aâm (hình 12-3c).
12.2.1 Tính ñoä cao huùt nöôùc ñòa hình theo ñoä ñoä chaân khoâng cho pheùp.
Sôõ dó nöôùc ñi ngöôïc ñöôïc töø beå huùt leân moät ñoä cao hs vaøo maùy
bôm laø do coù ñoä cheânh aùp löïc giöõa Pa taùc duïng leân maët nöôùc beå huùt vaø
aùp löïc choã vaøo baùnh xe coâng taùc ôû B (PB).Ñoä cheânh aùp löïc ñoù goïi laø aùp
löïc chaân khoâng hay ñoä cao chaân khoâng.
Pa Pb
Hck
( 12-3)
6
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
Hình 12.3a
Hình 12.3b
Hình 12.3c
Ñoái vôùi maùy bôm ly taâm, döïa vaøo thí nghieäm moâ hình ngöôøi ta ñaõ
xaùc ñònh saün caùc trò soá ñoä cao chaân khoâng cho pheùp ñeå khoâng sinh ra
khí thöïc cho töøng loaïi. Ñoä cao ñoù ñöôïc kyù hieäu baèng [Hck] vaø ñöôïc bieåu
thò baèng ñoà thò bieán thieân theo caùc löu löôïng khaùc nhau (hình 5-10).
Ñoái vôùi maùy bôm ly taâm, thöôøng duøng phöông phaùp tính ñoä cao
huùt theo ñoä cao chaân khoâng cho pheùp. Vieäc tính ñoä cao huùt treân ñoä cao
chaân khoâng cho pheùp nhaèm hai muïc ñích:
Töø ñoä cao chaân khoâng cho pheùp, ñaõ cho tröôùc ôû soå tay tra cöùu,
öùng vôùi löu löôïng vaø coät nöôùc thieát keá, tìm ñoä cao ñaët maùy thích hôïp ñeå
ñaûm baûo khoâng sinh ra khí thöïc.
Neáu maéc ôû B moät chaân khoâng keá coù theå kieåm tra ñoä cao huùt nöôùc,
baûo ñaûm an toaøn veà maët khí thöïc .
Vieát phöông trình Becnulli cho maët O-O vaø maët B-B, laáy maët O-O
laøm chuaån vaø xem vaän toác tôùi gaàn vo= 0 (hình 12-9a).
7
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
2
Pa Pn
vb
hs hms
(12-4)
2g
Ôû ñaây :
PB,vB – aùp löïc vaø vaän toác taïi B;
PA - aùp löïc taïi O_O;
Hmsh - toån thaát ma saùt treân ñöôøng oáng huùt ;
Bieán ñoåi vaø ñöa trò soá ñoä cao chaân khoâng vaøo ta coù:
2
vB
hs = Hck – hmsh
-
(12-5)
2g
Neáu thay trò soá Hck baèng [Hck] thì ñoä cao huùt cho pheùp seõ laø:
2
vB
[hs] = [Hck]– hmsh
-
(12-6)
2g
Khi ñaët maùy, ñoä cao huùt nöôùc ñòa hình nhaát thieát phaûi baèng hoaëc
nhoû hôn (hs), coù nhö vaäy môùi ñaûm baûo khoâng sinh ra khí thöïc.
Caàn löu yù raèng trò soá [Hck] trong soå tay tra cöùu maùy bôm ñaõ cho
ñöôïc xaùc ñònh baèng thí nghieäm trong ñieàu kieän nhieät ñoä nöôùc t0 = 200C
Pa
(töùc laø coät nöôùc aùp löïc boác hôi Hbh = 0,24) vaø
10meùt coät nöôùc ôû soá
voøng quay thieát keá. Do ñoù, khi söû duïng maùy bôm trong nhöõng ñieàu kieän
thöïc teá khaùc vôùi ñieàu kieän ôû treân, thì trong khi tính toaùn caàn phaûi hieäu
chænh laïi trò soá [Hck].
Pa
Chaúng haïn, khi aùp löïc khí trôøi
10m , thì ôû phöông trình (12-6)
seõ phaûi thay (Hck) baèng trò soá [H’ck] ñaõ hieäu chænh.
2
vB
[hs] = [H‘ck]– hmsh
-
(12-7)
2g
Ôû ñaây : H/ H 10 H
ck
ck
a
Trong ñoù Ha - ñoä cao aùp löïc khí trôøi (m)
P
a
Neáu
10 m vaø t0 200C ta coù :
2
vB
[hs] = [H”ck]– hmsh
-
(12-8)
2g
ÔÛû ñaây:
H// H 10 H +0.24-Hbh
Khi soá voøng quay thay ñoåi , ñoä cao chaân khoâng cho pheùp seõ thay ñoåi
ck
ck
a
theo bieåu thöùc:
n/
np
2
H// H H H (
)
(12-9)
ck
a
a
ck
Trong ñoù: np - soá voøng quay thieát keá ;
8
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
n’- soá voøng quay sau khi ñaõ thay ñoåi.
Ñeå xaùc ñònh moät caùch gaàn ñuùng ñoä cao aùp löïc khí trôøi Ha taïi caùc ñoä cao
khaùc nhau so vôùi maët bieån, ta coù theå duøng coâng thöùc :
z
900
H 10.33
a
Trong ñoù : z - cao trình nôi ñaët traïm so vôùi maët bieån (m). ngöôøi ta coù theå
tra Ha töø baûng 12-1.
Baûng 12-1
Ñoä cao so
vôùi
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 100
0
150
0
200
0
maët bieån (m)
10.3 10.2 10.1 10
9.8
9.7
9.6
9.5
9.4
9.3
9.2
8.6
8.4
Ha
Tuyø theo nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng, ñoä cao aùp löïc boác hôi Hbh coù theå tra töø baûng 12-2.
Baûng 12-2
Nhieät ñoä moâi
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
tröôøng noC
Hbh( m coät nöôùc)
0.09 0.12
0.24
0.43
0.75
1.25
2.02
3.17
4.82
7.14
10.33
12.2.2 Tính ñoä cao huùt theo ñoä döï tröõ khí thöïc
Ta coù phöông trình (12-1):
2
Pa Pk Ck
h's hmsg hmsBK
2g
Nhö treân, ñaõ bieát hmsBK laø toån thaát vì ma saùt thuûy löïc khi chaát loûng chaûy
K, ñoaïn BK raát ngaén neân ta chæ xeùt ñeán toån thaát cuïc boä ma saùt ôû choã
töø B
vaøo meùp caùnh quaït sinh ra, ta coù theå bieåu thò nhö sau:
W2
2g
k
hmsBK
(12-10)
Trong ñoù:
Wk : toác ñoä töông ñoái cuûa doøng chaát loûng khi chaûy vaøo caùnh quaït baùnh
xe coâng taùc;
: heä soá söùc khaùng khi chaát loûng chaûy vaøo caùnh quaït baùnh xe , noù phuï
thuoäc vaøo daïng cuûa meùp vaøo caùnh quaït, daïng caùnh quaït, goùc xung kích
vaø phuï thuoäc vaøo söï aûnh höôûng töông hoã giöõa caùc caùnh quaït vôùi nhau.
Do ñoù, khaùi nieäm veà heä soá söùc khaùng khaùc haún vôùi khaùi nieäm veà heä soá söùc
khaùng cuïc boä thöôøng gaëp trong thuûy löïc . trò soá ñöôïc xaùc ñònh baèng thí
nghieäm.
W2
2g
k
Trò soá hmsBK
=
bieåu thò ñoä giaûm aùp löïc so vôùi trò soá aùp löïc trung bình taïi
choã xuaát hieän khí thöïc, noù coøn ñöôïc goïi laø ñoä chaân khoâng ñoäng. Trò soá naøy
9
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
sinh ra do coù söï cheânh leäch aùp löïc giöõa maët tröôùc vaø maët sau caùnh quaït vaø do
coâng bò maát ñi khi doøng chaûy bao caùnh quaït coù ñoä daøy nhaát ñònh, nghóa laø do
höôùng doøng chaûy thay ñoåi.
Thay trò soá hs + hmsh = Hs vaø bieåu thöùc (12-10) vaøo phöông trình (12-1), ta coù:
2
2
k-
W
Ck
k
Hs=Ha-H
2g
2g
Pk
Khi hieän töôïng khí thöïc baét ñaàu xuaát hieän nghóa laø khi
giaûm xuoáng baèng aùp
Pbh
th
löïc boác hôi
Hbh thì ñoä cao huùt Hs seõ tieán tôùi trò soá tôùi haïn Hs
Phöông trình treân seõ coù daïng :
2
2
W
2g
Ck
th
k
H =H -H -
(12-11)
s
a
bh
2g
Goïi trò soá cöïc ñaïi cuûa toång soá ñoä chaân khoâng ñoäng vaø ñoä cao coät nöôùc do toác
ñoä tuyeät ñoái taïo ra ôû cöûa vaøo baùnh xe laø ñoä döï tröû khí thöïc baèng:
2
2
W
Ck
k
h
2g
2g
Phöông trình (12-11) coù theå vieát thaønh :
th
Hs =Ha-Hbh -
(12-12)
h
Ñoái vôùi caùc loaïi maùy bôm höôùng truïc, caùc xöôûng cheá taïo thöôøng döïa
vaøo thí nghieäm moâ hình ñeå cho tröôùc caùc ñöôøng ñaúng h. döïa vaøo ñieàu kieän
thieát keá cuûa coâng trình (QP,HP) ta coù theå tìm ra ñöôïc moät ñoä döï tröõ khí thöïc h
töông öùng , töø ñoù ta tính ra ñoä cao ñaët maùy tôùi haïn. Khi choïn ñoä cao ñaët maùy
thöïc teá cho coâng trình, caàn choïn vôùi ñoä cao thöïc teá nhoû hôn hoaëc baèng trò soá
tt
th
ñoä cao ñaët maùy tôùi haïn tính ñöôïc ôû treân: Hs < Hs . Nhö vaäy môùi ñaûm baûo
khoâng sinh ra khí thöïc, laøm toån haïi ñeán maùy moùc thieát bò .
Ñoä döï tröõ khí thöïc cho pheùp laø trò soá [h], nhoû nhaát cho pheùp maø vôùi trò
soá ñoù maùy bôm seõ laøm vieäc bình thöôøng, khoâng sinh ra hieän töôïng khí thöïc
(hoaëc coù hieän töôïng treân nhöng taùc haïi khoâng ñaùng keå).
Theo quy phaïm kyõ thuaät Lieân Xoâ OCT6134-58,trò soá ñoù döï tröõ khí thöïc
cho pheùp ñöôïc xaùc ñònh döïa vaøo ñoä döï tröõ khí thöïc tôùi haïn cho treân ñöôøng ñaëc
tính khí thöïc cuûa maùy bôm vaø tính baèng coâng thöùc:
th
[h]=K.h
K- heä soá döï tröõ do ñieàu kieän kyõ thuaät aán ñònh, do söï thoûa thuaän giöõa ngöôøi ñaët
haøng vaø nhaø maùy saûn xuaát. Tuyø theo loaïi maùy bôm vaø ñieàu kieän laøm vieäc cuûa
maùy bôm, neân laáy trò soá K khoâng nhoû hôn 1,15.
Ñeå hieåu saâu hôn veà hieän töôïng khí thöïc , sau ñaây seõ phaân tích theâm veà
ñoä döï tröõ khí thöïc h.
10
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
Ôû caùc maùy bôm nhoû, trò soá ns thaáp, soá haïng coù yù nghóa quyeát ñònh khi
xaùc ñònh ñieàu kieän sinh ra khí thöïc .
Nhöng ñoái vôùi caùc maùy bôm nhoû coù trò soá tyû toác ns lôùn (maùy bôm truïc
2
2
chaúng haïn) thì soá haïng Wk /2g laïi laø soá haïng chuû yeáu, coøn soá haïng Ck /2g chæ
coù yù nghóa thöù yeáu .
2
Soá haïng Wk /2g phuï thuoäc vaøo coät nöôùc cuûa maùy bôm (do ñoù phuï
thuoäc vaøo soá voøng quay) vaø soá caùnh quaït maùy bôm. Noù giaõm khi coät nöôùc
giaûm (hay khi soá voøng quay giaûm) vaø khi soá caùnh quaït taêng. Ôû maùy bôm höôùng
truïc, khi soá caùnh quaït taêng. Thì taûi troïng cuûa chaát loûng ñeø leân caùnh quaït giaûm
vaø khaû naêng choáng khí thöïc cuûa maùy bôm taêng. Khi chieàu saâu ngaäp nöôùc cuûa
caùnh quaït ñaõ cho saün thì ta coù theå taêng soá caùnh quaït ñeå taêng coät nöôùc maùy
bôm maø baûo ñaûm vaãn khoâng coù tieáng ñoäng sinh ra vaø khoâng laøm giaûm hieäu
suaát.
Vieäc xaùc ñònh baèng lyù thuyeát ñoä döï tröõ khí thöïc h gaëp raát nhieàu khoù
khaên vaø khoâng tieän, vì trò soá cöïc ñaïi Ck khoâng bieát ñöôïc chính xaùc. Hôn nöõa, trò
soá cuõng thay ñoåi tuyø theo caùc heä soá tyû toác khaùc nhau cuûa töøng loaïi maùy bôm.
Ngay ñoái vôùi moät loaïi maùy bôm laøm vieäc vôùi soá voøng quay khoâng ñoåi, trò
soá cuõng vaån thay ñoåi khi löu löôïng bôm thay ñoåi. Ôû gaàn khu vöïc coù hieäu
suaát cöïc ñaïi, seõ coù trò soá nhoû nhaát ,coøn khi löu löôïng bôm lôùn hôn hoaëc nhoû
hôn löu löôïng tính toaùn , ñeàu taêng leân .
Ôû moät soá taøi lieäu nghieân cöùu trong vieäc tính toaùn ñoä döï tröõ khí thöïc, coù
2
2
W
Ck
k
taùc giaû laáy caû hai soá haïng:
2g
2g
2
Ck
Nhöng cuõng coù nhieàu taùc giaû boû soá haïng
2g
W2
k
Maø chæ laáy:
hth
2g
Hình 12-4 heä soá giaûm aùp löïc ñoäng
11
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
Cuõng caàn phaûi chuù yù raèng, nhö ôû treân ñaõ noùi, ñoái vôùi caùc maùy bôm coù tyû
W2
k
toác nhoû, neáu nhö chæ duøng bieåu thöùc
maø boû qua soá haïng coät nöôùc
hth
2g
2
Ck
2g
toác ñoä
thì keát quaû seõ thieáu chính xaùc.
Cho tôùi nay vaãn chöa coù moät phöông phaùp naøo ñôn giaûn ñeå xaùc ñònh
ñieàu kieän ban ñaàu sinh ra khí thöïc ñoái vôùi maùy bôm coù heä soá tyû toác lôùn.
Theo Tom, ñoä giaûm aùp löïc cöïc ñaïi ôû trong baùnh xe caùnh quaït coù theå
bieåu dieãn nhö sau:
h th H
heä soá khí thöïc, xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm..
Taát caû caùc coâng trình sö cheá taïo tuabin thuûy löïc vaø maùy bôm ly taâm ñeàu
aùp duïng raát phoå bieán heä soá khí thöïc.
Ñoái vôùi cuøng moät loaïi maùy bôm, laøm vieäc vôùi nhöõng soá voøng quay khaùc
nhau hay ñoái vôùi caùc bôm ñoàng daïng coù heä soá ns gioáng nhau, thì taát caû caùc toác
ñoä Wk,vk seõ tyû leä vôùi
H
do ñoù:
h
const
H
Töùc laø ta ñaõ giaû thieát raèng khoâng ñoåi, quan heä naøy laø quan heä chuû yeáu
khi thí nghieäm caùc maãu maùy bôm ñoái vôùi hieän töôïng khí thöïc. Noù chæ ñuùng
trong ñieàu kieän gaàn tôùi khí thöïc, luùc caùc ñònh luaät ñoàng daïng coøn ñuùng. Khi khí
thöïc xuaát hieän thì caùc ñònh luaät ñoàng daïng khoâng ñuùng nöûa vaø bieåu thöùc =
haèng soá , chæ coù giaù trò gaàn ñuùng maø thoâi.
Trong khi thí nghieäm khí thöïc, ñeå xaùc ñònh ngöôøi ta thay ñoåi aùp löïc nôi
cöûa vaøo baùnh xe (ñoùng môû van oáng huùt ) hay thay ñoåi soá voøng quay do ñoù seõ
thay ñoåi coät nöôùc , trong ñieàu kieän aùp löïc thuûy tónh ôû cöûa vaøo vaãn giöõ nguyeân.
Phöông phaùp ñaàu ñôn giaûn hôn phöông phaùp sau nhöng cho keát quaû
khoâng chính xaùc baèng phöông phaùp sau. Trong phoøng thí nghieäm thöôøng
ngöôøi ta vöøa thay ñoåi soá voøng quay vöøa thay ñoåi aùp löïc ôû bình huùt, keát quaû xaùc
ñònh seõ chính xaùc hôn.
Caùc coâng thöùc thöïc nghieäm xaùc ñònh heä soá khí thöïc cuûa Tom:
4 / 3
4
-
Stepanop: 2.2*10 ns
(12-14)
(12-15)
4 / 3
4
-
Escher-Wyss 2.16 *10 ns
(ñoái vôùi maùy bôm 1 cöûa nöôùc vaøo ).
Ñoái vôùi maùy bôm coù 2 cöûa nöôùc vaøo:
4 / 3
4
1.37*10 ns
Vieän nghieân cöùu Thuyû lôïi Lieân Xoâ ( duøng cho maùy bôm höôùng truïc).
Coâng thöùc cuûa Rutnhiep:
4 / 3
4
2.05*10 ns
(12-16)
12
Phaàn III – Chöông 6
Giaûng vieân Ñaëng Quoác Duõng
Döïa vaøo caùc taøi lieäu nghieân cöùu , toång keát chung veà caùc thí nghieäm maùy
bôm, Rutnhiep ñaõ tìm ra coâng thöùc ñeå tính ñoä döï tröû khí thöïc khi môùi baét ñaàu
xuaát hieän khí thöïc.
4 / 3
n Q
Cth
h 10
(12-17)
Ôû ñaây:
n- soá voøng quay cuûa baùnh xe coâng taùc( voøng/phuùt)
Q- löu löôïng cuûa maùy bôm tính theo m3/s (Ñoái vôùi maùy bôm coù 2 cöûa
nöôùc vaøo phaûi chia ñoâi löu löôïng tröôùc khi thay vaøo coâng thöùc treân).
C- heä soá, phuï thuoäc vaøo ñaëc ñieãm caáu taïo cuûa maùy bôm( coøn goïi laø tyû toác khí
thöïc) coù theå xaùc ñònh theo baûng sau:
ns
Cth
5070
600750
7080
800
80150
8001000
150200
10002000
Trong tröôøng hôïp thieáu caùc soá lieäu thí nghieäm, chæ bieát coù trò soá , ta coù
theå duøng coâng thöùc thöïc nghieäm sau ñeå xaùc ñònh:
Theo Rutnhiep:
4 / 3
ns
(12-18)
A
Heä soá A phuï thuoäc vaøo caáu taïo cuûa maùy bôm:
A= 4.700 khi ns = 110
A= 6.300 khi ns = 180
Chuù yù: khi coù hai maùy bôm ñoàng daïng vôùi nhau, thì tyû leä ñoàng daïng cuûa
ñoä döï tröû khí thöïc seõ laø:
hth
hm
i2 i2
(12-19)
D
n
Neáu cuøng moät maùy bôm nhöng soá voøng quay thay ñoåi thì h seõ thay ñoåi
theo bieåu thöùc:
2
h
h1
n
n1
i2
(12-20)
n
13
13 trang
13940
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Thủy lực máy nén - Chương 12: Hiện tượng xâm thực & chiều cao hút máy bơm - Đặng Quốc Dũng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_thuy_luc_may_nen_chuong_12_hien_tuong_xam_thuc_chi.pdf
