Đề tài Tìm hiểu về máy và thiết bị vận chuyển lỏng, khí

6.4.3. Tổn thất do cánh quạt Đoạn ma sát và phân gây thiệt hại cánh quạt mà phụ thuộc vào vận tốc tương đối, tỷ lệ phổ biến và cấu trúc hình học lưỡi. 6.4.4. Tổn thất do khuếch tán và xoắn ốc Ma sát và tách cũng gây tổn thất trong khuếch tán. Khoản thất thoát xảy ra do tỷ lệ thiết kế. Dòng chảy từ cánh quạt hoặc khuếch tán mở rộng ở xoắn ốc mà là có mặt cắt ngang lớn hơn dẫn đến sự hình thành của Eddy, do đó làm giảm đầu. Ma sát và lưu lượng thiệt hại tách cũng xảy ra do đoạn xoắn ốc. 6.4.5. Ma sát do đĩa Nhớt trên bề mặt sau của đĩa cánh quạt gây ra ma sát đĩa.

docx70 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 21/02/2014 | Lượt xem: 3450 | Lượt tải: 19download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Tìm hiểu về máy và thiết bị vận chuyển lỏng, khí, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
iảm dược hơn 25% so với độ giảm áp của cả hệ thống thì loại van có tỉ lệ phần trăm bằng nhau được ưu tiên hơn. Phần lớn các van hiện nay có tỉ lệ phần trăm bằng nhau. Miền ỏn định là khái niệm chỉ tỉ lệ dòng lớn nhất tới nhỏ nhất tại đó van có thể điều chỉnh tốt. Nó rất khó để định lượng. Một van thông thường có thể được thiết kế để có thể sử dụng trong giới hạn vận tốc chảy lớn Khả năng phục hồi được xác định bằng độ phục hồi áp suất đầu ra tại của van từ áp suất tháp tại vena contracta. Tại vena contracta xuất hiện dâng nước và khả năng phục hồi áp suất cao thì các bong bóng sẽ bị phá vỡ tạo lỗ hổng và tiếng động lớn. Van tạo lớp tốt hơn thì khả năng phục hồi áp suất sẽ tốt hơn và sự tạo lớp là điều không mong muốn Các van phải có khả năng điều chỉnh tốt độ giảm áp. Trong đường ống vận chuyển chất lỏng dài, tại một thời điểm bất kì nếu 1 van điều chỉnh được mở hết cỡ thì sẽ làm giảm1% độ giảm áp của hệ thống. 2.3.2. Các loại van Hình 2.3: Một số loại van điều khiển bằng tay và tự động. (a) van cửa,phần lớn là dùng loại này. (b) van cầu,khi cần dùng van kín. (c) van kiểm tra để bảo đảm dòng chảy chỉ theo một hướng. (d van giảm áp ,trong đó cửa sẽ mở khi áp suất tăng. (e van điều khiển 1 cổng. (f)van điều khiển đảo chiều,2 cổng. Hình 2.3h: Mối tương quan giữa hệ số mở và hệ số dòng của 3 phương thức mở van Hình 2.4: Van điều khiển 2 cửa,trong đó mở để duy trì áp suất khí quyển trên màng (A) thân van; (B) tựa dịch chuyển ;(C) đĩa ;(D) dẫn hướng cho thân xupap; (E) ống nối có dẫn hướng ;(F) nắp đậy van; (G) vòng đỡ; (H) cánh tay đòn chịu lực; (J) màng ; (K) bộ nối giữa màng và thân van; (L) thanh giữ khóa (M) khóa (N) điểm tựa khóa (O) áp suất kết nối ; 2.3.2.1. Van cửa Một loại van phổ biến nhất trong công nghiệp, nó đóng dòng chảy khi nó chắn ngang toàn bộ dòng chảy. Khi van mở hoàn toàn thì cửa chúng không nằm trong dòng chảy vật chất. Lúc này sự cản dòng của van là rất nhỏ tức là sự sụt áp hay mất năng lượng qua van là nhỏ nhất Hình 2.5: Hình ảnh van cửa Cửa van được gắn với cần van, phía trên có nắp bịt kín không cho vật chất rò rỉ ra ngoài. Nắp làm kín được nhồi vật liệu bít kín. Đầu phía trên cần van được nói với tay quay. Hình 2.6: Cấu tạo van cửa 2.3.2.2. Van điều tiết Dòng chảy đi qua van điều tiết bị chuyển hướng Hình 2.7: Cấu tạo van điều tiết Sự đổi hướng dòng chảy tạo nên sự cuộn xoáy và áp suất trong van cũng giảm nhiều nên năng lượng cung cấp cần nhiều hơn cho dòng chảy qua van. Phần đáy cửa van song song với hướng dòng chảy, mọi tiếp xúc giữa cửa van và vòng làm kín sẽ kết thúc khi bắt đầu có dòng chảy. 2.3.2.3. Van nút Cửa van của loại này có dạng nút. Cửa van được cấu tạo bằng kim loại có khe hở xuyên suốt cửa van cho dòng đi qua. Vị trí van được điều chỉnh bằng tay quay. Hình 2.8: Hình ảnh và cấu tạo van nút 2.3.2.4. Van bi Phần điều chỉnh dòng chảy có cấu tạo tròn và có lỗ cho vật chất đi qua, bi được giữ chặt giữa 2 vòng làm kín, tay quay được lắp ở đầu trên của cần van. Van bi có độ trơn và vận hành dễ hơn van nút, giảm được sự ma sát giữa các bi và vòng nút kín mà không cần chất bôi trơn. Van bi thường được chế tạo để dẫn dòng chảy nhiều hướng, và ít được dùng để điều tiết dòng chảy Hình 2.9: Van bi 2.3.2.5. Van bướm Hình 2.10: Van bướm Van bướm có cửa được chế tạo là một tấm kim loại liền có thể xoay 90o trong chu vi làm kín. Tỉ lệ dòng chảy dược điều chỉnh bằng góc của van và tối đa khi cửa van song song với đường ống. Đây là loại van đóng mở nhanh, tạo sự xoáy và sụt áp tương đối nhỏ. Van bướm có thể được vận hành bằng tay quay hoặc tay vặn và cần tới thang chỉ vị trí van Ngoài ra còn một số loại van nữa như van màng, van một chiều, van an toàn.... CHƯƠNG 3: MÁY BƠM Máy bơm nước là một loại máy thủy lực, nhận năng lượng từ bên ngoài (cơ năng, điện năng, thủy năng…) và truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống. Người ta chia máy bơm nước ra nhiều loại dựa vào những đặc điểm như: nguyên lý tác động của cánh bơm vào dòng nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, mục đích bơm, loại chất lỏng cần bơm… Trong đó thường dùng đặc điểm thứ nhất để phân loại máy bơm; theo đặc điểm này máy bơm được chia làm hai loại: bơm động học và bơm thể tích. 3.1. Bơm động học Trong buồng công tác của máy bơm động học, chất lỏng nhận năng lượng liên tục từ cánh bơm truyền cho nó suốt từ cửa vào đến cửa ra của bơm. Loại máy bơm này gồm có những bơm sau: 3.1.1. Bơm cánh quạt Bơm cánh quạt (gồm máy bơm nước ly tâm, hướng trục, cánh chéo): Trong loại máy bơm này, các cánh quạt gắn trên xe công tác (BXCT) sẽ truyền trực tiếp năng lượng lên chất lỏng để đẩy chất lỏng dịch chuyển. Loại bơm này thường có lưu lượng lớn, cột áp thấp ( trong bơm nước gọi cụ thể là cột nước ) và hiệu suất tương đối cao, do vậy thường được dung trong công nghiệp và các ngành cấp nước khác. Máy bơm nước ly tâm Bơm ly tâm là loại máy móc xuất hiện khá sớm, thông dụng cả trong công nghiệp và trong đời sống hàng ngày. Nó được sử dụng rộng rãi nhờ có những ưu điểm tuyệt vời sau: Bơm ly tâm có cấu tạo khá đơn giản. Do đó hầu hết thợ cơ khí đều có thể tự gia công và chế tạo một máy bơm ly tâm đơn giản bằng những phương tiện sẵn có. Việc tháo lắp và sửa chữa bơm rất đơn giản, dễ làm. Giá thành tương đối rẻ, diện tích không lớn nên dễ sử dụng và dễ di chuyển. Có thể khởi động máy bơm nhanh, dễ dàng điều chỉnh. Khi bơm có thể truyền nước đều đặn, liên tục. Ngoài nước ra còn có thể bơm truyền được các loại chất lỏng khác, thậm chí là hỗn hợp chất rắn và chất lỏng. Dễ thích ứng và nâng cao hiệu suất của liên hợp bơm. Ngoài những ưu điểm trên thì bơm ly tâm cũng có các nhược điểm như: Không có khả năng tự hút (trước khi khởi động bơm cần đổ đầy chất lỏng vào bánh cánh và đường ống hút) nên làm tăng giá thành và thiết bị của bơm thêm phức tạp. Hiệu suất thấp khi vòng quay nhỏ. Hiệu suất của bơm giảm nhiều khi độ nhớt của chất lỏng cần bơm tăng lên. Có sự phụ thuộc giữa hiệu suất của bơm đến chế độ làm việc của nó. Cấu tạo của bơm ly tâm (hình 3.1) Hình 3.1: Các bộ phận của bơm ly tâm Xét sơ đồ kết cấu của một bơm ly tâm đơn giản ở hình trên, ta thấy bơm ly tâm gồm các bộ phận chủ yếu sau: Bánh công tác: kết cấu có 3 dạng chính là cánh mở hoàn toàn, mở một phần và cánh kín. Bánh công tác được lắp trên trục của bơm cùng với các chi tiết khác cố định với trục tạo nên phần quay của bơm gọi là Roto. Bánh công tác được đúc bằng gang hoặc thép theo phương pháp đúc chính xác. Các bề mặ cánh dẫn và đĩa bánh công tác yêu cầu có độ nhẵn tương đối cao để giảm tổn thất. Bánh công tác và Roto của bơm đều phải được cân bằng tĩnh và cân bằng động để khi làm việc bánh công tác không cọ xát vào thân bơm. Trục bơm: thường được chế tạo bằng thép hợp kim và được lắp với bánh công tác thông qua mối ghép then. Trục bơm được chế tạo bằng thép hợp kim hoặc thép chậm gỉ. Bộ phận dẫn hướng: bao gồm bộ phận dẫn hướng vào và bộ phận dẫn hướng ra. Ống hút, ống đẩy: hai loại ống này có thể làm bằng gang đúc, tôn hàn hoặc cao su. Một số dạng của bánh công tác bơm ly tâm thường được sử dụng (hình 3.2) Hình 3.2: Các dạng bánh công tác Nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm: Một vật khi quay quanh trục phải chịu một lực có hướng kéo vật ra xa trục quay và có phương lực đi qua tâm quay. Đó là lực ly tâm. Hạt nước khi nằm trên một đĩa tròn phẳng đang quay sẽ chịu tác dụng của lực ly tâm và dịch chuyển dần từ tâm quay ra phía ngoài. Bơm ly tâm là loại bơm theo nguyên lý lực ly tâm. Nước được dẫn vào tâm quay của cánh bơm. Nhờ lực ly tâm, nước bị đẩy văng ra mép cánh bơm. Năng lượng bên ngoài thông qua cánh bơm đã được truyền cho dòng nước, một phần tạo nên áp năng, một phần tạo thành động năng khiến nước chuyển động. Trước khi bơm làm việc, cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánh công tác) và ống hút được điền đầy chất lỏng, thường gọi là mồi bơm. Khi bơm làm việc, bánh công tác quay, các phần tử chất lỏng ở trong bánh công tác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị văng từ trong ra ngoài, chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của bơm. Đồng thời ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng có chân không và dưới tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của bơm, chất lỏng ở bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, đó là quá trình hút của bơm. Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm. Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm. Bộ phận dẫn hướng ra (thường có dạng xoắn ốc nên còn gọi là buống xoắn ốc) để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy được điều hòa, ổn định và còn có tác dụng biến một phần động năng của dòng chảy thành áp năng cần thiết. Đặc điểm của bơm ly tâm Bơm được nhiều loại chất lỏng như nước, dầu, hóa chất, kể cả hỗn hợp các chất lỏng và rắn. Phạm vi sử dụng lớn và năng suất cao: Cột nước bơm H = 10÷hàng ngàn mét Lưu lượng bơm Q = 2÷ 100.000 m3/h Công suất động cơ N = 1÷ 6000 kW Kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn, làm việc tin cậy. Hiệu suất η của bơm tương đối cao so với các loại bơm khác η = 0,65÷0,9 Giá thành không cao lắm. Một số lưu ý khi sử dụng bơm ly tâm Khi mua bơm, phải chọn bơm theo đúng những yêu cầu về thông số kỹ thuật. Trang bị các thiết bị đo áp suất, đo chân không, van một chiều… để làm việc hiệu quả hơn. Trước khi khởi động máy, nên kiểm tra lại động cơ, các mối ghép, dầu bôi trơn….. rồi mới bắt đầu đổ chất lỏng để mồi bơm. Sau khi khởi động, nên đợi đến khi động cơ được ổn định mới mở khóa ở ống đẩy. Trong lúc máy đang hoạt động, nên thường xuyên quan sát đồng hồ đo và nghe âm thanh của động cơ để kịp thời phát hiện những dấu hiệu bất thường và giải quyết. Nếu thấy chất lỏng không lên, lên không đều, lên quá ít… cần lập tức kiểm tra lại. Trước khi tắt máy, nên đóng khóa của ống đẩy. Ứng dụng của bơm ly tâm: bơm ly tâm dùng để bơm và vận chuyển các chất lỏng có độ nhớt thấp như nước ngọt, nước biển. Dùng trong các hệ thống đòi hỏi lưu lượng lớn và đều nhưng không đòi hỏi cột áp cao như các hệ thống nước ngọt, nước biển làm mát máy, hệ thống ballast, cứu hỏa… 3.1.1.2. Bơm hướng trục, bơm hỗn hợp Hình 3.3: Bơm hướng trục Hình 3.4: Bơm hỗn hợp Bơm hướng trục: Hình 3.5: Sơ đồ hoạt động của máy bơm hướng trục 1,6 – than máy bơm và cụm ổ trục; 2 – BXCT; 3 – cánh của BXCT; 4 – trục; 5 – cánh hướng dòng; 7,8 – biểu đồ tốc độ dòng chảy v = f ( R ) sau cửa ra cánh hướng dòng và trước của vào BXCT; 9 – phần lưu tuyến. Trong các bơm hướng trục chất lỏng chảy qua phần chảy dọc theo mặt hình trụ, trục quay của chất lỏng là trục quay. Trước cửa vào BXCT 2 và trên cửa ra từ cánh hướng dòng 5 hướng của dòng chảy trùng với hướng trục quay 4. Máy bơm trục được sản xuất 2 kiểu: cánh gắn cố định với bầu BXCT và kiểu cánh có thể quay được quanh trục của chúng. Máy bơm hướng trục có trục đứng và trục ngang. Kiểu trục ngang thường dùng với trạm bơm nhỏ. Máy bơm hướng trục dùng để bơm nước có thành phần hạt lơ lửng kích thước đến 0,1mm hàm lượng lớn hơn 0,3% làm việc không lớn hơn 35C. Có thể đặt làm loại bơm này có khả năng làm việc trong môi trường nhiệt độ cao hơn và chịu được hàm lượng bùn cát lớn hơn quy định trên. Bơm hướng trục là bơm có khả năng lưu lượng lớn, cột nước thấp, hiệu suất cao. Bơm cánh chéo Hình 3.6: Cấu tạo bơm hướng chéo trục đứng Về các thông số cột nước, lưu lượng và hiệu suất thì máy bơm hướng chéo chiếm vị trí trung gian giữa hai loại bơm li tâm và hướng trục. Chất lỏng từ nguồn chuyển động theo hướng trục dọc ống hút 1 vào BXCT 2. Trong BXCT 2 dòng nước quay 1 góc nhỏ hơn 900 so với trục quay 7 rồi tịnh tiến vào trong buồng xoắn 3, sau đó qua đoạn côn khuếch tán vào ống đẩy 4. 3.1.2. Một số loại bơm khác Bơm xoắn: chất lỏng qua các rãnh BXCT của máy bơm sẽ nhận được năng lượng để tạo dòng chảy xoắn và được đẩy khỏi cửa ra BXCT. Người ta dung máy bơm này chủ yếu trong công tác hút nước hố thấm, tiêu nước, cứu hỏa,…. Bơm tia: dùng một dòng tia chất lỏng hoặc dòng khí bên ngoài có động năng lớn phun vào buồng công tác của bơm nhờ vậy hút và đẩy chất lỏng. Loại bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dung để hút nước giếng và dung trong thi công. Bơm rung: cơ cấu công tác của bơm này là pít tong-van giao động qua lại với tần số cao gây nên tác động rung cơ học lên dòng chất lỏng để hút đẩy chất lỏng. Loại bơm này có lưu lượng nhỏ, thường được dung bơm nước giếng và giếng mỏ. Bơm khí ép: loại bơm này nhờ tạo hỗn hợp khí và nước có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước để dâng nước cần bơm lên cao. Loại bơm này thường dung để hút nước bẩn hoặc nước giếng. Bơm nước va (bơm Taran): lợi dụng hiện tượng nước va thủy lực để đưa nước lên cao. Loại bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dung cấp nước cho vùng nông thôn miền núi. 3.2. Bơm thể tích Bơm thể tích: là loại bơm có thể biến đổi trực tiếp cơ năng thành thế năng, thông qua quá trình nén, giảm chất lỏng bằng cách thay đổi theo chu kì dung tích trong một thể tích kín. Có thể chia bơm thể tích thành các loại bơm: Bơm piston Có 2 loại bơm piston bơm tác dụng đơn (bơm tác dụng một chiều) và bơm tác dụng kép (bơm tác dụng 2 chiều). Bơm piston được truyền động bởi động cơ, chuyển động quay của trục động cơ được biến đổi thành chuyển động tịnh tiến piston 1 trong xilanh 2. Nếu tay quay từ vị trí điểm C2 quay theo chiều mũi tên đến điểm C1 thì piston di chuyển về phía trái, thể tích buồng làm việc 5 tăng dần, áp suất p trong đó giảm đi và bé hơn áp suất ở mặt thoáng bể chứa pa ( p<pa). Do đó chất lỏng từ bể hút qua van hút 6 vào buồng làm việc 5, trong khi đó van đẩy 4 đóng. Đó là quá trình hút của bơm. Hình 3.7: Nguyên lý làm việc của bơm piston tác dụng đơn Sau đó, tay quay tiếp tục quay từ điểm C1 đến điểm C2, piston đổi chiều chuyển động sang phải, thể tích buồng làm việc giảm dần làm áp suất tăng lên, van hút 6 bị đóng, van đẩy 4 mở để chất lỏng chảy vào ống đẩy thực hiện quá trình đẩy của bơm. Quá trình hút và đẩy của bơm piston diễn ra gián đoạn và xen kẽ lẫn nhau, tạo nên quá trình làm việc lien tục của bơm. Một quá trình hút và đẩy kế tiếp nhau gọi là chu trình làm việc của bơm. Bơm piston-roto Gồm bơm piston quay hướng trục và piston quay hướng kính. Hình 3.8: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm piston quay hướng trục Nguyên lý hoạt động: trong bơm piston – roto hướng trục, các lỗ xi lanh phân bố đều trên roto 1 nhưng không hướng kính mà song song với nhau theo hướng trục roto. Piston 2 trong xi lanh luôn luôn được đầy và tựa một đầu vào đĩa cố định nằm nghiêng 3 bằng các lò xo đặt trong xi lanh. Khi roto quay, các piston quay theo, vì một đầu piston luôn tựa vào mặt đĩa nghiêng nên các piston cũng đồng thời chuyển động tịnh tiến tương đối với xi lanh. Các lỗ xi lanh ở mặt cuối roto được lắp sát với nắp cố định 4. Trong nắp này có 2 rãnh hình vòng cung 5 được ngăn cách nhau bởi hai gờ 6, hai rãnh này được thong với hai lỗ để dẫn chất lỏng ra vào a, b. Khi roto quay theo chiều mũi tên thì rãnh 5 bên trái là cửa hút A, rãnh bên phải là cửa đẩy B. Ưu điểm: tạo được áp suất nén cao và không phụ thuộc vào lưu lượng và tần số quay của tay biên. Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, lưu lượng cấp không đều và chạy chậm, làm tăng kích cỡ khi có lưu lượng lớn. Bơm bánh răng. Là loại roto quay, trong đó môi chất được chuyển dịch trong mặt phẳng thẳng góc với tâm quay của thiết bị. Bơm bánh răng được dùng trong các máy thủy lực (máy ép, máy nâng, cần cẩu, máy đào đất,…..), trong hệ thống điều khiển tự động, trong bôi trơn các bộ phận chuyển động của máy. Do không có van hút và đẩy nên bơm bánh răng có thể quay với tốc độ lớn (n = 700 – 5000 vòng/phút) và được truyền động trực tiếp bằng động cơ. Khi làm việc bơm bánh răng luôn tiếp xúc với dầu nhờn, dầu thủy lực, vì vậy tuổi thọ khá cao. Các bề mặt làm việc của bơm phải được chế tạo với độ chính xác và độ lỏng cao thì mới tạo được áp lực và đỡ mất mát lưu lượng. Hình 3.9: Bơm bánh răng ăn khớp trong Bơm cánh gạt Bơm thủy lực cánh gạt là bơm thủy lực roto có kết cấu đơn giản làm việc ít ồn, có khả năng điều chỉnh được lưu lượng. Loại máy này yêu cầu việc lọc chất lỏng khắt khe khi làm việc. Phạm vi làm việc của bơm cánh gạt tác dụng đơn tương đối hẹp nhưng đối với bơm tác dụng kép phạm vi làm việc được mở rộng nhiều. Máy thủy lực cánh gạt được sử dụng nhiều trong hệ thống máy công cụ khoan, doa, phay, tiện, mài. Hình 3.10: Bơm cánh gạt 3.3. Đường đặc tính bơm Biểu đồ: Đường đặc tính của nhiều cỡ bơm Chọn bơm Dựa vào tính chất của chất lỏng: lưu ý độ nhớt, tạp chất Dựa vào hệ số quay nhanh ns (SI) ns=3,65∙n∙Q12H34 Trong đó: Q = m3/s, n = rpm, H = mH2O ns < 500 : bơm thể tích ns = 500 – 4000 : bơm ly tâm ns = 2000 – 8000 : bơm hỗn hợp ns = 7000 – 20000 : bơm hướng trục Và một số yêu cầu khác: Nhỏ gọn, ít ồn, chi phí đầu tư và vận hành, bảo dưỡng Có công dụng riêng: định lượng, đo đếm….. Dựa vào đường đặc tính của bơm và đặc tính hệ thống: tránh chọn bơm quá lớn. CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG BƠM PHUN VÀ BƠM CHÂN KHÔNG Các thiết bị có tác dụng duy trì áp suất thấp trong thiết bị được trình bày trong bảng phạm vi hoạt động của 1 số thiết bị chân không.Việc sử dụng các loại bơm-máy nén khí ngược với mục đích đã được đề cập ở phần đầu chương.Áp suất có thể giảm đi bởi sự tác động của dòng chất lỏng.Ví dụ như máy phun nước 40 psi sẽ duy trì được áp suất từ 0.5 – 2 psi. Áp suất làm việc tức thời có thể tới 0.1 Torr, máy phun hơi nước có khoảng áp suất rộng hơn.Chúng không có các bộ phận chuyển động,không ồn,dễ lắp đặt,đơn giản, tương đối kinh tế để vận hành ,và rất thích hợp với việc vận chuyển các hỗn hợp hơi có tính ăn mòn. 4.1. Sự bố trí bơm phun Một số bơm phun được sử dụng đồng thời khi lưu lượng thay đổi hoặc vì hệ thống bị hở giữa các lần ngừng để bảo dưỡng.Khi đó một vài bộ phận được đồng thời thêm vào hoặc bớt đi theo yêu cầu. Những bộ phận thiếu ổn định trong hệ thống yêu cầu áp suất phải thấp.Bản vẽ phác họa sự bố trí của một số hệ thống được trình bày trong hình (4.1). Trong hình (4.1a) bậc đầu tiên dẫn động hơi quá trình,bậc thứ 2 truyền hỗn hợp hơi đó với hơi nước của bậc thứ nhất. Hai sự lắp đặt khác sử dụng các bình ngưng tụ liên tiếp vì mục đích kinh tể của hơi nước trong hai bậc sau.Khi tiếp xúc ( khí áp ) với bình ngưng hơi nước và các chất có ngưng tụ khác được loại bỏ nhờ một bơm phun nước lạnh.Phần ống xả của bình ngưng được bít kín nhờ một bệ 34 ft trong bể lắng,hoặc là nhờ một bơm bơm các chất ngưng tụ làm việc ở áp suất chân không.Bề mặt các bình ngưng cho phép thu hồi lại nhưng sản phẩm ngưng có giá trị hoặc bị lẫn tạp chất bẩn hoặc hơi nước ngưng tụ để quay lại thiết bị đun nguyên liệu.Các thiết bị ngưng tụ này tốn kém hơn so với khí áp,và việc chế tạo chúng cũng phức tạp hơn các loại thiết bị ngưng tụ khác bởi vì rằng hiện tại có một lượng lớn các khí không ngưng tụ Hình 4.1a: Mô tả các bộ phận của bơm phun 2 bậc(hãng Croll-Reynolds) Các bơm nhiều bậc như có 6 bậc được trình bày trong hình (4.1b; 4.1c),được kết hợp với nhiều bình ngưng liên tiếp theo nhiều kiểu.Thiết bị ngưng khí áp khả thi chỉ khi nhiệt độ của nước nhỏ hơn điểm sủi bọt của nó khí áp suất lớn trong từng bậc. Quá trình vận hành thông thường yêu cầu nhiệt độ là 5oF dưới điểm sủi bọt. Hình 4.1b: Máy bơm phun 2 bậc với bình ngưng khí áp 2 bậc liên tiếp(hãng Elliot) Hình 4.1c: Máy bơm phun 2 tầng với bình ngưng tụ kế tiếp ( hãng Elliot ) 4.2. Bơm chân không Là thiết sử dụng nhằm mục đích loại bỏ không khí,chất khí,hơi nước,chất lỏng từ một không gian khép kín để tạo ra chân không.kết quả của việc này nhằm mục đích tạo ra áp suất thấp hơn áp suất khí quyển xung quanh.ứng dụng rộng rãi trong các ngành gốm sứ,hóa học,hóa dầu,y tế,thực phẩm,sinh hoạt con người,cuộc sống,... 4.2.1. Bơm chân không màng(bơm màng) Thiết bị làm việc có nguyên lý kiểu hút đẩy pít tông,trong đó người ta thay thế pít tông bằng màng.sự thay đổi thể tích làm việc của bơm sinh ra do có sự chuyển dịch của màng,ở bơm chân không màng có kết cấu kín như pít tông nên chúng được sử dụng để bơm các chất lỏng bẩn và độc hại. Hoạt động: Van khí nén bên cạnh cung cấp khí nén vào buồng chứa bên trái, tạo áp lực đẩy màng bơm sang trái hướng ra ngoài. Dưới áp lực này làm đóng van số 1, mở van số 2, cho phép chất lỏng được bơm đi. Hình 4.2: Sơ đồ hoạt động bơm chân không Van khí nén bên cạnh cung cấp khí nén vào buồng chứa bên trái, tạo áp lực đẩy màng bơm sang trái hướng ra ngoài. Dưới áp lực này làm đóng van số 1, mở van số 2, cho phép chất lỏng được bơm đi. Màng bơm bên phải cũng được di chuyển cùng chiều sang phía bên trái thông qua trục nối. Tạo áp lực chân không đóng van số 4 và mở van số 3, hút chất lỏng vào buồng chứa để chuẩn bị cho chu trình tiếp theo. (a) (b) Hình 4.3: Thiết bị bơm chân không màng(a) và Piston(b) 4.2.2. Bơm chân không dầu, bơm hút chân không dòng nước Các loại máy bơm được thiết kế với cánh quay có lực quay lớn.sử dụng dầu để làm mát và làm kín.ứng dụng trong y tế,bệnh viện,sản xuất nhựa,... Bơm hút chân không dòng nước: là loại bơm sử dụng nước để làm mát và làm kín.ứng dụng trong nhiệt,hơi nước,hóa chất,...như sản xuất giấy,sấy nông sản,.. Hình 4.4: Bơm hút chân không dòng nước, dầu Một số lỗi thường gặp trong hệ thống chân không có thể là do một số nguyên nhân sau: Điều kiện hoạt động và các thay đổi. Sự thay đổi các thông số kĩ thuật có ích. Trục trặc thiết bị. Kiểm tra định kì hệ thống chân không và các phụ kiện bao gồm từ trên và xuống các đường ống dẫn và rò rĩ vì nó đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các hệ thống chân không. 4.3. Sự rò rỉ không khí Kích cỡ của máy bơm phun và lượng hơi tiêu tốn của nó phụ thuộc vào tỷ lệ lượng khí được vận chuyển của hệ thống.Một phần nhỏ các khí đó là không khí bị rò rỉ từ khí quyển lọt vào trong hệ thống. Về mặt lý thuyết, tỷ lệ không khí rò rỉ qua các khe nhỏ,nếu chúng được coi như các lỗ hay vòi phun ngắn,là không đổi ở áp suất trong ống dưới 53% áp suất khí quyển. Tuy nhiên,các khe hở tạo ra để xử lý các đoạn đường ống với tỷ số độ dài và đường kính lớn. Theo đó,dòng cộng hưởng chỉ được xác định tại áp suất cuối nhỏ,tỷ lệ khối lượng rò rỉ được xác định bởi vận tốc dòng và mật độ thấp chiếm ưu thế tại áp suất trong đường ống. Lưu lượng các khí khác trong bình chứa được tạo chân không được xác định trong mỗi quá trình riêng biệt. Lượng khí có thể ngưng tụ có thể giảm bớt nhờ đặt thiết bị ngưng đã được làm lạnh ở giữa quá trình và bơm chân không. Các tiêu chuẩn được cải tiến bởi viện nghiên cứu truyền nhiệt đối với tỷ lệ rò rỉ không khí trong các hệ thống kín thương mại.Biểu đò của chúng được xây dựng từ phương trình : m = k.V2/3 (4.1) Trong đó : m đo bằng lb/hr V là tổng thể tích của hệ thống,đơn vị ft3 Áp suất (Torr) >90 20-90 3-20 1-3 <1 k 0.194 0.146 0.0825 0.0508 0.02 Bảng 4.1: Hệ số k là hàm của áp suất làm việc của hệ thống Mỗi một máy khuấy trộn có một vòng bít chuẩn,không khí rò rỉ được đưa vào với lưu lượng 5 lb/hr.Sử dụng đệm cơ học chân không đặc biệt có thể làm giảm lượng không khí cho phép tới 1-2 lb/hr. Đối với một bản thiết kế chi tiết, tỷ lệ ở phương trình (4.1) có thể được bổ sung các giá trị trong bảng 4.2. Kỹ thuật thông thường tạo ra các hệ thống vòi phun kích cỡ vượt tiêu chuẩn,năng suất có thể điều chỉnh tăng lên 2 lần so với tỷ lệ chuẩn của viện Nghiên cứu Truyền Nhiệt. Với các khí khác, tương quan với tỷ lệ rò rỉ khí được dựa trên không khí ở 70oF.Ở các điều kiện khác,sử dụng hệ số hiệu chỉnh để xác định ảnh hưởng tới tỷ lệ không khí.Hệ số khối lượng phân tử là : fM = 0.375ln (M/2) (4.2) Khi nhiệt độ T đo bằng oF cao của không khí hoặc cao hơn của hơi nước thì: fA = 1 - 0.00024(T – 70 ) , với không khí (4.3) fB = 1 - 0.00033(T – 70 ) , với hơi nước (4.4) Loại chi tiết nối Giá trị rò rỉ không khí trung bình (lb/hr) Các khớp nối có ren vít kích thước ≤ 2 in 0.1 Các khớp nối có ren vít kích thước > 2 in 0.2 Khớp nối bằng mặt bích với các kích cỡ ≤ 6 in 0.5 Khớp nối bằng mặt bích kích cỡ từ 6 ÷ 24 in bao gồm cả cửa nắp 0.8 Khớp nối bằng mặt bích kích cỡ từ 24 in tới 6 ft 1.1 Khớp nối bằng mặt bích kích cỡ > 6 ft 2.0 Van nạp nhỏ hơn 0.5 in.đường kính thân 0.5 Van nạp lớn hơn 0.5 in.đường kính thân 1.0 Van chặn được bôi trơn 0.1 Vòi xả 0.2 Kính quan sát 1.0 Ống đo mực chất lỏng bao gồm cả van kiểm tra 2.0 Vòng bít kin chất lỏng đối với trục cánh quạt,bơm… (trên mỗi in.đường kính trục ) 0.3 Vòng bít thông thường ( trên mỗi in.đường kính) 1.5 Van giảm áp và bộ ngắt chân không 1.0 Bảng 4.2. Đánh giá sự rò rỉ không khí qua các khớp nối,van,vòng bít 4.4. Mức tiêu thụ hơi nước Phổ biến nhất hay dùng hơi nước ở 100 psi với nhiệt độ quá nhiệt 10-15o, đặc tính sau là để tránh tác động ăn mòn của chất lỏng trên cổ các vòi phun. Trong hình (4.5), các mức tiêu thụ hơi nước được đo bằng khối lượng hơi nước chuyển động trên khối lượng không khí tương đương tới bậc thứ nhất.Các hệ số hiệu chỉnh được trình bày đối với áp suất hơi khác 100 psi. Khi đó một phần khí hút ban đầu có thể bị ngưng tụ,hệ số hiệu chỉnh giảm dần tới tốc độ được xác định với các hệ thống phun có các thiết bị ngưng tụ. Các hệ số hiệu chỉnh và mức độ phân tán dòng hơi tới mỗi bậc là những vấn đề khó khăn nhất phải tham khảo nhà sản xuất-những người có kinh nghiệm và bảng dữ liệu thực nghiệm. Khi các bộ ngưng khí áp được sử dụng,nhiệt độ dòng nước nên nhỏ hơn điểm sủi bọt ít nhất 5oF ở áp suất cao. Áp suất tuyệt đối ( in. Hg) 0.2 0.5 1.0 2.0 Điểm sủi vọt ( oF) 34.6 58.8 79.0 101.1 Bảng 4.3: Một số nhiệt độ sủi bọt ở áp suất thấp Áp suất trong các bậc có thể xác định dựa trên giả thiết rằng tỉ số nén ở mỗi bậc là bằng nhau,với đầu hút của bậc thứ nhất là áp suất hệ thống và đầu xả của bậc cuối cùng là áp suất khí quyển. Hình 4.5: Lượng hơi cần thiết của hệ thống phun ở các mức áp suất khác nhau,với số bậc thích hợp và khớp với các bộ ngưng tụ.Áp suất hơi 100 psig ,nhiệt độ của nước 85oF.Hệ số của hơi 65 psig là 1.2 và với hơi 200 psig là 0.8 ( công ty Worthington ) 4.5. Lý thuyết về hệ thống bơm phun Sự thay đổi áp suất,vận tốc, và năng lượng dọc theo hệ thống phun được minh họa trong hình (4.6). Sự giãn ban đầu của hơi nước tới điểm C và sự nén lại của hỗn hợp sau điểm E tới đoạn nhiệt với hiệu suất đẳng entropi là 0.8.Sự hòa trộn trong vùng từ điểm C tới E làm cho động năng của 2 dòng hơi được bảo toàn,với hiệu suất là 0.65.Trong một ví dụ thực hiện bởi Dodge ( 1944,pp.289-2930),sự hóa hợp của 3 hiệu suất dẫn tới tốc độ tăng lên 5 lần so với lý thuyết.Các nghiên cứu khác về hệ thống phun 1 bậc đã được thực hiện bởi Work và Haedrich (1939) , DeFrate và Hoerl ( 1959) đã tạo nên nhiều tài liệu tham khảo về lý thuyết và dữ liệu. Lý thuyết là theo nguyên tắc phải tuân theo sự suy đoán về sự phân tán dòng hơi tới mỗi bậc,nhưng không chi tiết như các quy trình đã có sẵn.Các nhà sản xuất lập biểu đồ trạng thái như hình (4.5) chỉ để xác định lượng tiêu thụ của tất cả các bậc với nhau. Hình 4.6: Sự thay đổi áp suất,vận tốc,entanpi và entropi trong hệ thống phun CHƯƠNG 5: MÁY NÉN KHÍ 5.1. Định nghĩa và Phân loại máy nén khí 5.1.1. Định nghĩa Máy nén khí là các loại máy móc có chức năng làm tăng áp suất của khí. 5.1.2. Phân loại Máy nén khí được sử dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau như : Nghành khai thác khoáng sản, các ngành công nghiệp nặng,ngành y tế.Cho đến nay máy nén khí được phổ biến khá rộng rãi không những trong sản xuất mà còn sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày bởi lợi ích thiết thực mà nó mang lại trong hoạt động hằng ngày của chúng ta.Tùy vào mục đích sử dụng , công suất và tính năng của từng loại máy nén khí mà nó được chia ra thành một số loại máy với tên gọi và thiết kế cho từng mục đích sử dụng khác nhau như: Phân loại theo nguyên lý làm việc: Máy nén quay động lực: trong máy này áp khí tăng do cấp động năng cưỡng bức nhờ các cơ cấu làm việc, gồm: Máy nén ly tâm ( dòng chuyển động tròn) Máy nén hướng trục Máy nén ejector Máy nén thể tích : trong máy này áp khí tăng do nén cưỡng bức nhờ giảm thể tích không gian làm việc, gồm : Máy nén pittông Máy nén roto (Cánh trượt, bánh răng…) Máy nén chuyển động tịnh tiến … Máy nén khí cũng phân loại theo nhiều cách khác nhau như: Theo áp suất : áp suất cao,trung bình, thấp , chân không. Theo năng suất : lớn , vừa và nhỏ. Theo làm lạnh : làm lạnh trong quá trình nén, không làm lạnh. Theo số cấp: một cấp và nhiều cấp….. Hình 5.1: Sơ đồ phân loại máy nén khí 5.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí 5.2.1. Máy nén quay động lực 5.2.1.1. Máy ly tâm Trong máy nén khí li tâm, mỗi cấp gồm một ngăn, một cánh quạt, một bộ khuếch tán và một ống khuếch tán tổ hợp. Khi cánh quat quay có nhiều cánh với tốc độ cao, không khí được hút vào giữa cánh quạt với vận tốc lớn và áp suất cao sao đó không khí đi vào vòng khuếch tán tĩnh, ở đó không khí giản nở vì vậy vận tốc của nó giảm nhưng áp suất tăng một cách đáng kể. Hình 5.2: Máy nén ly tâm công suất lớn ( Một máy nén ba giai đoạn với điều kiện hơi nước kín) Từ bộ khuếch tán tổ hợp, ở đó không khí giản nở thêm và áp suất tăng rồi đi đến cấp kế tiếp hoặc trục tiếp đến ngõ ra.  Không giống như loại máy nén khí hướng trục, việc chia cấp của máy nén khi này rất đơn giản. Tỷ số nén tối đa của một giai đoạn là 3-5.5 và với một tỷ số là 8-12 thường được sử dụng đối với một máy nhất định.Máy nén ly tâm có thể cho áp suất đầu ra cao vào khoảng 3000-5000psi. 5.2.1.2. Máy nén hướng trục Hình (5.3) là một dạng máy nén dọc trục với một số lượng lớn các lưới được gắn vào một trục quay và có thể điều chỉnh được các lưỡi trên case. Đặc biệt máy này có luồng khí đầu ra lớn có thể đạt tới áp suất 80-130psi. Tỷ số nén là 1.2-1.5 trên một bậc và đối với toàn máy là 5-6.5. Tốc độ của máy nén dọc trục trong khoảng 1000-3000.Hiệu suất rơi vào khoảng 8-10% , tương đối cao so với các máy nén thông thường. Hình 5.3: Một máy nén dọc trục 5.2.2. Các dạng máy nén chuyển động tịnh tiến 5.2.2.1. Pittông Hai dạng cơ bản của máy nén pittông : Máy nén khí pittông một giai đoạn: Ở kì nạp, chân không được tạo lập phía trên pittông, do đó không khí được đẩy vào buồng nén không qua van nạp. Van này mở tự động do sự chênh lệch áp suất gây ra bởi chân không ở trên bề mặt piston. Khi pittông đi xuống tới “ điểm chếch dưới” và bắt đầu đi lên, không khí đi vào buồng nén do sự mất cân bằng áp suất phía trên và dưới nên van nạp đóng lại và quá trình nén khí bắt đầu xảy ra. Khi áp suất trong buồng nén tăng tới một mức nào đó sẽ làm cho van thoát mở ra, khí nén sẽ thoát qua van thoát để đi vào hệ thống khí nén. Cả hai van nạp và thoát thường có lò xo và các van đóng mở tự động do sự thông khí và sự chênh lệch áp suất ở phía của mỗi van. Máy nén khí kiểu pittông một cấp có thể hút được lượng khí đến 10m/phút và áp suất nén được 67,039psi(6bar) có thể có trường hợp áp suất nén lên đến 111,73psi(10 bar) Dạng máy nén pittông một giai đoạn (hình 5.4): Hình5.4: Máy nén khí pittông một giai đoạn Dạng máy nén pittông hai giai đoạn( tác động kép) với nước làm lạnh bên ngoài và bên trong ở (hình 5.5) Việc lựa chọn kích thước và hoạt động được thể hiện qua (bảng 5.1) sử dụng hơi nén xi lanh , tua bin, động cơ khí nén hoặc động cơ điện để điều khiển. Máy nén khí pittông được phân loại theo số cấp nén, loại truyền động và phương thức làm nguội khí nén. Hình 5.5: Máy nén pittông 2 giai đoạn với nước làm lạnh bên ngoài và trong Ưu điểm: Cứng vững , hiệu suất cao,kết cấu và vận hành đơn giản. Nhược điểm: Tạo ra khí nén theo xung , thường có dầu ,ồn. 5.2.2.2. Máy nén dạng quay tịnh tiến (ốc vít,dao, thùy...) Hình 5.6: Một vài dạng máy nén quay: Một máy 2 thùy Hiệu suất của một máy quạt 2 thùy Một máy bơm trục vít với một công suất và hai cánh quạt ( Kristal và Ann, 1940) Hiệu suất của 3.5” vít máy bơm dầu tại 1150vòng /phút với áp suất 325 psi Máy nén khí trục vít: Máy nén khí trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Máy nén khí trục vít gồm có hai trục. Trục chính và trục phụ. Lưu lượng tính theo: Qv =qon160 (5.1) Trong đó: qom³/vòng : lưu lượng/ vòng. hiệu suất n1vòng/phút :số vòng quay trục chính. Hiệu suất phụ thuộc vào số vòng quay n. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít: Hình 5.1.10:Nguyên lý làm việc của máy nén khí trục vít Lưu lượng qo được xác định như sau: qo=(A1A2).L.Z1.VloVlo th (5.2) Trong đó: Lm : chiều dài trục vít. A1m : Diện tích của trục chính. A2m :Diện tích của trục phụ. Z1 : Số đầu nối trục chính. Máy nén khí trục vít có một vỏ đặt biệt bao bọc quanh  hai trục vít quay, 1 lồi một lõm. Các răng của hai trục vít ăn khớp với nhau và số răng trục vít lồi ít hơn trục vít lõm 1 đến 2 răng. Hai trục vít phải quay đồng bộ với nhau, giữa các trục vít và vỏ bọc có khe hở rất nhỏ. Khi các trục vít quay nhanh, không khí được hút vào bên trong vỏ thông qua cửa nạp và đi vào buồng khí ở giữa các trục vít và ở đó không khí được nén giữa các răng khi buồn khí nhỏ lại, sao đó khí nén đi tới cửa thoát. Cả cửa nạp và cửa thoát sẽ được đống hoặt được mở tự động khi các trục vít quay hoặc không che các cửa, Ở cửa thoát của máy nén khí có lắp một van một chiều để ngăn các trục vít tự quay khi quá trình nén đã ngừng. Máy nén khí trục vít có nhiều tính như sự ổn định và không dao động trong khí thoát, ít rung động và tiếng ồn nhỏ. Đạt hiệu suất cao nhất khi hoạt động gần đầy tải. Lưu lượng từ 1,4m/phút và có thể lên tôi 60m/phút. 5.3. Các thông số cơ bản của máy nén khí Bất kể làm việc theo nguyên lý nào, các máy nén khí đều có 3 thông số cơ bản: Tỷ số nén ξ : là tỷ số giữa áp suất khí ra Pd và áp suất khí vào Ph của máy nén: ξ = Pd Ph (5.3) Năng suất Q tính bằng khối lượng khí cung cấp bởi máy nén trong một đơn vị thời gian hoặc thể tích khí cung cấp bằng máy nén trong một đơn vị thời gian quay về điều kiện hút. Công suất N : là công suất tiêu hao để nén và truyền khí. Ngoài các thông số trên ,cần chú ý tới : Các hiệu suất của máy nén Các hệ số lưu lượng : áp suất và nhiệt độ khí vào Ph và th (hoặc Th), áp suất và nhiệt độ khí ra Pd và td (hoặc Td) . Đặc tính vật lý của khí nén gồm: Tỷ nhiệt, chỉ số đoạn nhiệt, vận tốc âm, khối lượng riêng, tính độc , tính cháy nổ, tính ăn mòn hóa học, phương trình trạng thái, các hằng số khí và các thông số ứng với các phương trình đó. 5.3.1. Các phương trình trạng thái của khí Phương trình trạng thái của khí lý tưởng có dạng : PV =RT (5.4) Trong đó: R : hằng số khí , j/kg.oK V : thể tích riêng của khí , m3/kg. P : áp suất tuyệt đối , N/m2 T : Nhiệt độ tuyệt đối, oK Trong thực tế , không có khí lý tưởng,nhưng nếu một loại khí nào đấy có nhiệt độ T cao hơn nhiệt độ tới hạn Tth rất nhiều và áp suất thấp thì có thể coi là khí lý tưởng . Đối với loại khí có nhiệt độ T gần với nhiệt độ tới hạn Tth và có áp suất cao thì không thể coi là khí lý tưởng nên cần dùng với phương trình trạng thái cho khí thực. Phương trình trạng thái của khí thực mà ta sử dụng : P(V-b)=RT (5.5) Hoặc: PV=ξ. RT (5.6) Trong đó: ξ : hệ số nén ép , đối với khí lý tưởng ξ =1 b : là hiệu số thể tích của khí thực và khí lý tưởng. Khi ở cùng điệu kiện nhiệt độ và áp suất, quan hệ giữa ξ và b là: ξ = 1 + PbRT → b= RTP .(ξ - 1) (5.7) Ngoài ra người ta còn dùng chỉ số sai lệch độ nén ép: β= bPV = b273R =T273(ξ - 1).1P (5.8) Rút ra ta có: b=273.R.β (5.9) ξ= 273.R.βT + 1 (5.10) Như vậy thể tích riêng của khí thực được xác định theo công thức : V =R. ( TP + 273R) , m3/kg (5.11) Áp suất tương đối P =PPth và nhiệt độ tương đối T = TTth , áp suất tới hạn Pth và nhiệt độ tới hạn Tth của các khí được đưa ở dưới bảng sau: Khí Nhiệt độ tới hạn Tth, oK Áp suất tới hạn Pth, at Khí Nhiệt độ tới hạn Tth, oK Áp suất tới hạn Pth, at NH3 405,1 111,5 O2 154,2 51,35 CO2 304,1 73 Không khí 132,3 38,4 SO2 430,2 77,7 CH4 190,5 47,2 NO 179 65 C2H4 282,7 50,9 CO 134 35 C2H6 305,1 48,8 H2 33,1 12,8 C2H2 309 62 N2 125,9 33,5 C4H10 426 36 CHƯƠNG 6: MÁY THỔI (QUẠT) Hình 6.1: Quạt ly tâm 6.1. Khái niệm Quạt ly tâm là một thiết bị cơ khí để di chuyển không khí hay chất khí khác. Các thuật ngữ " quạt " và " quạt lồng sóc " thường được sử dụng là từ đồng nghĩa. Những cánh quạt tăng tốc độ của dòng không khí với các cánh quạt quay. Chúng sử dụng năng lượng động học của cánh quạt hoặc lưỡi quay để tăng áp lực của dòng khí/khí, do đó va chạm với ống dẫn, bộ giảm chấn và các thành phần khác. Quạt ly tâm đẩy nhanh tiến độ không khí toả tròn, thay đổi hướng (thường bằng 90o ) của các luồng không khí. Chúng hoạt động mạnh, yên tĩnh, đáng tin cậy, và có khả năng hoạt động trên một loạt các điều kiện . Quạt ly tâm là các thiết bị CFM không đổi hoặc các thiết bị thể tích không đổi, có nghĩa là, ở một tốc độ quạt liên tục, quạt ly tâm sẽ bơm một khối lượng không đổi không khí chứ không phải là một khối lượng không đổi. Điều này có nghĩa là tốc độ không khí trong một hệ thống được cố định ngay cả khi tỷ lệ lưu lượng không thông qua các cánh quạt. Quạt ly tâm là một trong những loại quạt sử dụng rộng rãi nhất. Quạt ly tâm là đến nay là loại phổ biến nhất của loại quạt sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất ngày nay. Chúng thường rẻ hơn so với quạt hướng trục và đơn giản trong xây dựng. Nó được sử dụng trong việc vận chuyển khí hoặc các vật liệu và hệ thống thông gió cho các tòa nhà. Chúng cũng được sử dụng phổ biến trong các hệ thống sưởi ấm, làm mát trung tâm. Chúng cũng rất phù hợp cho quá trình công nghiệp và hệ thống kiểm soát ô nhiễm không khí . Nó có một bánh xe quạt bao gồm một số cánh quạt, hoặc sườn, gắn xung quanh một trục. Như thể hiện trong hình 6.1, các trục truyền lực đi qua các cánh quạt. Khí đi vào từ phía bên của bánh xe quạt, quay 90 độ và tăng tốc do lực ly tâm khi nó chảy qua các cánh quạt và ra khỏi nhà fan hâm mộ Quạt ly tâm được phát minh bởi kỹ sư quân sự của Nga Alexander Sablukov trong năm 1832. 6.2. Phân loại và cấu tạo của quạt ly tâm 6.2.1. Phân loại theo cơ chế ổ đĩa Hình 6.2: Cấu tạo quạt ly tâm Ổ đĩa cánh quạt quyết định tốc độ của bánh xe quạt(cánh quạt) và mức độ thay đổi tốc độ. Có ba loại cơ bản của ổ đĩa fan hâm mộ: 6.2.1.1. Ổ đĩa trực tiếp Cánh quạt có thể được liên kết trực tiếp với trục của một động cơ điện. Điều này có nghĩa rằng tốc độ bánh xe quạt giống hệt với tốc độ quay của động cơ. Với loại cơ chế quạt trực tiếp, tốc độ quạt không có thể thay đổi trừ khi tốc độ động cơ được điều chỉnh. Điều hòa không khí sẽ tự động cung cấp tốc độ nhanh hơn vì không khí lạnh dày đặc hơn. Một số nhà sản xuất thiết bị điện tử đã làm quạt ly tâm với động cơ cánh quạt bên ngoài (stator là bên trong các cánh quạt), và rotor được trực tiếp gắn trên bánh xe quạt (cánh quạt). 6.2.1.2. Ổ đĩa vành đai Một tập hợp các cánh quạt được gắn trên trục động cơ và trục quạt, và một vành đai truyền năng lượng cơ học từ động cơ đến các cánh quạt. Tốc độ bánh xe quạt phụ thuộc vào tỷ lệ đường kính của ròng rọc động cơ với đường kính của bánh xe ròng rọc của cánh quạt và có thể thu được từ pt sau: Trong đó: Tốc độ bánh xe quạt, vòng/phút Tốc độ đĩa động cơ, vòng/phút Đường kính của ròng rọc động cơ Đường kính của bánh xe ròng rọc cánh quạt Rất ít người và các nhà sản xuất sử dụng quạt chuỗi ổ đĩa do tiếng ồn lớn hơn của họ và thấy phức tạp, nhưng chúng được bền hơn và không cần phải thay thế thường xuyên. Tốc độ bánh xe quạt quạt truyền động đai được cố định, trừ khi (s) trượt băng. Vành đai trượt có thể làm giảm tốc độ bánh xe cánh quạt bởi hàng trăm vòng trên phút (rpm). 6.2.1.3. Ổ đĩa linh động Cánh quạt ổ linh động sử dụng thủy lực hoặc từ khớp nối (giữa trục bánh xe quạt và trục động cơ) cho phép tốc độ r. Điều khiển tốc độ quạt thường được tích hợp vào các hệ thống tự động để duy trì tốc độ điều khiển cánh quạt mong muốn. Một phương pháp thay thế của việc thay đổi tốc độ quạt là bằng cách sử dụng một ổ đĩa thay đổi tốc độ điện tử điều khiển tốc độ của động cơ lái xe các fan hâm mộ. Điều này cung cấp tốt hơn hiệu suất năng lượng tổng thể với tốc độ giảm hơn cơ khớp nối. 6.2.2. Vòng bi Vòng bi là một phần quan trọng của một cánh quạt. Vòng bi dầu vòng được sử dụng rộng rãi trong cánh quạt. Một số vòng có thể được làm mát bằng nước. Làm mát bằng nước vòng bi tay áo được sử dụng khi khí cánh quạt quay làm nóng vòng bi. Nhiệt được thực hiện thông qua các trục và vào dầu phải được làm lạnh để ngăn chặn sự nóng lên. Do những cánh quạt tốc độ thấp có vòng bi khó đạt chuẩn nên mỡ đóng gói vòng bi chống ma sát được sử dụng. 6.2.3. Bộ giảm rung và van Bộ giảm rung của cánh quạt được sử dụng để kiểm soát lưu lượng khí vào và ra của quạt ly tâm. Chúng có thể được cài đặt trên phía đầu vào hoặc ở phía đầu ra của các cánh quạt, hoặc cả hai. Van ở phía đầu ra chống lại dòng chảy được sử dụng để kiểm soát lưu lượng khí. Van ở phía đầu vào (cánh quạt vào) được thiết kế để kiểm soát lưu lượng khí bằng cách thay đổi lượng khí hoặc không khí nạp vào đầu vào quạt. Van đầu vào (cánh quạt Inlet) giảm thiểu sử dụng năng lượng cánh quạt vì khả năng ảnh hưởng tới các luồng không khí vào các cánh quạt. 6.2.4. Quạt sườn Bánh xe quạt bao gồm một trục mà các cánh quạt được gắn. Các cánh quạt trên trục có thể được sắp xếp theo ba cách khác nhau: Cong về phía trước, cong ngược hoặc hướng tâm. Hình 6.3: Các cách sắp xếp cánh quạt lên trục 6.2.4.1. Lưỡi quạt cong về phía trước Lưỡi cong về phía trước, như trong hình 6.3(a), đường cong theo hướng quay bánh xe của cánh quạt. Điều này đặc biệt nhạy cảm với các hạt bụi. Lưỡi về phía trước cong là dành cho lưu lượng cao, các ứng dụng áp suất thấp. Một đặc tính của bánh xe phía trước cong thổi là trọng lượng của chúng, do số lượng lớn các lưỡi cần sử dụng. 6.2.4.2. Lưỡi cong ngược Lưỡi cong ngược, như trong hình 6.3(b), đường cong với chiều quay bánh xe của cánh quạt. Quạt nhỏ hơn có thể có xu hướng lưỡi ngược, đó là thẳng, không cong. Máy thổi lưỡi cong ngược lớn có lưỡi có độ cong ngược như của một mặt cắt ngang cánh máy bay, nhưng cả hai thiết kế cung cấp hiệu quả hoạt động tốt với các kỹ thuật xây dựng tương đối kinh tế. Các loại quạt được thiết kế để xử lý dòng khí với tải trọng thấp đến hạt trung bình. Bánh xe phía sau cong thường nhẹ hơn so với tương đương về phía trước cong tương ứng , như chúng không yêu cầu quá nhiều lưỡi . Cánh quạt cong ngược có thể có tốc độ cao nhưng thường được sử dụng cho các ứng dụng cụ thể tốc độ áp lực cao trung bình, các ứng dụng dòng chảy trung bình. Cánh quạt cong ngược là năng lượng hiệu quả hơn so với các cánh quạt lưỡi dao xuyên tâm và như vậy, cho các ứng dụng năng lượng cao có thể là một lựa chọn phù hợp với chi phí cánh quạt xuyên tâm thấp hơn. Ngoài ra, một số người cánh quạt cong ngược cũng có thể hoạt động theo hướng ngược lại. Các bánh xe quay theo hướng ngược lại, khiến không khí chậm thông qua các buồng. Cũng có cánh quạt cắm, đó là quạt ly tâm, không có chỗ cuộn, và trong dòng quạt ly tâm, trong đó ống cho các cánh quạt có bánh xe, nhưng cho phép không khí để thoát khỏi các cánh quạt trong chính xác cùng một hướng như nó đi vào , mà trước đây có thể đạt được chỉ với quạt hướng trục . 6.2.4.3. Lưỡi hướng tâm Máy thổi hướng tâm, như trong hình 6.3(c), có bánh xe có cánh mở rộng ra thẳng từ trung tâm của trục này. Bánh xe cánh hướng tâm thường được sử dụng trên dòng khí bụi bởi vì chúng nhạy cảm nhất với rắn xây dựng trên lưỡi, nhưng chúng thường được đặc trưng bởi tiếng ồn lớn hơn. Tốc độ cao, khối lượng thấp và áp suất cao được phổ biến với máy thổi hướng tâm, và thường được sử dụng trong máy hút bụi, hệ thống truyền tải các tài liệu khí nén, và quá trình tương tự. 6.3. Nguyên tắc làm việc Quạt ly tâm sử dụng lực ly tâm tạo ra từ chuyển động quay của cánh bơm tăng áp suất không khí/khí. Khi cánh bơm xoay, khí gần cánh bơm văng ra từ các cánh quạt do lực ly tâm và sau đó di chuyển vào vỏ quạt. Kết quả là áp suất khí trong vỏ quạt được tăng lên. Khí sau đó được hướng dẫn đến lối ra qua các ống dẫn ra. Sau khi khí được dẫn ra xa, áp suất khí trong khu vực giữa cánh bơm giảm. Khí từ mắt cánh quạt chạy vào bình thường áp lực này. Chu kỳ này lặp đi lặp lại và do đó khí có thể được liên tục vận chuyển. 6.3.1. Vận tốc tam giác Vận tốc tam giác giúp chúng ta trong việc xác định hình dòng chảy của một lưỡi. Một số lượng tối thiểu của dữ liệu là cần thiết để vẽ một hình tam giác vận tốc tại một điểm trên lưỡi. Một số thành phần của vận tốc thay đổi vào thời điểm khác nhau trên lưỡi dao do thay đổi hướng dòng chảy . Do đó một số lượng vô hạn của tam giác tốc độ là có thể cho một lưỡi nhất định. Để mô tả dòng chảy chỉ sử dụng hai hình tam giác vận tốc,ta xác định giá trị trung bình của tốc độ và hướng của họ. Vận tốc tam giác của bất kỳ máy tuabin có ba thành phần như : Vận tốc cho tam giác về phía trước phải đối mặt với lưỡi U - Blade vận tốc VR - Vận tốc tương đối V - Vận tốc tuyệt đối Những vận tốc có liên quan của pháp luật tam giác Ngoài ra vector : V = U + VR Phương trình tương đối đơn giản này được sử dụng thường xuyên trong khi vẽ biểu đồ vận tốc . Sơ đồ vận tốc cho mặt lưỡi về phía trước thể hiện được rút ra sử dụng luật này. Góc α là góc được thực hiện bởi vận tốc tuyệt đối với hướng trục và góc β là góc tạo bởi lưỡi đối với hướng với trục. (b) Biểu đồ: Xác định vận tốc tam giác đối với cánh quạt mặt lưỡi hướng về phía trước (a) và phía sau (b) 6.3.2. Sự khác biệt giữa quạt và máy thổi Thuộc tính mà phân biệt một quạt ly tâm từ một quạt là tỷ lệ áp suất nó có thể đạt được. Một quạt nói chung có thể sản xuất tỷ lệ áp suất cao hơn. Theo Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí (ASME) tỷ lệ cụ thể - tỷ lệ áp lực xả hơn áp suất hút - được sử dụng để xác định quạt và máy thổi (xem bảng 1) Sự khác biệt giữa quạt và máy thổi Thiết bị Tỷ lệ áp suất Độ tăng áp suất (mmHg) Quạt <1,1 1136 Máy thổi 1,1 – 1,2 1136 - 2206 Bảng 1: Sự khác biệt giữa quạt và máy thổi 6.3. Xếp hạng các loại quạt ly tâm Xếp hạng được tìm thấy trong bảng ly tâm hiệu suất quạt và các đường cong dựa trên SCFM không khí tiêu chuẩn. Các nhà sản xuất quạt xác định không khí tiêu chuẩn như không khí sạch , khô với mật độ £ 0,075 khối lượng cho mỗi foot khối (1,2kg/m³) , với áp suất không khí ở mực nước biển của 29,92 inch của thủy ngân (101,325 kPa) và nhiệt độ 70°F (21°C). Lựa chọn một quạt ly tâm hoạt động ở các điều kiện khác hơn không khí tiêu chuẩn yêu cầu điều chỉnh cho cả hai áp suất tĩnh và sức mạnh . Ở độ cao cao hơn tiêu chuẩn (mực nước biển) và nhiệt độ cao hơn tiêu chuẩn, mật độ không khí thấp hơn so với mật độ tiêu chuẩn. Chỉnh mật độ không khí cần phải được đưa vào quạt ly tâm được chỉ định hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao. Quạt ly tâm sẽ thay thế một khối lượng không đổi không khí trong một hệ thống nhất định không phụ thuộc vào mật độ không khí . Khi một quạt ly tâm được chỉ định cho một áp lực CFM và tĩnh được đưa ra tại điều kiện khác với tiêu chuẩn, một yếu tố điều chỉnh mật độ không khí phải được áp dụng để lựa chọn quạt kích thước phù hợp để đáp ứng các điều kiện mới . Từ 200°F (93°C) không khí nặng chỉ 80% của 70°F (21°C) không khí , quạt ly tâm sẽ tạo ra áp lực ít hơn và đòi hỏi ít điện năng hơn . Để có được những áp lực thực tế cần thiết ở 200°F (93°C ), các nhà thiết kế sẽ phải nhân áp lực ở điều kiện tiêu chuẩn của một mật độ hệ số hiệu chỉnh không khí là 1,25 (tức là 1.0/0.8) để có được hệ thống hoạt động chính xác . Để có được sức mạnh thực tế tại 200°F (93 ° C) , các nhà thiết kế sẽ phải phân chia quyền lực ở điều kiện tiêu chuẩn của hệ số hiệu chỉnh mật độ không khí . 6.4. Tổn thất trong quạt ly tâm Quạt ly tâm tổn thất ở trong cả hai phần tĩnh và chuyển động của giai đoạn quạt ly tâm. Chúng ta có thể có được hiệu suất thực tế của quạt ly tâm bằng cách lấy những tổn thất vào tính toán. Các loại tổn thất: 6.4.1. Tổn thất vùng cánh quạt nạp khí Do dòng chảy vào mắt và nó quay từ trục để hướng xuyên tâm gây tổn thất tại các mục nạp. Ma sát và phân gây thiệt hại lưỡi cánh quạt kể từ khi có sự thay đổi trong tỷ lệ. Thông thường những tổn thất lưỡi cánh quạt cũng được bao gồm trong phần này. 6.4.2. Tổn thất do rò rỉ Rò rỉ của một số không khí và sự xáo trộn trong dòng chảy chính được gây ra do giải phóng mặt bằng cung cấp giữa các vùng quay ngoại vi của cánh quạt và vỏ lúc nạp không khí. 6.4.3. Tổn thất do cánh quạt Đoạn ma sát và phân gây thiệt hại cánh quạt mà phụ thuộc vào vận tốc tương đối, tỷ lệ phổ biến và cấu trúc hình học lưỡi. 6.4.4. Tổn thất do khuếch tán và xoắn ốc Ma sát và tách cũng gây tổn thất trong khuếch tán. Khoản thất thoát xảy ra do tỷ lệ thiết kế. Dòng chảy từ cánh quạt hoặc khuếch tán mở rộng ở xoắn ốc mà là có mặt cắt ngang lớn hơn dẫn đến sự hình thành của Eddy, do đó làm giảm đầu. Ma sát và lưu lượng thiệt hại tách cũng xảy ra do đoạn xoắn ốc. 6.4.5. Ma sát do đĩa Nhớt trên bề mặt sau của đĩa cánh quạt gây ra ma sát đĩa. KẾT LUẬN Như vậy ,với những vấn đề đã nghiên cứu trong bài tập lớn này,chúng ta sẽ có một cái nhìn từ khái quát đến chi tiết về hệ thống máy và thiết bị vận chuyển chất lỏng, chất khí. Các lý thuyết cũng như công thức tính toán về đường ống ,van, máy bơm , máy nén… Từ đó chúng ta sẽ xây đựng được cơ sở lí thuyết để lựa chọn một cách chính xác máy và thiết bị vận chuyển dung trong các trường hợp cụ thể để đạt được hiệu quả cao nhất về kĩ thuật cũng như kinh tế. Nắm vững lí thuyết về máy và thiết bị còn giúp chúng ta xử lí những rủi ro gặp phải trong quá trình sản xuất một cách nhanh chóng và chính xác nhất. Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Đoàn Văn Huấn đã giúp đỡ chúng em hoàn thành bài tập này. Trong quá trình tìm hiểu về hệ thống máy và thiết bị vận chuyển còn nhiều thiếu sót và hạn chế.rất mong chỉ bảo góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề tài hoàn thiện và đầy đủ hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn!!! TÀI LIỆU THAM KHẢO James R. Couper, W. Roy Penney, James R.Fair, Stanly M. Walas, Chemical Process Equiment (Selection and Design), Oxford UK, 2010 GS.TSKH Nguyễn Bin, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2008 Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2010. Sổ tay Hóa lý, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2008.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxnhom_2_tim_hieu_may_va_thiet_bi_van_chuyen_long_khi_5771.docx