Đề tài Thiết kế Bộ thí nghiệm bơm li tâm

h, suối tại nơi xây dựng đập tràn (Hình 6.15a) hoặc là khi đập tràn có chiều dài tràn khá lớn người ta phải xây nhiều trụ đập để chia ra nhiều khoang tràn. Những trụ đập cản trở dòng chảy, làm thu hẹp tiết diện tràn ( Hình 6.15b), cho nên hệ số lưu lượng trong trường hợp này cũng bị giảm. Mức độ co hẹp được đánh giá bằng hệ số co hẹp e (Chú ý rằng e < 1; nếu không co hẹp, e =1 ) xác định như sau : mc = e.m. Trong đó : + mc: Hệ số lưu lượng của đập tràn có bị co hẹp bên. + m: Hệ số lưu lượng của đập tràn ứng với lúc không có co hẹp bên và chảy tự do. 3) Ảnh hưởng của cách bố trí đập tràn trên mặt bằng: + Các cách bố trí đập thẳng, xiên, cong... (Hình 6.16): Điều này có ảnh hưởng đến lưu lượng thoát qua đập tràn. (các trường hợp này khi tính toán cụ thể xem sổ tay tính toán thủy lực). Hình 6.15: Sự co hẹp dòng chảy qua đập tràn. Hình 6.16: Góc bố trí thành đập tràn. Lưu lượng kế kiểu turbine (Hình 6.17): Hình 6.17: Sơ đồ nguyên lí lưu lượng kiểu turbine. Dựa trên nguyên lí truyền một phần năng lượng nhỏ của dòng lưu chất làm quay chong chóng. Dùng kỹ thuật hợp lí để nhận biết tốc độ chong chóng ta sẽ suy ra được lưu lượng của dòng lưu chất, bởi vì tốc độ quay của chong chóng phụ thuộc trực tiếp vào lưu lượng dòng lưu chất. Q = k.ω. Với: + k: Là một hằng số. + ω: Là tốc độ quay của chong chóng. Ngoài ra do khoa học và kỹ thuật phát triển nên còn có rất nhiều loại lưu lượng kế khác như lưu lượng kế dạng cánh gạt, lưu lượng kế dạng guồng, lưu lượng kế nhiệt, lưu lượng kế điện từ…. đáp ứng nhu cầu ngày càng cao và đặc biệt của con người. Lựa chọn loại lưu lượng kế: Qua tham khảo về các loại lưu lượng kế và yêu cầu, đặc điểm cụ thể của bộ thí nghiệm em đề nghị chọn loại lưu lượng kế Venturi vì loại này đơn giản, dễ chế tạo phù hợp với yêu cầu của bộ thí nghiệm. Dụng cụ đo số vòng quay: Lí thuyết về dụng cụ đo số vòng quay: Định nghĩa số vòng quay: Số vòng quay của một chi tiết chuyển động quay là lượng vòng quay mà mỗi điểm trên chi tiết nằm ngoài trục quay quay được trong một đơn vị thời gian nên còn gọi là tốc độ quay. Ngoài ra còn dùng đặc trưng khác là tốc độ góc được đo bằng lượng góc mà chất điểm trên vật quét được trong một đơn vị thời gian. Đơn vị đo của số vòng quay là (v/p) hay (rad/s). Một số loại thiết bị đo số vòng quay: Máy đo tốc độ kiểu điện ( Hình 6.18): Máy đo tốc độ kiểu điện là loại máy dựa trên nguyên lí phát điện, nghĩa là biến tín hiệu quay thành tín hiệu điện. Khi đĩa quay theo trục quay với vận tốc góc ω sẽ mang theo miếng nam châm vĩnh cửu gắn trên đó quay theo và nó cảm ứng lên cuộn dây một dòng điện có tần số và sức điện động tỉ lệ với tốc độ quét của nam châm qua vòng dây. Tần số dòng điện và sức điện động sinh ra trong cuộn dây cảm ứng của máy đo tốc độ tỉ lệ với tốc độ quay. Dòng điện sinh ra có thể là một chiều hay xoay chiều tùy vào loại máy cụ thể theo yêu cầu của người chế tạo. n = k.f. Hình 6.19: Đô tốc độ bằng lực từ: 1: Nối với trục động cơ; 2: Nam châm vĩnh cửu; 3: Cuộn dây cảm ứng; 4: Lò xo lá; 5: Kim chỉ; 6: Đồng hồ chia độ; Trong đó : + n: Là tốc độ quay. + f: Là tần số dòng điện + k: Là một hằng số. Như vậy việc đo số vòng quay bằng máy phát tốc độ thực chất là đo tần số hoặc cường độ sức điện động của tín hiệu điện. Hình 6.18: Đo tốc độ kiểu điện. 1: Miếng nam châm; 2: Trục quay 3: Đĩa quay; 4: Máy đo tần số (hoặc sức điện động); 5: Cuộn dây cảm ứng; 6: Lõi từ. Các số chỉ thị trên máy đo tần số (hoặc cường độ sức điện động) là số chỉ của tốc độ quay Đo tốc độ bằng lực từ (Hình 6.19): Đây là loại thiết bị đo tốc độ dựa trên nguyên lí hoạt động của động cơ điện. Khi nam châm vĩnh cửu quay theo trục động cơ sẽ sinh ra từ trường quay và tác dụng lên cuộn dây cảm ứng một mô men tỉ lệ với tốc độ quay của nam châm, mô men này cân bằng với lực đàn hồi trên lò xo lá. Khi chế tạo thì dụng cụ được hiệu chuẩn và số chỉ trên đồng hồ là số chỉ của tốc độ quay. Đo tốc độ kiểu quang học (Hình 6.20): Dụng cụ này hoạt động trên cơ sở các phần tử phát quang và phô tô quang học (tế bào quang điện). Một đĩa 2 có khoan lỗ với khoảng cách đều được gắn trên trục động cơ. Nguồn sáng 3 và tế bào quang điện 1 được bố trí đối xứng đối với mặt phẳng đĩa. Khi đĩa quay thì cứ mỗi vòng quay lỗ trên đĩa trùng với đường trục nối nguồn sáng và tế bào 1 3 2 ω Hình 6.20: Đo tốc độ kiểu quang học. 1: Phô tô quang học; 2: Đĩa quay có đọc lỗ; 3: Đèn phát quang. người ta nhận được trên tế bào quang điện một xung . Tốc độ quay của trục được cho bởi một máy đếm tần số. Đo tốc độ kiểu li tâm (Hình 6.21): Loại dụng cụ này hoạt động theo nguyên lí li tâm của vật quay. Khi trục trục quay với tốc độ góc ω thì sẽ sinh ra một lực li tâm: F = m.R.ω2. Hình 6.21: Đo tốc độ kiểu li tâm. 1: Trục quay; 2: Lò xo; 3: Quả văng; 4: Con trượt; 5: Cơ cấu truyền động; 6: Đồng hồ đo. Lực li tâm này cao khi tốc độ góc tăng đến mức thắng được lực lò xo thông qua hệ thống truyền lực tác dụng lên kim của đồng hồ đo làm cho nó quay đi một góc tương ứng với tốc độ quay của trục quay. Trên các máy hiện đại ngày nay (nhất là trên ô tô) việc kiểm soát tốc độ quay chính xác của động cơ là một việc rất quan trọng, đặc biệt là việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử. Vì vậy việc dùng phương pháp điện tử (cảm biến quang, cảm biến hall) và việc ứng dụng công nghệ bán dẫn (transitor, diod….) để đếm số vòng quay ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Ở đây trong phạm vi đặc điểm và yêu cầu cụ thể của đề tài mà em chỉ khảo sát và tìm hiểu một số loại như trên. Lựa chọn loại dụng cụ dùng trong bộ thí nghiệm: Qua phân tích các loại dụng cụ nói trên và liên hệ với điều kiện cụ thể sẵn có em đề nghị chọn loại máy đo kiểu điện theo phương pháp đếm xung. Sở dĩ em chọ loại này là do đặc điểm của loại động cơ kéo máy bơm có những cánh quạt làm mát phía sau động cơ rất thuận tiện cho việc gá đặt đầu cảm ứng trong việc đếm xung. Dụng cụ đo công suất động cơ: Lí thuyết về dụng cụ đo công suất động cơ: Định ngĩa công suất: Công suất là một đặc trưng của quá trình biến đổi và chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, hay nói cách khác công suất là cường độ chuyển hóa năng lượng giữa các dạng. Nó được tính bằng số đơn vị năng lượng được chuyển hóa trong một đơn vị thời gian. Đơn vị của công suất là Woắt (W) Sức ngựa (HP)….Ngoài ra khi công suất lớn người ta còn dùng bội số của đơn vị trên (kW, MW). Sơ lược về một số loại dụng cụ đo công suất: Có nhiều cách để đo công suất động cơ tương ứng với các loại máy đo công suất khác nhau (loại máy đo có tiêu thụ công suất, loại máy đo không tiêu thụ công suất, loại máy đo trực tiếp, loại máy đo gián tiếp….).Trong loại đo trực tiếp thì công suất có thể suy ra được khi biết mômen xoắn và số vòng quay (số vòng quay cũng là một thông số cơ bản vì vậy coi như đã biết). Sau đây ta xét một số loại cụ thể: Loại máy đo trực tiếp (Hình 6.22): - Kiểu có tiêu thụ công suất: Đo công suất nhờ cơ cấu hãm (phanh): Công suất đo được cấp cho cơ cấu hãm. Do tác dụng tương hỗ giữa rôto với stato, mô men phản lực Mx sẽ phát sinh trên stato. Người ta để cho stato có một bậc tự do phụ. Cánh tay đòn có chiều dài đã biết gắn cứng với stato và liên hệ với cân lực. Theo trị số của cân lực và và trị số của cánh tay đòn sẽ tính được mômen. Công suất hãm có thể là cơ, điện hay thủy lực, người ta thường dùng thủy lực hơn, năng lượng này được giải phóng ở dạng nhiệt. Sau đây là một ví dụ điển hình . - Kiểu không tiêu thụ công suất: Loại này đo bằng cách tính mômen cân bằng hay nhờ xoắn kế. Để đo mô men cân bằng người ta dùng động cơ điện hay bộ biến tốc. Khi tìm hiểu các loại máy này ta thấy rằng chúng đều có đặc điểm là đo thí nghiệm công suất của động cơ trong thiết kế chế tạo động cơ tại đầu ra của trục rôto vì vậy nó không phù hợp với bố trí và cách sử dụng động cơ của bộ thí nghiệm. Ở đây trục ra của động cơ được nối trực tiếp với rôto của máy bơm vì vậy ta không thể dùng các máy này để đo công suất động cơ điện. Để giải quyết vấn đề này ta không thể dùng phương pháp đo trực tiếp mà phải dùng phương pháp đo gián tiếp. Hình 6.22: Sơ đồ nguyên lí của máy đo công suất loại trực tiếp, dùng thủy lực, tiêu thụ công suất. 1: Trục rôto; 2: Gối đỡ; 3: Stato; 4: Bánh công tác; 5: Cân lực. Loại máy đo gián tiếp: Như ta đã biết môt loại động cơ đã được sản xuất ra thì luôn có những thông số đặc trưng, trong đó có thông số hiệu suất η. Đặc biệt động cơ máy bơm là động cơ điện nên ta có thể dùng đồng hồ đo công suất dòng điện (Woat kế) để đo công suất động cơ một cách gián tiếp. Sơ đồ mắc dây được thể hiện như hình vẽ (Hình 6.23). Hình 6.23: Sơ đồ bố trí đồng hồ mắc Woat kế. Như vậy công suất đầu ra trục động cơ kéo bơm là: . Trong đó: a: Số chỉ của Woat kế. ηđc: Hiệu suất của động cơ điện. Chọn dụng cụ đo công suất động cơ: Như trên đã phân tích rõ để đo công suất động cơ thuận tiện nhất là ta dùng Woat kế với sơ đồ nối dây như Hình 6.23. Dụng cụ đo nhiệt độ: Lí thuyết về các dụng cụ đo nhiệt độ: Khái niệm về nhiệt độ: Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho trạng thái nhiệt của vật. Theo lý thuyết động học phân tử, nhiệt độ được xem như là một đại lượng đánh giá động năng chuyển động tịnh tiến của phân tử. Từ quan niệm đó, nhiệt độ là một đại lượng thống kê qui ước, nó tỷ lệ thuận với động năng trung bình của các phân tử chuyển động. Sơ lược về một số dụng cụ đo nhiệt độ: Các dụng cụ đo nhiệt độ hay còn gọi là nhiệt kế dùng để xác định nhiệt độ của các chất.Nhiệt kế là dụng cụ biến đổi tín hiệu nhiệt về những dạng tín hiệu mà con người có thể cảm nhận được bằng các giác quan. Chi tiết cảm nhận nhiệt độ để chuyển thông tin về thiết bị chỉ thị gọi là cảm biến nhiệt độ. Trong bảng dưới đây liệt kê một số loại nhiệt kế thông dụng nhất để đo nhiệt độ chất lỏng làm việc trong công nghiệp và phạm vi ứng dụng của chúng. Tính chất nhiệt. Tên gọi. Phạm vi đo nhiệt độ. Dựa vào sự nở vì nhiệt. Nhiệt kế chất lỏng. -190¸600 Dựa trên sự thay đổi áp suất phụ thuộc Vào sự thay đổi nhiệt độ. Nhiệt áp kế. -160¸600 Dựa trên sự thay đổi điện trở phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ.  Nhiệt kế điện trở. -200¸500 Nhiệt kế bán dẫn điện trở. -90¸180   Dựa vào các hiệu ứng điện nhiệt. Các nhiệt kế ngẫu tiêu chuẩn. -50¸1600 Các nhiệt kế ngẫu chuyên dùng. 1300¸2500 Quang nhiệt kế. 700¸6000   Dựa vào sự phát nhiệt. Nhiệt kế bức xạ. 20¸3000 Nhiệt kế điện quang. 600¸4000 Nhiệt kế so màu 1400¸800 Bảng 6.2: Một số loại nhiệt kế thông dụng. Nhiệt kế chất lỏng: Nhiệt kế chất lỏng là loại dụng cụ đo nhiệt độ chất lỏng được phát minh đầu tiên. Nguyên lý làm việc của các loại nhiệt kế này dựa vào hiệu ứng nở vì nhiệt của vỏ thuỷ tinh hoặc thạch anh và chất lỏng công tác đựng trong nó, nó có cấu tạo chung như sau (Hình 6.24): Cấu tạo của nhiệt kế chất lỏng gồm bầu ống 1 nối với ống mao dẫn 2 và bầu dự phòng 3. Chúng được làm bằng thuỷ tinh chịu nhiệt hoặc thạch anh. Chất lỏng công tác được đổ đầy bầu 1 và một phần của ống mao dẫn 2, không gian tự do còn lại của ống mao dẫn và bầu dự phòng được điền khí trơ hoặc chân không. Bầu dự phòng 3 là một phần của ống mao dẫn nằm ngoài vạch chia dùng để đề phòng nhiệt kế khỏi bị phá hỏng khi nó làm việc bất ngờ ở những vùng bị nhiệt độ cao đột ngột. Dựa theo các chỉ số thay đổi của thể tích chất lỏng công tác để suy ra nhiệt độ. Người ta xác định nhiệt độ theo độ cao cột chất lỏng công tác trong ống mao dẫn của nhiệt kế. Thang nhiệt độ được vạch trực tiếp trên vỏ ống nhiệt kế hoặc trên những tấm bảng riêng và được gắn với ống mao dẫn của nhiệt kế. Thuỷ ngân được dùng phổ biến để làm chất lỏng công tác của nhiệt kế, bởi vì nó không làm ướt bẩn bề mặt ống mao dẫn của nhiệt kế và vẫn giữ ở trạng thái lỏng trong phạm vi thay đổi rộng của nhiệt độ. Nhược điểm của thuỷ ngân là hệ số nở vì Hình 6.24: Nhiệt kế chất lỏng. + 1 - Bầu chứa chất lỏng. + 2 - Ống mao dẫn. + 3 - Bầu dự phòng. nhiệt nhỏ. Giới hạn dưới của việc đo bị hạn chế bởi nhiệt độ đông đặc của thuỷ ngân và bằng - 350c. Giới hạn trên của việc đo được quyết định bởi nhiệt độ làm việc cho phép của vỏ thuỷ tinh cụ thể là bằng 6000C đối với các nhiệt kế mẫu và bằng 5000c đối với các nhiệt kế kỹ thuật. Khi thay đổi thủy tinh bằng thạch anh thì giới hạn trên của việc đo nhiệt độ sẽ được tăng lên. - Sai số và cách kiểm tra nhiệt kế chất lỏng: Sai số đo cho phép của các nhiệt kế kỹ thuật không vượt quá giá trị một vạch chia của thang đo. Chẳng hạn, đối với các giới hạn đo từ 00c đến 1000c khi giá trị vạch chia là 1 hoặc 20c thì sai số cho phép là ±1hoặc ±20C - Ưu điểm : Nhiệt kế chất lỏng sử dụng đơn giản và có độ chính xác cao. - Nhược điểm : Do tính chất rõ nét của thang chia chất lỏng không tốt nên khi đọc dễ gây sai số, ít có khả năng đưa vào quá trình tự ghi và truyền số đo đi xa và dễ bị vỡ. Ø Đối với các nhiệt kế dùng trong phòng thí nghiệm và trong một số lĩnh vực khác. Nếu khi đo chúng được nhúng ngập hoàn toàn các vạch chia và không ngập hoàn toàn các vạch chia thì sẽ sinh ra sai số hệ thống do phần nhiệt kế bị nhô ra ngoài môi trường đo sẽ khác với nhiệt độ của môi trường đo. Do vậy mà sinh ra sai số đo. Việc hiệu chỉnh sai số đo theo phương trình sau. . Trong đó : + : Là hệ số nở thể tích vì nhiệt của chất lỏng trong nhiệt kế, 1/độ. + t: Là nhiệt độ thực của môi trường đo 0C. + tn: Là nhiệt độ của phần nhiệt kế bị nhô ra ngoài môi trường đo 0C. + n: là số vạch chia độ trong phần nhô ra ngoài môi trường đo. Nhiệt kế kim loại kép và đilatômét: Nguyên lý hoạt động của những nhiệt kế kim loại và đilatômet dựa trên tính chất nở vì nhiệt của các vật thể rắn khác nhau thì khác nhau. Dùng làm phần tử cảm ứng của nhiệt kế kim loại, có thể là các tấm hoặc các băng ghép từ hai tấm kim loại có hệ số nở vì nhiệt khác nhau. Thông thường dùng hợp chất đồng kẽm( Đồng thau 70%Cu + 30%Zn) và hợp chất sắt với kền (Hợp kim inva : 64%Fe+ 36%Ni). Chúng có hệ số nở vì nhiệt rất khác nhau ( gđồng thau=19.10-6 l/độ ; ginva =10-6l/độ). Dưới tác dụng của nhiệt độ đo tấm hoặc băng kim loại kép sẽ bị biến dạng do sự nở vì nhiệt không đồng đều đối với mỗi lớp như hình bên (Hình 6.25): Hình 6.26: Cấu tạo thiết bị đilatômét. 1: Là ống kim loại; 2: Lõi thạch anh hoặc sứ; 3, 4: Là các tay đòn; 5: Thiết bị khuyếch đại thuỷ lực; 6: Ống dẫn. Trên Hình 6.24 là cấu tạo điển hình của một loại đilatômet. Hình 6.25: Sơ đồ làm việc của phần tử cảm trong nhiệt kế kim loại. 1: Thanh platin; 2: Thanh inva. Trong thực tế nhiệt kế kim loại kép và đilatômet ít được ứng dụng Nhiệt áp kế: Hình 6.27: Sơ đồ nhiệt áp kế. 1: Ống đo nhiệt độ làm bằng kim loại; 2: Ống kim loại dài; 3: Phần tử công tác của áp kế. Nhiệt áp kế hoạt động dựa trên cơ sở mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ của vật khi thể tích không đổi. Nhiệt áp kế có cấu tạo gồm ống đo nhiệt làm bằng kim loại 1, ống kim loại dài 2 để nối giữa ống đo nhiệt và phần tử công tác của áp kế 3, phần tử công tác của áp kế 3 dùng để đo áp suất trong hệ thống (Chất công tác có thể là chất lỏng, khí hoặc cả khí và hơi). Khi nhiệt độ của môi trường đo thay đổi, thì áp suất trong hệ thống thay đổi theo. Do đó bộ phận cảm ứng của áp kế làm dịch chuyển kim trên thang đo được khắc các vạch chia độ. - Ưu điểm : Kết cấu tương đối đơn giản và tiện sử dụng, có khả năng đo nhiệt độ từ xa và có khả năng ghi tự động các số đo. - Nhược điểm: Độ chính xác không cao và khoảng cách có thể truyền chỉ số đo đi không xa (Không quá 60 m) và khó khăn sửa chữa khi hệ thống bị rò rỉ. Hình 6.28: Sơ đồ nguyên lí nhiệt kế điện trở. 1: Nguồn điện, bộ khuyếch đại và tang đo; 2: Dây điện trở; 3: Khung cách điện. Nhiệt kế điện nhiệt: Sự hoạt động của các loại nhiệt kế điện nhiệt dựa trên mối liên hệ giữa hai tính chất nhiệt và điện trong phần tử kim loại. - Nhiệt kế điện trở (nhiệt điện trở): Bộ phận cơ bản của nhiệt kế điện trở là cảm biến kiểu dây nhiệt nối với bộ khuyếch đại điện tử. Bộ khuyếch đại ghi lại sự thay đổi điện trở của phần tử cảm ứng gây nên do nhiệt độ. Trị số của nhiệt độ được thể hiện trên thang chia (màn hình) được gắn vào đầu ra của bộ khuyếch đại. Hình 6.29: Cấu tạo cặp nhiệt ngẫu. Với các nhiệt điện trở dùng dây nhiệt điện bạch kim đảm bảo được độ tin cậy làm việc của nhiệt kế. Nhưng một đặ điểm chung của các nhiệt điện trở là quán tính tương đối lớn. Vì vạy các loại nhiệt điện trở này không đảm bảo được độ chính xác cần thiết khi đo nhiệt độ của môi trường có nhiệt độ thay đổi nhanh, mặt khác các cảm biến nhiệt này thường có kích thước lớn nên chỉ cho phép ta đo được nhiệt độ trung bình trong một miền nào đó của môi trường. Để khắc phục được nhược điểm của loại này người ta dùng công nghệ bán dẫn và cũng dựa trên sự thay đổi điện trở của chất bán dẫn khi nhiệt độ thay đổi, vì thế độ nhạy của các nhiệt điện trở này khá cao. - Nhiệt ngẫu: Loại nhiệt kế này hoạt động dựa trên một đặc điểm của chất kim loại là sẽ sinh ra một suất điện động (hoặc hiệu điện thế) giữa hai thanh kim loại nếu ta hàn hai dây kim loại với nhau và giữ cho nhiệt độ của hai hối hàn khác nhau (t1, t2), điều này sinh ra dòng điện chạy trong mạch kín tỉ lệ với nhiệt độ. Nhiệt độ chênh càng lớn thì hiệu điện thế sinh ra càng lớn. Ưu điểm lớn nhất của dụng cụ đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu là đo được khoảng nhiệt độ khá rộng và đo được nhiệt độ điểm do kích thước đầu cảm biến bé, Nhưng nhược điểm của nó độ chính xác không cao lắm. Chọn loại dụng cụ đo nhiệt độ dùng trong bộ thí nghiệm: Qua phân tích các loại dụng cụ đo nhiệt độ ở trên, yêu cầu của bộ thí nghiệm là cần đo nhiệt độ của môi trường tự nhiên và của nước công tác vì vậy phạm vi nhiệt độ là nhỏ 15o ¸ 40oC nên ta chỉ cần dùng loại nhiệt kế chất lỏng dùng chất công tác thủy ngân là đủ. Sở dĩ như vậy vì nó vừa rẻ tiền vừa có bán phổ biến trên thị trường lại đáp ứng được yêu cầu của bài thí nghiệm. Dụng cụ đo mức chất lỏng: Sơ lược lí thuyết về dụng cụ đo mực chất lỏng: Định nghĩa mức chất lỏng: Hình 6.30: Sơ đồ đo mực chất lỏng bằng phao. 1: Thang đo; 2: Vật chỉ thị; 3:Bể chứa; 4:Phao; 5:Cơ cấu truyền. Mức chất lỏng là vị trí (hay tọa độ mặt thoáng) của một điểm trên mặt thoáng chất lỏng chứa trong bình chứa chất lỏng mà ta đang xét. Một số dạng dụng cụ đo mực chất lỏng thường gặp: - Đo mức chất lỏng kiểu cơ học (Hình 6.30): Loại dụng cụ này hoạt động trên nguyên lí vật nổi của một cái phao có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của chất lỏng đang xét. Thông qua cơ cấu truyền động tác động thể hiện lên vị trí của vật chỉ thị trên thang đo. Phương pháp này ứng dụng trong trường hợp áp suất mặt thoáng là áp suất khí quyển (vì khó làm kín) và vị trí mặt thoáng cao quá tầm nhìn của con người. - Đo mức chất lỏng kiểu thủy tĩnh: Dạng một ống thủy tinh nối với bình chứa chất lỏng theo kiểu bình thông nhau là một dạng đơn giản và thông dụng nhất. Hình 6.31: Đo mức chất lỏng kiểu thủy tĩnh đơn giản. Mực chất lỏng trong ống có thể bằng nhau (khi chất lỏng và các điều kiện vật lí trong ống và trong bình như nhau), có thể khác nhau trong trường hợp ngược lại. Trong trường hợp khác nhau ta phải tính toán theo các công thức cụ thể cho từng trường hợp. Ngoài ra còn có các loại khác có cấu tạo đặc biệt hơn như đo mức dùng áp kế, dùng khí nén, dùng đồng vị phóng xạ hay đo mức chất lỏng dùng điện dung. Chúng được ứng dụng trong những trường hợp đặc biệt. Chọn loại dụng cụ đo mức chất lỏng dùng trong bộ thí nghiệm: Do đặc điểm bố trí của bộ thí nghiệm là phù hợp với tầm quan sát của con người, các điều kiện vật lí trong bình và bên ngoài là coi như tương đương. Vì vậy ta dùng loại dụng cụ đo kiểu thủy tĩnh. MỘT SỐ VẤN ĐỀ THỦY LỰC LIÊN QUAN ĐẾN CÁC BÀI THÍ NGHIỆM: Đường ống và tổn thất thủy lực: Nghiên cứu vấn đề này chính là nghiên cứa các dạng tổn thất thủy lực trong đường ống. Tổn thất thủy lực nói chung: Qua thực nghiệm cho thấy khi vận tốc dòng chảy chảy càng lớn, các phần tử càng bị xáo trộn thì sẽ gây nên cản trở chuyển động càng lớn, do đó tổn thất năng lượng càng tăng. Trạng thái chảy (Hình 7.1) được chia làm hai loại đó là chảy rối và chảy tầng đặc trưng bằng trị số Râynôn. Thí nghiệm cho thấy, khi thay đổi vận tốc v (tức là thay đổi lưu lượng Q) của dòng chất lỏng qua ống T có hiện tượng sau: Hình 7.1:Thí nghiệm Râynôn. C C A Nước màu V ≤ V .gh. ; Re ≤ Regh A C V ≥ V .gh../ ; Re ≥ Regh T Với v ≤ vgh: Tia nước màu sẽ vẽ thành đường thẳng, không bị xáo trộn với chất lỏng xung quanh. Nếu ở trạng thái này ta cấp một tia nước màu khác bên cạnh tia nước màu trước thì nó sẽ tạo thành các dòng nước màu song song nhau.Trạng thái chảy trong đó các tia dòng chảy chuyển động song song , không trao đổi xáo trộn với nhau được gọi là chảy tầng. Với v ≥ vgh :tăng dần lưu lượng qua dòng chảy trong ống, vận tốc dòng chảy tăng và nếu v ≥ vgh , thì nước màu cho vào ống sẽ bị hòa tan do hiện tượng xáo trộn các phần tử chất lỏng với nhau . Trạng thái này gọi là chuyển động rối . Vận tốc vk gọi là vận tốc giới hạn . Theo quan điểm của Râynôn trạng thái chảy của dòng lưu chất được đánh giá bằng một trị số , gọi là trị số Râynôn (Re) không có thứ nguyên. Re được tính theo công thức: . (7.1) Trong đó : D: Đường kính ống tròn . γ : Độ nhớt động học của chất lỏng. Trị số 2320 do Râynôn tìm ra là danh giới của hai trạng thái chảy tầng (khi Re ≤ 2320) và chảy rối (khi Re ≥ 2320). Đối với những ống không tròn thì thay d trong biểu thức trên bằng 4R (với R là bán kính thuỷ lực). Mỗi dạng dòng chảy có đặc điểm và công thức tính tổn thất riêng. Tổn thất dọc đường: Với chế độ chảy tầng, ổn định : Cột áp tổn thất theo chiều dài của dòng chảy trong ống trụ tròn xác định như sau: ht d = . (7.2) Trong đó : l = hệ số ma sát thủy lực, phụ thuộc vào số Râynol. l, d : Tương ứng là chiều dài và đường kính trong của đoạn ống đang xét. Red : Số Râynol (Red =). γ : Hệ số nhớt động học của chất lỏng. V: Vận tốc trung bình của dòng ở mặt cắt tính. Với chế độ chảy xiết, ổn định : Với ống tròn d = 4Rh (Rh - là bán kính thủy lực) cột áp tổn thất do ma sát chiều dài được tính theo công thức (1), trong đó hệ số ma sát (l) là đại lượng không thứ nguyên. Qua thực nghiệm và phân tích bằng lý luận, người ta thấy l phụ thuộc số Râynôn (Re) và tính chất bề mặt của đường ống, nhưng mức độ phụ thuộc đó ở mỗi trạng thái chảy có khác nhau. Công thức tính hệ số ma sát l: Khu vực rối thành trơn: Công thức Blaziúyt khi 2320 £ Re £10: . (7.3) Công thức Kônacôp khi 2320 < Re < 3,26.106 . (7.4) Khu vực chảy rối thành không hoàn toàn nhám: Công thức Antơsun: . (7.5) Khu vực chảy rối thành nhám: Công thức Nicurát khi Re > 4.106: . (7.6) Công thức dùng cho ống kim loại do Frenken đề nghị: . (7.7) Tổn thất cục bộ: Người ta thường dùng công thức Vaizơbac (Weisbach) để tính tổn thất cục bộ: . (7.8) Trong đó: V : Vận tốc sau vật cản . z : Hệ số cản cục bộ phụ thuộc chính đặc điểm hình học của vật cản, ít phụ thuộc trạng thái dòng chảy. Chủ yếu tra bảng thực nghiệm, trừ vài trưòng hợp có thể tính theo công thức lý thuyết. Một số tổn thất cục bộ cần thiết thường gặp: Mở rộng đột ngột (đột mở) : S 1 S 2 v1 v2 Xoáy cục bộ Hình 7.2: Dòng chảy đột mở. hđm =xđm = (1- )2 . (7.9) Trong đó: S1, S2, V1, V2 là các diện tích và vận tốc qua các tiết diện 1 và 2. S1 S2 v2 v1 Hình 7.3: Dòng chảy đột thu. Thu hẹp đột ngột : hđt = xđt= (1 - ) . (7.10) Hệ số tổn thất cục bộ theo độ mở của khóa ( dạng đĩa theo Hình 4.17):Hệ số tổn thất cục bộ theo độ mở của khóa hình đĩa (Hình 4.17) được tra theo đồ thị sau: x 5 10 15 20 25 30 35 40 45 20 2 4 6 8 10 12 14 16 18 a (âäü) 60 55 50 70 65 a (âäü) x 100 200 300 400 500 600 700 800 0 45 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Hình 7.4: Đồ thị quan hệ giữa hệ số tổn thất cục bộ theo độ mở của khóa. Hệ số tổn thất cục bộ chạc ba hợp nhánh: Hình 7.5: Chạc ba hợp nhánh. Hệ số tổn thất cục bộ x2-3 được cho trong bảng sau: w2/w3  Q2/Q3  0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0  0,09 -0,50 2,97 9,90 19,70 32,40 48,80 66,50 86,90 110,00 136,00  0,19 -0,53  0,53  2,14  4,23  7,30 11,40 15,60 20,30  25,80  31,80  0,27 -0,69  0,00  1,11  2,18  3,76  5,90  8,38 11,30  14,60  18,40  0,35 -0,65 -0,09  0,59  1,31  2,24  3,52  5,20  7,28  9,23  12,20  0,44 -0,80 -0,27 0,26 0,84 1,59 2,66 4,00 5,73 7,40 9,12  0,55 -0,83 -0,48  0,00 0,53 1,15 1,89 2,92 4,00 5,36 6,60  1,00 -0,65 -0,40 -0,24 0,10 0,50 0,83 1,13 1,47 1,86 2,30 Bảng 7.1: Hệ số tổn thất cục bộ từ mặt cắt 2-2 đến mặt cắt 3-3. Hệ số tổn thất cục bộ x1-3 được cho trong bảng sau: Q1/Q 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 x1-3  0,70  0,64  0,60  0,65  0,75  0,85  0,92  0,96  0,99  1 Bảng 7.2: Hệ số tổn thất cục bộ từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 3-3. Hệ số tổn thất cục bộ chạc ba phân nhánh: Hình 7.6: Chạc ba phân nhánh. Giá trị hệ số tổn thất cục bộ x1-2 tra trong bảng sau:  w2/w1 Q2/Q1  0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,09  2,80  4,50  6,00  7,88  9,40  11,10  13,00  15,80  20,00  24,70 0,10  1,41  2,00  2,50  3,20  3,97  4,95  6,50  8,45  10,80  13,30 0,27  1,37  1,81  2,30  2,83  3,40  4,07  4,80  6,00  7,18  8,90 0,35  1,01  1,54  1,90  2,35  2,73  3,22  3,80  4,32  5,28  6,53 0,44  1,22  1,45  1,67  1,89  2,11  2,33  2,58  3,04  3,84  4,75 0,55  1,09  1,20  1,40  1,59  1,65  1,77  1,94  2,20  2,68  3,30 1,00  0,90  1,00  1,13  1,20  1,40  1,50  1,60  1,80  2,06  2,30 Bảng 6.5: Hệ số tổn thất cục bộ từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2. Hệ số tổn thất cục bộ x1-3 tra trong bảng sau: Q3/Q1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 x1-3  0,70  0,64  0,60  0,57  0,55  0,51  0,49  0,55  0,62  0,70 Bảng 7.3: Hệ số tổn thất cục bộ từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 3-3. Các công thức dùng trong tính toán, xử lí số liệu: Đo lưu lượng bằng lưu lượng kế Venturi: . (7.11) Trong đó : + Δh : Độ chênh lệch thuỷ ngân trong lưu lượng kế. + gHg : Trọng lượng riêng của thuỷ ngân. + gnc : Trọng lượng riêng của nước. + . + D, d: Đường kính lớn và đường kính nhỏ tại hai tiết diện có mắc ống đo áp. + C: Hệ số hiệu chỉnh. Tính cột áp của bơm: . (7.12) Hoặc: H = hck + hak + ΔZ + . (7.13) Trong hai công thức trên: + ht: Cột áp tổn thất đường ống : . . (7.14) Chú ý ht tính cho tiết diện liên tục theo một dòng nguyên tố chạy giữa hai điểm đang xét: + i: dại diện cho đoạn đường ống có đường kính di, lưu lượng Qi trên mạch dòng. + lm : Đại diện cho các hệ số tổn thất dọc đường của đoạn ống có chiều dài lm trên đường ống có đường kính di. + xn: Đại diện cho các hệ số tổn thất cục bộ trên đoạn đường ống có đường kính di. + H: Cột áp do bơm tạo ra. + ph, pđ: Áp suất mặt thoáng bể hút và bể đẩy. + γ: Trọng lượng riêng của các chất lỏng. + Hđh: Cột áp địa hình. + Hc: Cột áp cản tổng cộng. + hck : Cột áp do chân không kế đo được. + hak : Cột áp do áp kế đo được. + ΔZ : Hiệu độ cao vị trí đặt áp kế và chân không kế. +: Do đường kính ống hút và ống đẩy bằng nhau. Tính công suất trên trục bơm: N = hđcđ.Nđcđ (7.15) Trong đó : N : Công suất trên trục bơm. Nđcđ : Công suất tiêu thụ điện của bơm, giá trị này đo trên Woat kế. hđcđ: Hiệu suất của động cơ điện, hdcd =0,75÷0,95. Công suất thuỷ lực của bơm: . (7.16) Trong đó: + Q: Lưu lượng của bơm. + H :Cột áp của bơm. Hiệu suất của bơm: (7.17) Phương trình năng lượng (Phương trình Becnuli): Phương trình cân bằng của dòng chất lỏng thực khi chuyển động ổn định có dạng: z1 + + = z2 + + + ht 1-2 . (7.18) Trong đó: z1, z2 : Cột áp vị năng của dòng chảy ở mặt cắt 1,2 so với mặt chuẩn 0-0 z1 2 2 4 4 3 1 1 3 z2 z3 v 0 0 v 1 a d1 d2 v a) b) Hình 7.7: Phương trình năng lượng dòng chảy. pa , : Cột áp áp năng . , : Cột áp động năng của dòng chảy (cột chất lỏng vận tốc) tại các mặt cắt tương ứng. ht1-2 : Cột áp tổn thất năng lượng khi dòng chảy chuyển động từ mặt cắt 1 đến mặt cắt 2 (hay tổn thất thủy lực toàn phần). a1 ,a2 : Các hệ số hiệu chỉnh động năng tại các mặt cắt. g : Gia tốc trọng trường. XÂY DỰNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG: Sơ đồ bố trí và nguyên lí của bài thí nghiệm được thể hiện trên Hình 3.1 đến 3.5. Yêu cầu, mục đích của các bài thí nghiệm: - Nắm vững cách bố trí, nguyên lí của các bài thí nghiệm. - Nắm vững các thao tác, cách lấy số liệu cho các bài thí nghiệm. - Biết cách tính toán sử lí số liệu thí nghiệm. - Vẽ được các đường đặc tính thực nghiệm của bơm : + Các đường đặc tính của một bơm đơn: H=f(Q), N=f’(Q), η=f”(Q). + Đường đặc tính cơ bản lí thuyết, thực nghiệm khi ghép song song và nối tiếp hai bơm (các đường đặc tính H – Q). + Đường đặc tính xâm thực của bơm. - Hiểu sâu hơn về bản chất, tác dụng của vấn đề ghép bơm, vấn đề xâm thực. Và biết cách nhận xét một bài thí nghiệm. - Biết cách trình bày một bản báo báo thí nghiệm. Quy trình thao tác và sử lí khi làm các bài thí nghiệm: Các quy trình vận hành có thể khác nhau ở một số điểm tùy thuộc vào trình độ người lập ra quy trình với năng suất và hiệu quả khác nhau, nhưng dù như vậy thì mọi quy trình cũng phải đảm bảo được những yêu cầu cơ bản (đảm bảo đạt được mục đích, yêu cầu của các bài thí nghiệm với độ chính xác nằm trong giới hạn cho phép; đạt được năng suất chấp nhận được; đặc biệt là phải đảm bảo tính an toàn, vệ sinh thí nghiệm; mặt khác quy trình vận hành phải thể hiện được tính kỹ thuật trong bản chất của nó……. Trên cơ sở mục tiêu trên em đề nghị quy trình vận hành, thao tác và sử lí các bài thí nghiệm như sau: Các bước chuẩn bị trước khi thực hiện thí nghiệm: Với giả thuyết bộ thí nghiệm đã được bảo trì bảo dưỡng và đang trong tình trạng hoạt động tốt, người thí nghiệm thực hiện các bước chuẩn bị như sau trước khi bắt tay vào việc thí nghiệm: Di chuyển bộ thí nghiệm đến vị trí cấp nước. Cấp nước vào bể hút mực nước cách miệng bể hút khoảng 10 cm. Di chuyển bộ thí nghiệm đến vị trí hợp lí thuận tiện cho việc thao tác, thực hiện các bài thí nghiệm (thường thì vị trí này đã được quy định từ trước). Mồi nước cho các bơm B1, B2. Kiểm tra nguồn điện cung cấp cho hệ thống trong quá trình thí nghiệm (các ổ cắm, dây điện và tính an toàn của nó ….). Đo và xác định các thông số có tính chất cố định trong quá trình đo đạc hay tính toán: + Khoảng cách ΔZ1 giữa hai tâm quay của kim chân không kế số 27 và áp kế số 25 của bơm B1. + Khoảng cách ΔZ2 giữa hai tâm quay của kim các áp kế số 21 và 23 của bơm B2. + Các đường kính tính toán d và D của lưu lượng kế venturi. + Trọng lượng riêng gHg của thủy ngân. + Trọng lượng riêng gnc của nước. Sau khi khâu chuẩn bị đã xong chúng ta bắt tay vào việc thí nghiệm theo một quy trình thao tác nhất định. Trình tự tiến hành các bài thí nghiệm: Các bài thí nghiệm được thực hiện theo trình tự sau: Đầu tiên là bài thí nghiệm với một bơm đơn, thứ hai là bài thí nghiệm ghép bơm song song, thứ ba là bài thí nghiệp ghép bơm nối tiếp, và cuối cùng là bài thí nghiệm xâm thực. Trong cách bố trí thứ tự thực hiện các bài thí nghiệm này đã thể hiện được các điểm sau: + Thứ nhất, đây là quá trình thực hiện thí nghiệm từ bài thí nghiệm cơ bản, đơn giản đến bài thí nghiệm phức tạp, chuyên sâu. Nó thể hiện theo quy luật phát triển của tư duy. + Thứ hai, nó thể hiện sự phân nhóm về bản chất các bài thí nghiệm thành hai nhóm (nhóm không dùng các thiết bị phụ trợ, dùng điện mang tính nguy hiểm (hai bài đầu) và ngóm còn lại thì ngược lại (hai bài sau)). + Thứ ba, số liệu của bài thí nghiệm đầu tiên là cần thiết cho các bài thí nghiệm sau. Trình tự các thao tác, cách lấy số liệu của từng bài thí nghiệm: Khi thực hiện với tất cả các bài thí nghiệm ta thực hiện thao tác và lấy số liệu theo hai chiều tăng và giảm lưu lượng (từ mở khóa hoàn toàn đến đóng hoàn toàn và ngược lại) sau đó tính giá trị trung bình qua hai lần đo. Với bài thí nghiệm một bơm đơn: Thực hiện thí nghiệm và xác định thông số tại 5 ¸9 điểm vị trí của khóa 15 tương đương với tọa độ 5 ¸9 điểm trên mỗi đường đặc tính. Bắt đầu từ vị trí đóng hoàn toàn (vị trí 0) cho đến vị trí mở hoàn toàn (vị trí 9) của khóa 15. Trình tự làm bài thí nghiệm này như sau: Tiến hành đo các thông số liên quan: + Nhiệt độ nước trong bể hút (tn). + Nhiệt độ khí trời (tkk). + Độ ẩm không khí (Dkk). + Áp suất khí quyển (pkq). Đầu tiên mở hoàn toàn hai khóa số 18 và số 26, đóng hoàn toàn tất cả các khóa còn lại. Cấp điện cho thiết bị đếm số vòng quay. Đóng điện cho bơm B1 làm việc. Đọc số chỉ của chân không kế số 24 (hck). Đọc số chỉ của áp kế số 22 (hak). Đọc trị số số vòng quay trên máy đo được (n). Đọc giá trị công suất trên Woat kế (Nđcđ). Đọc độ lệch mực nước công tác trên lưu lượng kế 17. Sau khi thực hiện xong một điểm ta điều chỉnh khóa đến các vị trí tiếp theo, thực hiện như trên và ghi các số liệu vào bảng có dạng như Bảng 8.1. Kết thúc bài thí nghiệm thì ngắt điện bơm nước, thiết bị đếm số vòng quay và đóng tất cả các khóa lại để tiếp tục làm bài thí nghiệm tiếp theo. Với bài thí nghiệm ghép song song hai bơm: Bài thí nghiệm này cũng làm với một số điểm như bài thí nghiệm trên đối với khóa số 15. Trình tự làm bài thí nghiệm như sau: Tiến hành đo các thông số liên quan (như đối với bài thí nghiệm đầu tiên). Mở hoàn toàn các khóa 15, 18, 23, 26, các khóa còn lại đóng hoàn toàn. Đóng điện cho bơm B1 làm việc. Quan sát mực chất lỏng trên lưu lượng kế 17. Tiếp theo đóng điện cho bơm B2 làm việc, mở khóa 19 vài vị trí khác nhau, mỗi vị trí mở quan sát sự thay đổi mực chất lỏng trong lưu lượng kế so với khi chưa điều chỉnh khóa. Sự thay đổi này chứng tỏ lưu lượng đã thay đổi khi ghép song song hai bơm. Cuối cùng mở hoàn toàn khóa 19. Đọc và ghi ác trị số đo được trên các trị số sau vào Bảng 8.2: + Độ lệch mực nước công tác trên lưu lượng kế 17. + Độ lệch mực nước công tác trên lưu lượng kế 20. + Số chỉ của chân không kế số 27 (hck). + Số chỉ của áp kế số 25 (hak). Đóng bớt khóa 15 đến các vị trí tiếp theo và làm lại bước (5) cho đến lúc đóng hoàn toàn. Kết thúc bài thí nghiệm bằng cách ngừng cấp điện cho các bơm và đóng tất cả các khóa lại. Với bài thí nghiệm hai bơm ghép nối tiếp: Bài thí nghiệm này cũng làm với một số điểm như bài thí nghiệm trên đối với khóa số 14. Trình tự làm bài thí nghiệm như sau: Tiến hành đo các thông số liên quan (như đối với bài thí nghiệm đầu tiên). Điều chỉnh khóa điều chỉnh giới hạn áp suất của máy nén đến vị trí mà cột áp của nó cao hơn hoặc bằng cột áp cực đại của bơm B1 nhưng thấp hơn tổng các cột áp cực đại của hai bơm (nên lấy bằng cột áp bơm B1). Đồng thời điều chỉnh van giới hạn áp suất trên bể đẩy đến giá trị yêu cầu (bằng hoặc lớn hơn một ít cột áp đã giới hạn trên máy nén, nghĩa là lớn hơn cột áp cực đại của bơm B1 một ít). Mở hoàn toàn các khóa 2, 19, 24, 26, đóng hoàn toàn các khóa còn lại. Đóng điện cho máy nén khí làm việc. Sau khi đạt được áp suất yêu cầu trên Bể đẩy thì nó sẽ tự động ngừng hoạt động. Đây là dấu hiệu nhận biết để ta có thể đóng điện cho bơm B1 làm việc: Mở hoàn toàn khóa số 14, đến đây ta thấy được rằng bơm B1 tuy làm việc (bánh công tác quay) nhưng không thể đẩy nước lên Bể đẩy được. Tiếp theo đóng điện cho bơm B2 cùng làm việc. Đến đây ta sẽ thấy được rằng nước được dâng lên trong Bể đẩy, tức là tác dụng của việc ghép nối tiếp được thể hiện một cách định tính. Tiếp theo thực hiện thu thập cách thông số thí nghiệm cần thiết của điểm làm việc và ghi vào Bảng 8.3: + Độ lệch mực nước công tác trên lưu lượng kế 17. + Số chỉ của chân không kế số 27 (hck). + Số chỉ của các áp kế số 21, 22, 25 (ha21 , ha22 , ha25). Đóng bớt khóa 15 đến các vị trí tiếp theo và làm lại bước (7) cho đến lúc đóng hoàn toàn. Kết thúc bài thí nghiệm bằng việc ngừng cấp điện cho các bơm và đóng tất cả các khóa lại. Với bài thí nghiệm xâm thực: Tiến hành đo các thông số liên quan (như đối với bài thí nghiệm đầu tiên). Mở các khóa số 6, 19 và 26, các khóa còn lại đóng. Cấp nước cho Bình chân không (bằng ách dùng bơm B1): Cấp điện cho bơm B1 hoạt động khi đó nước sẽ được hút vào từ bể hút vào Bình chân không. Trong quá trình cấp nước thì sẽ thấy được hiện tượng khí trong Bình chân không được nén và xả ra ngoài qua van điều khiển số 5. Khi mực nước trong bình chân không đạt chiều cao cực đại được đánh dấu trên vỏ bình thì cắt điện bơm B1. Mở hoàn toàn khóa số 28 và đóng khóa số 26 lại. Đóng điện cho hai bơm B1 làm việc. Tiếp theo thực hiện thu thập cách thông số thí nghiệm cần thiết của điểm làm việc và ghi vào Bảng 8.4: + Đọc độ lệch mực nước công tác trên lưu lượng kế 17. + Đọc số chỉ của nhiệt kế đo được của nhiệt kế đo nhiệt độ nước trong bình chân không. + Đóng điện cho bơm chân không làm việc. Theo dõi sự chuyển dịch của kim chân không kế số 24 và vị trí của kim chỉ. Ta sẽ thấy rằng dộ chân không trên miệng hút của bơm ngày một tăng. Khi độ chân không đạt đến một giới hạn nào đó thì hiện tượng xâm thực bắt đầu xảy ra (điều này được nhận biết bằng âm thanh lạ xuất hiện). Lúc này người thí nghiệm cần nhanh chóng ghi nhớ và chép lại trị số kim chỉ trên chân không kế số 24 (Hck) . + Ngắt điện cấp cho bơm chân không nạp khí vào bình chân không thông qua việc điều khiển van 5. Đóng bớt khóa 6 đến các vị trí tiếp theo và làm lại bước (6) cho đến vị trí đóng gần hoàn toàn (vị trí 1). Vì khi đóng hoàn toàn sẽ không có hiện tượng xâm thực do lưu lượng bằng không. Kết thúc bài thí nghiệm thì cắt điện bơm B1, xả nước của bình chân không vào bể hút thông qua khóa xả ở đáy bình. Cuối cùng đóng tất cả các khóa lại. Đề nghị mẫu báo cáo thí nghiệm: Sau khi tiến hành thí nghiệm thì người làm thí nghiệm có nhiệm vụ báo cáo kết quả thí nghiệm cho giáo viên phụ trách. Mẫu báo cáo cần có hình thức theo đúng quy định, có nội dung ngắn gọn, rõ ràng. Trên cơ sở đó em đề nghị trình bày như sau (trang bên). Khoa Cơ khí Giao thông Bộ môn Thủy khí và Máy thủy khí BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Nội dung: Khảo sát các đường đặc tính của bơm li tâm trên Bộ thí nghiệm. Giáo viên giảng dạy môn học : Giáo viên hướng dẫn thí nghiệm: Sinh viên thực hiện : Lớp : Nhóm : Số thứ tự : Sơ lược lí thuyết về đường đặc tính của bơm, ghép bơm và hiện xâm thực. Trình tự tiến hành thí nghiệm. Nội dung thí nghiệm: Xác định các thông số cố đinh: 1) Khoảng cách giữa hai tâm quay của kim chân không kế số 27 và áp kế số 25 của bơm B1: ΔZ1= 2) Khoảng cách giữa hai tâm quay của kim các áp kế số 21 và 23 của bơm B2: ΔZ2 = 3) Trọng lượng riêng của thủy ngân: gHg = 4) Trọng lượng riêng của nước: gnc = 5) Các đường kính tính toán của lưu lượng kế venturi: D = ; d = Kết quả thí nghiệm: Bài thí nghiệm một bơm đơn: Các thông số liên quan: 1) Nhiệt độ nước trong bể hút: tn= 2) Nhiệt độ khí trời : tkk= 3) Độ ẩm không khí : Dkk= 4) Áp suất khí quyển : pkq= Bảng điền số liệu thí nghiệm: Đọc các số liệu và ghi vào Bảng 8.1: 1) Số chỉ của chân không kế và áp kế của bơm B1 (hckB1 , hakB1). 2) Độ lệch của mức chất lỏng công tác trên lưu lượng kế số 17 . Số TT hckB1 hakB1 Δh Q Nđcđ N Ntl η n H Pa Pa mm m3/s kW kW kW v/p m Chiều thuận 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Chiều nghịch 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Bảng 8.1: Bảng số liệu cho bài thí nghiệm một bơm đơn. Tính toán các thông số gián tiếp: (từ các số liệu đo được người thí nhiệm phải tính các thông số còn lại có liên quan đến việc vẽ các đừơng đặc tính của bơm, điền những thông số này vào Bảng 8.1) 1) Tính Q theo công thức 7.11. 2) Tính N theo công thức 7.15. 3) Tính Ntl theo công thức 7.16. 4) Tính η theo công thức 7.17. 5) Tính H theo công thức 7.13. Vẽ các đường đặc tính của bơm: (từ Bảng 8.1 người thí nghiệm vẽ các đường đặc tính có dạng như Hình 8.1) Hình 8.1: Các đường đặc tính của bài thí nghiệm một bơm đơn (bơm B1). Bài thí nghiệm ghép bơm song song: Các thông số liên quan: 1) Nhiệt độ nước trong bể hút : tn= 2) Nhiệt độ khí trời : tkk= 3) Độ ẩm không khí : Dkk= 4) Áp suất khí quyển : pkq= Bảng điền số liệu thí nghiệm: Đọc các số liệu và ghi vào Bảng 8.2: 1) Số chỉ của chân không kế và áp kế của bơm B1 (hckB1 , hakB1). 2) Độ lệch của mức chất lỏng công tác trên lưu lượng kế số 17 (Δh) . 3) Độ lệch của mức chất lỏng công tác trên lưu lượng kế số 20 (Δh2) . Số TT hckB1 hakB1 H Δh Q Δh2 Q2 Q1 Pa Pa m mm m3/s mm m3/s m3/s Chiều thuận 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Chiều nghịch 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Bảng 8.2: Bảng số liệu cho bài thí nghiệm ghép song song hai bơm. Tính toán các thông số gián tiếp: (từ các số liệu đo được người thí nhiệm phải tính các thông số còn lại có liên quan đến việc vẽ các đường đặc tính của bơm, điền những thông số này vào Bảng 8.2). 1) Tính Q, Q2 theo công thức 7.11. 2) Tính Q1: Q1= Q - Q2 3) Tính H theo công thức 7.13: Ở đây H = H1 = H2. Với: H1: Cột áp do bơm B1 tạo ra. H2: Cột áp do bơm B2 tạo ra. Vẽ các đường đặc tính của bơm: (từ Bảng 8.2 người thí nghiệm vẽ các đường đặc tính có dạng như Hình 8.2) Hình 8.2: Các đường đặc tính của bài thí nghiệm ghép song song. (H – Q1), (H – Q2), (H – Q): Đường đặc tính cơ bản của các bơm và hệ thóng. (Ht – Q)max: Đường đặc tính lưới lí thuyết khi mở khóa hoàn toàn. A1, A2, A: Điểm làm việc của các bơm và hệ thống khi mở khóa hoàn toàn. Bài thí nghiệm ghép bơm nối tiếp: Các thông số liên quan: 1) Nhiệt độ nước trong bể hút : tn= 2) Nhiệt độ khí trời : tkk= 3) Độ ẩm không khí : Dkk= 4) Áp suất khí quyển : pkq= Bảng điền số liệu thí nghiệm: Đọc các số liệu và ghi vào Bảng 8.3: 1) Số chỉ của chân không kế và áp kế của bơm B1 (hckB1 , hakB1). 2) Số chỉ của áp kế số 23 (hak1B2) và số 21 (hak1B2) . 2) Độ lệch của mức chất lỏng công tác trên lưu lượng kế số 17 (Δh) . Số TT hckB1 hakB1 HB1 hakB2 hakB2 HB2 H Δh Q Pa Pa m Pa Pa m m mm m3/s Chiều thuận 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Chiều nghịch 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Bảng 8.3: Bảng số liệu cho bài thí nghiệm ghép nối tiếp hai bơm. Tính toán các thông số gián tiếp: (từ các số liệu đo được người thí nhiệm phải tính các thông số còn lại có liên quan đến việc vẽ các đường đặc tính của bơm, điền những thông số này vào Bảng 8.3). + Tính Q theo công thức 7.11. + Tính cột áp của bơm B1 (H1) và bơm B2 (H2) theo công thức 7.13 + Tính cột áp tổng của hệ thống (H) : H = H1 + H2. Vẽ các đường đặc tính của bơm: (từ Bảng 8.3 người thí nghiệm vẽ các đường đặc tính có dạng như Hình 8.3) Hình 8.3: Các đường đặc tính cơ bản của bài thí nghiệm ghép nối tiếp. (H – Q1), (H – Q2), (H – Q): Đường đặc tính cơ bản của các bơm và hệ thóng. (Ht – Q)max: Đường đặc tính lưới lí thuyết khi mở khóa hoàn toàn. A1, A2, A: Điểm làm việc của các bơm và hệ thống khi mở khóa hoàn toàn. Bài thí nghiệm xâm thực: Các thông số liên quan: 1) Nhiệt độ nước trong bể hút : tn= 2) Nhiệt độ khí trời : tkk= 3) Độ ẩm không khí : Dkk= 4) Áp suất khí quyển : pkq= Bảng điền số liệu thí nghiệm: Đọc các số liệu và ghi vào Bảng 8.4: 1) Số chỉ của chân không kế của bơm B1 (hckB1). 2) Độ lệch của mức chất lỏng công tác trên lưu lượng kế số 17 (Δh) . Số TT Chiều thuận Chiều nghịch hck Δh Q hck Δh Q Pa m m3/s Pa m m3/s 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Bảng 8.4: Bảng số liệu cho bài thí nghiệm xâm thực. Tính toán các thông số gián tiếp: (từ các số liệu đo được người thí nhiệm phải tính các thông số còn lại có liên quan đến việc vẽ các đường đặc tính của bơm, điền những thông số này vào Bảng 8.4). + Tính Q theo công thức 7.11. Vẽ các đường đặc tính của bơm: (từ Bảng 8.4 người thí nghiệm vẽ các đường đặc tính có dạng như Hình 8.4) Hình 8.4: Đường đặc tính của bài thí nghiệm xâm thực. Nhận xét kết quả thí nghiệm: (Trong phần này người thí nghiệm cần tổng hợp các kết quả đo đạc, tính toán được từ quá trình thực nghiệm để so sánh với lí thuyết, tìm ra những điểm đặc biệt, những sai số có thể gặp và nguyên nhân của nó đối với từng bài thí nghiệm. Măt khác là so sánh lợi ích và tác hại giữa ghép bơm và không ghép bơm). Bài thí nghiệm một bơm đơn. Bài thí nghiệm ghép hai bơm song song. Bài thí nghiệm ghép nối tiếp hai bơm. Bài thí nghiệm xâm thực. VẤN ĐỀ BẢO TRÌ BẢO DƯỠNG BỘ THÍ NGHIỆM BỘ THÍ NGHIỆM: Để phục vụ cho công tác học tập được tốt, đảm bảo độ chính xác cao thì phải thường xuyên kiểm tra, bảo trì bảo dưỡng, phát hiện hư hỏng (định kì hai đến ba lần trong năm) để kịp thời khắc phục sửa chữa thiết bị. Tùy vào điều kiện cụ thể của cơ sở và tính chất, đặc điểm của thiết bị mà có kế hoạch định kì kiểm tra bảo dưỡng thiết bị (2 hoặc 3 tháng một lần). Điều kiện làm việc của thiết bị: Không giống như các thiết bị thí nghiệm khác (thiết bị thực nghiệm ứng dụng), thiết bị thí nghiệm thuỷ lực đại cương mang đặc điểm của một thiết bị thí nghiệm kiểm chứng lí thuyết trong Giáo dục và đào tạo: + Thời gian sử dụng trong một năm ngắn, do phục vụ công tác thí nghiệm trong học tập nên mỗi năm chỉ có một đợt thí nghiệm của một số lớp thực hiện trong vài ba ngày. + Cường độ làm việc tập trung, khi thí nghiệm thì thiết bị làm việc liên tục trong thời gian ngắn, thời gian còn lại nghỉ. + Một số chi tiết cấu tạo bằng sắt rễ han rỉ, ăn mòn, một số cấu tạo bằng thuỷ tinh rất rễ vỡ, một số lại được cấu tạo từ cao su tổng hợp dễ bị oxi hoá. + Bơm và một số thiết bị, dụng cụ khác dùng nguồn năng lượng điện vì thế rất nguy hiểm nếu có vấn đề sai sót. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục: + Các gioang cao su bị oxi hoá không đảm bảo yêu cầu làm kín. Cách tốt nhất là thay thế gioang mới vì nó rẻ tiền và dễ kiếm. + Các ống thuỷ tinh đo áp, đo mực nước rễ bị vỡ nếu va chạm. Khắc phục bằng cách thay thế ống khác. + Các ống thí nghiệm làm bằng sắt bị han rỉ, làm sai lệch khích thước ảnh hưởng đến kết quả đo. Khắc phục bằng cách vệ sinh lớp oxi hoá, lau chùi bằng dầu mỡ. + Các van dùng lò xo do lâu ngày sẽ làm sai lệch độ cứng dẫn đến độ chính xác cũng ảnh hưởng. Khắc phục bằng cách chuẩn hóa lại thước đo hay thay lò xo khác. + Các bu lông, đai ốc, các chi tiết bằng kim loại đều rất rễ bị han rỉ, đặc biệt trong điều kiện làm việc với chất nước, vì vậy phải bảo quản thiết bị ở nơi khô ráo, lau dầu chống rỉ. + Trước ngày thí nghiệm phải kiểm tra lại hệ thống, kiểm tra sự hoạt động bình thường của máy nén, bơm chân không, các đồng hồ và dụng cụ đo. Đặc biệt là các hệ thống dây điện, ổ cắm điện sau đó khởi động bơm cho thiết bị chạy thử, xúc rửa thiết bị đảm bảo cho đợt thí nghiệm được thực hiện thành công. + Khi kết thúc thí nghiệm cần xả hết nước ở các bể đẩy, bình chân không về bể hút. Khi hết mùa thí nghiệm phải tháo hết nước trong bể hút ra ngoài nơi quy định lau khô tất cả các chi tiết, tra dầu mỡ nếu cần, và cất Thiết bị vào vị trí thích hợp.Chú ý để đảm bảo tránh han rỉ ta có thể tháo van một chiều trên ống hút của các bơm dể xả nước được hoàn toàn. KẾT LUẬN: Bộ thí nghiệm bơm li tâm được thiết kế dựa trên cơ sở bộ thí nghiệm thủy lực đại cương. Trên đây về cơ bản đã hoàn thành việc định dạng kết cấu và kích thước cơ bản là chủ yếu. Đây là giai đợn bước đầu trong việc tạo ra sản phẩm vật chất, dể hoàn thành sản phẩm còn phải qua một số giai đoạn tính toán chi tiết hơn, ngoài ra còn phải qua quá trình chế tạo thử và chạy thử. Song qua giai đoạn thiết kế sơ bộ này thì em đưa ra được một số kết luận về sản phẩm trong tương lai như sau: Về mặt kỹ thuật: Về mặt này nó thể hiện ở một số điểm như sau: + Kích thước tổng thể của hệ thống là khá nhỏ gọn, bố trí bước đầu hợp lí. + Kết cấu của các chi tiết thiết bị là mang tính khả thi, có nhiều khả năng thực thi. + Vật liệu chế tạo chủ yếu là thép tấm, chữ V, thép thanh, các đường ống và một số chi tiết khác có thể mua được trên thị trường hoặc đặt hàng chế tạo được với giá thành không cao lắm. Về mặt chức năng: Như phần mục đích, yêu cầu đã đề cập, bộ thí nghiệm bơm li tâm đạt được một số chức năng phục vụ như sau: + Thích hợp với công tác học tập và nghiên cứu của sinh viên trong nhà trường. + Đáp ứng được việc khảo sát các đường đặc tính thực nghiệm của bơ, cụ thể là bơm li tâm. + Giúp sinh viên hiểu sâu hơn bốn vấn đề cơ bản về bơm (các đường đặc tính, các kiểu ghép bơm và hiện tượng xâm thực). + Bộ thí nghiệm rất thích hợp cho thí nghiệm với một số loại máy bơm nhỏ, các loại máy bơm thường dùng. + Ngoài ra có thể thực hiện trên bộ thí nghiệm một số loại máy bơm với điều kiện sau: Lưu lượng và cột áp nhỏ. Không có sự dao động của lưu lượng và áp suất ví dụ như bơm hướng chéo, hướng trục hay cánh gạt… TÀI LIỆU THAM KHẢO 1: THỦY LỰC VÀ MÁY THỦY LỰC TẬP I, nhóm tác giả Nguyễn Phước Hoàng - Phạm Đức Nhuận – Nguyễn Thạc Tân, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội năm 1979. 2: THỦY LỰC VÀ MÁY THỦY LỰC TẬP II, nhóm tác giả Đinh Ngọc Ái – Đặng Huy Chi – Nguyễn Phước Hoàng – Phạm Đức Nhuận, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội năm 1972. 3: THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC KỸ THUẬT PHẦN II – PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ DỤNG CỤ ĐO TẬP I, nhóm tác giả Vũ Huy Quang – Trần Sĩ Phiệt – Nguyễn Phước Hoàng, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 4: THỦY KHÍ ĐỘNG LỰC KỸ THUẬT PHẦN II – PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ DỤNG CỤ ĐO TẬP I, nhóm tác giả Vũ Huy Quang – Trần Hồng, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 5: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG, tác giả (Tiến sĩ Khoa học) Bùi Văn Ga, Đà Nẵng 1994. 6: Bài tẬP CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT, nhóm tác giả Phạm Lê Dần – Đặng Quốc Phú. 7: SỔ TAY MÁY BƠM, tác giả (Thạc sĩ) Lê Dung, NXB Xây dựng. 8: THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP, nhóm tác giả Đoàn Đình Kiến, Phạm Văn Tư, Nguyễn Quang Viên, NXB Khoa học và Kỹ thuật. 9: Bộ THÍ NGHIỆM THỦY LỰC ĐẠI CƯƠNG do nhóm tác giả Tường ĐHBK – ĐHXD Hà Nội thiết kế và sản suất. 10: BÀI TÂP CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT, nhón tác giả Phạm Lê Dần – Đặng Quốc Phú, NXB Giáo Dục. CÁC BẢN VẼ DÙNG TRONG VIỆC THIẾT KẾ Những bản vẽ kỹ thuật của đề tài bao gồm 9 bản vẽ là những bản vẽ sau: 1: Bản vẽ A1 thể hiện sơ đồ nguyên lí của Bộ thí nghiệm. 2: Bản vẽ A0 thể hiện kết cấu tổng thể của Bộ thí nghiệm. 3: Bản vẽ A0 thể hiện một nửa bên phải mặt cắt A – A. 4: Bản vẽ A0 thể hiện một nửa bên trái mặt cắt A – A. 5: Bản vẽ A0 thể hiện kết cấu bể hút. 6: Bản vẽ A0 thể hiện kết cấu bể đẩy. 7: Bản vẽ A0 thể hiện kết cấu bình chân không. 8: Bản vẽ A0 thể hiện kết cấu bệ gá lắp bơm. 9: Bản vẽ A0 thể hiện kết cấu một số chi tiết khác.