CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ BƠM BÁNH RĂNG .1 Giới thiệu chung về bơm bánh răng .2 Đặc điểm và cấu tạo của bơm bánh răng. 2 Đặc điểm của bơm bánh răng. 2 Cấu tạo của bơm bánh răng (bơm bánh răng ăn khớp ngoài) .3 Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng (bơm bánh răng ăn khớp ngoài) 3 1.4 Ưu điểm và nhược điểm của bơm bánh răng.
5 Ưu điểm của bơm bánh răng. 5 Nhược điểm của bơm bánh răng. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều. 7 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
7 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.2 Mô hình hóa động cơ điện một chiều.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều. CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG. 11 Giới thiệu chung về máy bơm bánh răng ZC-530. 11 Thông số kỹ thuật của máy bơm bánh răng ZC-530 .2 Thiết bị điều khiển.
12 Yêu cầu của thiết bị điều khiển. 12 Giới thiệu về vi điều khiển STM32F103C8T6 .3 Thiết bị đo lưu lượng. 16 Giới thiệu chung về cảm biến lưu lượng YF-S401. 16 Thông số kỹ thuật của cảm biến lưu lượng YF-S401.
17 Bảng tham chiếu đặc tính lưu lượng - xung .4 Thiết bị đo dòng điện. 18 Giới thiệu chung về cảm biến ACS712ELCTR-05B-T. 18 Thông số kỹ thuật của cảm biến ACS712ELCTR-05B-T. 19 Cách sử dụng cảm biến ACS712ELCTR-05B-T.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TRONG MIỀN PHỨC & MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM TRÊN MATLAB SIMULINK .1 Các tham số và mô hình của động cơ DC của máy bơm bánh răng ZC-530 21 Các tham số của động cơ DC của máy bơm bánh răng ZC-530 21 Mô hình của động cơ DC của máy bơm bánh răng ZC-530 .2 Thiết kế mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ cho động cơ DC. 21 Thiết kế mạch vòng dòng điện. 22 Thiết kế mạch vòng tốc độ. 23 Chống bão hõa tích phân cho bộ điều khiển dòng điện và bộ điều khiển tốc độ.
24 Mô phỏng trên Matlab Simulink với mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ vừa thiết kế .3 Thiết kế mạch vòng lưu lượng cho lưu lượng chất lỏng chảy qua bơm. 28 Thiết kế mạch vòng lưu lượng. 28 Mô phỏng trên Matlab Simulink với mạch vòng lưu lượng vừa thiết kế 30 4.4 Thiết kế mạch vòng thể tích cho thể tích chất lỏng cần bơm. 33 Thiết kế mạch vòng thể tích.
33 Mô phỏng trên Matlab Simulink với mạch vòng thể tích vừa thiết kế 33 CHƯƠNG 5. 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO. GIỚI THIỆU VỀ BƠM BÁNH RĂNG 1.1 Giới thiệu chung về bơm bánh răng Trong hệ thống thủy lực, đóng vai trò trung tâm chính là máy bơm. Dựa trên hoạt động cũng như cấu tạo mà người ta phân chia thành nhiều loại bơm.
Có thể kể đến như bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng, bơm lá,. Với đề tài điều khiển bơm lưu lượng và thể tích, được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, chúng ta sẽ tìm hiểu về loại bơm định lượng - bơm bánh răng - một loại bơm được sử dụng phổ biến. Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Bơm bánh răng được phát minh vào đầu thế kỷ XVII bởi Johannes Kepler. Bơm bánh răng thường được sử dụng cho các ứng dụng năng lượng thủy lực cũng như các ứng dụng có độ nhớt cao (chất lỏng đặc).
Giống như tất cả các máy bơm dịch chuyển tích cực, chúng có thể bơm không khí và tự động hút nước từ nguồn nước thấp hơn, bơm nước lên đến vị trí cao hơn và đưa nước đến điểm cần thiết mà không cần bơm thêm nước vào bên trong. Trong một số thiết kế bơm bánh răng tồn tại, có hai thiết kế chính. Một thiết kế sử dụng hai bánh răng giống hệt nhau ăn khớp với nhau, loại này gọi là bơm bánh răng ăn khớp ngoài. Thiết kế thứ hai có một bánh răng được đặt trong một bánh răng khác, loại này gọi là bơm bánh răng ăn khớp trong.
1 Bơm bánh răng ăn khớp ngoài (External gear pump) Bơm bánh răng ăn khớp trong (Internal gear pump) Chất lỏng được xả ra từ bơm bánh răng thường chảy với xung áp suất thấp dẫn đến dòng chảy trơn tru và không đổi. Tốc độ dòng chảy qua bơm tương quan trực tiếp với tốc độ quay của các bánh răng, điều này làm cho bơm bánh răng trở thành một lựa chọn bơm tốt cho các ứng dụng đo lường (trong đó lượng dòng chảy cần được đo chính xác). Bơm bánh răng thường được điều khiển bằng điện sử dụng động cơ điện, nhưng chúng cũng có thể được điều khiển bằng thủy lực hoặc cơ học, tùy thuộc vào thiết kế và ứng dụng.2 Đặc điểm và cấu tạo của bơm bánh răng Đặc điểm của bơm bánh răng Bơm bánh răng có một số đặc điểm nổi bật mà chúng ta dễ dàng nhận thấy như là: • Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. • Khả năng làm việc với độ chính xác cao, kích thước nhỏ gọn.
• Số vòng quay và công suất trên một đơn vị trọng lượng lớn. • Có khả năng chịu quá tải trong một thời gian ngắn. Cấu tạo của bơm bánh răng (bơm bánh răng ăn khớp ngoài) Cấu tạo của bơm bánh răng ăn khớp ngoài Bơm bánh răng ăn khớp ngoài bao gồm một số bộ phận chính như sau: • Trục bơm: đây là thành phần quan trọng, đóng vai trò cố định hoạt động của máy bơm. • Thân bơm: Thân bơm được chế tạo với khả năng chịu lực và có độ bền cao nhờ chế tạo từ gang đúc và thép không gỉ.
• Bánh răng chủ động, bánh răng bị động: Cặp bánh răng có kích thước giống nhau, quay ngược chiều nhau khi hoạt động. • Cổng hút, cổng xả: Như các loại bơm khác, hai cổng này có nhiệm vụ hút và xả chất lỏng cần bơm. • Van giảm áp: Trong trường hợp bơm quá tải hoặc lưu lượng bơm quá lớn khi nguồn điện bơm yếu, van giảm áp giúp bảo vệ máy bơm được an toàn khi sử dụng. • Phớt bơm: Vì máy bơm bánh răng không kín hoàn toàn, nên cần sử dụng phớt làm kín cho máy bơm.
Có hai loại phớt làm kín được sử dụng phổ biến cho các loại bơm bánh răng là phớt tết và phớt cơ khí, trong đó phớt cơ khí có giá thành cao hơn và chất lượng tốt hơn. • Bạc lót trục: Bơm bánh răng có thể sử dụng vòng bi hay bạc lót trục, bộ phận này có chức năng đỡ trục bơm và bảo vệ trục, hỗ trợ hoạt động của trục bơm bánh răng.3 Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng (bơm bánh răng ăn khớp ngoài) Không giống như các dạng máy bơm khác, bơm bánh răng hoạt động dựa trên nguyên lý chủ yếu là dẫn, nén chất lỏng trong điều kiện thể tích kín và có dung tích ở trạng thái thay đổi. Nguyên lý hoạt động của bơm bánh răng ăn khớp ngoài Toàn bộ quá trình làm việc của bơm theo trình tự nhất định sau: • Ban đầu, bánh răng chủ động sẽ bắt đầu hoạt động và kết nối với trục của máy làm máy quay, tiếp đó kéo bánh răng bị động chạy theo. Ngay sau đó, dung dịch được vận chuyển trong các rãnh bánh răng từ vị trí khoang hút đến khoang đẩy vòng theo như vỏ bơm.
Trong khi quá trình này được thực hiện thì khoang hút và khoang đẩy được ngăn cách lại với nhau. • Quá trình đẩy lên được diễn ra khi mà bánh răng đã vào vị trí khớp nối tại khoang đẩy, dung dịch ở khoang đẩy sẽ bị áp chế để đi vào ống dẫn. Vào lúc này, vị trí khoang hút sẽ có một cặp bánh răng ra khớp làm đẩy mạnh dung tích của khoang hút được dẫn ra. Áp suất khoang hút sụt giảm và chất lỏng sẽ được di chuyển vào buồng hút.
Như vậy, toàn bộ quá trình hoạt động của bơm bánh răng công nghiệp đều phụ thuộc hoàn toàn vào các bánh răng đúng như tên gọi của nó. Lưu ý: • Trong nguyên lý bơm bánh răng, khoang hút và khoang đẩy được xem là khép kín, được ngăn cách bởi những mặc tiếp xúc của các bánh răng và lưới chắn. • Theo nguyên lý hoạt động bơm bánh răng, áp suất bơm bánh răng phụ thuộc vào tải, tuy nhiên trên thực tế, khoang hút và khoang đẩy không thật sự kín mà chất lỏng vẫn có khả năng rò rỉ qua lại, vì vậy áp suất chất lỏng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. • Trong thực tế, bơm không thể nào hoàn toàn kín do khả năng chế tạo hoặc nhiều trường hợp người ta phải cố ý tạo ra sự thoát lưu lượng nào đó thì áp suất không phải thuần túy chỉ phụ thuộc vào tải.
• Để hạn chế áp suất làm việc của bơm, các hãng máy bơm bánh răng thường thiết kế thêm một van an toàn trên đường ống đẩy. Van này có tác dụng giảm áp suất, đẩy chất lỏng trở về bể hút nếu áp suất quá cao hoặc đường ống đẩy bị tắc.4 Ưu điểm và nhược điểm của bơm bánh răng Ưu điểm của bơm bánh răng • Dễ sử dụng và bảo trì: So với các loại máy bơm khác, máy bơm bánh răng có trọng lượng nhỏ, thuận tiện cho việc vận chuyển hàng ngày và không tốn nhiều sức lao động. Cũng chính vì trọng lượng nhẹ nên bơm bánh răng sử dụng thuận tiện hơn. Đồng thời, do cấu trúc đơn giản và ít thành phần hơn nên việc sửa chữa khi gặp sự cố sẽ thuận tiện hơn.
• Chi phí thấp: So với máy bơm thông thường, máy bơm bánh răng có trọng lượng nhỏ hơn và dễ vận chuyển, giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển ở một mức độ nào đó. Quy trình bảo trì đơn giản trong tương lai và chi phí bảo trì thấp. Do đó, máy bơm bánh răng kinh tế hơn và có thể tiết kiệm chi phí một cách hiệu quả. • Hiệu suất cao: Trên thực tế, tổn thất chất lỏng trong bơm bánh răng là nhỏ.
Mặc dù một số chất lỏng được sử dụng để bôi trơn cả hai mặt của ổ trục và bánh răng, thân bơm không bao giờ có thể được lắp mà không có khe hở, dẫn đến hiệu suất hoạt động của bơm bánh răng không thể đạt tối đa. Tuy nhiên, máy bơm vẫn có thể đạt hiệu suất từ 93% đến 98%. • Không nhạy cảm với độ nhớt và mật độ chất lỏng: Nếu độ nhớt hoặc tỷ trọng của chất lỏng thay đổi, bơm bánh răng sẽ không bị ảnh hưởng quá nhiều. Nếu một bộ lọc được đặt ở bên cạnh cổng xả, bơm bánh răng sẽ đẩy chất lỏng qua chúng.