Chương 1 MÁY BƠM LY TÂM 1. Giới thiệu và phân loại 1. Giới thiệu chung Từ cổ xưa, con người đã gắn liền cuộc sống của mình với nước, đã tìm cách khai thác và sử dụng nước. Ở Việt Nam, Trung Quốc, Ấn Độ….từ lâu đời đã biết dùng năng lượng dòng nước kéo các cối xay lương thực, các máy mài, khoan đá, guồng nước để cung cấp nước cho nương, ruộng và nước sinh hoạt… Mãi đến thế kỉ thứ XVII mới có nhiều nhà khoa học nghiên cứu một cách khoa học cơ sở lý thuyết về máy thuỷ lực nói chung và máy bơm nói riêng.
Ơ-le (1707 - 1783) đã viết về lý thuyết cơ bản của tua-bin nước nói riêng và máy thuỷ lực cánh dẫn nói chung làm cơ sở cho các nhà bác học Phuốc-nây-rôn, Xa-blu-côp, Ju-côp- ski….phát minh ra tua-bin nước và máy bơm ly tâm ở đầu thế kỉ XIX là những bước nhảy lớn trong lịch sử các máy năng lượng. Máy bơm nước đầu tiên có cấu trúc giống máy bơm ly tâm hiện nay do nhà vật lý người Pháp Denis Papin thiết kế năm 1869. Từ đó, máy bơm nước ly tâm được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành kinh tế quốc dân. Ngày nay, với tốc độ phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là khoa học công nghệ, máy bơm có cấu trúc cũng ngày càng hoàn thiện, hiệu suất làm việc cao, chủng loại đa dạng để đáp ứng nhu cầu bơm các loại chất lỏng khác nhau trong mọi lĩnh vực sản xuất, đời sống và quốc phòng, cụ thể: Trong công nghiệp, máy bơm được dùng để cung cấp nước cho các lò cao, hầm mỏ, nhà máy sản xuất, bơm dầu trong khai thác dầu mỏ, trong kỹ nghệ chế tạo máy bay, nhà máy điện nguyên tử… Trong nông nghiệp, máy bơm dùng để bơm nước tưới và tiêu úng cho cây trồng.
Trong đời sống, máy bơm cung cấp nước sạch cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt của con người, gia súc… Trong ngành công nghiệp khai thác mỏ nói riêng, máy bơm ly tâm giữ những vai trò rất quan trọng: thoát nước cho các hầm lò, các công trường mỏ lộ thiên tạo ra khai trường khai thác khoáng sản, cấp nước cho các thiết bị làm mát bằng nước (động cơ đốt trong, máy nén khí…), vận tải bằng đường ống, cấp thoát nước cho các phân xưởng tuyển than, cấp nước dập bụi cho các máy khai thác, làm sạch thiết bị và cấp nước sinh hoạt… Yêu cầu thoát nước mỏ là đảm bảo trong 20 giờ với mỏ lộ thiên hoặc 16 giờ với mỏ hầm lò phải bơm hết lượng nước lưu tụ trong 24 giờ ở mỏ. Yêu cầu đó sẽ đảm bảo có dự trữ về thời gian khoảng từ 4 đến 8 giờ. Ở các trạm thoát nước thường bố trí ít nhất hai máy bơm, trong đó một máy làm việc và một máy dự phòng. Khi lượng nước lưu tụ cực đại lớn gấp nhiều lần lưu lượng lưu tụ trung bình, thì phải bố trí đến ba máy bơm hoặc nhiều hơn (một số máy làm việc, một vài máy dự trữ và một vài máy chuẩn bị thay thế, các máy bơm có hệ thống ống riêng) 5 Sơ đồ cấu tạo cơ bản hệ thống thiết bị bơm ly tâm trong mỏ trên Hình 1-1 dưới đây : Hình 1-1.
Sơ đồ cấu tạo cơ bản hệ thống thiết bị bơm ly tâm trong mỏ 1 - hộp lọc nước; 2 - van đáy; 3 - ống hút; 4 - vỏ bơm; 5 - trục máy bơm; 6 - cánh dẫn; 7 - bánh công tác; 8 - đoạn ống đẩy gắn liền với vỏ bơm; 9 - van một chiều trên đường ống đẩy; 10, 11 - khóa và đường ống mồi nước gián tiếp cho bơm; 12 - ống đẩy; 13 - khóa xả nước khi sửa chữa bơm; 14 - khóa điều chỉnh năng suất, áp suất máy bơm; 15 - lỗ mồi nước trực tiếp, xả e. Trước khi cho máy bơm nước ly tâm làm việc, ta phải mồi đầy nước cho máy bơm để đẩy hết không khí bên trong bơm ra ngoài. Việc mồi nước có thể thực hiện bằng hai phương pháp là mồi trực tiếp hoặc mồi gián tiếp: mồi nước trực tiếp là đổ 6 nước trực tiếp qua lỗ mồi số 15 nằm ngay trên vỏ bơm (phương pháp này thường chỉ áp dụng cho các máy bơm có công suất nhỏ); mồi nước gián tiếp (khi trên đường ống đẩy có nước) bằng cách mở khóa số 10, để cho nước từ đường ống đẩy chảy vào điền đầy đường ống hút và bánh công tác (BCT) của máy bơm. Cả hai phương pháp mồi nước được coi là mồi đủ, khi nước chảy qua lỗ 15 thành dòng liên tục, không còn lẫn bọt khí.
Hiện nay, ở các trạm bơm có công suất lớn, quan trọng người ta thường sử dụng máy bơm phụ để thực hiện mồi nước tự động cho các máy bơm chính. Với biện pháp này, trước khi bơm chính làm việc các cảm biến “nhận biết mức nước mồi” sẽ tự động kiểm tra lượng nước mồi cho bơm chính, nếu bơm chính đã được mồi đủ, thì báo tín hiệu về một bộ xử lý trung tâm, đóng điện cho bơm chính làm việc; Ngược lại nếu bơm chính chưa được mồi đủ, thì tự động đóng điện cho bơm phụ làm việc mồi nước cho bơm chính. Khi bơm chính được mồi đầy nước thì thiết bị xử lý trung tâm cắt điện cho bơm phụ đồng thời đóng điện cho bơm chính làm việc. Khi động cơ lai máy bơm làm việc, chuyển động quay từ trục động cơ truyền động được truyền đến BCT của máy bơm số 7.
BCT quay cùng với trục bơm số 5, làm xuất hiện lực ly tâm tác dụng lên phần nước trong các máng dẫn bánh công tác. Dưới tác dụng của lực ly tâm đó, chất lỏng trong các máng dẫn sẽ bị văng ra khỏi BCT số 7, ngay tại thời điểm này một khoảng trống có áp suất rất thấp (áp suất chân không) ở cửa vào của BCT xuất hiện. Dưới tác dụng của áp suất khí trời trên mặt thoáng bể hút, nước bị nén qua hộp lọc số 1, qua đường ống hút số 3 rồi vào chiếm chỗ ở cửa vào BCT, sau đó chất lỏng chuyển động vào và lại bị văng ra khỏi BCT, đi theo phần ống mở rộng ra phía cửa đẩy. Quá trình dòng nước chuyển động theo ống mở rộng thì động năng giảm dần, áp năng tăng dần tạo nên một vùng có áp suất cao tại cửa đẩy của máy bơm.
Do sự chênh lệch về thế năng chất lỏng từ cửa đẩy bị nén qua ống đẩy số 12 và chảy ra khỏi bơm. Cứ như vậy, chất lỏng tạo thành một dòng chảy liên tục đi từ bể hút qua ống hút, qua máy bơm đi ra đường ống đẩy lên bể chứa. Tam giác vận tốc của máy bơm nước ly tâm Trong quá trình chất lỏng bị văng từ điểm vào đến điểm ra khỏi BCT, chất lỏng tham gia chuyển động tương đối dọc theo cách dẫn với thành phần vận tốc tương đối 7 w , chuyển động tròn quay theo BCT với vận tốc vòng u và chuyển động với vận tốc thực tế c. Trong đó, vận tốc thực tế được xác định bằng phương pháp đường chéo hình bình hành với hai cạnh là vận tốc tương đối và vận tốc vòng.
Các thành phần vận tốc được biểu thị trên các tam giác vận tốc (Hình 1-2). Phân loại Máy bơm ly tâm là một loại máy thuỷ lực cánh dẫn, nhận năng lượng từ bên ngoài (cơ năng, điện năng, thuỷ năng…) và truyền năng lượng cho dòng chất lưu (dòng chất lỏng làm việc), nhờ vậy có thể đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống. - Phân loại theo cột áp của máy bơm nước: + Bơm ly tâm cột áp thấp: H < 20mH20; + Bơm ly tâm cột áp trung bình: H = (20÷60)mH20; + Bơm ly tâm cột áp cao: H > 60mH20. - Phân loại theo số cấp (số bánh xe công tác) + Bơm ly tâm một cấp: Trên trục bơm chỉ gắn 1 bánh xe công tác; + Bơm ly tâm nhiều cấp: Trên trục bơm lắp từ 2 bánh xe công tác trở lên.
Cột áp do bơm tạo nên bằng tổng các cột áp do các bánh xe công tác tạo ra. - Phân loại theo cách dẫn chất lỏng váo bánh xe công tác: + Bơm nước vào một phía (máy bơm có bánh công tác hút nước một phía); + Bơm nước vào 2 phía (máy bơm có bánh công tác hút nước hai phía). - Phân loại theo vị trí trục của máy bơm: + Bơm ly tâm trục đứng; + Bơm ly tâm trục ngang. - Phân loại theo phạm vi làm việc: + Máy bơm ly tâm chính: Được lắp đặt trong các trạm cấp - thoát nước chính và thường đặt đặt cố định với áp suất cao, lưu lượng lớn; + Máy bơm ly tâm phụ: Thường là loại bơm có áp suất thấp, lưu lượng nhỏ và dùng di động để cấp thoát nước nước cho các gương lò hay các khu vực nhỏ của mỏ.
- Phân loại theo mục đích sử dụng: + Bơm nước sạch; + Bơm nước bẩn, nước thải; + Bơm hóa chất; + Bơm bùn đất, cát… 8 Bảng 1-1. Ký hiệu tên và ý nghĩa của một số máy bơm ly tâm TT KÝ HIỆU TÊN BƠM VÀ Ý NGHĨA VÍ DỤ Bơm nước: LT AB – XY (LT – Kiểu bơm ly tâm; AB – Lưu lượng 1. của máy bơm, m3/h; XY – cột áp của máy bơm, mH20) Bơm dung dịch hóa chất: LTH AB – XY 2. (LT – Kiểu bơm ly tâm; H – hóa chất; AB – Lưu lượng của máy bơm, m3/h; XY – cột áp của máy bơm, mH20) Bơm chất sệt (nước+bùn cát): LTS AB – XY 3.
(LT – Kiểu bơm ly tâm; S – chất sệt bùn cát với nước; AB – Lưu lượng của máy bơm, m3/h; XY – cột áp của máy bơm, mH20) Bơm ly tâm nhiều cấp trục ngang: LTC AB – D × EF 4. (LT – Kiểu bơm ly tâm; C – nhiều cấp; AB – Lưu lượng của máy bơm, m3/h; D – cột áp của một cấp bơm, mH20); EF – Số cấp của bơm) Bơm ly tâm nhiều cấp trục đứng: LTCĐ AB – D × EF 5. (LT – Kiểu bơm ly tâm; C – nhiều cấp; Đ – bơm trục đứng; AB – Lưu lượng của máy bơm, m3/h; D – cột áp của một cấp bơm, mH20); EF – Số cấp của bơm) Bơm ly tâm hút hai phía: LT2 – AB – XY 6. (LT – Kiểu bơm ly tâm; 2 – hút hai phía; AB – Lưu lượng của máy bơm, m3/h; XY – cột áp của máy bơm, mH20) Bơm giếng sâu: LTG – AB – XY/DE (LTG – Kiểu bơm ly tâm trục ngang dùng 7.