Chương 1: Tổng quan về hệ thống bơm Chương 2: Tổng quan về PLC và biến tần Chương 3: Thiết kế mô hình hệ thống. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM 1.TỔNG QUAN VỀ BƠM 1. Khái niệm về bơm Bơm là loại máy thủy lực được sử dụng để vận chuyển chất lỏng (nước, dầu, hóa chất…) từ nơi thấp lên nơi cao hoặc từ nơi này đến nơi khác. Chất lỏng được dịch chuyển trong đường ống nên tại đầu đường ống phải được gia tăng áp lực để thắng các trở lực và hiệu áp suất ở hai đầu đường ống.
Năng lượng cấp cho chất lỏng thường được lấy từ nhiều nguồn khác nhau như: Máy nổ, máy hơi nước… Tuy nhhiên trong các trạm nhiều bơm hiện nay động năng cấp cho các bơm được lấy từ động cơ điện, việc này cho phép các bơm làm việc trong nhiều chế độ khác nhau và đơn giản hơn cho người công nhân vậnhành. Điều kiện làm việc của các bơm rất khác nhau: Trong nhà, ngoài trời, độ ẩm cao, nhiệt độ cao… Do vậy, tùy theo yêu cầu mà vật liệu chế tạo các bơm và cơ cấu truyền động phải chống chịu được với môitrường làm việc. Ngày nay bơm được sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt và các ngành công nghiệp vì nhiệm vụ quan trọng của nó. Hiện nay nhiều nhà máy xí nghiệp coi bơm là phụ tải số 1, nếu hệ thống này ngừng hoạt động sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế, gián đoạn hoặc ngừng sản xuất, ảnh hưởng đến năng suất và giá thành sản phẩm.
Phân loại bơm Có nhiều cách để phân loại bơm nhưng thông thường người ta dựa vào nguyên lý làm việc và cấu tạo. 2 Nếu phân loại theo nguyên lý làm việc hay cách cấp năng lượng thì phân chia thành 2 loại: Bơm thể tích: Đặc điểm của bơm này là khi làm việc thì thể tích không gian làm việc thay đổi nhờ chuyển động tịnh tiến của pittông (bơm pittông) hay nhờ chuyển động quay của rotor (bơm rotor). Do sự chuyển động của pittông và rotor làm cho thế năng và áp suất chất lỏng tăng lên nghĩa là bơm cung cấp áp năng cho chấtlỏng. Bơm động học: Trong loại bơm này chất lỏng được cấp động năng từ bơm và áp suất tăng lên.
Chất lỏng qua bơm, thu được động năng nhờ sự va đập của cách quạt (bơm ly tâm, bơm hướng trục) hay cánh bơm hoặc nhờ ma sát của tác nhân làm việc (ở bơm xoáy lốc, bơm tia, bơm chấn động, bơm vít xoắn, bơm sục khí) hoặc nhờ tác dụng của trường điện từ (bơm điện từ) hay các trường lựckhác. Nếu phân loại theo cấu tạo thì ta có thể chia thành các loại bơm sau: Bơm cánh quạt: Trong bơm này ta thường gặp bơm ly tâm và ứng dụng nhiều nhất trong bơm nước. Bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống vì chúng mang ưu điểm: Kết cấu nhỏ gọn, làm việc tin cậy, bền, cột áp của bơm cao đạt tới hàng trăm mét, hiệu suất bơm tương đối cao. Bơm pittông: Thường gặp trong hệ thống bơm dầu, bơm nước… Bơm rotor: Ứng dụng trong bơm dầu, hóa chất hoặc chất bơm ở dạng bùn… 1.
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦABƠM 1. Cấu tạo bơm Các bơm có cấu tạo rất khác nhau, dưới đây là cấu tạo của hai loại bơm thường gặp nhất là bơm ly tâm và bơm pittông: 3 Bơm ly tâm: Cấu tạo bơm ly tâm được thể hiện dưới hình vẽ 3.1 Bộ phận cánh dẫn của bơm là bộ phận quan trọng nhất của bơm, bộ phận này có ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của bơm.1: Cấu tạo bơm ly tâm 1: Bánh công tác, 2: Trục bơm, 3: Bộ phận dẫn hướng vào, 4: Bộ phận dẫn hướng ra, 5: Ống hút Bơm pittông: Sơ đồ bơm pittông có chuyển động tịnh tiến được mô tả nhưsau: 5 P P a 4 3 2 1 Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo bơm pittông 1: Pittông, 2: Xilanh, 3: Ống hút, 4: Van 1 chiều, 5: Ống đẩy 4 1. Nguyên lý hoạt động của bơm a. Nguyên lý hoạt động của bơm lytâm Với các loại bơm khác nhau thì có nguyên lý hoạt động khác nhau, dưới đây là nguyên lý hoạt động của bơm lytâm: Trước khi cho bơm hoạt động ta phải mồi nước vào buồng bơm và ống hút, nước này được giữ trong ống hút nhờ vangiữ nước 5.
Sau khi mồi nước ta tiến hành cho động cơ kéo bơm hoạt động, lúc này thông qua cơ cấu truyền động làm cánh bơm quay. Dưới tác dụng của lực ly tâm nước được đẩy ra đường ống dẫn với áp suất cao đồng thời phía ống hút lại tâm cánh quạt được tạo nên vùng áp suất bằng 0, dưới tác dụng của áp suất lớn trong bể chứa nước được đẩy qua van giữ nước và nên buồng bơm điền vào chỗ trống vùng chân không. Việc này được diễn ra liên tục cánh quạt bơm quay đẩy nước ra ngoài và dòng nước trong bể lại được hút lên liên tục trong suốt thời gian bơm nước.3 Nguyên lý làm việc của bơm ly tâm 1: Động cơ kéo bơm, 2: Van khóa 1 chiều, 3: Bể chứa, 4: Bể hút 5: Van giữnước 5 Trong trường hợp cần bơm nước lên cao, người ta thường bố trí thêm van 1 chiều đặt ở đầu đường ống đẩy lên, để phân chia áp lực và giảm bớt áp lực của cột nước tác dụng lên cánhbơm. Khi cần bơm nước lên quá cao, bơm ly tâm được ghép nhiều tầng, các cánh quạt được mắc nối tiếp trong bơm.
Với lọại bơm này tạo cột áp của bơm lớn tùy thuộc vào số tầng ghép. Nguyên lý hoạt động của bơm pittông: Từ hình 3.2 ta thấy nguyên lý họat động của bơm pittông như sau: Khi pittông 1 sang trái, thể tích buồng làm việc a tăng lên, áp suất ở đây giảm điều này làm cho chất lỏng từ ống hút 3 qua van một chiều 4 vào xi lanh 2. Khi pittông 1 sang phải dưới áp lực P của pittông chất lỏng trong xilanh bị nén với áp suất P qua van một chiều 6 vào ống đẩy 5. Phần thể tích buồng làm việc thay đổi để hút và đẩy chất lỏng gọi là thể tích làm việc.
Đặc tính làm việc của các bơm: Bơm ly tâm:Đường đặc tính của bơm là đường thể hiện mối quan hệ cột áp H và lưu lượng Q. Hàm biểu diễn mối quan hệ của chúng sẽ là H = H(Q) hoặc Q =Q(H).4 Đặc tính bơm ly tâm 6 Nhận xét đặc tính N(Q) ta thấy: Công suất N có trị số cực tiểu khi lưu lượng bằng 0. Lúc này động cơ truyền động mở máy đễ dàng. Do đó động cơ tác hợp lí khi mở máy là khoá van trên ống đẩy để cho Q = 0.
Sau 1 hay 2 phút thì mở van ngay để tránh bơm và chất lỏng bị quá nóng do công suất động cơ chuyển hoàn toàn thành nhiệt năng. Hơn nữa, lúc mở máy, dòng động cơ lại lớn nên Q ≠ 0 sẽ làm dòng khởi động quá lớn có thể gây nguyhiểm cho động cơđiện. Bơm pittông: Đường đặc tính của bơm pittông được thể hiện dưới hình vẽ sau: Q N N Q 0 H Hình 1.5 Đường đặc tính bơm pittông Từ đường đặc tính ta thấy rằng, với cùng 1 cột áp H, lưu lượng bơm khác nhau thì công suất bơm , do đó công suất động cơ cũng khác nhau. Đặc điểm nổi bật của bơm pittông là lưu lượng bị dao động.
Qua đó ta thấy sự không ổn định của chuyển động chất lỏng trong bơm pittông. Sự dao động của lưu lượng gây ra nhiều bất lợi vì áp suất chất lỏng cũng bị dao động với biên độ lớn hơn biên độ dao động lưu lượng. Điều này liên quan tới động cơ kéo bơm vì mômen tải luôn biến động. Khắc phục hiện tượng này về bơm người ta có thể hoặc dùng bình khí điều hoà (bơm nước) hoặc dùng bơm tác dụng kép hoặc dùng bơm nhiều 7 xilanh.
Đối với động cơ, mômen sẽ đều hơn trong trường hợp bơm pittông dùng nhiều xilanh. SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CÁC PHẦN TỬ QUAN TRỌNG CỦA BƠM 1. sơ đồ và phần tử quan trọng trong hệ thống bơm Bơm bao giờ cũng làm việc trong một hệ thống đường ống, để hiểu rõ hơn về hệ thống bơm ta đi tìm hiểu sơ đồ thiết bị của bơm trong hệ thống đơn giản.6 Sơ đồ thiết bị của hệ thống bơm đơngiản Như trên hình 3.6 máy bơm phải được kéo bằng một máy lai (động cơ điện, động cơ diesel…), bộ phận này cung cấp động năng cho bơm thông qua hệ truyền động điện. Việc thay đổi chế độ làm việc của bơm được điều khiển và hiệu chỉnh tại đây.
Do vậy đây có thể coi là một bộ phận quan trọng của hệ thống bơm, nếu sử dụng động cơ điện làm máy lai thì tùy thuộc vào công suất, yêu cầu công nghệ, chế độ làm việc mà động cơ được sử dụng là đồng bộ, không đồng bộ, một chiều… Thành phần bơm 2 chứa cánh bơm (bơm ly tâm), hoặc pittông (bơm pittông). Thành phần bơm nhận động năng từ máy lai 1 để kéo cánh bơm quay (trong bơm ly tâm) và kéo pittông chuyển động tịnh tiến trong xi lanh (bơm pittông). 8 Bể hút 3 chứa chất lỏng, lượng chất lỏng trong bể hút được giám sát chặt chẽ, nếu mức nước trong bể hút cạn thì các bơm phải ngừng hoạt động (ở các hệ thống bơm mà hệ thống điều khiển tính toán đến bảo vệ bể hút cạn) hoặc các máy bơm chạy ở chế độ không tải. Nếu việc trên diễn ra sẽ gây gián đoạn sản xuất và lãng phí lớn về kinhtế.
Bể chứa 4 thường đặt ở vị trí cao so với mặt bằng mà nó cung cấp để tạo áp lực cho chất lỏng, từ bể chứa chất lỏng được phân phối đi các nơi sử dụng. Trong bể chứa phải đặt các cảm biến mức nước để điều khiển các bơm hoạt động. Nếu chất lỏng chứa trrong bể là chất dẽ cháy thì thiết bị sử dụng phải là loại đóng cắt không tiếp điểm để phòng ngừa cháy nổ, với môi trường này thường sử dụng cảm biến mức bằng tín hiệu điện dung, tần số. Nếu bể chứa là nước thì thiết bị phát hiện mức nước trong bình sử dụng là phao điện, phương pháp này điều khiển đơn giản, giảm chi phí, dễ sửa chữa thay thế.
Thiết bị phát hiện mức chất lỏng trong bình hoạt động phải tin cậy, nếu không dẫn đến điều khiển sai hệ thống. Ống đẩy có nhiệm vụ nhận chất lỏng mang áp lực từ bơm lên bể chứa. Ở hệ thống bơm hiện đại trên đường ống đẩy phải có thiết bị đo áp lực đườngống để giám sát hoạt động và an toàn cho đường ống và bơm.
