0.3 Đặc tính của bơm cánh quạt, nguyên lý làm việc của máy bơm li

ĐẶC TÍNH CỦA BƠM CÁNH QUẠT.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM LI TÂM.

Nguyên lý làm việc của bơm li tâm.

Khi động cơ quay truyền mô men quay làm quay BXCT của máy bơm, cánh bơm truyền năng lượng cho chất lỏng đẩy chất lỏng dịch chuyển. Vậy ta hãy lấy một mẫu điểm chất lỏng M để nghiên cứu , xem Hình 3 - 1:

Hình 3 - 1.

Chất điểm M được xét ở cách tâm quay một đoạn r, vậy mẫu M có kích thước là b.dr.rd và khối lượng dm = .b.rd.dr. Khi BXCT quay với tốc độ góc  sẽ sinh lực li tâm dF = dm.2r. Chia dF cho diện tích b.rd ta được lực li tâm đơn vị $\text{dp}=\frac{\text{dF}}{\text{brd}j}$ = .2. r.dr. Vậy áp suất chênh lệch giữa cửa ra và cửa vào BXCT sẽ là:

$\mathrm{DP}=P_2-P_1=\underset{r_1}{\overset{r_2}{\int }}\text{dp}=\underset{r_1}{\overset{r_2}{\int }}\frac{\text{dF}}{\text{brd}j}=\underset{r_1}{\overset{r_2}{\int }}{w}^2\rho \text{rdr}=\rho w^2\underset{r_1}{\overset{r^2}{\int }}\text{rdr}=\rho \frac{w^2(r_2^2-r_1^2)}{2}$ ; ( 3 - 1 )

Từ công thức ( 3 - 1 ) ta rút ra nhận xét:

- Chênh lệch áp lực giữa cửa ra và cửa vào P tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ góc và đường kính cửa ra D2, tỷ lệ nghịch với đường kính cửa vào D1 của BXCT. Do vậy, tăng vòng̣ quay của bơm ( n ) hoặc tăng đường kính cửa ra, giảm đường kính cửa vào sẽ tăng được áp lực chất lỏng cần bơm;

- Do ngoại vi BXCT không bị bịt kín nên áp lực ở ngoại vi nhỏ hơn áp lực cửa ra P2 do vậy nước sẽ văng ra khỏi BXCT để vào ống đẩy. Đó cũng chính là nguyên lí làm việc của bơm li tâm là nhờ tạo ra lực li tâm khi BXCT quay để bơm nước.

- Ngoài những nhận xét trên ta còn nhận thấy: P còn phụ thuộc vào khối lượng riêng  của lưu chất. Ở điều kiện chuẩn, khối lượng riêng của không khí chỉ bằng $\frac{1}{\text{830}}$ khối lượng riêng của nước, vì vậy để bơm được nước thì trước khi chạy máy bơm cần phải đổ đầy nước trong buồng công tác của máy bơm ( mồi nước ).

Thành lập phương trình cơ bản của máy bơm li tâm

Quan sát sự chuyển động của chất lỏng trong BXCT ta thấy chất lỏng vào cửa vào theo hướng song song với trục bơm và đi ra theo hướng thắng góc với trục ( Hình 3 -2 ).

Chất lỏng trong BXCT chuyển động theo không gian phức tạp: vừa quay theo BXCT với vận tốc theo $\overrightarrow{U}$ vừa chuyển động tương đối theo khe cánh với vận tốc tương đối $\overrightarrow{W}$ .

Hình 3 - 2. Dạng cánh và tam giác tốc độ.

Tổng hợp hai thành phần vận tốc này lại chúng ta có vận tốc tuyệt đối $\overrightarrow{C}$ = $\overrightarrow{U}+\overrightarrow{W}$ , biểu diễn chúng thành một tam giác khép kín gọi là " tam giác tốc độ ". Ở cửa vào ta ký hiệu các thành phần với chỉ số 1, ở cửa ra kí hiệu chỉ số 2.

Các thành phần vận tốc hướng kính : C1r = C1sin 1 và C2r = C2sin2;

Các hình chiếu vận tốc lên vận tốc theo: C1u = C1cos1 và C2u = C2cos2.

Việc thành lập phương trình cơ bản của máy bơm li tâm với chuyển động không gian phức tạp của dòng chảy là rất khó thực hiện, do vậy viện sỹ Nga Euler đã đưa ra một số giả thiết sau đây cho dễ thiết lập:

- Coi dòng chảy trong khe cánh quạt là tập hợp nhiều dòng nguyên tố hợp thành. Từ đó suy ra: quỹ đạo của chất điểm dòng chảy sẽ song song tuyệt đối với hình cong cánh quạt, tốc độ tương đối của chất điểm dòng chảy sẽ tiếp tuyến với cánh quạt và có cùng giá trị khi chúng cùng nằm trên một vòng tròn đồng tâm, dòng chảy sẽ là dòng đối xứng qua trục bơm.