Zalo QR
Zalo QR
5.2. Phương pháp xác định các hệ số hiệu chỉnh
Các hệ số hiệu chỉnh có thể được xác định bằng thực nghiệm từ ngân hàng dữ liệu đo đạc về các loại bơm khác nhau với nước và chất lỏng với nhiều độ nhớt khác nhau hoặc có thể xác định từ một mô hình vật lý dựa trên phương pháp phân tích tổn thất năng lượng trong bơm. Các ví dụ về phương pháp phân tích tổn thất được cho trong Thư mục tài liệu tham khảo [7], [8], [9], [10] và [18].
Với số liệu hạn chế, phương pháp phân tích thực nghiệm và phương pháp phân tích tổn thất đưa ra các hàm hiệu chỉnh cột áp có chính xác tương đương nhau. Tuy nhiên, phương pháp phân tích tổn thất là đảm bảo được độ chính xác hơn trong việc xác định công suất yêu cầu để bơm chất lỏng nhớt. Đồng thời phương pháp này cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế đến độ nhớt và tối ưu hóa việc lựa chọn bơm cũng như các đặc tính trong quá trình vận hành bơm với chất lỏng độ nhớt cao.
Cơ sở lý thuyết về nguyên lý của phương pháp phân tích tổn thất được nêu trong Điều 7. Việc sử dụng các phương pháp này cần nhiều thông số về kích thước của bơm, mà những thông số này thường sẽ được cung cấp cho người sử dụng. Khi những thông số này càng chi tiết, thì việc phân tích tổn thất đưa ra những đánh giá về tính năng của bơm với chất lỏng nhớt càng chính xác hơn.
Phương pháp này kết nối được các số liệu thực nghiệm tốt hơn phương pháp HI cũ đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong nhiều năm. Sai lệch tiêu chuẩn đối với hệ số hiệu chỉnh cột áp CH là 0,1. Công suất nhớt tính toán Pvis có sai lệch tiêu chuẩn là 0,15.
6. Cơ sở lý thuyết
6.1. Phạm vi
Trong phần này giải thích cơ sở lý thuyết của các phương pháp phân tích tổn thất. Ngoài ra còn đưa ra phương pháp phân tích đánh giá NPSHR khi bơm làm việc với chất lỏng nhớt. Đây là phương pháp không sử dụng các số liệu thử nghiệm đã biết.
6.2. Cân bằng và tổn thất công suất
Phương trình cân bằng công suất của một bơm không tuần hoàn được nêu trong công thức (2), công thức này được áp dụng khi bơm nước cũng như bơm chất lỏng nhớt.
Trong công thức này (P) là công suất đầu vào tại khớp nối của bơm; (hvol) là hiệu suất thể tích; (hh) là hiệu suất thủy lực; (PRR) là tổng tổn thất do ma sát giữa bánh công tác với vỏ bơm và trống hoặc đĩa cân bằng áp lực hướng trục, nếu có, và (Pm) là tổng tổn thất cơ khí ở các ổ đỡ hướng trục và hướng kính và các bộ phận làm kín trục.
Khi độ nhớt của chất lỏng được bơm tăng lên, thì số Reynolds giảm, làm cho các hệ số ma sát trong các đường dẫn thủy lực của bơm tăng giống như xảy ra đối với dòng chảy trong đường ống. Độ nhớt tăng lên sẽ ảnh hưởng đến tổn thất bơm như sau:
Tổn thất cơ khí, Pm hoàn toàn độc lập với độ nhớt của chất lỏng được bơm.
Tổn thất thủy lực tương tự như tổn thất do ma sát đường ống xuất hiện ở đường hút, ở bánh công tác, ở các phần dẫn hướng trên đường đẩy của bơm. Trong lý thuyết cơ bản về bơm rô to động lực, cột áp có ích (H) là hiệu số của cột áp lý thuyết ở bánh công tác (Hth) trừ đi tổn thất thủy lực (Hl). Theo Thư mục tài liệu tham khảo [9], [10] và [18], hệ số lệch dòng hoặc trượt dòng của bánh công tác nói chung không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi độ nhớt do đó cột áp lý thuyết (Hth) không bị ảnh hưởng. Như vậy tổn thất cột áp giảm do độ nhớt phụ thuộc trước hết tổn thất thủy lực của dòng chảy nhớt.
Tổn thất thủy lực bao gồm tổn thất do ma sát, là một hàm của số Reynolds (kích thước bơm, tốc độ rô to và ảnh hưởng của độ nhớt), độ nhám bề mặt của đường dẫn thủy lực, và tổn thất hòa trộn khi mô men dòng chảy biến đổi do phân bố vận tốc không đều. Sự phân bố vận tốc không đều như vậy hoặc tổn thất hỗn hợp là do tác động của công chuyển từ cánh dẫn, giảm tốc của chất lỏng, góc tới giữa dòng chất lỏng và cánh dẫn và thậm chí là chia cắt cục bộ dòng chảy.
Tổn thất thể tích do sự rò rỉ chất lỏng chảy qua khe hở giữa rô to và thân của bơm. Mức độ rò rỉ sẽ giảm xuống độ nhớt tăng lên, bởi vì khi đó hệ số ma sát ở các khe hở tăng lên còn hệ số Reynolds giảm xuống. Như vậy lưu lượng đi qua bơm sẽ tăng lên, từ đó làm tăng cột áp. Mức độ rò rỉ giảm đi sẽ làm thay đổi đường cong H-Q từ đó sẽ bù lại một số tổn thất thủy lực đã nêu ở trên. Ảnh hưởng này có tác dụng tốt đối với loại bơm nhỏ có tốc độ thấp với khe hở tương đối lớn khi bơm chất lỏng có độ nhớt động học dưới 100 cSt. Điều này có thể là lý do tại sao với mức độ tăng độ nhớt vừa phải sẽ không có ảnh hưởng nhiều đến cột áp. Trên thực tế, đôi khi có thể nhận thấy sự cải thiện một chút của cột áp khi độ nhớt tăng. Ví dụ, xem Thư mục tài liệu tham khảo [23].
Thông tin trong Thư mục tài liệu tham khảo [25] đã được sử dụng để tính toán thành công mức độ rò rỉ chất lỏng đi qua khe hở dọc trục.
Tổn thất do ma sát đĩa là một loại tổn thất ma sát khác xảy ra ở mọi bề mặt ướt quay trong bơm. Các tổn thất công suất liên quan (PRR) ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của bơm khi bơm chất lỏng nhớt. Các tổn thất do ma sát đĩa sinh ra chủ yếu ở trên bề mặt các bánh công tác của kiểu bánh công tác kín và các chi tiết dùng để cân bằng áp lực hướng trục. Tổn thất tăng lên khi giảm số Reynolds hoặc tăng độ nhớt; tổn thất này có thể được tính từ các sách giáo khoa tiêu chuẩn. Các số liệu hiện tại được cho trong Thư mục tài liệu tham khảo [8].
Có thể lấy các thông tin hữu ích để tính toán tổn thất do ma sát đĩa và trống ma sát cho kết quả khá tương quan với các kết quả thực nghiệm, trong Thư mục tài liệu tham khảo [25], [26] và [27].
Lớp chất lỏng bám lại trên bề mặt bánh công tác cũng góp thêm một năng lượng hữu ích cho chất lỏng được bơm. Ảnh hưởng này có tác dụng bù đắp lại một số loại tổn thất thủy lực trình bày ở trên và cũng là nguyên nhân giải thích tại sao với độ nhớt vừa phải mà cột áp vẫn tăng lên trong một số trường hợp.
Tổn thất ma sát đĩa có ảnh hưởng lớn đến công suất tiêu thụ của bơm khi bơm chất lỏng nhớt. Ảnh hưởng của đường kính bánh công tác (d2), số vòng quay (N), số vòng quay đặc trưng (ns) và hệ số cột áp (y) thể hiện trong công thức (3).
Ảnh hưởng của độ nhớt lên hiệu suất thể hiện trên Hình 2 trong đó thể hiện quan hệ giữa tỷ số tổn thất ma sát đĩa (PRR) và công suất hữu ích (Pu) theo độ nhớt, với các thông số số vòng quay đặc trưng ns khác nhau. Trong trường hợp cụ thể này, tổn thất ma sát đĩa tăng lên khoảng 30 lần khi độ nhớt tăng lên từ 10-6 đến 3 x 10-3 m2/s (1 đến 3 000 cSt). Với độ nhớt 3 000 cSt, công suất ma sát đĩa lớn gấp gần 10 lần công suất hữu ích đối với số vòng quay đặc trưng ns = 10 (Ns = 500) và bằng 50 % của Pu khi ns = 45 (Ns = 2 300).
CHÚ DẪN:
X Độ nhớt động học m2/s
Y PRR/Pu
1 ns = 10 (Ns = 500)
2 ns = 20 (Ns = 1 000)
3 ns = 45 (Ns = 2 300)
Hình 2 - Tỷ số giữa tổn thất do ma sát đĩa và công suất hữu ích
(Thư mục tài liệu tham khảo [7] và [8])
Khi chỉ xem xét tới ảnh hưởng của tổn thất do ma sát đĩa đến hiệu suất, thì có thể lấy hệ số Ch-RR theo đồ thị trên Hình 3. Đồ thị này cho thấy hiệu suất khi bơm chất lỏng nhớt phụ thuộc rất lớn vào số vòng quay đặc trưng khi chỉ xét tới ảnh hưởng của ma sát đĩa. Công suất tiêu thụ cũng bị ảnh hưởng tương tự.
Ảnh hưởng của nhiệt: Mọi tổn thất công suất đã loại trừ tổn thất cơ khí ngoài bơm, bị tiêu tán dưới dạng nhiệt độ cung cấp cho chất lỏng. Điều này làm tăng nhiệt độ cục bộ và làm giảm độ nhớt của chất lỏng so với độ nhớt khối ở nhiệt độ cửa hút của bơm. Sự tăng nhiệt cục bộ do ứng suất trượt cao chủ yếu ảnh hưởng tới tổn thất ma sát đĩa và hiệu suất thể tích. Với độ nhớt cao hơn khoảng 1 000 cSt, thì ảnh hưởng của tăng nhiệt cục bộ của chất lỏng là đáng kể, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng không dễ dàng định lượng được.
Đường đặc tính công suất P = f(Q): Bởi vì cột áp lý thuyết và tổn thất cơ khí ít bị ảnh hưởng bởi độ nhớt, nên việc tăng công suất tiêu thụ khi bơm chất lỏng nhớt phần lớn là do tổn thất ma sát đĩa. Do đó, đường đặc tính công suất bơm chất lỏng nhớt Pvis = f (Q), bị dịch chuyển tương đối so với công suất khi bơm nước, Pw = f (Q), một giá trị hằng số bằng với độ tăng của tổn thất ma sát đĩa, ngoại trừ tại lưu lượng thấp như trên Hình 1.
Cột áp hút thực được yêu cầu (NPSHR) chịu ảnh hưởng bởi phân bố áp suất ở gần mép vào các cánh của bánh công tác. Phân bố áp suất này phụ thuộc vào số Reynolds và tổn thất thủy lực giữa mặt bích miệng hút bơm và đầu vào bánh công tác. Những tổn thất này tăng lên khi tăng độ nhớt và sẽ ảnh hưởng tới NPSHR. Các yếu tố khác ảnh hưởng tới NPSHR là đặc tính nhiệt động lực học của chất lỏng và sự xâm nhập hoặc khuếch tán bọt khí trong chất lỏng. Tác động qua lại giữa các yếu tố này được nêu trong 6.3. Một phương pháp xác định NPSHR đối với chất lỏng nhớt dựa trên các phân tích cũng được nêu trong 6.3.
CHÚ DẪN:
X Độ nhớt động học m2/s
Y Ch-RR
1 ns = 45 (NS = 2 300)
2 ns = 20 (NS = 1 000)
3 ns = 10 (NS = 500)
Hình 3 - Ảnh hưởng của tổn thất do ma sát đĩa đến hệ số hiệu chỉnh độ nhớt cho hiệu suất
(Xem Thư mục tài liệu tham khảo [7] và [8])
Ảnh hưởng của độ nhớt đến tổn thất áp suất ở miệng ống hút và từ đó lên NPSHA cũng phải được xem xét.
Xem lại: Bơm ly tâm vận chuyển chất lỏng nhớt - Hiệu chỉnh tính năng - Phần 1
Xem tiếp: Bơm ly tâm vận chuyển chất lỏng nhớt - Hiệu chỉnh tính năng - Phần 3
