Máy bơm làm việc chung với đường ống

Đường đặc tính H - Q biểu thị quan hệ giữa lưu lượng và cột nước mà bơm tạo ra, trên đường này xác định một điểm cùng làm việc giữa bơm và đường ống gọi là điểm công tác. Lấy trường hợp đơn giản nhất là một máy bơm bơm nước cho một ống đẩy có đường kính không đổi suốt chiều dài để xác định điểm công tác của tổ máy làm việc chung với đường ống. Để bơm được một lưu lượng Q từ bể hút lên bể tháo (gọi là cột nước địa hình H_đh = mực nước bể tháo - mực nước bể hút ), máy bơm còn cần phải sàn ra thêm cột nước h khắc phục tổn thất thủy lực đường dài ( hI) và tổn thất cục bộ (hcb) trên đường ống hút và ống đẩy. Như vậy cột nước mà bơm cần tạo ra là H:

Trong hai công thức trên: λ size 12{λ} {}: hệ số ma sát; l: chiều dài ống; d: đường kính trong của ống; v: vận tốc trung bình trong ống ; A: sức kháng đơn vị của ống ; ∑ξ size 12{ Sum {ξ} } {}: tổng hệ số sức kháng cục bộ. Nếu gọi dh, dd tương ứng là đường kính trong của ống hút và ống đẩy, các hệ số ghi chỉ số h, d tương ứng với ống hút và ống đẩy thì ta có tổng tổn thất chung cho cho cả đường ống là:

Thay các giá trị trên ta có cột nước H là:

Đường cong mô tả theo công thức ( 6 - 1 ) gọi là đường đặc tính ống, còn điểm giao của nó với đường đặc tính của máy bơm H - Q gọi là điểm công tác. Đường đặc tính đường ống 1 ( Hình 6 - 1,a ) ứng với cột nước địa hình H_đh > 0; đường đặc tính ống 2, 3 có sức cản thủy lực nhỏ hơn đường 1; đường đặc tính ống 4 ứng với H_đh = 0, đường 5 ứng với H_đh < 0. Rõ ràng là khi có cùng cột nước địa hình H_đh nhưng nếu tăng sức cản thủy lực sẽ dẫn đến giảm lưu lượng Q và tăng cột nước H ( đường 1 ... 3 ): Q₃ > Q₂ > Q₁ và H₃ < H₂ < H₁. Khi giảm cột nước địa hình sẽ làm tăng lưu lượng ( đường 2, 4, 5 ) :

Q₂ < Q₄ < Q₅; H₂ > H₄ > H₅.

Với những giá trị cột nước H_đh khác nhau , muốn xác định các điểm công tác cần phải tiến hành vẽ những đường đặc tính ống H_ô - Q tương ứng, vẽ như vậy sẽ gây phức tạp. Bởi vậy, trên thực tế để đơn giản người ta lấy tung độ của đường đặc tính H - Q trừ đi tổn thất đường ống h = S Q2 size 12{Q rSup { size 8{2} } } {}ta được đường địa hình H_đh - Q ( đường 6 ). Như vậy khi

biết cột nước địa hình H_đh ta kẻ đường ngang qua nó cắt đường 6, tìm được lưu lượng bơm Q và cột nước H của bơm.

a) 1 ... 5 - các đường H_ô - Q; 6 - đường H_đh - Q; 7 - đường H - Q.

b) Các đường đặc tính của bơm ( 1, 2 ); của đường ống ( 3 ).

Chúng ta xét thêm độ dốc của đường đặc tính H - Q có ảnh hưởng thế nào đến sự làm việc kết lợp giữa máy bơm và đường ống. Trên (Hình 6 - 1,b) đưa ra hai đường đặc tính có độ dốc khác nhau: đường 1 thoải, đường 2 dốc. Điểm công tác A trùng chung cho hai đường . Giả sử ta cần thay đổi lưu lượng bơm một trị số ΔQ, từ Q_B đến Q_C. Việc tăng hoặc giảm lưu lượng trong phạm vi này không ảnh hưởng nhiều đối với cột nước của máy bơm có đường H - Q thoải ( B - B₁ và C - C₁­ ), nhưng lại có ảnh hưởng lớn đối với máy bơm có đường đặc tính dốc ( B - B₂ và C - C₂ ). Trong trường hợp đã nêu, máy bơm có đặc tính thoải thích hợp hơn. Ta lại nghiên cứu trường hợp cột nước của máy bơm cần thay đổi một lượng ΔH, từ H_D đến H_E. Sự giao động này của cột nước dẫn đến thay đổi lớn về lưu lượng đối với máy bơm có đặc tính thoải ( D - D₁ và E - E₁ ) còn đặc tính dốc thì ít thay đổi ( D - D₂ và E - E₂ ). Trường hợp này bơm có đặc tính dốc lại thích hợp hơn.

Điểm công tác của máy bơm là giao điểm giữa đường đặc tính máy bơm H - Q và đường đặc tính đường ống H_ô - Q. Do vậy có thể điều chỉnh 2 đường nầy để đạt được điểm công tác mới thỏa mãn được lưu lượng cho trước và cột nước cần bơm .Mặc khác trong quá trình vận hành trạm bơm, đôi khi cũng cần thay đổi lưu lượng hoặc giữ nguyên lưu lượng nhưng thay đổi cột nước địa hình cần bơm. Trong những trường hợp này cần phải điều chỉnh điểm công tác của bơm.

Một trong những biện pháp điều chỉnh sự làm việc của bơm là làm tăng sức cản, nghĩa là thay đổi độ mở của các van hoặc các thiết bị chuyên dùng trên ống đẩy. Biện pháp điều chỉnh này, nói chính xác hơn là biện pháp về lượng. Ở chế độ làm việc định mức, máy bơm cung cấp lưu lượng Q_A với cột nước H_A ( xem Hình 6 - 2,a ). Để tăng lưu lượng lên Q_B, cần mở thêm cửa van trên ống đẩy đến độ mở cần thiết nào đó để tổn thất cột nước tăng thêm một đoạn h_B từ H_B1 đến H_B. Công suất hữu ích của máy bơm N_hi = γ size 12{γ} {}.Q_BH_B1 , công suất ở trục bơm là N = γ size 12{γ} {}.Q_BH_B / η size 12{η} {}_B = γ size 12{γ} {}.Q_B( H_B1+ h_B ) / η size 12{η} {}_B. Hiệu suất của bơm là η size 12{η} {} = H_B1η size 12{η} {}_B / (H_B1+ h_B ), nghĩa là hiệu suất của bơm sẽ giảm khi tổn thất h_B tăng. Khi lưu lượng tiếp tục giảm, ví dụ xuống Q_C, tổn thất trong cửa van tăng đến trị số h_C thì hiệu suất của bơm càng nhỏ: η size 12{η} {} = H_C1η size 12{η} {}_C / (H_C1+ h_C ).

a) Thay đổi độ mở của van trên ống đẩy; b) Thay đổi vòng quay của bơm.

Như vậy rõ ràng rằng phương pháp điều chỉnh về lượng mặc dầu rất đơn giản, dễ làm lại có nhược điểm lớn là làm giảm hiệu suất của bơm, phải tăng công suất tiêu thụ để khắc phục tổn thất cột nước tăng thêm qua van. Do vậy biện pháp điều chỉnh này sử dụng có lợi chỉ với bơm li tâm nhỏ. Đối với máy bơm hướng trục, khi lưu lượng giảm thì công suất tăng , nếu dùng biện pháp điều chỉnh này sẽ có thể gây quá tải động cơ. Do vậy không nên dùng van để điều chỉnh mà luôn mở toàn bộ ống đẩy khi làm việc, chỉ đóng toàn bộ ống khi có sự cố hoặc sữa chữa.

Điểm công tác của máy bơm còn có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi vòng quay của động cơ truyền động bơm. Để vẽ lại đường đặc tính của bơm từ vòng quay n sang n₁ ta dùng các công thức đồng dạng, như đã làm ở chường IV. Từ Hình ( 6 - 2,b ), ta giả sử máy bơm đang làm việc tại điểm công tác C ( Q_C, H_C ), cần chuyển sang làm việc với lưu lượng Q_A­, cột nước H_A ứng với vòng quay n₁.Ta cần xác định trị số vòng quay n₁ và vẽ lại đường H₁ - Q₁ - n₁, bằng cách sau: có H_A, Q_A ta lập tỷ số a = H_A / Q_A² lập và vẽ parabol H = aQ² đi qua A và gốc tọa độ ( Hình 6 - 2, b ), cắt đường H - Q tại điểm B ( Q_B, H_B ), vì

nên tính được n1=in.n, sau đó vẽ đường H₁ - Q₁ như đã biết ở chương V. Trong vận hành chỉ cho đổi n trong phậm vi nhỏ, nhìn hình vẽ ta thấy: sự khác biệt hiệu suất η size 12{η} {}_A, η size 12{η} {}_B,η size 12{η} {}_C ... không đáng kể, do vậy biện pháp điều chỉnh điểm công tác bằng cách thay đổi vòng quay có hiệu quả lớn hơn biện pháp dùng van trên ống đẩy . Tuy nhiên hạn chế phổ biến của biện pháp này là phần lớn dùng động cơ

điện xoay chiều để truyền động máy bơm ( động cơ đồng bộ và dị bộ ), nhưng ngày nay chỉ mới thay đổi được vòng quay đối với động cơ dị bộ rô to dây quấn và động cơ có điều chỉnh vòng quay rất đắt tiền.

Người ta còn có thể điều chỉnh vòng quay máy bơm bằng khớp nối thủy lực hoặc khớp nối điện từ, hiệu quả và có nhiều ưu điểm. Đối với bơm hướng trục và hướng chéo cánh quay, khi quay góc đặt của cánh BXCT cũng điều chỉnh rất hiệu quả điểm công tác của máy bơm ( Xem cụ thể ở chương IX ).