Nguyên lý làm việc của bơm hướng trục

Chúng ta đã nghiên cứu dòng chảy trong bơm hướng trục ( Hình 2 - 8 ) . Mỗi dòng nguyên tố của chất lỏng sẽ dịch chuyển theo mặt hình trụ có trục là trục máy bơm. Trong bơm hướng trục không có chuyển động chất lỏng theo phương bán kính ở bất kỳ mặt cắt ngang nào của BXCT và cơ cấu hướng dòng, nghĩa là không có lực li tâm. Đặc trưng này là gần đúng có thê, nếu cột nước dọc theo bán kính ở bất kỳ mặt cắt ngang nào ở trên là không đổi, tuy nhiên do tính phức tạp của dòng chảy nên thực tế có khác so với mô hình đặc trưng đã mô tả. Cánh BXCT 3 truyền mô men quay cho chất lỏng làm cho dòng chất lỏng ngoài chuyển động tịnh tiến dọc trục còn có chuyển động quay so với trục trong đoạn từ cửa vào BXCT đến cửa vào cơ cấu hướng. Cơ cấu hướng dòng 5 có tác dụng biến chuyển động quay của chất lỏng trở lại chuyển động tịnh tiến dọc trục.

là dùng nguyên lý cánh nâng, thường được trong thiết kế cánh máy bay. Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm hướng trục ( H 3 - 6 ):

Hình 3 - 6, b thể hiện khai triển mặt cắt hình trụ đi qua mặt cắt A-A của BXCT, dãy dưới là biên dạng cánh bơm còn dãy trên là biên dạng cánh hướng dòng có hướng ngược nhau. Tam giác tốc độ cửa vào là C1→=W1→+U1→ size 12{ { size 24{ {C} rSub { size 10{1} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } `=` { size 24{ {W} rSub { size 10{1} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } `+` { size 24{ {U} rSub { size 10{1} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } } {} , ở cửa ra BXCT là C2→=W2→+U2→ size 12{ { size 24{ {C} rSub { size 10{2} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } `=` { size 24{ {W} rSub { size 10{2} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } `+` { size 24{ {U} rSub { size 10{2} } } } cSup { size 8{ rightarrow } } } {}.

Khi BXCT quay dưới tác dụng của mô men quay nước sẽ được hút lên và đẩy lên qua cơ cấu hướng dòng ( cánh tĩnh ). Cơ cấu hướng dòng có tác dụng biến động năng của chất lỏng khi rời BXCT thành thế năng.

a) Nguyên lý cấu tạo bơm hướng trục; b) Khai triễn mặt trụ qua A-A và tam giác tốc độ cửa vào, cửa ra.

1- bánh xe công tác; 2- cơ cấu hướng dòng; 3 - trục; 4- vỏ bơm .

Sơ đồ dòng chảy qua mặt trụ cánh.

Dựa vào sự phân tích tam giác tốc độ cửa vào và cửa ra BXCT và áp dụng định luật biến thiên mô men động lượng ta có thể thành lập được phương trình cơ bản của bơm hướng trục. Tuy nhiên phương trình Euler ( 3 - 1 ) như đã nhận xét ở phần trước vẫn đúng cho mọi bơm cánh quạt, do vậy ta áp dụng nó trực tiếp cho bơm hướng trục.Từ Hình 3 - 3 ta nhận thấy khi BXCT quay quanh trục thì dòng nguyên tố chuyển động từ cửa vào đến cửa ra theo vòng tròn có cùng bán kính r, nghĩa là

. Vì vậy thay vào ( 3 - 1 ) ta có phương trình cơ bản của bơm hướng trục:

H∞l=U(C2u−C1u)g size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{ infinity l} } `=` { {U` ( ` { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } ` - ` { size 24{C} } rSub { size 8{1u} } ` ) } over {g} } } {} ( 3 - 12 ).

Và cũng cũng như máy bơm li tâm, nếu chất lỏng trước khi vào BXCT không có chuyển động vòng C_1u = 0 thì cột nước của bơm lúc này sẽ là:

H∞l=U.C2ug size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{ infinity l} } `=` { {U "." ` { size 24{C} } rSub { size 8{2u} } ``} over {g} } } {} ( 3 - 13 ).

Cũng từ công thức ( 3 - 13 ) ta có nhận xét : nếu góc nghiêng của cánh quạt giữ không thay đổi theo phương bán kính thì cột nước càng xa tâm sẽ càng lớn do cùng tốc độ góc nhưng bán kính càng tăng. Xét hai mặt cắt a - a và b - b ( xem Hình 3 - 4 ) rõ ràng Hb=UbC2ubg size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{b} } `=` { { { size 24{U} } rSub { size 8{b} } { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ub"} } } over {g} } } {} > Ha=UaC2uag size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{a} } `=` { { { size 24{U} } rSub { size 8{a} } { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ua"} } } over {g} } } {}.

Hình 3 - 8.Tam giác tốc độ cửa ra BXCT và độ nghiêng cánh.

Muốn cho cột nước bằng nhau trên toàn cánh thì vì Ub>Ua size 12{ { size 24{U} } rSub { size 8{b} } `>` { size 24{U} } rSub { size 8{a} } } {}nên phải làm sao cho C2ub<C2ua size 12{ { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ub"} } `<` { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ua"} } } {} để cân bằng H_a = H_b, mặt khác do lưu lượng tại a và b bằng nhau, nghĩa là thành phần hướng trục C2ra=C2rb size 12{ { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "ra"} } `=` { size 24{C} } rSub { size 8{2 ital "rb"} } } {} ( xem tam giác tốc độ cửa ra ). Vậy ta thấy góc nghiêng cánh quạt tai chỗ ra β2a>β2b size 12{ { size 24{β} } rSub { size 8{2a} } `>` { size 24{β} } rSub { size 8{2b} } } {}. Chính vì vậy mà phải chế tạo cánh bơm hướng trục có góc nghiêng nhỏ dần từ trong ra ngoài.