Các đặc điểm quan trọng của hệ thống bơm là gì

 Định mức của máy bơm là gì? Và điểm hoạt động tối ưu của máy bơm là gì?

Trang chủ » Những câu hỏi thường gặp » Các đặc điểm quan trọng của hệ thống bơm

Các loại hệ thống bơm ly tâm khác nhau

Có nhiều loại hệ thống bơm ly tâm. Có nhiều biến thể về điều này bao gồm tất cả các loại thiết bị có thể được kết nối với các hệ thống này không được hiển thị. Xét cho cùng, máy bơm chỉ là một thành phần duy nhất của một quy trình mặc dù là một thành phần quan trọng và sống còn. Vai trò của máy bơm là cung cấp đủ áp suất để di chuyển chất lỏng qua hệ thống với tốc độ dòng chảy mong muốn.

Áp suất, ma sát và lưu lượng là ba đặc tính quan trọng của hệ thống bơm.

Áp suất là động lực gây ra chuyển động của chất lỏng. Lực ma sát là lực làm chậm các hạt chất lỏng. Tốc độ dòng chảy là lượng thể tích được dịch chuyển trên một đơn vị thời gian. Đơn vị lưu lượng ở Bắc Mỹ, ít nhất là trong ngành công nghiệp máy bơm, là US gallon trên phút, USgpm. Từ bây giờ tôi sẽ chỉ sử dụng gallon trên phút hoặc gpm. Trong hệ mét, lưu lượng tính bằng lít trên giây (L / s) hoặc mét khối trên giờ (m3 / h). 

Áp suất bơm thường được biểu thị bằng pound trên inch vuông (psi) trong hệ thống Imperial và kiloPascal (kPa) trong hệ mét.

Trong hệ thống đo lường Imperial, đơn vị đo psig hoặc pound trên inch vuông được sử dụng, có nghĩa là phép đo áp suất liên quan đến áp suất khí quyển địa phương sao cho 5 psig cao hơn áp suất khí quyển địa phương 5 psi. Trong hệ mét, thang đơn vị kPa là thang đo áp suất tuyệt đối và không có kPag, nhưng nhiều người sử dụng kPa như một phép đo tương đối với khí quyển địa phương và không bận tâm đến việc xác định điều này. Đây không phải là lỗi của hệ mét mà do cách mọi người sử dụng nó. Thuật ngữ tổn thất áp suất hoặc giảm áp suất thường được sử dụng, điều này đề cập đến sự giảm áp suất trong hệ thống do ma sát. Ví dụ, trong một đường ống hoặc ống ở cùng mức, ống vườn của bạn, áp suất cao ở vòi và bằng không ở đầu ra vòi, sự giảm áp suất này là do ma sát và là sự mất áp suất.

Ví dụ về việc sử dụng các đơn vị áp suất và lưu lượng, áp suất có sẵn cho hệ thống nước sinh hoạt rất khác nhau tùy thuộc vào vị trí của bạn đối với nhà máy xử lý nước. Nó có thể thay đổi từ 30 đến 70 psi hoặc hơn. Bảng sau đây cung cấp tốc độ dòng chảy dự kiến ​​mà bạn sẽ có được cho các kích thước đường ống khác nhau, giả sử đường ống hoặc ống được giữ ở cùng mức với kết nối với nguồn cung cấp áp lực nước chính và có chiều dài 100 feet.

Áp suất bơm cung cấp động lực để khắc phục sự khác biệt về ma sát và độ cao.

Nó có nhiệm vụ dẫn chất lỏng đi qua hệ thống, máy bơm cung cấp áp suất. Áp suất tăng lên khi các hạt chất lỏng bị ép lại gần nhau hơn. Ví dụ, trong công việc bình chữa cháy hoặc năng lượng đã được sử dụng để tạo áp suất hóa chất lỏng bên trong, năng lượng đó có thể được lưu trữ và sử dụng sau này. Có thể tạo áp suất cho chất lỏng bên trong một bình chứa đang mở không? Đúng. Một ví dụ điển hình là ống tiêm, khi bạn đẩy pít-tông xuống, áp suất sẽ tăng lên và bạn càng phải đẩy mạnh hơn. Có đủ ma sát khi chất lỏng di chuyển qua kim để tạo ra một áp lực lớn trong thân ống tiêm

Ma sát trong hệ thống bơm là gì?

Ma sát luôn tồn tại, ngay cả trong chất lỏng, nó là lực chống lại chuyển động của các vật thể.

Khi bạn di chuyển một vật rắn trên một bề mặt cứng, sẽ có ma sát giữa vật đó và bề mặt. Nếu bạn đặt bánh xe trên nó, sẽ có ít ma sát hơn. Trong trường hợp chất lỏng chuyển động như nước, ma sát thậm chí còn ít hơn nhưng nó có thể trở nên đáng kể đối với các đường ống dài. Ma sát cũng có thể cao đối với các đường ống ngắn có tốc độ dòng chảy cao và đường kính nhỏ như trong ví dụ ống tiêm.

Trong chất lỏng, ma sát xảy ra giữa các lớp chất lỏng đang di chuyển với vận tốc khác nhau trong đường ống. Có xu hướng tự nhiên đối với vận tốc chất lỏng ở trung tâm ống cao hơn ở gần thành ống. Ma sát cũng sẽ cao đối với chất lỏng nhớt và chất lỏng có các hạt lơ lửng.

Ma sát phụ thuộc vào:

- vận tốc trung bình của chất lỏng trong ống
- độ nhớt
- độ nhám bề mặt ống

Sự gia tăng bất kỳ một trong những thông số này sẽ làm tăng ma sát.

Lượng năng lượng cần thiết để vượt qua tổng năng lượng ma sát trong hệ thống phải được cung cấp bởi máy bơm nếu bạn muốn đạt được tốc độ dòng chảy yêu cầu. Trong các hệ thống công nghiệp, ma sát thường không phải là một phần lớn trong sản lượng năng lượng của máy bơm. Đối với các hệ thống điển hình, nó chiếm khoảng 25% tổng số. Nếu nó trở nên cao hơn nhiều thì bạn nên kiểm tra hệ thống để xem các đường ống có quá nhỏ hay không. Tuy nhiên, tất cả các hệ thống bơm đều khác nhau, trong một số hệ thống, năng lượng ma sát có thể đại diện cho 100% năng lượng của bơm. Đây là điều làm cho các hệ thống máy bơm trở nên thú vị, có hàng triệu lẻ một ứng dụng cho chúng. Trong các hệ thống gia dụng, ma sát có thể chiếm một tỷ lệ lớn hơn sản lượng năng lượng của máy bơm, có thể lên đến 50% tổng số vì các đường ống nhỏ tạo ra ma sát cao hơn các đường ống lớn hơn cho cùng một vận tốc chất lỏng trung bình trong ống (xem biểu đồ ma sát sau này hướng dẫn).

Một nguyên nhân khác gây ra ma sát là tất cả các phụ kiện (khuỷu tay, tees, y, v.v.) cần thiết để đưa chất lỏng từ điểm A đến điểm B. Mỗi bộ phận đều có tác động cụ thể đến dòng chất lỏng. Ví dụ trong trường hợp của khuỷu tay, các phần tử chất lỏng gần nhất với bán kính bên trong chặt chẽ của khuỷu tay nhấc ra khỏi bề mặt ống tạo thành các xoáy nhỏ tiêu thụ năng lượng. Sự mất mát năng lượng này là nhỏ đối với một khuỷu tay nhưng nếu bạn có nhiều khuỷu tay và các phụ kiện khác thì tổng số có thể trở nên đáng kể. Nói chung, chúng hiếm khi đại diện cho hơn 30% tổng ma sát do chiều dài đường ống tổng thể.

Năng lượng và đầu trong hệ thống bơm

Năng lượng và cột áp là hai thuật ngữ thường được sử dụng trong hệ thống máy bơm.

Chúng tôi sử dụng năng lượng để mô tả chuyển động của chất lỏng trong hệ thống bơm vì nó dễ dàng hơn bất kỳ phương pháp nào khác. Có bốn dạng năng lượng trong hệ thống bơm: áp suất, độ cao, ma sát và vận tốc.

Áp suất được tạo ra ở đáy bình chứa do chất lỏng lấp đầy bình chứa hoàn toàn và trọng lượng của nó tạo ra một lực phân bố trên bề mặt là áp suất. Loại áp suất này được gọi là áp suất tĩnh. Năng lượng áp suất là năng lượng hình thành khi các hạt chất lỏng hoặc khí chuyển động hơi gần nhau và kết quả là chúng đẩy ra bên ngoài trong môi trường của chúng. Một ví dụ điển hình là bình chữa cháy, công việc được thực hiện để đưa chất lỏng vào bình chứa và sau đó tạo áp suất cho nó. Sau khi đóng bình chứa, năng lượng áp suất sẽ có sẵn để sử dụng sau này.

Năng lượng nâng cao là năng lượng có sẵn cho chất lỏng khi nó ở một độ cao nhất định. Nếu bạn để nó phóng điện, nó có thể tạo ra một cái gì đó hữu ích như tuabin sản xuất điện.

Năng lượng ma sát là năng lượng bị thất thoát ra môi trường do chuyển động của chất lỏng qua các đường ống và phụ tùng trong hệ thống.

Năng lượng vận tốc là năng lượng mà vật chuyển động có được. Khi một người ném bóng ném một quả bóng chày, người đó cung cấp cho nó một năng lượng vận tốc còn gọi là động năng. Khi nước chảy ra từ vòi vườn, nó có năng lượng vận tốc.

 

Ba dạng năng lượng: độ cao, áp suất và vận tốc tương tác với nhau trong chất lỏng.

Đối với các vật rắn, không có năng lượng áp suất bởi vì chúng không mở rộng ra bên ngoài như chất lỏng lấp đầy tất cả không gian có sẵn và do đó chúng không chịu sự thay đổi áp suất giống nhau.

Năng lượng mà máy bơm phải cung cấp là năng lượng ma sát cộng với năng lượng độ cao.

NĂNG LƯỢNG BƠM = NĂNG LƯỢNG HÌNH ẢNH + NĂNG LƯỢNG YẾU TỐ

Bây giờ, những gì về đầu? Đầu thực sự là một cách để đơn giản hóa việc sử dụng năng lượng. Để sử dụng năng lượng ta cần biết khối lượng của vật đã dịch chuyển.

Năng lượng độ cao EE là trọng lượng của vật W nhân với quãng đường d:

EE = W xd

Năng lượng ma sát FE là lực ma sát F nhân với quãng đường chất lỏng dịch chuyển hoặc chiều dài ống l:

FE = F xl

Head được định nghĩa là năng lượng chia cho trọng lượng hoặc lượng năng lượng dùng để dịch chuyển một vật chia cho trọng lượng của nó. Đối với năng lượng độ cao, EH của đầu độ cao là:

EH = W xd / W = d

Đối với năng lượng ma sát, FH đầu ma sát là năng lượng ma sát chia cho trọng lượng của chất lỏng bị dịch chuyển:

FH = FE / W = F xl / W (xem Hình 9b)

Lực ma sát F tính bằng pound và W trọng lượng cũng tính bằng pound nên đơn vị của đầu ma sát là chân. Điều này thể hiện lượng năng lượng mà máy bơm phải cung cấp để vượt qua ma sát.

Nếu tôi gắn một ống vào phía xả của máy bơm, chất lỏng sẽ dâng trong ống đến độ cao cân bằng chính xác với áp suất khi xả máy bơm. Một phần chiều cao của chất lỏng trong ống là do chiều cao yêu cầu (đầu nâng) và phần còn lại là đầu ma sát và như bạn có thể thấy cả hai đều được biểu thị bằng feet và đây là cách bạn có thể đo chúng.

Đầu bơm tĩnh là gì

Định nghĩa từ điển của Webster về đầu là: "một khối nước được giữ dự trữ ở độ cao".

Nó được biểu thị bằng feet trong hệ thống Đế chế và mét trong hệ mét. Do chiều cao và trọng lượng của nó, chất lỏng tạo ra áp suất ở điểm thấp. Bể chứa càng cao áp suất càng cao.

Lượng áp suất ở đáy bình chứa không phụ thuộc vào hình dạng của nó, đối với cùng một mức chất lỏng, áp suất ở đáy sẽ như nhau. Điều này rất quan trọng vì trong các hệ thống đường ống phức tạp, luôn có thể biết được áp suất ở đáy nếu chúng ta biết chiều cao.

Khi một máy bơm được sử dụng để chuyển chất lỏng lên mức cao hơn, nó thường được đặt ở điểm thấp hoặc gần nó. Đầu của bể chứa được gọi là đầu tĩnh sẽ tạo ra áp lực lên máy bơm sẽ phải vượt qua khi máy bơm được khởi động.

Để phân biệt giữa năng lượng áp suất tạo ra bởi bể xả và bể hút, đầu ở phía xả được gọi là đầu tĩnh xả, và ở phía hút là đầu hút tĩnh.

Thông thường, chất lỏng được chuyển từ bể hút sang bể xả. Chất lỏng trong bể hút cung cấp năng lượng áp suất để bơm hút giúp bơm. Chúng tôi muốn biết năng lượng áp suất mà bản thân máy bơm phải cung cấp, do đó chúng tôi trừ năng lượng áp suất do đầu hút cung cấp. Khi đó, đầu tĩnh là chênh lệch chiều cao của bề mặt chất lỏng bể xả trừ đi bề mặt chất lỏng bể hút. Đầu tĩnh đôi khi được gọi là tổng đầu tĩnh để chỉ ra rằng năng lượng áp suất có sẵn trên cả hai mặt của máy bơm đã được xem xét.

Vì có sự khác biệt về chiều cao giữa các mặt bích hút và xả hoặc các kết nối của máy bơm theo quy ước, nên người ta đã thống nhất rằng đầu tĩnh sẽ được đo theo độ cao của mặt bích hút.

Nếu đầu ống xả để hở ra khí quyển thì đầu tĩnh được đo đối với đầu ống.

Đôi khi đầu ống xả bị ngập, khi đó đầu tĩnh sẽ là chênh lệch độ cao giữa bề mặt chất lỏng bể xả và bề mặt chất lỏng bể hút. Vì chất lỏng trong hệ thống là môi trường liên tục và tất cả các phần tử chất lỏng được kết nối với nhau thông qua áp suất, các phần tử chất lỏng nằm trên bề mặt của thùng xả sẽ góp phần tạo nên áp suất được tích tụ khi bơm xả. Do đó cao trình bề mặt xả là chiều cao phải được xem xét đối với đầu tĩnh. Tránh sai lầm khi sử dụng đầu ống xả làm cao trình tính toán đầu tĩnh nếu đầu ống ngập nước.

Lưu ý: nếu đầu ống xả bị ngập nước thì cần có van một chiều trên đường xả của bơm để tránh hiện tượng chảy ngược khi dừng bơm.

Đầu tĩnh có thể được thay đổi bằng cách nâng cao bề mặt của bể xả (giả sử đầu ống ngập nước) hoặc bể hút hoặc cả hai. Tất cả những thay đổi này sẽ ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy.

Để xác định chính xác đầu tĩnh đi theo các hạt chất lỏng từ đầu đến cuối, điểm bắt đầu hầu như luôn ở bề mặt chất lỏng của bể hút, đây được gọi là cao trình đầu vào. Điểm cuối sẽ xảy ra khi bạn gặp một môi trường có áp suất cố định như bầu không khí mở, điểm này là điểm cuối cao trình xả hoặc cao trình đầu ra. Sự khác biệt giữa hai độ cao là đầu tĩnh. Đầu tĩnh có thể là tiêu cực vì độ cao đầu ra có thể thấp hơn cao độ đầu vào.

Tốc độ dòng chảy phụ thuộc vào chênh lệch độ cao hoặc đầu tĩnh

Đối với các hệ thống giống hệt nhau, tốc độ dòng chảy sẽ thay đổi theo đầu tĩnh. Nếu cao trình cuối ống cao, tốc độ dòng chảy sẽ thấp (xem Hình 10). So sánh điều này với một người đi xe đạp trên một ngọn đồi có độ dốc nhẹ lên trên, vận tốc của anh ta sẽ vừa phải và tương ứng với mức năng lượng anh ta có thể cung cấp để thắng ma sát của các bánh xe trên đường và sự thay đổi độ cao.

Nếu bề mặt chất lỏng của bể hút ở cùng độ cao với đầu xả của ống thì đầu tĩnh sẽ bằng không và tốc độ dòng chảy sẽ bị giới hạn bởi ma sát trong hệ thống. Điều này tương đương với một người đi xe đạp trên đường bằng phẳng, vận tốc của anh ta phụ thuộc vào lượng ma sát giữa bánh xe với mặt đường và lực cản của không khí (xem Hình 11).

Nếu đầu ống xả thấp hơn bề mặt chất lỏng của bể hút thì đầu tĩnh sẽ âm và tốc độ dòng chảy cao (xem Hình 13). Nếu cột tĩnh âm lớn thì có thể không cần bơm vì năng lượng được cung cấp bởi sự chênh lệch độ cao này có thể đủ để di chuyển chất lỏng qua hệ thống mà không cần sử dụng bơm như trong trường hợp xi phông ( xem bảng chú giải hệ thống máy bơm). Bằng cách tương tự, khi người đi xe đạp xuống đồi, anh ta mất năng lượng độ cao dự trữ của mình, năng lượng này được chuyển hóa dần dần thành năng lượng vận tốc. Càng xuống dốc thấp, anh ta càng đi nhanh.

Máy bơm thường được đánh giá cao nhất về đầu và lưu lượng.

Đầu ống xả được nâng lên đến độ cao mà dòng chảy dừng lại, đây là đầu của máy bơm ở lưu lượng bằng không. Chúng tôi đo lường sự khác biệt về chiều cao này bằng feet. Trụ thay đổi tùy thuộc vào tốc độ dòng chảy, nhưng trong trường hợp này, vì không có dòng chảy và do đó không có ma sát, nên đầu của máy bơm là CHIỀU CAO TỐI ĐA MÀ BỌT CÓ THỂ NÂNG ĐẾN MẶT BẰNG BỀ MẶT CỦA BỂ HƠI. Vì không có lưu lượng nên đầu (còn gọi là tổng đầu) mà máy bơm tạo ra bằng với đầu tĩnh.

Trong tình huống này, máy bơm sẽ cung cấp áp suất tối đa. Nếu hạ thấp đầu ống như trong Hình 10, lưu lượng bơm sẽ tăng lên và đầu ống (hay còn gọi là tổng đầu) sẽ giảm xuống giá trị tương ứng với lưu lượng. Tại sao? Hãy bắt đầu từ điểm không có dòng chảy với đầu ống ở độ cao lớn nhất của nó, đầu ống được hạ thấp để dòng chảy bắt đầu. Nếu có dòng chảy thì phải có ma sát, năng lượng ma sát bị trừ (vì nó bị mất đi) từ tổng lượng lớn nhất và tổng năng lượng giảm đi. Đồng thời, đầu tĩnh được giảm xuống làm giảm tổng đầu.

Khi bạn mua một máy bơm, bạn không chỉ định tổng cột lớn nhất mà máy bơm có thể cung cấp vì điều này xảy ra ở lưu lượng bằng không. Thay vào đó, bạn chỉ định tổng đầu xảy ra ở tốc độ dòng yêu cầu của bạn. Đầu này sẽ phụ thuộc vào độ cao tối đa bạn cần đạt được đối với bề mặt chất lỏng của bể hút và sự mất ma sát trong hệ thống của bạn.

Ví dụ: nếu máy bơm của bạn đang cung cấp cho bồn tắm trên tầng 2, bạn sẽ cần đủ đầu để đạt đến mức đó, đó sẽ là đầu tĩnh của bạn, cộng với một lượng bổ sung để khắc phục sự mất mát ma sát qua các đường ống và phụ kiện. Giả sử rằng bạn muốn làm đầy bồn tắm càng nhanh càng tốt, thì các vòi trên bồn tắm sẽ mở hoàn toàn và sẽ rất ít lực cản hoặc mất ma sát. Nếu bạn muốn cung cấp một vòi sen cho bồn tắm này thì bạn sẽ cần một máy bơm có nhiều đầu hơn để có cùng tốc độ dòng chảy vì đầu vòi sen cao hơn và có nhiều lực cản hơn so với vòi bồn tắm.

May mắn thay, có rất nhiều kích cỡ và mô hình máy bơm ly tâm và bạn không thể mong đợi để mua một máy bơm phù hợp chính xác với đầu mà bạn yêu cầu với lưu lượng mong muốn. Bạn có thể sẽ phải mua một máy bơm cung cấp nhiều đầu và lưu lượng hơn bạn yêu cầu và bạn sẽ điều chỉnh lưu lượng bằng cách sử dụng các van thích hợp.

Lưu ý: bạn có thể lấy thêm đầu từ máy bơm bằng cách tăng tốc độ của nó hoặc đường kính cánh quạt của nó hoặc cả hai. Trên thực tế, chủ nhà không thể thực hiện những thay đổi này, và để có được tổng cột cao hơn, phải mua một máy bơm mới.

Tốc độ dòng chảy phụ thuộc vào ma sát

Đối với các hệ thống giống hệt nhau, tốc độ dòng chảy sẽ thay đổi theo kích thước và đường kính của ống xả. Hệ thống có ống xả có kích thước rộng rãi sẽ có tốc độ dòng chảy cao. Đây là hiện tượng xảy ra khi bạn đặt một đường ống lớn trên bể cần làm trống, nó thoát nước rất nhanh.

Đường ống càng nhỏ thì lưu lượng càng ít. Làm thế nào để máy bơm tự điều chỉnh đường kính của đường ống, rốt cuộc nó không biết sẽ được lắp đặt đường ống kích thước nào? Máy bơm bạn lắp đặt được thiết kế để tạo ra một lưu lượng trung bình nhất định cho các hệ thống có đường ống có kích thước phù hợp. Kích thước cánh quạt và tốc độ của nó giúp bơm cung cấp chất lỏng ở một tốc độ dòng chảy nhất định. Nếu bạn cố gắng đẩy cùng một dòng chảy đó qua một đường ống nhỏ, áp suất xả sẽ tăng và lưu lượng sẽ giảm. Tương tự, nếu bạn cố gắng làm trống bể chứa bằng một ống nhỏ, sẽ mất nhiều thời gian để thoát nước.

Làm thế nào để một máy bơm ly tâm tạo ra áp suất?

Các hạt chất lỏng đi vào máy bơm tại mặt bích hút hoặc kết nối. Sau đó, chúng quay 90 độ vào bánh công tác và lấp đầy thể tích giữa mỗi cánh bánh công tác. Hình ảnh động này cho thấy những gì xảy ra với các hạt chất lỏng từ thời điểm đó trở đi.

Máy bơm ly tâm là một thiết bị có mục đích chính là tạo ra áp suất bằng cách tăng tốc các hạt chất lỏng đến vận tốc cao cung cấp cho chúng năng lượng vận tốc. Năng lượng vận tốc là gì? Đó là một cách để thể hiện vận tốc của các đối tượng có thể ảnh hưởng như thế nào đến các đối tượng khác, chẳng hạn như bạn. Bạn đã bao giờ bị xử lý trong một trận đấu bóng đá? Vận tốc mà người chơi khác lao vào bạn xác định mức độ bạn bị đánh. Khối lượng của người chơi cũng là một yếu tố quan trọng. Sự kết hợp giữa khối lượng và vận tốc tạo ra vận tốc (động năng). Một ví dụ khác là bắt một quả bóng chày cứng, ouch, có thể có rất nhiều vận tốc trong một quả bóng chày chuyển động nhanh nhỏ. Các hạt chất lỏng chuyển động với tốc độ cao có năng lượng vận tốc, bạn chỉ cần đặt tay vào đầu mở của vòi làm vườn.

Các hạt chất lỏng trong máy bơm bị đẩy ra khỏi các đầu của cánh quạt ở tốc độ cao, sau đó chúng chậm lại khi đến gần kết nối xả, làm mất một phần năng lượng vận tốc của chúng. Sự giảm năng lượng vận tốc này làm tăng năng lượng áp suất. Không giống như ma sát gây lãng phí năng lượng, việc giảm năng lượng vận tốc làm tăng năng lượng áp suất, đây là nguyên tắc bảo toàn năng lượng trong hoạt động. Điều tương tự cũng xảy ra với một người đi xe đạp bắt đầu từ đỉnh đồi, tốc độ của anh ta tăng dần khi anh ta mất độ cao. Năng lượng độ cao của người đi xe đạp được chuyển thành năng lượng vận tốc, trong trường hợp của máy bơm, năng lượng vận tốc được chuyển thành năng lượng áp suất.

Tốc độ dòng chảy thay đổi như thế nào khi thay đổi độ cao cuối ống xả hoặc khi ma sát ống tăng hoặc giảm? Những thay đổi này làm cho áp suất ở đầu ra của máy bơm tăng lên khi lưu lượng giảm, nghe có vẻ ngược phải không? Chà, nó không phải và bạn sẽ thấy tại sao. Làm thế nào để máy bơm điều chỉnh với sự thay đổi áp suất này? Hay nói cách khác, nếu áp suất thay đổi do các yếu tố bên ngoài thì máy bơm sẽ phản ứng như thế nào với sự thay đổi này.

Áp suất được tạo ra bởi tốc độ quay của cánh quạt. Tốc độ không đổi. Máy bơm sẽ tạo ra một áp suất xả nhất định tương ứng với các điều kiện cụ thể của hệ thống (ví dụ, độ nhớt chất lỏng, kích thước đường ống, chênh lệch độ cao, v.v.). Nếu thay đổi thứ gì đó trong hệ thống làm giảm lưu lượng (ví dụ đóng van xả), sẽ có sự gia tăng áp suất khi xả bơm vì không có sự giảm tốc độ bánh công tác tương ứng. Máy bơm tạo ra năng lượng vận tốc dư thừa vì nó hoạt động với tốc độ không đổi, năng lượng vận tốc dư thừa được chuyển thành năng lượng áp suất và áp suất tăng lên.

Tất cả các máy bơm ly tâm đều có đường cong hiệu suất hoặc đặc tính tương tự như trong Hình 21 (giả sử rằng mức trong bể hút không đổi), điều này cho thấy áp suất xả thay đổi như thế nào với tốc độ dòng chảy qua máy bơm.

Vì vậy ở 200 gpm, máy bơm này tạo ra áp suất xả 20 psig và khi dòng chảy giảm áp suất sẽ đạt tối đa 40 psig.

Lưu ý: Điều này áp dụng cho máy bơm ly tâm, nhiều chủ nhà có máy bơm dịch chuyển dương, thường là máy bơm piston. Những máy bơm đó tạo ra lưu lượng không đổi cho dù hệ thống có thay đổi gì đi nữa.

Tổng đầu là gì

Tổng cột áp và lưu lượng là tiêu chí chính được sử dụng để so sánh một máy bơm này với một máy bơm khác hoặc để chọn một máy bơm ly tâm cho một ứng dụng. Tổng cột áp liên quan đến áp suất xả của máy bơm. Tại sao chúng ta không thể chỉ sử dụng áp suất xả? Áp lực là một khái niệm quen thuộc, chúng ta đã quen thuộc với nó trong cuộc sống hàng ngày. Ví dụ, bình chữa cháy được áp suất ở 60 psig (413 kPa), chúng tôi đặt áp suất không khí 35 psig (241 kPa) vào lốp xe đạp và xe hơi của chúng tôi. Một trong những lý do là họ không biết bạn sẽ sử dụng máy bơm như thế nào. Họ không biết bạn yêu cầu tốc độ dòng chảy nào và tốc độ dòng chảy của máy bơm ly tâm không cố định. Áp suất xả phụ thuộc vào áp suất có sẵn ở phía hút của máy bơm. Nếu nguồn nước cấp cho máy bơm ở dưới hoặc trên độ hút của máy bơm, với cùng một tốc độ dòng chảy bạn sẽ nhận được áp suất xả khác nhau. Do đó, để loại bỏ vấn đề này, nên sử dụng sự chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra của máy bơm.

Các nhà sản xuất đã thực hiện điều này một bước xa hơn, áp suất mà máy bơm có thể tạo ra sẽ phụ thuộc vào tỷ trọng của chất lỏng, đối với dung dịch nước mặn đậm đặc hơn nước tinh khiết, áp suất sẽ cao hơn đối với cùng một tốc độ dòng chảy. Một lần nữa, nhà sản xuất không biết loại chất lỏng nào trong hệ thống của bạn, vì vậy một tiêu chí không phụ thuộc vào tỷ trọng là rất hữu ích. Có một tiêu chí như vậy và nó được gọi là TỔNG ĐẦU, và nó được định nghĩa là sự khác biệt về đầu giữa đầu vào và đầu ra của máy bơm.

You có thể đo đầu xả bằng cách gắn một ống vào phía xả của máy bơm và đo chiều cao của chất lỏng trong ống so với lực hút của máy bơm. Ống sẽ phải khá cao đối với một máy bơm thông thường trong nước. Nếu áp suất xả là 40 psi, ống sẽ phải cao 92 feet. Đây không phải là một phương pháp thực tế nhưng nó giúp giải thích cách đầu liên quan đến tổng đầu và cách đầu liên quan đến áp suất. Bạn làm tương tự để đo đầu hút. Sự khác biệt giữa hai là tổng đầu của máy bơm.

Chất lỏng trong ống đo của phía xả hoặc phía hút của máy bơm sẽ tăng lên cùng độ cao đối với tất cả các chất lỏng bất kể tỷ trọng. Đây là một tuyên bố khá đáng kinh ngạc, đây là lý do tại sao. Máy bơm không biết gì về đầu, đầu là một khái niệm chúng tôi sử dụng để làm cho cuộc sống của chúng tôi dễ dàng hơn. Máy bơm tạo ra áp suất và sự chênh lệch áp suất qua máy bơm là lượng năng lượng áp suất có sẵn cho hệ thống. Nếu chất lỏng đặc, chẳng hạn như dung dịch muối, chẳng hạn, áp lực sẽ được tạo ra khi bơm xả hơn nếu chất lỏng là nước tinh khiết. So sánh hai bình có cùng dạng hình trụ, cùng thể tích và mực chất lỏng, bình nào có chất lỏng đặc hơn sẽ có áp suất ở đáy lớn hơn. Nhưng phần đầu tĩnh của bề mặt chất lỏng so với phần đáy là như nhau. Tổng đầu hoạt động giống như đầu tĩnh, ngay cả khi chất lỏng đặc hơn thì tổng đầu so với chất lỏng ít đặc hơn như nước tinh khiết sẽ giống nhau.

Vì những lý do này, các nhà sản xuất máy bơm đã chọn tổng đầu làm thông số chính mô tả năng lượng sẵn có của máy bơm.

Mối quan hệ giữa đầu và tổng đầu là gì?

Tổng cột là chiều cao mà chất lỏng được nâng lên ở phía xả của máy bơm trừ chiều cao mà nó được nâng lên ở phía hút. Tại sao chiều cao ở phía hút lại ít hơn? Bởi vì chúng tôi muốn chỉ đóng góp năng lượng của máy bơm chứ không phải năng lượng được cung cấp cho nó.

Đơn vị của người đứng đầu là gì? Đầu tiên, hãy giải quyết đơn vị năng lượng. Năng lượng có thể được biểu thị bằng foot-pound, là lượng lực cần thiết để nâng một vật lên nhân với khoảng cách thẳng đứng. Một ví dụ điển hình là nâng tạ. Nếu bạn nâng 100 pound (445 Newton) lên 6 feet (1.83 m), năng lượng cần thiết là 6 x 100 = 600 ft-lbf (814 Nm).

Đầu được định nghĩa là năng lượng chia cho trọng lượng của vật bị dịch chuyển. Đối với người nâng tạ, năng lượng chia cho trọng lượng dịch chuyển là 6 x 100/100 = 6 feet (1.83 m), do đó lượng năng lượng trên một pound quả tạ mà người nâng tạ cần cung cấp là 6 feet. Điều này không quá hữu ích để biết đối với một người tập tạ nhưng chúng ta sẽ thấy nó rất hữu ích cho việc di chuyển chất lỏng.

Nếu chúng ta sử dụng năng lượng để mô tả công việc mà máy bơm cần làm để dịch chuyển một thể tích chất lỏng thì chúng ta cần biết trọng lượng. Nếu chúng ta sử dụng đầu, chúng ta chỉ cần biết khoảng cách chuyển động theo phương thẳng đứng. Điều này rất hữu ích đối với chất lỏng vì bơm là một quá trình liên tục, thông thường, khi bạn bơm, bạn để máy bơm bật, bạn không khởi động và dừng máy bơm cho mỗi pound chất lỏng bị dịch chuyển. Chúng tôi chủ yếu quan tâm đến việc thiết lập tốc độ dòng chảy liên tục.

Một khía cạnh rất hữu ích khác của việc sử dụng đầu là chênh lệch độ cao hoặc đầu tĩnh có thể được sử dụng như một phần của giá trị của tổng đầu, phần khác là đầu ma sát như thể hiện trong hình tiếp theo.

Cần bao nhiêu cột tĩnh để bơm nước từ tầng trệt lên tầng hai, hoặc 15 feet lên? Hãy nhớ rằng bạn cũng phải xem xét mức nước trong bể hút. Nếu mực nước thấp hơn 10 feet so với kết nối hút của máy bơm thì đầu tĩnh sẽ là 10 + 15 = 25 feet. Do đó, tổng đầu sẽ phải ít nhất là 25 feet cộng với sự mất mát đầu ma sát của chất lỏng di chuyển qua các đường ống.

Cách xác định đầu ma sát

Đầu ma sát là lượng năng lượng mất mát do ma sát của chất lỏng di chuyển qua đường ống và phụ tùng. Cần một lực để chuyển động chất lỏng chống lại ma sát, theo cách tương tự, một lực cần thiết để nâng một quả nặng. Lực được tác dụng cùng hướng khi chất lỏng chuyển động và năng lượng được tiêu hao. Tương tự như cách mà đầu đó được tính toán để nâng một trọng lượng nhất định, đầu ma sát được tính toán với lực cần thiết để thắng ma sát nhân với độ dịch chuyển (chiều dài ống) chia cho trọng lượng của chất lỏng bị dịch chuyển. Những tính toán này đã được thực hiện cho chúng tôi và bạn có thể tìm thấy các giá trị tổn thất đầu ma sát trong Bảng 1 cho các kích thước ống và tốc độ dòng chảy khác nhau.

Hiệu suất hoặc đường đặc tính của máy bơm

Đường đặc tính của bơm có hình dạng tương tự như đường cong trước đây mà tôi còn gọi là đường đặc tính cho thấy mối quan hệ giữa áp suất xả và lưu lượng (xem Hình 21). Như tôi đã đề cập, đây không phải là một cách thực tế để mô tả hiệu suất bởi vì bạn sẽ phải biết áp suất hút được sử dụng để tạo ra đường cong. Hình 30 cho thấy đường cong đặc tính tốc độ dòng chảy tổng điển hình so với phần đầu. Đây là loại đường cong mà tất cả các nhà sản xuất máy bơm công bố cho mỗi mô hình máy bơm cho một tốc độ hoạt động nhất định.

Không phải tất cả các nhà sản xuất đều cung cấp cho bạn đường đặc tính của máy bơm. Tuy nhiên, đường cong có tồn tại, và nếu bạn nhấn mạnh, bạn có thể có được nó. Nói chung, bạn càng trả nhiều tiền, bạn càng nhận được nhiều thông tin kỹ thuật.

Tổn thất ma sát ở phía xả của máy bơm

Theo tính toán hoặc sử dụng các bảng không được trình bày ở đây, tổn thất ma sát đối với ống 3/4 ″ là tổn thất ma sát là 0.23 feet trên mỗi feet ống. Trong trường hợp này, khoảng cách là 10 feet chạy từ nhà phân phối chính và 20 feet khác từ nhà phân phối chính đến bồn tắm, với tổng chiều dài là 30 feet. Độ hụt ma sát ở chân khi đó là 30 x 0.23 = 6.9 feet. Có một số tổn thất ma sát trong các phụ kiện, giả sử rằng một ước tính thận trọng là 30% tổn thất đầu ma sát của ống, tổn thất đầu ma sát của phụ kiện là = 0.3 x 6.9 = 2.1 feet. Tổng tổn thất ma sát cho mặt xả khi đó là 6.9 + 2.1 = 9 feet.

Tổng tổn thất ma sát cho đường ống trong hệ thống khi đó là 9 + 3.1 = 12.1 feet.

Đầu tĩnh theo Hình 41 là 35 feet. Do đó tổng đầu là 35 + 12.1 = 47 feet. Bây giờ chúng ta có thể đến cửa hàng và mua một máy bơm có tổng số đầu ít nhất là 47 feet vào lúc 10 gpm. Đôi khi tổng đầu được gọi là Total Dynamic Head (TDH), nó cũng có ý nghĩa tương tự. Định mức của máy bơm phải càng gần với hai số liệu này càng tốt mà không bị tách sợi. Theo nguyên tắc, hãy cho phép một biến thể cộng hoặc trừ 15% trên tổng số đầu. Trên quy trình, bạn cũng có thể cho phép một sự thay đổi nhưng bạn có thể phải trả nhiều hơn những gì bạn cần.

Đánh giá máy bơm là gì? Nhà sản xuất sẽ đánh giá máy bơm ở tổng cột áp và lưu lượng tối ưu, điểm này còn được gọi là điểm hiệu quả tốt nhất hoặc BEP. Ở tốc độ dòng chảy đó, máy bơm hoạt động hiệu quả nhất và sẽ giảm thiểu độ rung và tiếng ồn. Tất nhiên, máy bơm có thể hoạt động ở tốc độ dòng chảy khác, cao hơn hoặc thấp hơn định mức nhưng tuổi thọ của máy bơm sẽ bị ảnh hưởng nếu bạn vận hành quá xa so với định mức bình thường của nó. Do đó, như một hướng dẫn, hãy nhắm đến sự thay đổi tối đa cộng hoặc trừ 15% trên tổng số đầu.

Tính toán áp suất xả của bơm từ tổng trụ của bơm

Để tính toán áp suất ở đáy hồ bơi, bạn cần biết độ cao của nước ở trên mình. Không quan trọng đó là hồ bơi hay hồ nước, chiều cao là yếu tố quyết định khối lượng chất lỏng ở trên và do đó là áp suất.

Áp suất bằng một lực chia cho một bề mặt. Nó thường được biểu thị bằng pound trên inch vuông hoặc psi. Lực là trọng lượng của nước. Tỷ trọng của nước là 62.3 pound trên foot khối.

Chúng ta có thể tính toán áp suất xả của máy bơm dựa trên tổng cột áp mà chúng ta nhận được từ đường đặc tính của máy bơm. Tính toán này rất hữu ích nếu bạn muốn khắc phục sự cố máy bơm của mình hoặc xác minh xem nó có tạo ra mức năng lượng áp suất mà nhà sản xuất cho biết ở tốc độ dòng chảy hoạt động của bạn hay không.

Máy bơm sẽ phải tạo ra lực nâng để đưa nước đến kết nối hút của nó. Điều này có nghĩa là áp suất sẽ âm (so với khí quyển) khi bơm hút.

Tại sao áp suất này nhỏ hơn áp suất không khí hay thấp? Nếu bạn lấy ống hút, đổ đầy nước vào ống hút, dùng đầu ngón tay bịt một đầu và lật ngược ống hút, bạn sẽ thấy chất lỏng không chảy ra từ ống hút, hãy thử xem !. Chất lỏng bị trọng lực kéo xuống và tạo ra một áp suất thấp dưới đầu ngón tay của bạn. Chất lỏng được duy trì cân bằng vì áp suất thấp và trọng lượng của chất lỏng được cân bằng chính xác bởi lực của áp suất khí quyển hướng lên trên.

Hiện tượng tương tự cũng xảy ra ở máy bơm hút chất lỏng từ nguồn thấp lên. Giống như trong ống hút, áp suất gần đầu nối ống hút của máy bơm phải thấp để chất lỏng được hỗ trợ.

Để tính toán đầu xả, chúng tôi xác định tổng đầu từ đường đặc tính và lấy giá trị đó trừ đi giá trị áp suất tại lần hút, điều này cho thấy cột áp tại lần xả mà sau đó chúng tôi chuyển đổi thành áp suất.

Chúng ta biết rằng máy bơm phải tạo ra lực nâng 15 feet lúc bơm hút, lực nâng là đầu tĩnh âm. Trên thực tế, nó phải lớn hơn 15 feet một chút vì cần có lực nâng hút cao hơn do ma sát. Nhưng giả sử rằng đường ống có kích thước rộng rãi và tổn thất ma sát là nhỏ.

TỔNG SỐ ĐẦU = 100 = HD - HS
or
HD = 100 + HS

Tổng đầu bằng hiệu giữa cột áp ở HD xả và cột áp ở HS hút. HS bằng –15 feet vì nó là thang máy, do đó:

HD = 100 + (-15) = 85 bộ