TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ MÁY VÀ HÓA CHẤT

GVHD: ThS Nguyễn Thạch Minh
LỚP:

ĐHHC5LT

Nhóm 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010
1


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện bài tiểu luận này, nhóm chúng tôi đã nhận được
sự giúp đỡ của nhiều người. Chúng tôi xin gửi lời chân thành cảm ơn đến:
Trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở
vật chất, trang thiết bị để chúng tôi học tập, nghiên cứu.
Sự giúp đỡ của các thầy cô Trung Tâm Máy và Thiết Bị Hóa Chất đã hỗ
trợ kiến thức cho chúng tôi hoàn thành tốt tiểu luận này.
Thầy Nguyễn Thạch Minh – giáo viên trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn
trong suốt quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về đề tài tiểu luận. Nhờ sự giúp đỡ
của thầy mà nhóm chúng tôi có thể hoàn thành xong tiểu luận này trong thời hạn
cho phép.
Nhóm chúng tôi đã cố gắng hết sức nhưng do kiến thức và thời gian thực
hiện còn hạn chế nên bài tiểu luận không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong

nhận được sự nhận xét và góp ý của thầy và các bạn đề tài chúng tôi được hoàn
thiện tốt hơn.
Cuối cùng xin chúc toàn thể quý thầy cô, gia đình và bạn bè dồi dào sức
khỏe và công tác tốt.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

2


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………

……………………

MỤC LỤC
3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM........................................................5
1.1 Giới thiệu chun...............................................................................................5
1.2 Phân loại bơm.................................................................................................6
Các loại bơm thể tích:...........................................................................................6
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BƠM THỂ TÍCH..............................................9
2.1. Khái niệm chung............................................................................................9
2.2. Phân loại........................................................................................................9
2.2.1 Bơm pittông (piston....................................................................................12
2.2.1.1 Khái niệm chung về máy bơm piston......................................................12
2.2.1.3 Phân loại bơm piston..............................................................................13
a. Phân loại theo phương pháp dẫn động:.........................................................13
b. Phân loại theo kết cấu piston..........................................................................13
c. Phân loại theo số lần tác dụng........................................................................13
d. Phân loại theo áp suất làm việ........................................................................15
e. Phân loại theo lưu lượng................................................................................15
2.2.1.4 Ưu nhược điểm của bơm pittông............................................................15
2.2.1.5 Các thông số làm việc trong bơm thể tích...............................................16
2.2.1.6 Khả năng tự hút của bơm thể tích..........................................................17
2.2.1.7 Lưu lượng của bơm piston......................................................................18
2.2.1.8 Khắc phục chuyển động không ổn định của chất lỏng trong hệ thống
bơm piston...........................................................................................................24
2.2.1.9 Chuyển động không ổn định của chất lỏng trong bơm..........................26
2.2.1.10 Đường đặc tính của bơm piston............................................................29
2.2.1.11 Động cơ thủy lực piston........................................................................30

2.2.2 Bơm bánh răng...........................................................................................36
2.2.3 Bơm trục vít................................................................................................37
4


2.2.4 Bơm rôto cánh trượt...................................................................................39

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM

1.1 Giới thiệu chung
Bơm là loại thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp,
dùng để vận chuyển chất lỏng chuyển động trong ống.
Bơm là thiết bị chính cung cấp năng lượng cho chất lỏng để thắng trở lực
trong đường ống khi chuyển động, nâng chất lỏng lên độ cao nào đó, tạo lưu
lượng chảy trong thiết bị công nghệ…
Bơm là một phương tiện hay thiết bị để vận chuyển lưu chất từ một vị trí
(mức) này đến vị trí (mức ) khác bằng cách truyền cơ năng thông qua tác động cơ

5


học (bằng chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến hoặc kết hợp của cả hai
chuyển động này), để xảy ra sự chuyển đổi năng lượng như yêu cầu.
Vai trò của bơm trong hệ thống thiết bị công nghệ là vô cùng quan trọng, do
đó để hệ thống công nghệ hoạt động được tốt, một trong những vấn đề quan trọng
là biết phương pháp tính toán và chọn những thông số của bơm cho phù hợp với
điều kiện kĩ thuật, lắp đặt và vận hành bơm đúng yêu cầu kĩ thuật.
1.2 Phân loại bơm
Dựa vào nguyên lý làm việc người ta chia bơm thành ba loại:
• Bơm thể tích: Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự thay đổi thể

tích của không gian làm việc trong bơm. Do đó thể tích và áp suất chất
lỏng trong bơm sẽ thay đổi và cung cấp năng lượng cho chất lỏng.
Việc thay đổi thể tích trong bơm có thể do:
-

Chuyển động tịnh tiến (bơm pittong)

-

Chuyển động quay (bơm roto)

• Bơm động lực: Việc hút và đẩy chất lỏng ra khỏi bơm nhờ sự chuyển động
quay tròn của các bơm, khi đó động năng của cánh quạt sẽ truyền vào chất
lỏng tạo năng lượng cho dòng chảy.
Năng lượng của cánh quạt truyền vào chất lỏng có thể dưới dạng:
-

Lực ly tâm (bơm ly tâm)

-

Lực đẩy của cánh quạt (bơm hướng trục)

-

Lực ma sát (bơm xoắn ốc)

• Bơm khí động: Việc hút và đẩy chất lỏng được thực hiện nhờ sự thay đổi
áp suất của dòng khí chuyển động trong bơm và tạo năng lượng cho dòng
chảy.

-

Bơm ejector: Việc thay đổi áp suất dòng khí sẽ tạo ra lực lôi cuốn
chất lỏng chuyển động cùng dòng khí

-

Thùng nén: Tạo áp suất trên bề mặt chất lỏng nhằm tạo cho chất
lỏng có thế năng cần thiết để chuyển động

-

Ngoài ra còn có bơm tia, bơm sục khí… các loại bơm này thường
không có bộ phận dẫn động mà dùng dòng khí hay hơi làm nguồn
động lực để đẩy chất lỏng

1.3 Các loại bơm thể tích:
6


7


8


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BƠM THỂ TÍCH
2.1. Khái niệm chung:
Bơm thể tích: là loại bơm có thể biến đổi trực tiếp cơ năng thành thế năng,
thông qua quá trình nén, giảm chất lỏng bằng cách thay đổi theo chu kỳ dung tích

trong một thể tích kín.
2.2. Phân loại:
Bơm thể tích gồm nhiều loại.
 Theo công dụng, có thể chia làm hai loại:


Bơm nước và các loại chất lỏng khác.



Bơm dầu dùng trong các hệ thống truyền động.

 Theo kết cấu và dạng chuyển động, có thể chia ra 3 loại chủ yếu:


Bơm piston (chuyển động tịnh tiến)



Bơm piston-roto (vừa có chuyển động tịnh tiến vừa có chuyển động
quay)



Bơm roto (chuyển động quay)

2.3. Các thông số làm việc cơ bản của bơm thể tích


Các thông số làm việc cơ bản của bơm thể tích có một số đặc điểm khác

với các



thông số của bơm cánh dẫn.



Theo nguyên lý, áp suất của chất lỏng trong máy thủy lực thể tích chỉ phụ
thuộc tải trọng ngoài. Nếu buồng làm việc hoàn toàn kín, thì lưu lượng của
máy không phụ thuộc vào áp suất, còn áp suất có thể tăng lên bao nhiêu
cũng được tùy thuộc vào áp suất phụ tải và công suất của bơm. Khi đó lưu
lượng của máy thủy lực thể tích chỉ phụ thuộc vào vận tốc chuyển động
của piston. Nếu vận tốc piston không thay đổi thì lưu lượng cũng không
9


thay đổi.


Nhưng thực tế, buồng làm việc không thể tuyệt đối kín với mọi trị số áp
suất. Khi



tăng tải trọng làm việc tăng đến mức nào đó sẽ xuất hiện sự chảy rò chất
lỏng, nếu tiếp tục tăng tải trọng nữa thì lưu lượng của máy sẽ hoàn toàn
mất mát do rò rỉ. Ngoài ra, áp suất làm việc còn bị hạn chế bởi sức bền của
máy.


Do vậy, để đảm bảo sự làm việc bình thường của máy, phải hạn chế áp suất làm
việc tối đa bằng cách dùng van an toàn (van sẽ tự động thải chất lỏng để giảm áp
suất làm việc khi tải trọng quá lớn.
2.3.1. Lưu lượng
Lưu lượng lý thuyết Ql (lưu lượng chưa kể tới sự chảy rò) bằng tổng của thể tích
làm việc của máy trong một đơn vị thời gian:
Ql = ql.n
 ql: lưu lượng riêng của máy (trong một chu kỳ), nó cũng chính là thể tích
làm việc của máy trong một chu kỳ.
 n: số chu kỳ làm việc của máy trong một đơn vị thời gian (thường bằng số
vòng quay của trục máy).
 Ql: là lưu lượng tính trong cả quá trình trong một đơn vị thời gian nên còn
gọi là lưu lượng trung bình lý thuyết. Khác với máy thủy lực cánh dẫn, lưu
lượng tức thời của máy thủy lực thể tích thay đổi theo thời gian, kể cả khi
máy làm việc ổn định.
2.3.2. Áp suất
Ta biết, cột áp của máy thủy lực thể tích được tạo nên chủ yếu bởi sự thay đổi áp
suất tĩnh của chất lỏng khi chuyển động qua máy. Do đó, trong máy thủy lực thể
tích thường dùng áp suất để biểu thị khả năng tải của máy.
Cột áp H và áp suất p liên hệ với nhau bằng công thức cơ bản của thủy tĩnh học:
H=



p
γ

γ : trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc.

Áp suất trong buồng làm việc có liên quan đến lực tác dụng hoặc moment quay

của máy.
10


* Đối với máy thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến, áp suất làm việc p tác
dụng lên piston tạo nên áp lực P:
P = p.F
 F: iện tích làm việc của mặt piston.
* Đối với máy thuỷ lực thể tích có chuyển động quay, áp suất làm việc p tác dụng
lên roto tạo nên một moment quay M:
M = kM.p
 kM :à hằng số đối với một máy nhất định phụ thuộc vào kết cấu và kích
thước máy, gọi là hệ số moment
Hệ số kM có thể suy từ công thức tính công suất lý thuyết. Nếu không kể tới tổn
thất, ta có:
N = Nl
Nl = γ .Ql.H với H =

p
γ

Ta được: Nl = Ql.p
Mặt khác: Nl = ω .M , nên M =
Vì M = kM.p nên k M =

Q1
.p
ω

Q 1 q1 .n q1

=
=
ω 2πn 2π

kM thực tế < kM lý thuyết và phụ thuộc vào hiệu suất ..
Moment quay M là trường hợp lý thuyết (chưa kể tới tổn thất), trong trường
hợp kể tới tổn thất thì moment quay của bơm được xác định theo công thức sau:
p.Q = η .M .ω

Hay M =

k
Q
.p = m .p
η .ω
η

2.3.3. Hiệu suất và công suất:
Hiệu suất toàn phần của máy thủy lực xác định theo công thức chung:
η = η C .η Q .η H

Đối với bơm thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ (vì động năng nhỏ) nên
thường cho η H = 1 .Do đó:
η = η C .η Q
11


Công suất làm việc của bơm thường được xác định bằng các thông số thủy lực:
N=


γ .Q.H p.Q
=
η
η

CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI BƠM THỂ TÍCH
3.1. Bơm pittông (piston)
3.1.1. Khái niệm chung về máy bơm piston
Máy thể tích làm việc theo nguyên lý nén chất lỏng trong 1 thể tích kín
dưới tác dụng của piston (chuyển động tịnh tiến của piston trong xilanh) hay roto
(chuyển động quay của roto trong stato). Do bị nén nên thế năng của dòng chảy
thay đổi còn động năng thì hầu như không đổi, do đó còn gọi máy thể tích là máy
thủy tĩnh.
Có 3 loại máy thể tích điển hình là máy piston (vật chèn có chuyển động
tịnh tiến) và máy roto (vật chèn có chuyển động quay) và máy piston roto (vật
chèn có chuyển động tịnh tiến nhờ chuyển động quay của khối roto). Về nguyên
tắc, bất cứ máy thể tích nào cũng có thể làm được hai nhiệm vụ bơm và động cơ.
Trong chương này ta khảo sát bơm piston.
3.1.2. Cấu tạo và nguyên lí làm việc của bơm piston:

C
Bo

Co
B

Khảo sát sơ đồ 1 bơm piston : bộ phận chủ yếu là piston 1 tịnh tiến trong
xilanh 2. Thể tích làm việc của bơm là không gian giới hạn bởi xilanh, bề mặt
piston và hộp van 5. Khi piston 1 chuyển động qua trái, thể tích buồng làm việc
tăng lên, áp suất trong buồng làm việc giảm tạo ra độ chân không trong buồng

12


làm việc, van hút 6 mở, chất lỏng theo ống hút 7 được hút vào buồng làm việc.
Khi piston chuyển động sang phải, chất lỏng bị nén, áp suất trong buồng làm việc
tăng, van hút 6 đóng lại, khi áp suất trong buồng làm việc thắng áp suất trong
đường ống đẩy (áp suất phụ tải) thì van đẩy 4 mở và chất lỏng được đẩy ra theo
đường ống đẩy 3.
Piston được dẫn động bằng động cơ điện, thông qua cơ cấu tay quay 9 và
thanh truyền 10 biến chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động tịnh
tiến của piston.
Chất lỏng làm việc là nước sạch, dầu khoáng, yêu cầu chất lỏng làm việc là
phải sạch, không có các hạt cứng vì khe hở làm việc giữa thành xilanh và piston là
rất bé để đảm bảo độ kín, nhằm đáp ứng nhu cầu cao của áp suất làm việc, do đó
các hạt cứng sẽ có nguy cơ gây kẹt hoặc trầy xướt bề mặt làm việc của piston,
xilanh.
3.1.3. Phân loại bơm piston
a. Phân loại theo phương pháp dẫn động:
- Bơm tay: (dẫn động bằng tay)
- Bơm dẫn động thẳng: cần piston nối trực tiếp với cần piston của động cơ
dẫn động.
- Bơm dẫn động bằng cơ cấu tay quay thanh truyền:
b. Phân loại theo kết cấu piston:
- Piston dạng đĩa: mặt bên piston tiếp xúc với thành xilanh, lót kín bằng
các segment đặt trên piston, cả piston và lòng xilanh đều phải được chế tạo chính
xác.
- Piston dạng trụ: đường kính piston nhỏ, mặt tiếp xúc là piston và cổ
xilanh, do đó lòng xilanh không cần chế tạo với độ chính xác cao. Bộ phận lót kín
là những đệm lót nằm trên cổ xilanh do đó có thể chế tạo để lót kín rất tốt.
c. Phân loại theo số lần tác dụng

Số lần tác dụng là số chu kỳ làm việc của chất lỏng qua bơm trong 1 vòng quay
của tay quay. Ta có các loại sau:
- Bơm piston tác dụng đơn : trong 1 vòng quay của tay quay chỉ có 1 chu
kỳ làm việc của chất lỏng qua bơm. Với loại bơm này chất lỏng làm việc ở 1 phía
của piston.
13


- Bơm piston tác dụng kép (bơm tác dụng 2 chiều):

Trong loại bơm này piston làm việc cả 2 phía, ta có 2 buồng làm việc A,
B ; hai van hút 1,2 và 2 van đẩy 3,4. Trong 1 chu kỳ làm việc của bơm có 2 quá
trình hút và 2 quá trình đẩy chất lỏng.
Khi piston qua phải, buồng A là buồng đẩy, buồng B là buồng hút, khi
piston qua trái thì ngược lại, thể tích buồng A tăng, thực hiện quá trình hút chất
lỏng, còn buồng B thực hiện quá trình đẩy chất lỏng, a và b là ống hút chung và
ống đẩy chung. Diện tích mặt làm việc của piston là:

π( D 2 − d 2 )
FA =
4
D:

đường kính piston

d:

đường kính cần piston
-


πD 2
FB =
4

Bơm piston tác dụng ba:

14


Đây chính là ba bơm tác dụng đơn ghép lại, trục của ba bơm được dẫn động
bằng 1 trục khủyu với góc lệch cổ khuỷu là 120 o, chất lỏng được đưa vào và ra
các xilanh bằng 1 đường ống hút chung và 1 đường ống đẩy chung.
- Bơm piston tác dụng bốn:
Là hai bơm tác dụng kép ghép với nhau, trục của hai bơm được dẫn động bằng 1
trục khủyu với góc lệch cổ khuỷu là 90 o, chất lỏng được đưa vào và ra các xilanh
bằng 1 đường ống hút chung và 1 đường ống đẩy chung.
d. Phân loại theo áp suất làm việc
Dựa vào áp suất làm việc, bơm piston được chia ra:
-- Bơm áp suất thấp:

p < 10 at

-- Bơm áp suất trung bình: p = (10 ÷ 20) at
-- Bơm áp suất cao:

p > 20 at

e. Phân loại theo lưu lượng
Dựa vào lưu lượng, bơm piston được chia ra:
-- Bơm lưu lượng nhỏ:


Q < 15 m3/h

-- Bơm lưu lượng trung bình: Q = (15 ÷ 60) m3/h
-- Bơm lưu lượng lớn:

Q > 60 m3/h

3.1.4. Ưu và nhược điểm của bơm piston
Máy thể tích có ưu điểm là tạo được áp suất cao với lưu lượng bé, mhưng
đồng thời có các nhược điểm sau:
15


 Yêu cầu chất lỏng làm việc phải sạch.
 Dòng chảy qua ống hút và ống đẩy là không liên tục, có hiện tượng dao
động lưu lượng và áp suất trong máy thể tích. Đây là nhược điểm cơ bản
cần khắc phục trong máy thể tích nói chung và trong bơm piston nói riêng.
Hiện nay để khắc phục hiện tượng dao động lưu lượng và áp suất ta sử
dụng bình điều hòa đặt trên đường ống hút hoặc đường ống đẩy.
3.1.5. Các thông số làm việc trong bơm thể tích :
 Cột áp H:
Trong bơm thể tích, năng lượng dòng chảy trao đổi với máy chủ yếu là áp năng.
Gọi: evào là năng lượng đơn vị của chất lỏng tại mặt cắt vào của bơm
era là năng lượng đơn vị của chất lỏng tại mặt cắt ra của bơm
Cột áp H của bơm được định nghĩa:

p ra − p vao v 2ra − v 2vao
+
H = era - evào = zra - zvao +

(1)
γ
2g
Trong bơm thể tích thường v1 = v2 ; z1 ≅ z2 do đó:

H=

p ra − p vao ∆p p lv
=
=
γ
γ
γ

(2)

Vậy cột áp của bơm thể tích phụ thuộc vào:
 Áp suất phụ tải
 Khả năng lót kín của thể tích làm việc, nếu lót kín không tốt, dưới áp suất
lớn sẽ gây rò rỉ lớn dẫn tới mất mát lưu lượng và cột áp.
 Công suất của bơm và độ bền chi tiết phải đáp ứng được yêu cầu về cột
áp.
 Nếu buồng làm việc hoàn toàn kín, nếu bơm có đủ công suất và các chi tiết
đủ bền thì áp suất làm việc của bơm phụ thuộc hoàn toàn vào yêu cầu của
phụ tải và có thể tăng đến vô cùng. Trong thực tế, đến 1 giá trị nào đó của
cột áp, chất lỏng sẽ hoàn toàn bị mất mát do rò rỉ, nghĩa là áp suất làm việc
của bơm bị giới hạn.
 Lưu lượng :

Lưu lượng riêng q của bơm là thể tích làm việc của bơm trong 1 chu kỳ (thể tích

chất lỏng vận chuyển qua bơm trong 1 chu kỳ).
Gọi n là số chu kỳ làm việc của máy (số vòng quay) trong 1 phút.
16


Lưu lượng lý thuyết của bơm thể tích được tính như sau:

Q lt = q .

n
60

(3)

Lưu lượng thực tế khi tính đến rò rỉ:
Q = Qlt - ∆Q
∆Q là lưu lượng rò rỉ trong bơm (từ khoang áp suất cao đến khoang áp suất thấp)
và lưu lượng rò rỉ ra ngoài bơm, ∆Q phụ thuộc chất lượng đệm lót, chất lỏng làm
việc và áp suất làm việc. Ap suất làm việc càng lớn, độ nhớt chất lỏng làm việc
càng nhỏ thì lưu lượng rò rỉ càng lớn.
Do lưu lượng của máy thể tích dao động theo thời gian nên ta sẽ khảo sát 2
loại lưu lượng :
Lưu lượng tức thời: xác định tại 1 thời điểm
Lưu lượng trung bình: xác định trong 1 khoảng thời gian làm việc.

 Lực :

Đối với bơm piston, để tạo cho chất lỏng 1 độ tăng áp suất làm việc ∆p thì
phải tác dụng lên piston 1 lực:


P = F. ∆p

(4)

F:là diện tích làm việc của piston
 Công suất và hiệu suất:

Công suất thủy lực: công suất thực tế mà bơm cung cấp cho chất lỏng

N tl = γ.Q.H = γ ⋅ Q ⋅

p lv
= p lv .Q
γ

(5)

Do các tổn thất cơ khí, tổn thất lưu lượng và tổn thất cột áp, công suất phải cung
cấp trên trục bơm là:

N tr =

γQH
γQH p lv ⋅ Q
=
=
ηQ ⋅ η tl ⋅ ηck
η
η


η:bao gồm hiệu suất cơ khí do tổn thất cơ khí giữa các bộ phận làm việc, hiệu suất
lưu lượng do rò rỉ và hiệu suất thủy lực.
3.1.6. Khả năng tự hút của bơm thể tích
17


Bơm piston hay bơm thể tích nói chung đều có thể tự hút được, nghĩa là có
thể tự khởi động mà không cần mồi bơm như bơm ly tâm.
Giả sử ở thời điểm bắt đầu làm việc piston ở vị trí tận cùng về phía phải (vị
trí A-A). Trong buồng làm việc, hộp van và ống hút đều có không khí chiếm chỗ.
Gọi

Vo: thể tích không khí chiếm chỗ trong hệ thống lúc piston ở vị trí A-A
F : diện tích mặt làm việc của piston
S : hành trình của piston ứng với nửa vòng quay của tay quay

Khi piston chuyển động về vị trí tận cùng phía trái (ứng với 1/2 vòng quay của tay
quay), không khí sẽ dãn nở vì thể tích buồng làm việc tăng, giả sử quá trình dãn
nở là quá trình đoạn nhiệt, phương trình cơ bản của chất khí cho:
p.v = RT
⇒

pa.Vo = p.(Vo+ F.S)

⇒

p = pa ⋅

Độ chân không


Vo
< pa
Vo + FS

pa − p
pa − p
sẽ đưa chất lỏng lên 1 đoạn h =
trong ống hút.
γ
γ

Piston tiếp tục chuyển động về phía phải, không khí sẽ bị dồn vào ống đẩy,

πd 2h
.h
lượng không khí còn lại trong hệ thống là Vo’= Vo - 4
Piston chuyển động về phía trái, lượng không khí V o’tiếp tục dãn nở , áp
suất giảm và chất lỏng tiếp tục dâng lên trong ống hút. Quá trình cứ tiếp tục cho
đến khi chất lỏng đièn đầy xilanh, khi đó bơm coi như đã tự mồi xong , bắt đầu
làm việc với chất lỏng.

3.1.7. Lưu lượng của bơm piston
a. Lưu lượng trung bình
Lưu lượng lý thuyết trung bình được định nghĩa theo công thức (3) :
Qlt = q

n
60

-- Bơm tác dụng đơn


qdon = F.S = F.2RT

-- Bơm tác dụng kép

qkep = (2F - f).S
18


-- Bơm tác dụng ba

qba = 3F.S

Trong đó :
F=

πD 2
4

: diện tích bề mặt của piston

πd 2
f=
4

: diện tích cần piston

S = 2RT

: hành trình piston


RT

: chiều dài tay quay của cơ cấu tay quay thanh truyền

Do có rò rỉ nên lưu lượng thực trung bình là:
Q = ηQ.Qlt
Hiệu suất lưu lượng phụ thuộc vào đường kính piston:
D < 150 mm

ηQ = 0,85 ÷ 0,90

150mm< D < 300 mm

ηQ = 0,90 ÷ 0,95

D > 300 mm

ηQ = 0,95 ÷ 0,98

Bơm piston được đặc trưng bởi tỉ số S/D và vận tốc tịnh tiến trung bình của
piston, thông thường khi vận tốc bơm càng cao thì S/D càng nhỏ.
S/D = 0,8 ÷ 2

Ta có:

vtb piston = 0,5 ÷ 0,9 m/s

b. Lưu lượng tức thời
Trong 1 vòng quay của tay quay của bơm piston tác dụng đơn, dòng chất

lỏng qua ống hút và ống đẩy là không liên tục, chỉ xuất hiện trong 1/2 chu kỳ.
Ngoài ra, khi có dòng chất lỏng xuất hiện trong ống hút (hoặc trong ống đẩy) thì
lưu lượng dòng chảy cũng không là hằng số mà dao động theo thời gian, chính vì
vậy mà ta khảo sát lưu lượng tức thời tức là lưu lượng tại từng thời điểm.
Lưu lượng tức thời tính tại thời điểm t ứng với góc quay ϕ của tay quay
được tính bằng tích số của diện tích mặt làm việc của piston với vận tốc chuyển
động của piston.
Qϕ = F.vpisϕ
Gọi

x

(7)

: quãng đường dịch chuyển của piston ứng với góc quay ϕ của tay

quay
19


l: chiều dài thanh truyền : l >> RT (l > 5 RT)
β: góc giữa thanh truyền và đường tâm xilanh ứng với góc quay ϕ
Khi tay quay quay 1 góc ϕ thì piston chuyển dời 1 đoạn x là:

C
B B0

C0

x = BB0 = OB0 - OB = (RT + l) - (RT.cos ϕ +l.cos β)

Thường β rất bé nên cos β ≅ 1
⇒

x = RT.(1- cos ϕ)
(8)
= RT.(1- cos ωt)

Vậy
(7) ⇒

vpisϕ =
Qϕ =

dx
= ω.R T . sin ωt
dt

2πn
πD 2
⋅ R T ⋅ sin ϕ
ω.R T . sin ωt = F. ⋅
60
4

(9)

Kết luận: lưu lượng tức thời có qui luật dao động hình sin
Tại 1 thời điểm, lưu lượng tức thời là lưu lượng của quá trình hút hoặc lưu lượng
của quá trình đẩy.
ϕ = 0o ÷ 180o : lưu lượng trong quá trình hút

ϕ = 0o , 180o⇒ Qmin= 0

ϕ = 90o ⇒ Qmax= F ⋅ R T ⋅

2πn
60

ϕ = 180o ÷ 360o , ⇒ Qϕhut = 0
ϕ = 180o ÷ 360o: lưu lượng trong quá trình đẩy
c. Hệ số không đều của lưu lượng
Để đánh giá mức độ không ổn định của lưu lượng ta đưa vào 1 hệ số đặc
20


trưng cho mức độ không đều của lưu lượng gọi là hệ số không đều:

Ψ=

Q max
Q lt

Ta xét mức độ không đều của các loại bơm piston thông qua hệ số lưu lượng
π

không đều:

2
π

Q

hút
ϕ

ϕ
đẩ
y

 Bơm tác dụng đơn

Ψdon =

Q max
Q tb

2πn
60 = π
=
n
F ⋅ 2R T ⋅
60
F⋅ RT ⋅

 Bơm tác dụng kép

Q
hút
ϕ

π


2π

ϕ

đẩ
y

Nếu f << F, tức là không xét đến ảnh hưởng của diện tích cần piston.

21


Ψ2 =

Q max
Q tb

2πn
60 = π = 1,57
=
n
2
2 ⋅ F ⋅ 2R T ⋅
60
F⋅RT ⋅

 Bơm tác dụng ba

Gọi QϕA, QϕB, QϕC là lưu lượng tức thời của 3 bơm A,B,C ghép thành bơm tác
dụng ba, các lưu lượng này lệch pha nhau 120 o (2π/3) , Tại thời điểm t ứng với

góc quay ϕ ta có:
QϕA = F.RT.ω.sin ϕ
QϕB = F.RT.ω.sin (ϕ + 120o)
QϕC = F.RT.ω.sin (ϕ + 240o)
Qϕ = QϕA + QϕB + QϕC = F.RT.ω.[sin ϕ + sin (ϕ + 120o) + sin (ϕ + 240o)]
Vậy lưu lượng tức thời đạt cực đại khi ϕ = π/6 , π/2 , 5π/6 , 7π/6 , 3π/2 ...
và Qmax= F.RT.ω
Hệ số không đều của bơm tác dụng ba là:

Ψ3 =

Q max
Q tb

2πn
60 = π = 1,047
=
n
3
3 ⋅ F ⋅ 2R T ⋅
60
F ⋅ RT ⋅

 Bơm tác dụng bốn
Gọi QϕA, QϕC và QϕB, QϕD là lưu lượng tức thời của 2 bơm tác dụng kép
ghép thành bơm tác dụng bốn, các lưu lượng này lệch pha nhau 90 o (π/2) , Tại
thời điểm t ứng với góc quay ϕ ta có:
22



QϕA = F.RT.ω.sin ϕ
QϕB = F.RT.ω.sin (ϕ + 90o)
QϕC = F.RT.ω.sin (ϕ + 180o)
QϕD = F.RT.ω.sin (ϕ + 270o)
Qϕ = QϕA + QϕB + QϕC + QϕD
= F.RT.ω.[sin ϕ + sin (ϕ + 90o) + sin (ϕ + 180o) + sin (ϕ + 270o)]
Vậy lưu lượng tức thời đạt cực đại khi ϕ = π/4 , 3π/4 , 5π/4 , 7π/4
và Qmax= F.RT.ω.sin(π/4) = 2. F. R T . ω
Hệ số không đều của bơm tác dụng bốn là:
Q
Ψ4 = max =
Q tb

2πn
60 =
n
4 ⋅ F ⋅ 2R T ⋅
60
2 ⋅ F ⋅ RT ⋅

2⋅π
= 111
,
4

Nhận xét:
- Qua các biểu đồ lưu lượng cũng như hệ số lưu lượng không đều ta thấy
bơm tác dụng ba có hệ số không đều là bé nhất , tức là có lưu lượng đều nhất
trong các loại bơm được giới thiệu do không có sự trùng pha. Trong thực tế bơm
tác dụng 4 thường ít được chế tạo.

- Tính chất dao động lưu lượng là nhược điểm cơ bản trong máy thể tích
nói chung và trong bơm piston nói riêng. Nhược điểm này dẫn đến dong chay
trong bơm không ổn định do đó trong các truyền động thủy lực và các hệ thống
điều khiển tự động có độ chính xác cao, bơm piston thường bị hạn chế sử dụng.
Vấn đề đặt ra cho bơm thể tích là khắc phục hiện tượng dao động lưu lượng.
d. Điều chỉnh lưu lượng của bơm piston
Để có lưu lượng bơm cung cấp phù hợp với yêu cầu của phụ tải, ta tiến hành
điều chỉnh lưu lượng bơm. Dựa vào công thức tính lưu lượng Q = ηQ.F.2RT.n =
F.S.n ta suy ra các phương pháp điều chỉnh:
- Thay đổi số vòng quay n của tay quay nghĩa là thay đổi số chu kỳ làm việc
của bơm trong 1 đơn vị thời gian. Phương pháp này có các nhược điểm:
Đòi hỏi động cơ có số vòng quay thay đổi được do đó rất đắt tiền
hoặc phải dùng thêm bộ biến tốc.
Số vòng quay n của bơm còn bị giới hạn vì ảnh hưởng của lực quán
23


tính do chuyển động không ổn định của chất lỏng trong bơm.
- Thay đổi hành trình làm việc của piston bằng cách thay đổi R T hoặc thay
đổi diện tích mặt làm việc của piston (biện pháp này khó thực hiện vì phải có
những cơ cấu đặc biệt, rất phức tạp)
- Dùng tiết lưu để xả bớt chất lỏng từ buồng đẩy về buồng hút. Phương
pháp này thường được sử dụng.
3.1.8. Khắc phục chuyển động không ổn định của chất lỏng trong hệ thống
bơm piston:
Khi bơm piston làm việc, lưu lượng và áp suất trong hê thống bơm và
đường ống bị dao động gây ra nhiều tác hại làm tăng tổn thất thủy lực, gây chấn
động và nếu bơm làm việc trong đường ống dài có thể xuất hiện va đập thủy lực
làm hỏng các bộ phận của bơm và hệ thống. Trong trường hợp nhiều bơm cùng
làm việc trong 1 hệ thống biên độ dao động của áp suất có thể tăng lên rất lớn do

cộng hưởng.
Khi bơm làm việc trong hệ thống truyền động thủy lực, hiện tượng dao
động lưu lượng và áp suất còn ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của hệ
thống.
Vì những lý do nêu trên, cần phải có biện pháp để hạn chế tính chất không
ổn định của dòng chảy trong bơm piston. Có 2 biện pháp sau đây:
Biện pháp 1: Dùng bơm tác dụng kép hoặc bơm ghép (tác dụng ba, tác
dụng 4), hệ số không đều của lưu lượng sẽ nhỏ thua của bơm tác dụng đơn rất
nhiều.
Biện pháp 2 :Dùng bình không khí để điều hòa lưu lượng và áp suất trong
hệ thống (bình điều hòa). Đó là những bình chứa kín, có kích thước lớn, đặt trên
đường ống hút hoặc đường ống đẩy và ngay sát cửa vào (cửa ra) của van hút (van
đẩy) .
Bình điều hòa hút:

24


Nguyên lý làm việc của bình điều hòa hút
Ống ngắn 1 nối với cửa vào của van hút và bình điều hòa hút, bình điều
hòa hút nối với ống hút. Độ chân không gần như không thay đổi trên mặt thoáng
bình điều hòa hút tạo dòng chảy điều hòa, không bị dao động trên đường ống hút.
Khi bơm không làm việc, mực chất lỏng trong bình điều hòa ở vị trí giữa
(trong sơ đồ ở hình 10). Khi bơm làm việc mực chất lỏng dao động giữa 2 vị trí
cao nhất và thấp nhất. Thể tích không khí trong bình dao động từ V min đến Vmax,, và
do đó áp suất măt thoáng trong bình dao động từ pmax đến pmin (độ dao động rất bé)
Tính năng của bình điều hòa được đặc trưng bởi độ dao động δ:

δ=
Với


p max − p min
p tb

p tb =

p max + p min
2

Khi thể tích không khí trong bình đủ lớn, nghĩa là tiết diện bình khá lớn so
với tiết diện ống hút thì vận tốc dòng chảy trong ống hút xem như không đổi.
Trong tính toán sơ bộ ta có thể xem không khí trong bình điều hòa biến đổi theo
quá trình đẳng nhiệt, phương trình trạng thái sẽ là:
p.V = const
Với V là thể tích của lượng không khí có trọng lượng là hằng số chứa trong buồng
không khó của bình điều hòa.
25