Xem mẫu
- B GIÁO D C VÀ ðÀO T O
TRƯ NG ð I H C NÔNG NGHI P HÀ N I
Pgs.ts. BÙI H I TRI U (Ch biên)
ts. nGUY N NG C QU , ts. ð H U QUY T
TS. NGUY N VĂN H U
GIÁO TRÌNH
TRUY N ð NG THU L C
VÀ KHÍ NÉN
Hµ néi – 2006
- Lêi nãi ®Çu
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, cïng víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña kü thuËt tù ®éng ho¸,
kü thuËt ®iÖn tö v kü thuËt sè, kü thuËt thuû khÝ ng y c ng cã ý nghÜa lín trong c¸c hÖ thèng
truyÒn ®éng v ®iÒu khiÓn. Trong c¸c lÜnh vùc chÕ t¹o m¸y v kü thuËt « t« - m¸y kÐo, thuû
lùc v khÝ nÐn ®ang cã mét vai trß ®¸ng kÓ do cã mËt ®é c«ng suÊt cao, cÊu tróc hÖ thèng ®¬n
gi¶n, ®é tin cËy cao, v ®Æc biÖt l cã kh¶ n¨ng thiÕt lËp mét hÖ thèng truyÒn ®éng v ®iÒu
khiÓn bÊt kú víi c¸c phÇn tö cÊu tróc tiªu chuÈn. H¬n n÷a, kh¶ n¨ng bè trÝ c¸c phÇn tö tù do v
linh ®éng theo kh«ng gian v sö dông c¸c van ®iÒu khiÓn ®iÖn cã chi phÝ c«ng suÊt nhá l tiÒn
®Ò quan träng cho c¸c gi¶i ph¸p truyÒn ®éng hiÖn ®¹i.
§Æc ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn ®éng thuû lùc, khÝ nÐn l c¸c phÇn tö cÊu tróc ®ßi hái ®é
chÝnh x¸c chÕ t¹o v ®é bÒn rÊt cao, do ®ã ®Ó chÕ t¹o ho n thiÖn mét hÖ thèng víi tr×nh ®é
c«ng nghÖ hiÖn t¹i ë n−íc ta l ch−a cho phÐp. ThiÕt kÕ hÖ thèng trªn c¬ së lùa chän v nhËp
ngo¹i c¸c phÇn tö cÊu tróc tiªu chuÈn, tù chÕ t¹o c¸c phÇn th« ®Ó ho n thiÖn hÖ thèng truyÒn
®éng v ®iÒu khiÓn theo nhiÖm vô c«ng nghÖ cho tr−íc ®ang l h−íng ®i ®óng ®Ó ph¸t triÓn kü
thuËt thuû lùc v khÝ nÐn ë ViÖt Nam hiÖn nay. §ã còng chÝnh l môc ®Ých m cuèn s¸ch n y
muèn ®¹t ®Õn. Gi¸o tr×nh TruyÒn ®éng Thuû lùc v KhÝ nÐn giíi thiÖu nh÷ng kiÕn thøc c¬
b¶n nhÊt trong kü thuËt thuû lùc v khÝ nÐn, nh− c¸c c¬ së vËt lý v kü thuËt cña thuû lùc v
khÝ nÐn, c¸c nguyªn t¾c cÊu t¹o v c¸c tÝnh chÊt ho¹t ®éng c¬ b¶n cña c¸c phÇn tö cÊu tróc nh−
b¬m dÇu, m¸y nÐn khÝ, c¸c van ®iÒu khiÓn, c¸c ®éng c¬ v c¸c xy lanh lùc. Bªn c¹nh ®ã, cuèn
s¸ch cßn ®Ò cËp ®Õn c¸c kiÕn thøc vÒ kÕt nèi m¹ch thuû lùc, khÝ nÐn, vÒ tÝnh chÊt ho¹t ®éng
cña c¸c m¹ch truyÒn ®éng v ®iÒu khiÓn tiªu biÓu, vÒ kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn v ®iÒu chØnh hÖ
thèng mét c¸ch tù ®éng, tõ ®ã t¹o kh¶ n¨ng ®Ó lùa chän c¸c phÇn tö tiªu chuÈn v thiÕt kÕ c¸c
hÖ thèng truyÒn ®éng, ®iÒu khiÓn thuû lùc, khÝ nÐn phï hîp víi yªu cÇu c«ng nghÖ ® ®Æt ra.
Gi¸o tr×nh truyÒn ®éng thuû lùc v khÝ nÐn ®−îc biªn so¹n theo yªu cÇu gi¶ng d¹y m«n
häc TruyÒn ®éng Thuû lùc v KhÝ nÐn cho sinh viªn ng nh kü thuËt c¬ khÝ, tr−êng §¹i häc
N«ng nghiÖp I - H Néi. KiÕn thøc cña m«n häc l m c¬ së cho c¸c m«n häc tiÕp theo, nh− «
t« - m¸y kÐo v xe chuyªn dông, c¸c m¸y n«ng nghiÖp phøc t¹p, m¸y v thiÕt bÞ trong b¶o
qu¶n v chÕ biÕn n«ng s¶n. Ngo i ra, gi¸o tr×nh còng cã thÓ ®−îc sö dông l m t i liÖu tham
kh¶o cho sinh viªn v kü s− ho¹t ®éng trong c¸c lÜnh vùc chÕ t¹o m¸y v tù ®éng ho¸.
Gi¸o tr×nh n y do PGS. TS. Bïi H¶i Triªï, tr−ëng bé m«n Kü thuËt §éng lùc l m chñ
biªn, TS. NguyÔn V¨n Hùu - bé m«n M¸y N«ng nghiÖp, TS. NguyÔn Ngäc QuÕ - bé m«n Kü
thuËt §éng lùc, TS. §ç H÷u QuyÕt – bé m«n C¬ häc kü thuËt cïng tham gia biªn so¹n.
Gi¸o tr×nh n y ®−îc biªn so¹n trªn c¬ së nh÷ng t i liÖu gi¶ng d¹y v nghiªn cøu trong
v ngo i n−íc vÒ kü thuËt thuû khÝ, vÒ øng dông cña thuû lùc v khÝ nÐn trong c¸c lÜnh vùc kü
thuËt, ®Æc biÖt l øng dông trªn c¸c m¸y tù h nh ho¹t ®éng trong c¸c lÜnh vùc: l©m nghiÖp, x©y
dùng, giao th«ng, khai kho¸ng …
§Ó ho n thiÖn cuèn gi¸o tr×nh n y c¸c t¸c gi¶ xin c¸m ¬n TS. Hans Maack, viÖn C¬
§iÖn tö v Kü thuËt TruyÒn ®éng, Tr−êng Tæng hîp Rostock ® tÆng v gióp s−u tÇm c¸c t i
liÖu quan träng trong lÜnh vùc kü thuËt thuû khÝ. C¸c t¸c gi¶ còng xin c¶m ¬n GS. TS. Renuis,
ViÖn m¸y N«ng nghiÖp, tr−êng B¸ch khoa Munich ® khuyÕn khÝch, t− vÊn x©y dùng m«n häc
v gi¸o tr×nh TruyÒn ®éng Thuû lùc v KhÝ nÐn øng dông trong lÜnh vùc c¬ khÝ n«ng nghiÖp.
M«n häc TruyÒn ®éng thuû lùc v khÝ nÐn lÇn ®Çu tiªn ®−îc x©y dùng, do ®ã gi¸o tr×nh
sÏ kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. RÊt mong b¹n ®äc ®ãng gãp nh÷ng ý kiÕn ®Ó cuèn s¸ch
®−îc ho n thiÖn h¬n. C¸c ý kiÕn ®ãng gãp phª b×nh xin göi vÒ Bé m«n Kü thuËt §éng lùc,
Khoa C¬ - §iÖn, Tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp I – H Néi. Xin ch©n th nh c¶m ¬n!
C¸c t¸c gi¶
- M ñ u
Trong ngành cơ khí, truy n ñ ng thu l c và khí nén ñư c x p vào chuyên ngành k
thu t truy n l c. Nhi m v c a k thu t truy n l c là xây d ng h th ng truy n l c c a máy
hay thi t b sao cho nhi m c công ngh c a chúng ñư c th c hi n t i ưu. Thí d h th ng
truy n l c c a m t xe hơi, h th ng truy n l c c a m t máy ép,…
ð ng H th ng Máy hay thi t b
Me, ωe Ma, ωa, (Fa, va)
cơ truy n ñ ng c n d n ñ ng
Hình 1. Sơ ñ nguyên lý c a m t h th ng truy n l c
C u trúc cơ b n c a m t h th ng truy n l c ñư c trình bày trên hình 1. Công su t
truy n l c ñư c cung c p t ñ ng cơ ñi n hay ñ ng cơ ñ t trong. Các thông s ra Me và ωe
c a ñ ng cơ c n ñư c chuy n ñ i thành các thông s vào yêu c u c a m t máy hay thi t b
chuy n ñ ng quay Ma, ωa, ho c là các thông s vào c a máy hay thi t b chuy n ñ ng t nh
ti n Fa, va nh m t b chuy n ñ i. Nhi m v chuy n ñ i năng lư ng này ñư c các h th ng
truy n ñ ng ñ m nh n. ð i v i các máy công tác khác nhau, các nhà thi t k có r t nhi u
d ng truy n ñ ng khác nhau ñ l a ch n ra phương án phù h p v i ñi u ki n c th .
Các h th ng truy n ñ ng có th ñư c phân lo i theo lo i ph n t ñ chuy n ñ i các
thông s vào thành các thông s ra:
* Truy n ñ ng cơ h c: Các ph n t truy n năng lư ng là các b truy n cơ h c (bánh
răng, ñai, xích, v.v.). Trong lo i truy n ñ ng này vi c thay ñ i t s truy n vô c p ch có th
th c hi n trong kho ng gi i h n. Truy n ñ ng cơ h c yêu c u m t không gian l p ñ t c ñ nh
gi a ñ ng cơ truy n l c và máy công tác.
* Truy n ñ ng ñi n: T n s quay c a ñ ng cơ ñi n hi n nay có th thay ñ i trong
m t kho ng r ng. Nh ñó m t ph n ch c năng truy n ñ ng t ñ ng cơ và ñi u khi n truy n
ñ ng ñã ñư c th c hi n ngay trên ñ ng cơ ñi n. Trong ña s các trư ng h p, h th ng truy n
ñ ng ñi n c n có m t b truy n cơ h c v i t s truy n không ñ i ñ làm thích ng mô men
quay và t n s quay v i các thông s yêu c u c a thi t b c n d n ñ ng. H th ng truy n ñ ng
ñi n cũng yêu c u m t không gian l p ñ t xác ñ nh gi a ñ ng cơ và máy công tác.
* Truy n ñ ng thu l c: Trong truy n ñ ng thu l c vi c truy n công su t trong h
th ng do ch t l ng ñ m nh n. Tuỳ theo vi c s d ng năng lư ng c a dòng ch t l ng là th
năng hay ñ ng năng mà h th ng ñư c g i là truy n ñ ng thu tĩnh hay truy n ñ ng thu
ñ ng.
+ Truy n ñ ng thu tĩnh làm vi c theo nguyên lý choán ch . Trong trư ng h p ñơn
gi n nh t, h th ng g m m t bơm ñư c truy n ñ ng cơ h c cung c p m t lưu lư ng ch t l ng
ñ làm chuy n ñ ng m t xy lanh hay m t ñ ng cơ thu l c. Áp su t t o b i t i tr ng trên
ñ ng cơ hay xi lanh l c cùng v i lưu lư ng ñưa ñ n t bơm t o thành công su t cơ h c truy n
ñ n các máy công tác. ð c tính c a truy n l c thu tĩnh có tính ch t: t n s quay cũng như
v n t c c a máy công tác trong th c t không ph thu c vào t i tr ng. Do có kh năng tách
bơm và ñ ng cơ theo không gian và s d ng các ñư ng ng r t linh ñ ng nên không c n m t
không gian l p ñ t xác ñ nh gi a ñ ng cơ và máy công tác. Trên h th ng truy n ñ ng thu
tĩnh có th thay ñ i t s truy n vô c p trong m t kho ng r ng. Ch t l ng thu l c hi n nay
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….1
- có th ñư c s d ng là d u t d u m , ch t l ng khó cháy, d u có ngu n g c th c v t ho c
nư c.
+ Truy n ñ ng thu ñ ng ñư c c u t o t m t ph n bơm và m t ph n ñ ng cơ (tua
bin). Vi c chuy n ñ i mô men và t n s quay ñư c th c hi n nh ñ ng năng c a kh i ch t
l ng. ðư ng ñ c tính c a truy n ñ ng thu ñ ng có tính ch t: t n s quay c a ph n b ñ ng
gi m khi mô men quay tăng. Trong s d ng, truy n ñ ng thu ñ ng có c u trúc g n nhưng
yêu c u có m t không gian xác ñ nh gi a ñ ng cơ và thi t b c n d n ñ ng.
* Truy n ñ ng khí nén: C u trúc t ng quát c a truy n ñ ng khí nén cũng tương t
như c u trúc c a truy n ñ ng thu tĩnh. ði u khác bi t cơ b n d n ñ n s khác bi t v tính
ch t ho t ñ ng và c u trúc c a các chi ti t là môi ch t truy n năng lư ng. Trong các h th ng
truy n ñ ng khí nén môi ch t là không khí nén – m t ch t “l ng” ch u nén. Như v y có th
l y không khí t môi trư ng, nén l i, truy n d n làm ho t ñ ng các ñ ng cơ khí nén ho c xy
lanh khí nén và l i th i ra môi trư ng.
Ngoài ra ñ thi t k m t h th ng truy n l c còn có các gi i pháp k t h p: thu l c –
khí nén; ñi n – khí nén; ñi n – thu l c, …
Gi i pháp t i ưu cho m t nhi m v ñi u khi n và truy n l c luôn ph thu c vào m c
ñ th c hi n các yêu c u công ngh , k thu t và kinh t . Trong k thu t có hàng lo t các
trư ng h p ng d ng và các lĩnh v c ng d ng tiêu bi u. Khi ñó vi c l a ch n s d ng lo i
truy n l c và truy n ñ ng nào là d a vào các l i th ñ c bi t c a m t lo i. Các b truy n l c
t nh ti n ñ kh c ph c l c t i l n v i v n t c nh thư ng ñư c th c hi n b ng thu l c. Thí
d cho các trư ng h p này là các máy nén ép trong công nghi p ô tô và công nghi p ch t o
v t li u nhân t o, b ph n nâng h trong các máy nâng hàng, máy xúc và c n c u t hành,…
C truy n ñ ng c a các máy công tác h ng n ng và các máy công nghi p cũng ñư c th c hi n
b ng thu l c. Trong các máy công c , trong k thu t rô b t và ch t o máy, trong ch t o tàu
bi n, hàng không, trên các xe v n t i cũng luôn g p các ng d ng c a k thu t thu l c và khí
nén. Trong k thu t truy n l c, ñi u khi n và ñi u ch nh ngoài thu l c và khí nén còn ng
d ng c các gi i pháp cơ h c, ñi n - ñi n t ho c liên h p các gi i pháp. ð c bi t các b
truy n thu l c - ñi n và khí nén - ñi n ngày càng ñư c phát tri n r ng rãi do ñư c k t n i
v i máy tính và ng d ng k thu t ñi u khi n s . Các h th ng thu l c và khí nén ñi u khi n
s ngày càng có ý nghĩa l n trong s n xu t.
Nh ng cơ s v t lý, nh ng ki n th c v c u trúc, các nguyên lý ho t ñ ng c a các
thi t b cũng như các m ch thu l c và khí nén ñư c trình bày trong cu n sách s giúp cho
sinh viên và các k sư cơ khí có th thi t k ñư c các h th ng truy n l c thu l c và khí nén
ho t ñ ng có hi u qu và chính xác. T ñó t o ra kh năng m r ng ph m vi ng d ng c a k
thu t thu khí.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….2
- Ph n A
Truy n ñ ng thu l c
Chương I
Cơ s k thu t truy n ñ ng thu l c
1.1. C u trúc và ho t ñ ng c a m t b truy n ñ ng thu l c
C u trúc và tác ñ ng l n nhau c a các nhóm c u trúc truy n ñ ng thu l c ñư c trình
bày trên hình 1.1. Ph n thu l c bao g m bơm thu l c ñ t o dòng d u có áp su t, xy lanh
thu l c ho c ñ ng cơ thu l c là ph t i. Gi a các ph n t cơ b n còn có ng d n d u, các
van ñi u khi n và các b ph n ph tr thu l c ñ c bi t như bình l c, b làm mát, b tích áp
và các b ph n khác.
Máy công Chuy n ñ i công
Chuy n ñ i Máy ñ ng tác (máy nén su t cơ h c
công su t l c ép ho c
cơ h c (ñ ng cơ truy n l c Pch= F.v
ñi n ho c chuy n ñ ng
Pch = M 1ω1 ho c
ñ ng cơ c a xe hơi) Pch = M 2 ω 2
ñ t trong)
F v
M1 n1 M2 n2
ðư ng ng Xy lanh
Công su t Công su t
Bơm p Ph ki n thu l c
thu l c thu l c
thu l c Ph n t ho c ñ ng
Prl= p.Q Q Prl= pQ
ñi u khi n cơ thu l c
Hình 1.1. Sơ ñ truy n công su t trong m t thi t b thu l c
Máy ñ ng l c thư ng ñư c s d ng là ñ ng cơ ñi n ho c ñ ng cơ ñ t trong, truy n
cho bơm mô men quay M1 và t n s quay n1 (v/s) và cung c p m t công su t cơ h c:
Pch. =2 πM1n1
Công su t này ñư c chuy n ñ i thành công su t thu l c trong bơm:
Prl. = pQ,
trong ñó: p là áp su t d u yêu c u t máy công tác; Q- lưu lưu lư ng ñư c tính t t n
s quay và kích thư c c a bơm.
Dòng d u có áp su t trong thi t b thu l c ñư c d n qua các ñư ng ng và các van
ñi u khi n ñ n xy lanh l c ho c ñ ng cơ thu l c, t i ñó công su t thu l c l i ñư c bi n ñ i
thành công su t cơ h c c n thi t c a máy công tác. ð i v i các xy lanh thu l c công su t c n
thi t ñư c tính theo l c yêu c u trên c n pít tông và v n t c pít tông:
Pch. = Fv
ð i v i ñ ng cơ thu l c công su t yêu c u ñư c tính theo s li u c a máy công tác:
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….3
- Pmech. = 2 πM2n2
Sơ ñ k thu t bi u di n b truy n theo ký hi u m ch xy lanh thu l c ñư c trình bày
trên hình 1.2. Hình trên cùng (1.2a) mô t ho t ñ ng chung c a bơm thu l c, xy lanh thu l c
và thùng d u. Trong sơ ñ này s d ng bơm có th tích làm vi c không ñ i và m t xy lanh tác
ñ ng kép. Bơm thu l c hút d u t bình và cung c p lưu lư ng d u Q v i áp su t p ñ n xy
lanh. Lưu lư ng Q t l thu n v i t n s quay c a bơm d u và xác ñ nh v n t c c a pít tông.
Mô men truy n l c t l thu n v i áp su t ñư c t o ra ng v i t i tr ng tác ñ ng lên pít tông.
a)
b)
c)
Hình 1.2. Truy n ñ ng cho m t xy lanh thu l c
a- C u trúc cơ b n; b- Hành tình ti n; c- Hành trình tr v .
Do bơm ch cung c p m t phía, trong khi ñó xy lanh l i c n chuy n ñ ng ñư c c hai
chi u, cho nên c n b trí m t van phân ph i ñ hư ng d n dòng d u ñ n m i phía mong mu n
c a pít tông. Van phân ph i xác ñ nh vi c kh i hành, d ng l i và chi u chuy n ñ ng (nghĩa là
toàn b quá trình chuy n ñ ng) c a pít tông. Trên hình 1.2b van phân ph i ñang v trí ñi u
khi n hành trình ti n c a pít tông. Lúc ñó dòng d u t bơm chuy n ñ ng qua van ñ n ph n bên
trái c a xy lanh và ñ y pít tông chuy n ñ ng sang ph i, ñ ng th i ph n d u ngăn bên ph i
pít tông ñư c ch y qua van tr v thùng. Hành trình tr v ñư c th c hi n khi van phân ph i
v trí ñ i di n (hình 1.2c). T i v trí trung gian c a van phân ph i c hai ñư ng d u ñ n xy lanh
ñ u b ch n l i và dòng d u t bơm có th ch y g n như không có áp su t v thùng.
ð ñ m b o an toàn cho thi t b thu l c ho c h n ch áp su t c c ñ i ngư i ta s
d ng các van gi i h n áp su t (hình 1.2b,c). Khi áp su t d u t o ra áp l c l n hơn l c lò xo,
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….4
- van s m ra và dòng d u t bơm s ch y qua van v thùng mang theo c ph n nhi t lư ng
sinh ra khi ñó trong h th ng.
Sơ ñ truy n ñ ng cho m t ñ ng cơ thu l c cũng có th ñư c s d ng tương t . Sơ
ñ ho t ñ ng và sơ ñ m ch thu l c ñ i v i ñ ng cơ thu l c không thay ñ i th tích làm vi c
ñư c trình bày trên hình 1.3. ð ng cơ có th quay hai chi u nh chuy n m ch van phân ph i.
Van gi i h n áp su t ñư c b trí ñ gi i h n mô men quay khi quá t i.
1 2 3
Hình 1.3. Truy n ñ ng cho m t ñ ng cơ thu l c
1- Van gi i h n áp su t; 2- Van phân ph i 4/3; 3- ð ng cơ thu l c.
Trong nhi u trư ng h p s d ng c n tìm nh ng gi i pháp thích h p cho các h th ng
truy n l c. Khi ñó c n bi t ưu ñi m, như c ñi m c a m i lo i truy n l c. Các tính ch t ưu vi t
c a truy n ñ ng thu l c ñư c tóm t t như sau:
• K t c u ñơn gi n nh các c m chi ti t tiêu chu n;
• Có th b trí t do t t c các chi ti t mà không c n chú ý ñ n v trí c a liên h p cơ
h c;
• Truy n l c l n khi th tích k t c u tương ñ i nh do có tr ng lư ng trên ñơn v công
su t c a bơm và ñ ng cơ nh (tr ng lư ng công su t c a ñ ng cơ thu l c so v i ñ ng
cơ ñi n là 1/10);
• Tính ch t ñ ng l c h c khá t t (tăng t c, gi m t c) do mô men quán tính c a ñ ng cơ
thu l c nh (t l mô men quán tính so v i ñ ng cơ ñi n cùng mô men quay là 1/50);
• Chuy n ñ i ñơn gi n chuy n ñ ng quay thành chuy n ñ ng dao ñ ng và ngư c l i;
• ð o chi u ñơn gi n;
• Thay ñ i t s truy n vô c p theo t i tr ng (ñ c bi t có l i cho các máy t hành);
• B o v quá t i ñơn gi n nh van gi i h n áp su t;
• Giám sát ñơn gi n nh áp k ;
• Có kh năng t ñ ng hoá chuy n ñ ng d dàng.
Bên c nh ñó, các như c ñi m làm h n ch kh năng s d ng truy n ñ ng thu l c là:
• Hi u su t th p so v i truy n ñ ng cơ h c, do ma sát c a ch t l ng trong ñư ng ng và
các ph n t , do hao t n l t dòng trong các khe h l p ghép;
• Không th (hay khó) ñ ng b quá trình chuy n ñ ng do hi n tư ng trư t gi a ph n
ch ñ ng và ph n th ñ ng, do hao t n l t dòng và tính ch u nén c a d u;
• Chi phí ch t o cao do yêu c u ñ chính xác cao c a các ph n t trong h th ng thu
l c.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….5
- 1.2. Ch t l ng thu l c
Ch t l ng thu l c là môi ch t mang năng lư ng trong h th ng thu l c. Ki n th c v
lo i ch t l ng, v tính ch t và v tính ch t ho t ñ ng có ý nghĩa rât l n ñ i v i vi c thi t k và
v n hành các thi t b thu l c.
1.2.1. Nhi m v và yêu c u
Nhi m v c a ch t l ng thu l c là truy n l c và lưu thông dư i d ng m t dòng ch t
l ng có áp su t t bơm thu l c ñ n ñ ng cơ và xy lanh thu l c. Ngoài ra ch t l ng thu l c
còn ñ m nh n vi c bôi trơn, ch ng r và làm mát các chi ti t c a h th ng.
Yêu c u v ch t l ng thu l c xu t phát t nhi m v c a chúng. Tuy nhiên gi a các
thi t b khác nhau có các d ng yêu c u khác nhau, ñôi khi còn mâu thu n v i nhau. Có th
tham kh o các yêu c u quan tr ng nh t dư i ñây:
• Tính ch t nhi t ñ - ñ nh t h p lý, ñ nh t c n thay ñ i ít nh t trong kho ng nhi t ñ
r ng ;
• Tính ch t ch ng mòn và bôi trơn t t, c n lưu ý là luôn xu t hi n ch ñ ma sát h n
h p nh t là ñ i v i các máy thu l c pít tông;
• Tính ch ng r t t, thích ng v i các ph t làm kín, các ph n t cao su, v t li u nhân t o
và h p kim ;
• ð b n lão hoá t t k c trong các ñi u ki n làm vi c n ng n ;
• Kh năng tách b t khí t t.
1.2.2. Phân lo i ch t l ng thu l c
a) Các lo i
Trong truy n ñ ng thu tĩnh ngư i ta s d ng ch y u các lo i ch t l ng thu l c sau:
- Ch t l ng thu l c t d u m (d u khoáng);
- Ch t l ng thu l c khó cháy.
D u khoáng là ch t l ng thu l c ñư c s d ng ph bi n nh t, ñây là lo i d u chuyên
dùng cho các thi t b thu l c có pha thêm m t s ch t ph gia. Các ch t ph gia dùng ñ c i
thi n các tính ch t c a d u thu l c, thí d tính ch t nh t – nhi t ñ , tính ch t bôi trơn –
ch ng mòn, tính ch t ch ng r ho c ñ b n lão hoá.
Ch t l ng thu l c khó cháy có nhi t ñ b t cháy cao hơn h n d u khoáng, thư ng
ñư c s d ng trên các thi t b có nguy cơ cháy n . Có hai lo i ch t l ng thu l c khó cháy là
ch t l ng ch a nư c có ngu n g c d u m và ch t l ng không ch a nư c trên cơ s v t li u
t ng h p.
Ngoài ra trên các thi t b t hành còn s d ng d u ñ ng cơ và d u truy n l c làm
ch t l ng thu l c. D u này ñư c s d ng trong m t m ch d u chung v a ñ bôi trơn ñ ng cơ
và h p s , v a ñ th c hi n c nhi m v truy n l c trong h th ng thu l c.
ðôi khi trên các thi t b di ñ ng và có nhi t ñ làm vi c th p ngư i ta còn s d ng
d u truy n l c t ñ ng (ATF) làm ch t l ng thu l c, ví d trong b ph n lái tuỳ ñ ng c a
PKW.
b) Cơ s phân lo i
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….6
- D u khoáng ñư c phân lo i theo ñ nh t (Viscosity Grad: VG). Cơ s phân lo i theo
ñ nh t là d a trên ñ nh t ñ ng h c trung bình t i nhi t ñ chu n 400C (b ng 1.1). ð thi t
b thu l c ho t ñ ng t t c n gi m t gi i h n ñ nh t xác ñ nh, gi i h n ñó ñư c các nhà s n
xu t d u thu l c quy ñ nh. Dư i ñây là m t s giá tr kinh nghi m có th tham kh o:
νmax (kh i hành l nh) 50 … 1000 mm2/s (cSt);
νhñ (ho t ñ ng lâu dài) 15 ... 80 mm2/s (cSt);
νmin (ho t ñ ng ng n h n) 10 mm2/s (cSt).
B ng 1.1 Phân lo i ñ nh t ISO ñ i v i d u thu l c theo DIN E51524
Lo i ñ nh t ð nh t ñ ng h c trung bình 400C (mm2/s - cSt)
ISOVG 10 10
ISOVG 22 22
ISOVG 32 32
ISOVG 46 46
ISOVG 68 68
ISOVG 100 100
Ch t l ng thu l c khó cháy ñư c phân ra 4 vùng ñ nh t theo báo cáo Luxemburg
l n th 5 (b ng 1.2).
B ng 1.2. Phân lo i ñ nh t ch t l ng thu l c khó cháy
Vùng ñ nh t ð nh t ñ ng h c 500C (mm2/s - cSt)
HFA - 1 1 ñ n 1,5
HFA – 2 11 ñ n 14
HFA – 4 20 ñ n 40
HFA - 8 50 ñ n 70
D u ñ ng cơ và d u truy n l c ñư c phân lo i theo SAE.
B ng 1.3 trình bày các giá tr s li u quan tr ng nh t c a các ch t l ng thu l c thông
d ng trên các thi t b thu l c t hành.
B ng 1.3. T ng h p các s li u quan tr ng nh t c a ch t l ng thu l c
Tính ch t v t li u Ký hi u ðơn v D u khoáng
ð nh t ñ ng h c 400C ν mm2/s 10 - 100
Kh i lư ng riêng 150C ρ g/cm3 0,85 – 0,91
H s giãn n nhi t γ 1/K ≈ 0,65.10-4
ð nén k 1/bar ≈ 7.10-5
Mô ñun nén K bar ≈ 1,4.104
H s hoà tan Bunsen α 1 ≈ 0,09
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….7
- Nhi t dung riêng C kJ/(kg.0K) 1,83 – 1,91
H s d n nhi t 200C λ W/(m.0K) 0,11 – 0,14
0
Nhi t ñ b c cháy tF C 125 – 205
0
Nhi t ñ t cháy tZ C 310 – 360
0
Nhi t ñ ho t ñ ng c c ñ i tmax C 90
Do s phát tri n không ng ng trong lĩnh v c k thu t thu l c và ch t l ng thu l c,
do s c n thi t làm thích ng các tiêu chu n qu c gia và qu c t v i nhau nên vi c tiêu chu n
hoá luôn n m trong tr ng thái v n ñ ng. Các trích d n trong tài li u này ch ñưa ra m t s các
tiêu chu n quan tr ng nh t ñ tham kh o.
1.2.3. Các tính ch t v t lý
a) Tính ch t nh t
ð nh t là m t thông s ñ c trưng ñ c bi t quan tr ng trong lĩnh v c k thu t thu
l c. ð nh t cung c p thông tin v ma sát trong c a ch t l ng thu l c và cùng v i kh i lư ng
riêng c a ch t l ng cung c p thông tin v tính ch t c n trên dòng ch y (thí d trên ñư ng ng),
và quan tr ng hơn c là cung c p thông tin v kh năng t i c a ch t l ng, có nghĩa là v kh
năng ch u t i c a các ph n t máy, các tr c trên trư t ho c pít tông và xy lanh.
ð d dàng làm sáng t khái ni m ñ nh t có th s d ng m t thí d quen thu c dư i
ñây (hình 1.4): Hai t m ph ng song song chuy n ñ ng tương ñ i v i nhau v i m t v n t c nh
có môi trư ng ngăn cách là ch t l ng. T m ph ng dư i không chuy n ñ ng còn t m ph ng
trên chuy n ñ ng sang ph i v i v n t c vxp. Trong kho ng cách gi a hai t m có s phân b
v n t c ch t l ng theo t l :
vxp
y Vx ( y) Vxp
vx(y) =
h
x y h
vx= 0
Hình 1.4. Phân b v n t c ch t l ng gi a hai t m ph ng song song
T ñó xu t hi n s c c n ma sát trên m t ñơn v di n tích hay còn g i là ng su t trư t
ma sát:
dVx
τ = −η
dy
ðây là ñ nh lu t Niu tơn quen thu c v ma sát, trong ñó h s t l η ñư c g i là ñ
nh t ñ ng l c h c.
ð i v i k thu t thu l c ñ nh t ñ ng h c ν thư ng có kh năng bi u hi n cao hơn
vì nó mô t tính ch t dòng ch y c a ch t l ng dư i nh hư ng c a quán tính kh i lư ng và l c
tr ng trư ng.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….8
- η
ν= (1.2)
ρ
Các h ñơn v dư i ñây ñư c s d ng cho ñ nh t:
+ ð nh t ñ ng l c h c η:
1 Ns/m2 = 1 Pa.s = 103 mPa.s
ho c 1 P (Poise) = 100 cP = 10-1 Ns/m2;
+ ð nh t ñ ng h c ν:
1 m2/s = 106 mm2/s
ho c 1 St (Stoke) = 100 cSt = 100 mm2/s.
C hai lo i ñ nh t ph thu c r t m nh vào nhi t ñ và áp su t.
Tính ch t nhi t ñ - ñ nh t
Nhi t ñ càng tăng ñ nh t c a ch t l ng càng gi m. Ch t l ng thu l c b loãng ñi thì
s c c n ma sát gi m, tuy nhiên kh năng t i c a ch t l ng cũng gi m. Tính ch t ñ nh t –
nhi t ñ cho trư ng h p d u khoáng áp su t khí quy n có th ñư c bi u di n b ng công th c
th c nghi m:
b
η(ϑ) = ke c+ ϑ
ho c theo d ng:
b
ln η(ϑ) = + ln k (1.3)
c+ν
H s k ñư c tính b ng Ns/m2, các h s b, c ñư c tính b ng 0C.
S ph thu c m nh c a ñ nh t ñ ng h c vào nhi t ñ ñư c th hi n rõ hơn trên ñ
th hình 1.5. ð c bi t th y rõ r ng, s thay ñ i nhi t ñ vùng nhi t ñ th p làm thay ñ i ñ
nh t m nh hơn vùng nhi t ñ cao. Thí d v i d u khoáng:
Khi thay ñ i nhi t ñ t 200C lên 300C, ñ nh t gi m t 134,5 xu ng 75,4 mm2/s;
Khi thay ñ i nhi t ñ t 600C lên 700C, ñ nh t gi m t 20,7 xu ng 14,9 mm2/s.
10000
600 mm2/s
mm2 1000 ISO VG100
500 62
s 200
ð nh t ñ ng h c ν
46
ð nh t ñ ng h c ν
400 100
50
300 20
200 10
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c vàISO VG32
khí nén…..……………….9
100 5
22
10
0
- Hình 1.5. S thay ñ i ñ nh t ν Hình 1.6. Bi u ñ Ubbelohde ñ xác
theo nhi t ñ ñ nh tính ch t ñ nh t – nhi t ñ
(HL 46, VI 100, p0 = 1 bar) (ISO VG 10./.100, VI 100, p0 = 1 bar)
Trong th c t các nhà thi t k không tính toán tính ch t ñ nh t – nhi t ñ theo công
th c (1.3) mà tra theo m t bi u ñ ñơn gi n do các hãng s n xu t d u khoáng cung c p, bi u
ñ Ubbelohde (hình 1.6).
ð mô t tính ch t ñ nh t – nhi t ñ , ñ c bi t ñ so sánh các lo i d u v i nhau
ngư i ta thư ng s d ng m t thông s ñ c trưng n a g i là ch s ñ nh t VI. VI càng tăng
ñư ng cong ñ nh t – nhi t ñ càng th ng hơn, có nghĩa là ñ nh t thay ñ i càng ít theo nhi t
ñ . VI c a các d u khoáng thông thư ng có giá tr ≈ 100, n u b sung ch t ph gia có th làm
tăng giá tr VI.
Tính ch t nhi t ñ – áp su t – ñ nh t
Áp su t tăng s làm tăng ñ nh t c a ch t
l ng thu l c. Ch t l ng tr nên ñ c hơn s làm 10000
tăng s c c n ma sát, tuy nhiên cũng làm tăng kh mm2/s
năng t i. Tính ch t nhi t ñ – áp su t – ñ nh t 1000 p=601 bar
cũng có th ñư c xác ñ nh t công th c th c 500 401bar
nghi m: 200
ð nh t ñ ng h c ν
100
η ( P ) = η o e α ( p − po ) (1.4) 50
Trong ñó: η0 là ñ nh t ñ ng l c h c t i áp 30
20
su t p0; α (1/bar) là h s áp su t – ñ nh t, α ph
thu c vào c u trúc d u, ñ nh t và nhi t ñ , v i 10
d u khoáng α n m trong kho ng (1,3 - 2,4).10-3 p =201 bar
(1/bar). 5 1bar
Tính ch t nhi t ñ – áp su t – ñ nh t có
th tra c u t bi u ñ (hình 1.7). T bi u ñ nh n 0
th y r ng, nh hư ng c a áp su t ñ n ñ nh t ñ ng 0 20 40 60 80 0C 120
h c không m nh m như ñ i v i nhi t ñ . Khi Nhi t ñ ϑ
nhi t ñ kho ng 300C, áp su t tăng t 1 ñ n 300
Hình 1.7. Bi u ñ xác ñ nh tính
bar, ñ nh t cũng ch tăng kho ng 2 l n.
ch t nhi t ñ – áp su t – ñ nh t
nhi t ñ cao áp su t có nh hư ng ñ n ñ (HL 46, VI 100)
nh t nh hơn nhi t ñ th p.
0,94
g/cm3 0
0
C
0,90
ng riêng ρ
40
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….10 60
0,88
80
0,86 100
- b) Tính ch t kh i lư ng riêng
Kh i lư ng riêng c a ch t l ng là
t l gi a kh i lư ng và th tích c a nó:
m
ρ= (1.5)
V
Kh i lư ng riêng là m t thông s
ñ c trưng ñ tính toán s c c n dòng ch y
có nghĩa là hao t n dòng ch y và cũng là
thông s ñ tính toán hao t n va ñ p
trong ñư ng ng và các ph n t c u trúc.
Kh i lư ng riêng cũng ph thu c
vào nhi t ñ và áp su t. S ph thu c
vào nhi t ñ và áp su t c a kh i lư ng
riêng có th ñư c tra c u r t thu n l i t
ñ th . Hình 1.8 là m t thí d bi u di n
s tăng kh i lư ng riêng khi tăng áp su t
và gi m khi tăng nhi t ñ . Nhi t ñ và
áp su t nh hư ng ñ n kh i lư ng riêng v i m c ñ không gi ng như ñ i v i ñ nh t. nh
hư ng c a nhi t ñ và áp su t ñ n kh i lư ng riêng cũng có th ñư c bi u di n theo các công
th c th c nghi m.
Tính ch t nhi t ñ – kh i lư ng riêng
Tính ch t nhi t ñ – kh i lư ng riêng có th ñư c mô t theo công th c:
ρ0
ρ(ϑ) = (1.6)
1 + γ (ϑ − ϑ 0 )
Trong ñó: ρ0 (kg/m3) và ϑ0 (0C) là kh i lư ng riêng và nhi t ñ trong ñi u ki n d n
xu t, γ (1/K) là h s giãn n nhi t c a d u. N u l y nhi t ñ d n xu t là 150C thì công th c
(1.5) tr thành:
ρ150 C
ρ(ϑ) =
1 + γ (ϑ − 15)
H s giãn n nhi t γ mô t tính ch t giãn n c a d u t i áp su t không ñ i.
1 δV
γ=
V0 δϑ p
Khi áp su t tăng thì h s giãn n nhi t γ s gi m.
N u gi thi t r ng, ñ i v i d u khoáng tính ch t nhi t ñ – kh i lư ng riêng là tuy n
tính trong vùng nhi t ñ ho t ñ ng (ñi u này là cho phép trong th c t ), thì h s giãn n
nhi t có th ñư c xác ñ nh theo công th c:
∆V
γ=
V0 (ϑ − ϑ 0 )
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….11
- T các bi u th c trên có th xác ñ nh ñư c các m i quan h gi a lư ng bi n ñ i th
tích và kh i lư ng riêng c a m t ch t l ng thu l c theo s bi n ñ i c a nhi t ñ ,:
∆ V = V ( ϑ ) − V0 = γ V0 ( ϑ − ϑ 0 )
∆ ρ = ρ ( ϑ ) − ρ 0 = − γρ ( ϑ )( ϑ − ϑ 0 )
Giá tr γ áp su t khí quy n có th l y tương ng theo các lo i d u như sau:
d u khoáng: 0,65.10-3 K-1
d u HFC; 0,70.10-3 K-1
d u HFD; 0,75.10-3 K-1
Thí d dư i ñây làm rõ thêm s nh hư ng c a nhi t ñ :
Dư i áp su t khí quy n, tăng nhi t ñ t 15 ñ n 650C (tăng 500C) thì kh i lư ng riêng
gi m t 0,877 xu ng 0,847 g/cm3, có nghĩa là gi m x p x 3,4%. T ñó cho th y, gia tăng
nhi t ñ lên 100C s làm thay ñ i th tích d u kho ng 0,7%.
Tính ch t áp su t – kh i lư ng riêng
Tính ch t áp su t – kh i lư ng riêng c a ch t l ng thu l c có ý nghĩa trong vi c ñánh
giá tính ch t ñ ng l c h c c a m t thi t b thu l c. Công th c dư i ñây mô t tính ch t áp
su t – kh i lư ng riêng:
ρ0
ρ( p ) = (1.7)
1 − k (p − p 0 )
3
Trong ñó: ρ0 (kg/m ) và p0 là các giá tr kh i lư ng riêng và áp su t ñi u ki n chu n;
k (1/bar) là h s nén, mô t tính ch t nén khi nhi t ñ không ñ i:
1 δV
k=− ( )ϑ
V0 δp
Thông s t l ngh ch v i k là mô ñun nén K = 1/k.
T hình 1.8 cho th y có th tính toán quan h áp su t – kh i lư ng riêng theo quan h
tuy n tính. Do v y h s nén ñư c xác ñ nh theo:
− ∆V
k=
V0 (p − p 0 )
Như v y, v i các lo i ch t l ng thu l c s thay ñ i th tích cũng như kh i lư ng
riêng ph thu c vào áp su t ñư c xác ñ nh theo bi u th c:
∆V = V(p) − V0 = −kV0 (p − p 0 )
H s nén và mô ñun nén ñ i v i các lo i d u thu l c ñư c l y như sau:
D u khoáng k = 0,7.10-4 1/bar); K = 1,4.104 bar;
D u HFC k = 0,3.10-4 1/bar; K = 3,3.104 bar;
D u HFD k = 0,35.10-4 bar; K = 2,85.104 bar.
Tính ch t nén c a d u thu l c c n ñư c ñ c bi t chú ý khi áp su t c a h th ng l n
hơn 150 bar. Thí d dư i ñây làm sáng t thêm ñi u ñó:
N u tăng áp su t t 1 ñ n 301 bar (tăng thêm 300 bar) t i nhi t ñ 150C thì kh i lư ng
riêng tăng t 0,877 ñ n 0,982 g/cm3, có nghĩa là tăng 2,1%.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….12
- Tương ng th y r ng, khi tăng áp su t thêm 100 bar thì th tích d u gi m ñi kho ng
0,7%.
c) Kh năng ti p nh n không khí c a d u thu l c
Không khí có th ñư c hàm ch a trong d u thu l c hai d ng:
- Không khí hoà tan;
- Không khí không hoà tan, có nghĩa là d ng b t khí.
Khi còn d ng hoà tan trong d u, không khí không nh hư ng ñ n tính ch t c a d u
thu l c, có nghĩa là không làm thay ñ i ñ n tính ch u nén c a d u. Trong tr ng thái bão hoà,
d u khoáng có th hoà tan kho ng 9% th tích không khí, có nghĩa là trong m t lít d u có th
hoà tan ñư c 90 cm3 không khí. Kh năng ti p nh n không khí c a d u tăng khi áp su t tăng,
trong khi s thay ñ i c a nhi t ñ l i h u như không nh hư ng ñ n kh năng này. Kh năng
ti p nh n c c ñ i d ng hoà tan c a th tích không khí có th ñư c tính theo ñ nh lu t Henry:
p
Vkk = Vd α (1.8)
p0
Trong ñó: Vol là th tích d u t i áp su t khí quy n; α - h s hoà tan Bunsen, có th
l y giá tr 0,09 ñ i v i d u khoáng; p - áp su t tuy t ñ i.
B t khí s xu t hi n trong d u khi kh năng ti p nh n không khí c a d u d ng hoà
tan ñã vư t quá m c gi i h n. ð ng th i không khí d ng hoà tan cũng có th chuy n thành
b t khí nh ng nơi có áp su t vư t qua giá tr áp su t bão hoà, thí d trên ñư ng ng n p, t i
các ch cong g p, ñ ng sau v trí ti t lưu,… B t khí cũng có th xâm nh p khi n p khí, do l t
khí t i các ch n t trên ñư ng d u v thùng. B t khí làm cho d u b “m m” ñi, làm gi m mô
ñun nén K. Khi tăng áp su t có th gây va ñ p sau bơm, gây chuy n ñ ng ngư c, làm cho t n
s quay thay ñ i theo d ng b c, gây n, gãy ho c mài mòn (xâm th c). Chính vì v y c n ph i
thi t k b ph n tách b t, mà trư c h t là tách b t trong thùng d u.
1.3. Cơ s k thu t thu tĩnh
1.3.1. Tính ch t thu tĩnh c a ch t l ng
Khi phát tri n lý thuy t v ch t l ng, ngư i ta xu t phát t gi thi t ch t l ng lý tư ng.
ðây là ch t l ng không ma sát, không ch u nén, không giãn n , khi ñư c n p vào thùng ch
truy n áp l c vuông góc v i thành và ñáy thùng (hình 1.9). ð l n c a áp su t ph thu c vào
c t ch t l ng, có nghĩa là kho ng cách t ñi m ño ñ n m t thoáng c a ch t l ng:
p = ρgh (1.9)
V i ch t l ng lý tư ng, không xu t hi n l c ti p tuy n cũng như các ng su t ti p t i
thành thùng và gi a các l p ch t l ng.
F
A
h
p p
p
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….13
- Hình 1.9. Phân b áp su t trong Hình 1.10. L c tác ñ ng lên pít
thùng ch a ch t l ng lý tư ng tông c a m t xy lanh thu l c
Khi tính toán các thi t b thu tĩnh có th gi thi t b qua tr ng lư ng b n thân c a
ch t l ng do quá nh so v i l c tác ñ ng ngoài.
Áp su t t o ra t l c ngoài (hình 1.10) ñư c xác ñ nh theo bi u th c:
F
p= (1.10)
A
Áp su t này có th ñư c t o ra t chuy n ñ ng gián ño n c a thi t b ví d như pít
tông trong xy lanh ho c chuy n ñ ng liên t c như trong bơm bánh răng, bơm cánh quay,…
1.3.2. Chuy n ñ i năng lư ng nh pít tông và xy lanh
Áp su t làm vi c t o ra trong thi t b nâng trên hình 1.11 s là:
F1 F
p= = 2 (1.11)
A1 A 2
N u b qua hao t n l t dòng, chuy n ñ ng cu n theo pít tông thì s làm d ch chuy n
các th tích như nhau:
V1 = V2 = A1s1 = A 2 s 2 (1.12)
F2
T ñó có:
s1 A 2 A
= , F2 = 2 F1 (1.13)
s 2 A1 A1 S2
v1 A 2 S1
và = (1.14)
v 2 A1 A2
F1
Công d ch chuy n c a ch t l ng khi ñó s là: A1
W = F1s 1 = F2 s 2 (1.15)
Hình 1.11. Sơ ñ thi t b nâng thu l c
và công su t: P = Fv (1.16)
Q
Do F = Ap và v = nên
A
P = pQ (1.17)
Trong ñó Q là lưu lư ng dòng ch t l ng.
1.3.3. Chuy n ñ i năng lư ng trong thi t b thu l c chuy n ñ ng quay
Trên hình 1.12 trình bày sơ ñ m t bơm thu l c cánh quay.
Trong m t vòng quay, cánh quay có di n tích A chuy n ñ ng ñư c quãng ñư ng 2πr
và cu n theo m t th tích ch t l ng:
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….14
- V = 2πrA (1.18)
Th tích choán ch này c a bơm và ñ ng cơ thu l c còn ñư c g i là th tích làm
vi c. Lưu lư ng tính theo t n s quay s là:
Q = Vn (1.19)
1 M
N u gi thi t r ng, bơm (1) và ñ ng cơ p
(2) c a m t truy n ñ ng thu l c ho t ñ ng
không có hao t n thì lưu lư ng bơm Q1 s 3
ϕ
b ng lưu lư ng ti p nh n c a ñ ng cơ Q2: A
Q1 = Q 2 = V1 n 1 = V2 n 2 2 r
n 1 V2
Có nghĩa là: = (1.20)
n 2 V1 Hình 1.12. Bơm thu l c cánh quay
Mô men quay sinh ra trong các máy 1- V ; 2- Rô to; 3- Cánh quay.
thu l c chuy n ñ ng quay (hình 1.12) s là:
M = pAr (1.21)
trong ñó p là áp su t t o ra trong bơm theo yêu c u c a t i tr ng.
V
V i A= , công th c (1.21) có d ng:
2πr
pV
M= (1.22)
2π
pQ
ho c: M= (1.23)
2πn
T ñó, công su t s n ra ho c công su t ti p nh n c a m t máy thu l c chuy n ñ ng
quay s là:
P = Mω = M 2πn (1.24)
P = pQ (1.25)
ñây n ñư c tính là s vòng quay trong 1 giây và tương ng Q là lư ng ch t l ng
trong 1 giây.
1.4. Cơ s thu ñ ng l c h c
C s lý thuy t c a cơ h c ch t l ng cũng như thu ñ ng l c h c ñư c xu t phát t
ch t l ng lý tư ng. Trong ñó các nhà khoa h c ñã xây d ng ñư c các công th c tính toán
quan tr ng. ð u th k 20 Prandt l n ñ u tiên ñã t ng h p thu n tuý lý thuy t v thu ñ ng
l c h c v i k thu t thu l c ñư c các k sư ng d ng trong s n xu t b ng cách b sung thêm
l c ma sát sinh ra do tính nh t c a ch t l ng thu l c.
Cơ s ñ tính toán các thi t b thu l c là các phương trình liên t c, phương trình
Bernoulli cho ch t l ng thu l c. Các phương pháp tính toán s c c n dòng ch y, có nghĩa là
các phương pháp tính toán hao t n áp su t trong các ng d n có ý nghĩa quan tr ng trong th c
t .
1.4.1. Phương trình liên t c
Dòng ch y d ng c a ch t l ng lý tư ng tho mãn ñ nh lu t b o toàn kh i lư ng: Lưu
kh i m1 ch y qua m t c t A1 luôn b ng v i lưu kh i m 2 ch y qua m t c t A2. ð i v i ch t
& &
l ng có kh i lư ng riêng không ñ i ñ nh lu t này ñúng cho c trư ng h p ch y không d ng.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….15
- Kh i lư ng ch t l ng (lưu kh i) ch y qua m t m t c t ñư ng ng trong m t ñơn v
th i gian ñư c xác ñ nh theo:
m = ρAv
& (1.26)
A2
Tương ng hình 1.13, tho mãn: v1 A1 v2
ρ1 A 1 v 1 = ρ 2 A 2 v 2 (1.27) m2
m1
Q2
ð i v i ch t l ng có kh i lư ng Q1
riêng không ñ i:
Hình 1.13. Dòng ch y qua ng thu h p
A 1 v1 = A 2 v 2 (1.28)
1.4.2. Phương trình Bernoulli
Phương trình Bernoulli xu t phát t gi thi t r ng năng lư ng c a m t ch t l ng ch y
d ng không ma sát trên m i ñi m c a m t c t ngang t i m i th i ñi m là không ñ i. Phương
trình này tho mãn trong trư ng h p riêng c a dòng ch y m t chi u, và cũng bi u di n trư ng
h p ñ c bi t c a h phương trình vi phân Navier-Stocke xây d ng cho trư ng h p t ng quát
cho dòng ch y 3 chi u. M c dù v y cũng có th ng d ng ñ chính xác làm cơ s tính toán
trong lĩnh v c thu l c d u. Năng lư ng t i m t ñi m xác ñ nh trên ñư ng dòng c a m t dòng
ch y ch t l ng lý tư ng bao g m ñ ng năng dòng ch y, áp năng c a ch t l ng và th năng.
Hình 1.14 trình bày sơ ñ dòng ch y qua hai m t c t khác nhau. Phương trình
Bernoulli vi t cho trư ng h p này như sau:
2
ρ1 v 1 ρ v2
p1 + + ρ1gh 1 = p 2 + 2 2 + ρ 2 gh 2 (1.29)
2 2
ð i v i ch t l ng không ch u nén:
p2; Q2
ρv 2 ρv 2 p1; Q1
p 1 + 1 + ρgh 1 = p 2 + 2 + ρgh 2
2 2
v2
ho c t ng quát: v1
h2
ρv 2
h1
p+ + ρgh = const (1.30)
2
Th năng v trí c a ch t l ng h u như trong 1 2
t t c các trư ng h p ng d ng c a k thu t thu
l c thư ng ñư c b qua do có giá tr quá nh so v i Hình 1.14. Dòng ch y qua
ñ ng năng và áp năng. Như v y phương trình hai m t c t khác nhau
Bernoulli trong k thu t thu l c có th vi t:
ρv 2
p+ = const (1.31)
2
1.4.3. Hao t n áp su t trong ñư ng ng
a) Các khái ni m cơ b n
Khác v i ch t l ng lý tư ng, ch t l ng th c có tính ch u nén và ma sát, hơn n a ma sát
có ý nghĩa ch y u ñ tính toán và ñánh giá các quá trình ñ ng l c h c v i ch t l ng, ñ c bi t
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….16
- ñ xác ñ nh s c c n dòng ch y khi ch y qua ñư ng ng ho c các ph n t m ch thu l c.
Trong ch t l ng thu l c xu t hi n c ma sát trong gi a các l p ch t l ng v i nhau và c ma
sát gi a ch t l ng v i thành ng d n. Như v y ngoài các l c ñã bi t còn xu t hi n thêm l c
ti p tuy n và ng su t ti p. ng su t ti p ñư c t o ra do ma sát gi a các l p ch t l ng và ñ
bám c a ch t l ng v i thành ng, t ñó t o ra s c c n, có nghĩa là hao t n áp su t khi ch t
l ng ch y qua ng d n. Hao t n áp su t tăng khi tăng ñ nh t c a ch t l ng và do ñó hao t n
áp su t trong các thi t b thu l c d u cao hơn r t nhi u so v i các thi t b s d ng môi ch t có
ñ nh t nh , thí d như nư c.
Khi tính toán m t thi t b thu l c ñ ng b c n ph i tính ñ n c hao t n áp su t c c b
t i các ch cong, gãy khúc, n i ng và t i các van,…
Prandt ñã xây d ng các công th c xác ñ nh hao t n áp su t khi ch t l ng th c ch y
trong ng d n b ng cách l y quan h t l thu n gi a áp su t v i ñ ng năng dòng ch y:
dp 1 ρv 2
= −λ R (1.32)
dl d 2
Tích phân hai v phương trình này s ñư c công th c hao t n áp su t dòng ch y không
ch u nén, ch y d ng và ñ ng nhi t:
l ρv 2
∆p = p1 − p 2 = λ R (1.33)
d 2
Trong ñó (hình 1.15)
∆p = p1 – p2 là hao t n áp su t trong ño n ng l t m t c t 1 ñ n m t c t 2;
d - ñư ng kính trong c a ng;
v - v n t c dòng ch y ;
ρ - kh i lư ng riêng c a ch t l ng. 1 2
l
H s t l λR là h s c n c a ñư ng ng,
là m t hàm s c a s Reynold Re:
λ R = f (Re) (1.34) p1 p2 < p1
vd vdρ ∆p
= (1.35)
Re =
ν η Hình 1.15. Hao t n áp su t
v i ν là ñ nh t ñ ng h c và η là ñ nh t ñ ng trên ng th ng
l c h c.
0,06
H s c n c a ñư ng ng λR
0,05
d/k=100
0,04
200
0,03
λR=64/Re 500
1 Re λR 1000
0,020 = 2 log 2000
λR 2,51 Prand
0,016 5000
0,014 Regh=2320 k=0
0,012 Ch. t λR=0,3164Re-0,25
Trư ng ð i h c Nông nghi p ng N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….17
Hà Ch. r i Blasius Re
0,010 3
10 2 3 4 6 8 104 2 3 4 6 8 105 2 3 4 6 8 106
- Hình 1.16. Bi u ñ t ng h p s c c n dòng ch y λR
100
40
H s c n c a ñư ng ng λR
20
10
4 λR=64/Re
2
1
0,4
0,2
0,1 λR=0,3164.Re-0,25
0,04
0,02
Re
0,01 2 3 4 5 6
1 2 4 610 2 4 6 10 2 4 6 10 2 4 10 2 4 10 2 4 10
Hình 1.17. Bi u ñ tính toán s c c n dòng ch y thu l c d u
Trong k thu t thu l c d u cũng phân chia thành hai trư ng h p, ch y t ng và ch y r i.
Ngoài ra trong c hai trư ng h p cũng quan tâm ñ n các quá trình ch y ñ ng nhi t hay không
ñ ng nhi t. ð i v i các trư ng h p môi ch t có ñ nh t nh như nư c, không khí có th tính toán
v i quá trình ch y ñ ng nhi t, còn d u thu l c có ñ nh t r t cao nên ch có th tính toán v i quá
trình không ñ ng nhi t. Tuy nhiên có th tính toán g n ñúng v i quá trình ño n nhi t.
S ph thu c c a h s c n λR vào s Reynold ñã ñư c Prandt và c ng s và các nhà
khoa h c khác nghiên c u ñ y ñ . Các k t qu nghiên c u ñư c t ng h p trên hình 1.16. Do
hai nguyên nhân dư i ñây mà vi c s d ng bi u ñ này cho k thu t thu l c d u s g p khó
khăn. Th nh t ñây không tính ñ n tình tr ng không ñ ng nhi t nên không ñưa ra các s li u
hi u ch nh hao t n áp su t v n dĩ là quá l n. Th hai, c n quan tâm c ñ n vùng có s
Reynold nh nhưng ñây l i xu t phát t Re=103.
ð tính toán trong lĩnh v c thu l c d u nên s d ng bi u ñ hình 1.17.
b) Dòng ch y t ng
Dòng ch y ñ ng nhi t
Khi ch y t ng, ñ ng nhi t xu t hi n profil dòng ch y d ng Parabol (hình 1.18). V n
t c dòng ch y trung bình theo m t c t ngang có th tính theo v n t c c c ñ i:
v = 0,5 vmax (1.36)
Trong vùng ch y t ng có th xây d ng b ng gi i tích m t công th c hao t n áp su t
trong ñư ng ng mà không c n s tr giúp c a nghiên c u th c nghi m. Tách m t phân t
ch t l ng πy2l, trên di n tích ñáy c a phân t hình tr này tác d ng m t áp l c πy2p1 và πy2p2.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Truy n ñ ng thu l c và khí nén…..……………….18
nguon tai.lieu . vn
