Tính toán tốc độ dòng bơm ly tâm

Tốc độ dòng chảy (q) của mộtBơm ly tâmlà một tham số chính để đo lường khả năng vận chuyển của nó, ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế hệ thống và hiệu quả hoạt động. Bài viết này sẽ phân tích sâu sắc các công thức tính toán tốc độ dòng chảy, các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp tính toán kỹ thuật để giúp các kỹ sư thực hiện các lựa chọn chính xác và tối ưu hóa các hoạt động.

1. Định nghĩa và đơn vị tốc độ dòng bơm ly tâm

Tốc độ dòng chảy (Q)

Thể tích chất lỏng được cung cấp bởi máy bơm trên mỗi đơn vị thời gian. Các đơn vị phổ biến như sau:

• Các đơn vị quốc tế: M3/H (mét khối mỗi giờ), L/S (lít mỗi giây)
• Đơn vị Hoàng gia: GPM (gallon mỗi phút), FT3/s (feet khối mỗi giây)

Quan hệ chuyển đổi

• 1m3/h≈4.403gpm
• 1L/s = 15,85GPM

2. Công thức cốt lõi cho tốc độ dòng bơm ly tâm

2.1 Công thức tốc độ dòng chảy lý thuyết (không xem xét tổn thất)

Tốc độ dòng lý thuyết của bơm ly tâm có thể được tính toán thông qua các tham số hình học của bánh công tác:

Q = a⋅v = π⋅d⋅b⋅v

• A: Dòng chảy - Thông qua khu vực tại cửa hàng cánh quạt (M2)
• D: Đường kính của ổ cắm cánh quạt (M)
• B: Chiều rộng của ổ cắm cánh quạt (M)
• V: Vận tốc xuyên tâm của chất lỏng ở đầu ra bánh công tác (M/s)

Kịch bản ứng dụng: Nó được sử dụng để ước tính tốc độ dòng chảy trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, nhưng nó không xem xét tác động của tổn thất và hiệu quả thủy lực.

2.2 Công thức tốc độ dòng chảy thực tế (xem xét hiệu quả)

Tốc độ dòng thực tế bị ảnh hưởng bởi hiệu suất bơm (η) và điện trở của hệ thống, và cần được tính toán kết hợp với đầu (h) và công suất (p). Khi đơn vị tốc độ dòng chảy là M3/s:

Q = ρ⋅g⋅hp⋅η

Khi đơn vị tốc độ dòng chảy là M3/H:

Q = ρ⋅g⋅hp⋅η × 3600

P: sức mạnh trục (kW)

• η: Hiệu suất bơm (thường là 50% - 85%)
• ρ: Mật độ chất lỏng (kg/m3)
• G: Gia tốc hấp dẫn (9,81M/S2)
• H: Đầu (M)

Điểm chính:

• Tốc độ dòng chảy tỷ lệ thuận với sức mạnh và tỷ lệ nghịch với đầu.
• Chất lỏng độ nhớt cao sẽ làm giảm hiệu quả () và tính toán cần phải được điều chỉnh.

3. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy

3.1 Thông số bánh công tác

• Đường kính cánh quạt (D): Tốc độ dòng chảy tỷ lệ thuận với bình phương của đường kính cánh quạt (Q∝D2).
• Tốc độ quay của cánh quạt (N): Tốc độ dòng chảy tỷ lệ thuận với tốc độ quay (Q∝N), theo luật tương tự: Q1Q2 = (N1N2) (D1D2) 3.

3.2 Kháng hệ thống

Ma sát đường ống, khe hở van và số lượng khuỷu tay sẽ làm tăng điện trở của hệ thống, dẫn đến tốc độ dòng thực tế thấp hơn giá trị lý thuyết. Tốc độ dòng thực tế cần được xác định bởi giao điểm của đường cong đặc trưng của hệ thống và đường cong đặc trưng của bơm. Đường cong đặc trưng của hệ thống phản ánh mối quan hệ giữa tốc độ dòng chảy và điện trở trong hệ thống đường ống và thường có nguồn gốc từ công thức tính toán điện trở đường ống. Đường cong đặc trưng của bơm là đường cong của mối quan hệ giữa các tham số như tốc độ dòng chảy, đầu, công suất và hiệu quả của bơm ly tâm trong các điều kiện làm việc khác nhau, được xác định bởi nhà sản xuất thông qua các thí nghiệm. Khi bơm được cài đặt trong một hệ thống đường ống cụ thể, tốc độ dòng chảy tương ứng với giao điểm của hai đường cong là tốc độ dòng hoạt động thực tế của bơm trong hệ thống này.

3.3 Đặc điểm trung bình

• Độ nhớt: Chất lỏng độ nhớt cao (như dầu) sẽ làm tăng ma sát bên trong và giảm tốc độ dòng chảy.
• Hàm lượng khí: Khi hàm lượng khí trong chất lỏng vượt quá 5%, khả năng tạo ra và tốc độ dòng chảy sẽ giảm mạnh.

4. Nguyên nhân và giải pháp phổ biến cho tỷ lệ dòng chảy bất thường

5. Tóm tắt

Tốc độ dòng chảy của mộtBơm ly tâmcó thể được ước tính bằng các công thức lý thuyết, nhưng giá trị thực tế cần được kết hợp với hiệu quả và đặc điểm hệ thống. Kích thước cánh quạt, tốc độ quay và các đặc điểm trung bình là các biến cốt lõi ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy. Trong kỹ thuật, tốc độ dòng chảy tốt nhất được xác định thông qua các đường cong hiệu suất và dữ liệu đo được thay vì chỉ dựa vào các tính toán. Làm chủ logic tính toán tốc độ dòng chảy có thể tối ưu hóa lựa chọn bơm, giảm mức tiêu thụ năng lượng và mở rộng tuổi thọ dịch vụ của thiết bị. Đối với các hệ thống phức tạp, nên sử dụng mô phỏng CFD hoặc phần mềm chuyên nghiệp (như ống - FLO) để phân tích phụ trợ.