Bơm - các hệ thống làm kín trục cho bơm quay và bơm ly tâm - Phần 22

PHỤ LỤC E

(quy định)

PHÂN CHIA GIỚI HẠN CHỊU TRÁCH NHIỆM CỦA NHÀ CUNG CẤP BƠM VÀ CỤM LÀM KÍN

PHỤ LỤC F

(tham khảo)

SỰ SINH NHIỆT VÀ SỰ TÍNH TOÁN NHIỆT NGẤM

F.1. Ước tính nhiệt sinh từ cụm làm kín

F.1.1. Quy định chung

Trong khi tính toán nhiệt được sinh ra do cụm làm kín cơ khí xuất hiện là vấn đề đơn giản, một số giả thiết phải được đặt ra mà tạo ra khả năng thay đổi lớn. Hai thay đổi mà đặc biệt có thể sai là K, hệ số sụt áp suất, và f, hiệu suất ma sát.

K là một số giữa 0,0 và 1,0 là sự sụt áp khi chất lỏng được bít kín di chuyển qua bề mặt làm kín. Với các bề mặt làm kín phẳng (màng chất lỏng song song) và chất lỏng không bay hơi, K xấp xỉ bằng 0,5. Đối với các bề mặt làm kín lồi (màng chất lỏng hội tụ) hoặc chất lỏng bay hơi, K lớn hơn 0,5. Đối với các bề mặt lõm (màng chất lỏng phân kỳ), K nhỏ hơn 0,5. Theo quy luật tự nhiên, K là hệ số được sử dụng để xác định lượng áp suất chênh qua các bề mặt làm kín mà được truyền thành lực mở. Lực mở này được tính bằng công thức sau:

F_mở=A x Dp x K (F.1)

trong đó:

F_mở lực mở, tính bằng newton;

A vùng bề mặt làm kín, tính bằng milimét vuông;

Dp áp lực chênh, tính bằng megapascal;

K hệ số sụt áp suất, không kích thước.

Trong thực tế, K thay đổi trong khoảng 0,5 đến 0,8. Như một quy trình kỹ thuật tiêu chuẩn cho chất lỏng không bay hơi, giá trị 0,5 được chọn cho K. Mặc dù K được biết là thay đổi phụ thuộc vào đặc tính chất lỏng làm kín (bao gồm cả đặc tính nhiều pha) và đặc tính màng (bao gồm cả độ đày và độ côn), giá trị này được chọn như là một mốc chuẩn cho việc tính toán nhất quán. Người kỹ sư phải nhận biết được là giả thiết này đã được thực hiện.

Hiệu suất ma sát động lực học, f, là số giống với số hạng hệ số tiêu chuẩn hầu hết các kỹ sư quen với. Hệ số của số hạng ma sát tiêu chuẩn được dùng để tính tỉ số lực song song với lực pháp tuyến. Tỉ số này thường được áp dụng cho sự tương tác giữa hai bề mặt chuyển động tương đối. Các bề mặt này có thể được làm từ vật liệu giống nhau hoặc khác nhau.

Trong cụm làm kín cơ khí, hai bề mặt chuyển động tương đối là các bề mặt làm kín. Nếu các bề mặt làm kín đang vận hành khô, thì rất đơn giản để xác định được hệ số ma sát. Trong vận hành thực tế, các bề mặt làm kín vận hành dưới những chế độ bôi trơn khác nhau và các kiểu ma sát khác nhau

Nếu có sự tiếp xúc nhám đáng kể, f phụ thuộc nhiều vào vật liệu và ít phụ thuộc vào độ nhớt chất lỏng hơn. Nếu có một mạng chất lỏng rất mỏng (chỉ có một ít phân tử), ma sát có thể phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất lỏng và các bề mặt làm kín. Với một màng chất lỏng dày, không có sự tiếp xúc cơ khí giữa các bề mặt và f chỉ là tính năng cắt sền sệt trong màng chất lỏng. Tất cả các loại ma sát này có thể được tính cùng lúc trên cùng bề mặt làm kín.

Hiệu suất ma sát được dùng để biểu thị hiệu ứng tương tác lớn giữa hai bề mặt trượt và màng chất lỏng. Việc thử thực tế đã cho thấy rằng các cụm làm kín thông thường vận hành với f trong khoảng 0,01 đến 0,18. Đối với những ứng dụng cụm làm kín thông thường, chúng ta lựa chọn được giá trị là 0,07 cho f. Điều này tương đối chính xác cho hầu hết những ứng dụng dùng nước và hydrocacbon trung tính. Chất lỏng sền sệt (như dầu) sẽ có giá trị cao hơn, trong khi chất lỏng ít nhớt hơn (như LPG hay các hydrocacbon nhẹ) có thể có giá trị nhỏ hơn.

Sự kết hợp giả thiết K và giả thiết f có thể dẫn đến độ lệch đáng kể giữa các kết quả sinh nhiệt tính được với kết quả thực tế. Do vậy, người kỹ sư phải chú ý là các tính toán này chỉ có tác dụng như một phép tính gần đúng cấp đại lượng các kết quả mong muốn. Các kết quả này phải không bao giờ được công bố như là sự an toàn tính năng.

F.1.2. Phương pháp tính toán

Đầu vào được yêu cầu:

D₀ đường kính ngoài của mặt tiếp xúc của cụm làm kín, tính bằng milimét;

D_i đường kính trong của mặt tiếp xúc của cụm làm kín, tính bằng milimét;

D_b đường kính cân bằng cụm làm kín, tính bằng bằng milimét;

F_sp lực lò xo tại chiều dài làm việc, tính bằng newton;

Dp áp suất qua bề mặt làm kín, tính bằng megapascal;

n tốc độ quay của bề mặt, tính bằng r/min;

f hệ số ma sát (giả thiết 0,07);

K là hệ số tổn thất áp suất t (giả thiết 0,5),

F.1.3. Các công thức

F.1.3.1. Vùng bề mặt, A

A =  (F.2)

F.1.3.2. Tỉ số cân bằng cụm làm kín, B

B =  (F.3)

F.1.3.3. Áp lực của lò xo, p_sp

p_sp =

F.1.3.4. Tổng áp suất bề mặt, p_tot

p_tot = Dp (B - K) + p_sp   (F-5)

F.1.3.5. Đường kính bề mặt trung bình, D_m

D_m =  (F.6)

F.1.3.6. Mô men xoắn khi làm việc ổn định, T_r

T_r = p_tot xAxf (F.7)

F.1.3.7. Momen khởi động, T_s, được ước tính tại mô men xoắn khi làm việc ổn định 3 đến 5 lần

T_s = T_r x 4 (F.8)

F.1.3.8. Công suất, P

P =  (F.9)

F.1.4. Ví dụ tính toán

F.1.4.1. Ứng dụng

Chất lỏng: Nước

Áp suất: 2 MPa (20 bar)

Tốc độ: 3 000 r/min

Các tín hiệu vào:

D_o = 61,6 mm

D_i = 48,9 mm

D_b = 52,4 mm F_sp = 190 N

Dp = 2 MPa (20 bar)

n = 3 000 r/min

f = 0,07

K = 0,5

Công thức (F.2) đưa ra:

A = (61,2² - 49,9²) = 1102 mm²

Công thức (F.3) cho biết:

B =  = 0,746

Công thức (F.4) cho biết:

P_sp =  = 0,172M/mm²

Công thức (F.5) cho biết:

p_tot = 2(0,746-0,5) + 0,172 =0,664 N/mm²

Công thức (F.6) cho biết:

D_m = = 52,25 mm

Công thức (F.7) đưa ra:

T_r =0,664x1102x 0,07 = 1,42N.m

Công thức (F.8) cho biết:

T_S= 1,42x4 = 5,68 N.m

Công thức (F.9) cho biết:

P = = 0,446 kW