Đầu bơm là năng lượng cơ học mà máy bơm tạo ra cho một chất lỏng trên đơn vị trọng lượng, thường được thể hiện bằng mét hoặc feet của chất lỏng đó. Nó không phải là chiều cao thực của máy bơm và không đồng nhất với áp suất. Đối với chất lỏng không thể đục, sự tăng áp suất liên quan đến độ cao nhờ vào mật độ và trọng lực, vì vậy cùng một độ cao tạo ra áp suất khác nhau cho các chất lỏng có mật độ khác nhau. Việc lựa chọn máy bơm sử dụng tổng đầu động: độ cao, áp suất, vận tốc và các hiệu ứng ma sát giữa các điểm trong hệ thống theo yêu cầu về lưu lượng.
Bài viết này là cẩm nang hướng dẫn chẩn đoán và mua sắm thực tế, không thay thế cho hướng dẫn của nhà sản xuất máy bơm, thiết kế hệ thống được phê duyệt, các quy định hiện hành về điện và hệ thống nước, hay dịch vụ kỹ thuật có chuyên môn tại công trình. Phải cô lập nguồn năng lượng và áp suất trước khi mở thiết bị. Các công việc liên quan đến giếng khoan, nâng hạ, không gian hạn chế, nước thải, khu vực điện ẩm ướt và kiểm tra khi có điện đòi hỏi nhân sự có năng lực và các biện pháp kiểm soát dành riêng cho từng công việc.
Tại sao các kỹ sư lại sử dụng đầu
Bộ phận đầu bơm cho phép một đường cong mô tả sự gia tăng năng lượng với ít phụ thuộc vào độ đặc của chất lỏng hơn so với một đường cong chỉ phụ thuộc vào áp suất. Một máy bơm ly tâm tạo ra một áp suất đầu định sẵn trên chất lỏng có thể cho thấy sự tăng áp suất khác nhau khi chất lỏng có độ đặc hoặc độ nhẹ khác nhau, trong khi công suất cần thiết thay đổi theo độ đặc và hiệu suất. Luôn ghi rõ chất lỏng, nhiệt độ và đơn vị đo. Không chuyển đổi áp suất trên nhãn thành đầu bơm nếu không biết nơi áp suất được đo và liệu đó là áp suất đo được, áp suất khác hay áp suất tuyệt đối. Áp suất hơi và điều kiện hút cần có một điểm tham chiếu nhất quán riêng.
Cột áp toàn phần động
Chọn điểm tham chiếu hút và điểm tham chiếu xả. Cân nhắc độ cao chênh lệch, độ chênh lệch áp suất cần thiết, và độ chênh lệch vận tốc-đầu khi có độ lớn đáng kể, cũng như tổn thất ma sát qua ống hút và xả, phụ kiện, van, bộ lọc, trao đổi nhiệt, đồng hồ đo và vòi phun. Trong hệ thống bể chứa mở sang bể chứa mở, cả hai bề mặt có thể ở áp suất khí quyển, nhưng độ cao và ma sát vẫn còn nguyên. Trong hệ thống kín hoặc có áp suất, áp suất đích cần thiết có thể chiếm ưu thế. Đọc tài liệu về phương trình và cơ sở của từng thành phần để người khác có thể sao chép nó.
Hiểu về các thành phần tĩnh và ma sát
Đầu bơm tĩnh phụ thuộc chủ yếu vào độ cao và ranh giới áp suất và không biến mất khi lưu lượng bằng không. Đầu bơm ma sát tăng lên theo lưu lượng và phụ thuộc vào đường kính bên trong, độ dài, độ nhám, độ nhớt, phụ kiện và thiết bị. Điều này tạo ra một đường cong hệ thống. Điểm vận hành của máy bơm là nơi đường cong hệ thống này cắt ngang đường cong máy bơm ở tốc độ và tốc độ cánh bơm hiện tại. Một van điều chỉnh giảm áp suất làm tăng sức cản và dịch chuyển điểm đó; điều này không làm cho máy bơm tự động cung cấp lưu lượng tối đa và áp suất tối đa được công bố cùng một lúc.
Bảng quyết định
| Phần đầu | Những gì nó đại diện | Đầu vào thông thường |
|---|---|---|
| Độ cao đầu | Sự khác biệt năng lượng dọc | Độ cao của điểm xuất phát và điểm đích |
| Đầu áp lực | Khả năng chênh lệch áp suất yêu cầu | Áp suất và mật độ của tàu hoặc bến cảng |
| Đầu tốc độ | Sự khác biệt về tốc độ dòng chảy và năng lượng | Diện tích ống và vận tốc |
| Đầu ma sát | Những tổn thất khi dòng tiền chuyển động | Ống dẫn, phụ kiện, van và thiết bị |
Sử dụng mức hút phù hợp
Đối với giếng, bể chứa, hố hoặc hồ chứa, hãy sử dụng mức lưu lượng hoạt động của chất lỏng trong trường hợp đang được kiểm tra. Nồng độ lưu lượng thấp nhất thường cho kết quả hút tĩnh cao nhất. Trong một thiết bị hút áp suất, hãy tính đúng mức áp suất đó. Các chỉ số đo mức hút gần máy bơm có thể hỗ trợ chẩn đoán nhưng không thay thế toàn bộ quá trình cân bằng năng lượng. Đầu hút dương thuần là một phép kiểm tra liên quan nhưng riêng biệt, so sánh năng lượng hút tuyệt đối trên áp suất hơi với yêu cầu của máy bơm và khoảng trống dự án. Việc nhầm lẫn giữa đầu hút và NPSH có thể dẫn đến hiện tượng cavitation.
Lập nhiều hơn một điểm nhiệm vụ
Tính toán các trường hợp bình thường, dòng chảy tối thiểu, dòng chảy tối đa, mức áp suất thấp nhất tại nguồn, mức áp suất cao nhất tại đích, trường hợp lọc bẩn, tuyến đường ống thay thế và các trường hợp máy bơm song song có thể xảy ra thực tế. Phân tích chúng trên đường cong được chứng nhận. Kiểm tra hiệu suất, công suất hấp thụ, tải động cơ, dòng chảy liên tục tối thiểu, độ lệch, ngắt nguồn, độ rung và bất kỳ vùng hoạt động ưa thích nào. Đối với tốc độ biến đổi, hãy xem xét toàn bộ dải tốc độ và phạm vi điều khiển thay vì chỉ một điểm danh nghĩa. Một giá trị tổng đầu động cơ có thể che giấu một dải hoạt động mà máy bơm được chọn không thể vận hành an toàn.
Kiểm tra đầu trong trường
Khi vận hành, đo áp suất hút và xả ở các độ cao đã biết, lưu lượng, tốc độ, điều kiện chất lỏng, mức độ nguồn và đích, và vị trí van. Điều chỉnh các giá trị đo chính xác để đạt được các điểm tham chiếu nhất quán và tính đến các hiệu ứng vận tốc nếu vật liệu có chứa chất lỏng. So sánh đầu đo được tính toán với đường cong và đầu vào của động cơ. Việc hiệu chỉnh, không khí bị mắc kẹt, xung động, đường ống đo bị tắc, và vị trí vòi nước không ổn định có thể làm sai lệch kết quả. Bảo quản các giá trị đo tại hiện trường và cấu hình hệ thống để các thử nghiệm hiệu suất sau này có thể sử dụng cùng một cơ sở.
Lựa chọn hệ thống, bằng chứng và hồ sơ mua sắm
Đánh giá máy bơm như một phần của hệ thống thủy lực, không phải như một động cơ và cánh bơm độc lập. Xác định chất lỏng, nhiệt độ, khí và chất rắn, mực nước nguồn, dải lưu lượng yêu cầu, mực nước xả hoặc áp suất xả, kích thước ống hút và ống xả, các phụ kiện, van, bộ lọc, độ cao, số giờ hoạt động, số lần khởi động, phương pháp điều khiển, nguồn điện, môi trường và yêu cầu dự phòng. Tính toán tổng cột áp động bình thường và giới hạn, sau đó vẽ biểu đồ các trường hợp đó dựa trên một đường cong đã được chứng nhận. Kiểm tra công suất tiêu thụ, hiệu suất, giới hạn dòng chảy tối thiểu hoặc giới hạn làm mát, điều kiện hút, tính tương thích của vật liệu, và hậu quả của đường ống bị tắc hoặc bị đóng.
Sử dụng các số đo để phân tách các nguyên nhân do thủy lực, cơ khí, điện và quá trình. Một bản ghi chép có kỷ luật có thể bao gồm lưu lượng, áp suất hút và xả, mực chất lỏng nguồn và đích, điện áp, dòng điện, công suất, tốc độ, độ rung, nhiệt độ ổ đỡ, độ rò rỉ, âm thanh, thời gian chạy, số lần khởi động, vị trí van và tình trạng chất lỏng. So sánh các chỉ số đo lường tương đương ở điều kiện vận hành ổn định. Một triệu chứng đơn lẻ hiếm khi chứng minh được bộ phận nào đã hỏng, và việc thay thế các linh kiện mà không xác định được điểm vận hành có thể che giấu vấn đề thực tế của hệ thống.
Đối với việc mua sắm và nghiệm thu, hãy xác định ranh giới cung cấp, điểm bàn giao trách nhiệm, vật tư, kết cấu nối, kích thước, thiết bị truyền động, bộ điều khiển, thiết bị bảo vệ, thiết bị đo đạc, bệ đỡ, thiết bị bảo vệ an toàn (chắn bảo vệ), thiết bị nâng hạ, lớp phủ, các thử nghiệm, tài liệu, phụ tùng thay thế, biện pháp bảo quản, lắp đặt và chạy thử. Giải quyết các sai lệch trước khi mua hàng. Trong quá trình khởi động, hãy kiểm tra chiều quay (nếu có), tình trạng sắp xếp van, bôi trơn, căn chỉnh căn tâm, cài đặt bảo vệ, rò rỉ, tiếng ồn, độ rung, lưu lượng, áp suất, dòng điện và phản hồi của hệ thống cảnh báo bằng cách sử dụng các quy trình đã được phê duyệt. Lưu giữ bảng lựa chọn, đường cong đặc tính, bản vẽ, các thông số cài đặt, tài liệu hướng dẫn, biên bản thử nghiệm và các thông số đo cơ sở để phục vụ cho công tác bảo trì sau này.
Một hướng dẫn cột cũng nên được sử dụng như một tài liệu tham khảo chung để tính toán và đánh giá. Xác định các điểm đo, hệ thống tọa độ, đơn vị đo, tính chất của chất lỏng, trường hợp bình thường và giới hạn, độ chính xác của thiết bị, dung sai chấp nhận, và người đánh giá có trách nhiệm. Lưu giữ các giả định tính toán bên cạnh đường cong đã chọn và sửa đổi chúng khi tuyến đường ống, mức độ, van, thiết bị, điều khiển hoặc mục tiêu vận hành thay đổi. Trong quá trình đánh giá dự toán kỹ thuật, bình thường hóa mọi đề xuất của nhà cung cấp để đạt được cùng một mức độ và biên độ trước khi so sánh hiệu suất, kích thước động cơ, giá cả hoặc thời gian giao hàng. Trong quá trình vận hành, đo lường lại các biến số tương tự đã được tính toán và điều chỉnh bất kỳ sự khác biệt nào trước khi chấp nhận hệ thống. Trong quá trình vận hành, theo dõi các giá trị đo lường ở điều kiện có thể lặp lại để phân biệt các vấn đề như hao mòn, tắc nghẽn, sự thay đổi của điện trở, vị trí van không chính xác, sai lệch của cảm biến hoặc biến đổi nguồn. Điều này tạo ra một chuỗi đáng tin cậy từ thiết kế đến mua sắm, khởi động và bảo trì thay vì nhiều báo giá rời rạc. Bao gồm các bản vẽ đã được phê duyệt, tính toán, biểu đồ, bảng dữ liệu, sai lệch, hồ sơ thử nghiệm, thiết lập, danh sách phụ tùng và giới hạn hoạt động trong gói bàn giao cuối cùng. Thay đổi trong tương lai nên được kiểm tra dựa trên cơ sở này chứ không phải chỉ dựa vào một máy đo áp suất hoặc đánh giá theo quan điểm cá nhân.
Sử dụng thuật ngữ thống nhất trong các tính toán thủy lực, lịch trình thiết bị, bảng mô tả điều khiển, bản vẽ đường ống, danh sách dụng cụ và quy trình vận hành. Cung cấp thông tin về việc mỗi áp suất là áp suất đo hoặc áp suất tuyệt đối, mỗi độ cao có nghĩa là đường tâm ống hay bề mặt chất lỏng, đường kính bên trong được sử dụng để truyền lực ma sát là gì và áp suất chất lỏng, độ nhớt, nhiệt độ và áp suất hơi áp dụng. Đánh dấu các ống dẫn tạm thời, các đường dẫn vòng, các van mở một phần, các bộ lọc bẩn và các kết nối trong tương lai vì chúng thay đổi đường cong hệ thống. Trong trường hợp nhiều máy bơm hoạt động song song hoặc nối tiếp nhau, hãy tính toán các đường cong tổng hợp và các kết hợp đáng tin cậy thay vì nhân giá trị của một máy bơm. Đánh giá về khả năng ngắt áp suất, độ giãn, lưu lượng tối thiểu, tải động cơ, biên độ hút, áp suất tạm thời và phản ứng khi gặp sự cố. Các thiết bị đo tại hiện trường phải có phạm vi đo, độ chính xác, vị trí và bằng chứng hiệu chuẩn phù hợp. Nếu kết quả đo khác với dự đoán, trước tiên hãy kiểm tra lại cấu hình và thiết bị thử nghiệm, sau đó cân chỉnh lại đường cong bơm và hệ thống. Không nên thay đổi cánh quạt, tốc độ, van, giá trị đặt điểm hoặc động cơ cho đến khi việc đánh giá có trách nhiệm xác nhận được kết quả trên mọi trường hợp vận hành.
Ví dụ về TDH đã được trình bày với các ranh giới được chỉ định
Chỉ nhằm minh họa, giả sử mật độ nước là 1.000 kg/m³, trọng lực là 9,81 m/s², điểm đến cách nguồn 12 m, sự khác biệt áp suất yêu cầu là 196.200 Pa, tổn thất ma sát ước tính là 6 m ở lưu lượng được chọn và sự khác biệt độ cao giữa hai ranh giới được chọn là không đáng kể.
| Sự đóng góp | Tính toán | Đầu |
|---|---|---|
| Độ cao | Điểm đến trừ đi nguồn gốc | 12 m |
| Áp lực | 196,200 ÷ (1,000 × 9.81) | 20 m |
| Khả năng ma sát ở lưu lượng được chỉ định | Dựa trên tính toán tổn thất ống dẫn | 6 m |
| Khác biệt về tốc độ đầu | Không đáng kể đối với các ranh giới được chọn này | 0 m |
| Tổng công suất động cơ | 12 + 20 + 6 + 0 | 38 m |
Kết quả là yêu cầu công suất 38 m ở lưu lượng giả định, không phải là việc lựa chọn mô hình máy bơm tự động. Tính lại tổn thất ở lưu lượng thực và kiểm tra đường cong máy bơm đã được chứng nhận, công suất tiêu thụ và NPSH riêng biệt. Việc thay đổi áp suất nguồn hoặc đích sẽ làm thay đổi thuật ngữ áp suất; áp suất đầu vào đã được tính toán trước không được tính lại.
Chủ đề này liên quan đến thiết bị BORRAPUMP như thế nào
Hướng dẫn này hỗ trợ việc đánh giá sớm hệ thống đầu bơm là gì các ứng dụng. Nó không chỉ định một mô hình cuối cùng. Hãy gửi chất lỏng, dải lưu lượng, tổng cột áp, mực nước nguồn và đích, chất rắn, chu kỳ làm việc, công suất, điều khiển, điều kiện tại công trường, số lượng, điểm đến và các phê duyệt cần thiết để thiết bị có thể được kiểm tra đối với điều kiện vận hành thực tế.
Các hướng dẫn kỹ thuật liên quan đến BORRAPUMP
- hướng dẫn bơm ly tâm trục ngang đầu hút đơn
- Thiết kế máy bơm tăng áp
- Kích thước máy bơm hút nước trong xây dựng
Các nguồn uy tín và tài liệu học tập nâng cao
Hệ thống bơm của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ; Nguồn lực bơm của Viện Thủy lực; Đơn vị SI của NIST. Các nguồn này cung cấp bối cảnh chung về kỹ thuật, nước, môi trường hoặc an toàn; các quy định địa phương hiện hành, thiết kế được phê duyệt và hướng dẫn thiết bị vẫn đóng vai trò quyết định.
Video giáo dục của Practical Engineering: Máy bơm tạo ra áp suất hay lưu lượng?.
Áp dụng đầu bơm đã tính toán vào máy bơm thực tế
Sau khi tính tổng công suất động, hãy đọc kết quả tương ứng. Đường cong của máy bơm ly tâm và tìm thấy Góc giao cắt với đường cong hệ thống. Hãy giữ sự riêng biệt NPSH có sẵn và cần phải kiểm tra Với lựa chọn đó, chỉ riêng đầu xả không thể tạo ra được một khoảng cách hút chấp nhận được.
Các câu hỏi thường gặp
Vỏ bơm có giống với áp suất không?
Không. Chúng có liên quan thông qua độ nhớt và trọng lực của chất lỏng, nhưng đầu là năng lượng trên đơn vị trọng lượng.
Liệu dòng chảy tối đa xảy ra khi dòng chảy tối đa đạt đến mức tối đa?
Không. Trên đường cong của máy bơm ly tâm thông thường, thời điểm dừng hoặc đầu bơm đạt mức tối đa xảy ra khi lưu lượng gần bằng không.
Tổng động năng của đầu là gì?
Đó là sự khác biệt về năng lượng cần thiết bao gồm các yếu tố như độ cao, áp suất, vận tốc và ma sát giữa các điểm được xác định.
Liệu việc hút khí có được bao gồm trong đầu bơm không?
Vâng, điều kiện nguồn là một phần của cân bằng năng lượng của hệ thống, trong khi NPSH vẫn là một phép kiểm tra cavitation riêng biệt.
Trạm kiểm soát cuối cùng
Trước khi thay đổi thiết bị hoặc cài đặt, hãy đối chiếu công suất thực tế và điều kiện hiện trường với đường cong, bản vẽ, vật liệu, nguồn điện, điều khiển, bảo vệ, lắp đặt, thử nghiệm và lối tiếp cận bảo trì đã được phê duyệt. Ghi lại các giả định còn lại và phân công trách nhiệm để giải quyết chúng. Lưu giữ các kết quả đọc và tài liệu cuối cùng làm đường cơ sở cho việc kiểm tra trong tương lai.
Một bàn giao hữu ích cũng nêu rõ những gì chưa được kiểm tra, những giả định nào vẫn phụ thuộc vào việc xác nhận tại hiện trường, và thời điểm kiểm tra tiếp theo. Xác định người chịu trách nhiệm về các hồ sơ mực nước, áp suất, lưu lượng, điện, cảnh báo và bảo trì. Lưu giữ các bức ảnh và chi tiết thiết bị cùng với kết quả. Nếu một chỉ số đọc sau được thực hiện ở vị trí van, mức nguồn, tốc độ, cài đặt áp suất hoặc nhu cầu khác, hãy dán nhãn sự khác biệt đó trước khi so sánh các xu hướng. Kỷ luật đơn giản này giúp ngăn việc một thay đổi vận hành bình thường bị nhầm thành hư hỏng và ngăn việc sự xuống cấp thực sự bị bỏ qua như một biến động bình thường. Khi an toàn, vệ sinh, cấp nước hoặc thiệt hại tài sản bị đe dọa, hãy xác định biện pháp bảo vệ tạm thời và lộ trình leo thang trước khi đưa hệ thống trở lại chế độ vận hành không có người giám sát.
Sử dụng biên bản vận hành được xác minh đầu tiên làm mốc cơ sở, sau đó so sánh các lần kiểm tra trong tương lai dưới các điều kiện thực tế gần nhất. Lưu ý thời tiết, mực chất lỏng, nhu cầu, vị trí van, tốc độ, tình trạng bộ lọc và bất kỳ ống mềm hoặc đường nhánh tạm thời nào. Xác nhận rằng các đồng hồ đo và thiết bị đo có phạm vi phù hợp và các chỉ số được lấy từ cùng một vị trí. Sự thay đổi của một thông số nên kích hoạt việc xem xét các bằng chứng có liên quan thay vì thay thế linh kiện ngay lập tức. Nếu máy bơm, động cơ, thiết bị điều khiển, bồn chứa, van, đường ống hoặc nguồn được thay đổi, hãy cập nhật bản vẽ và hồ sơ lựa chọn. Điều này giúp giữ cho các quyết định bảo trì gắn liền với hệ thống thực tế và cung cấp cho nhà cung cấp đủ bối cảnh để đánh giá vấn đề bảo hành, thay thế hoặc điều chỉnh vận hành mà không phải bắt đầu quá trình điều tra từ đầu.