Bài giảng Thủy lực khí nén - Chương 2: Bơm

CENNITEC 
Bơm 
CENNITEC 
GIỚI THIỆU VỀ BƠM THỂ TÍCH 
Bơm cánh dẫn 1 
Bơm thể tích 2 
Bơm lý tưởng 3 
Bơm thực tế 4 
Các lọai bơm quay 5 
CENNITEC 
Bơm cánh dẫn 
Ngõ ra
Bánh công tác
Lưu luợng
Áp suất cực đạio
Hình 2.1 Bơm ly tâm-nguyên lý và đặc tính 
Dạng bơm cánh dẫn phổ biến là bơm ly tâm. Đối với bơm dạng này, lưu 
lượng được cung cấp bởi bơm giảm dần khi áp suất làm việc của bơm tăng 
lên. Sơ đồ nguyên lý và đường đặc tính lưu lượng-áp suất của bơm ly tâm 
được trình bày trong hình 2.1. Lưu chất được hút vào và đẩy ra nhờ lực ly 
tâm được tạo ra ở cánh dẫn. 
CENNITEC 
Bơm thể tích 
Đường hút
Đường đẩy
Van một chiều
Van một chiều
L
Đ
ư
ờ
n
g
 k
ín
h
 d
np
Hình 2.2 Bơm thể tích 
Nguyên lý làm việc của bơm thể tích có thể tóm tắt như sau: 
1 Trong lúc tăng thể tích làm việc của mình, các buồng hoạt động của bơm được kết nối với 
đường hút. Sự gia tăng thể tích của các buồng làm việc kéo theo sự giảm áp suất bên trong 
nó, dẫn đến chất lỏng bị hút vào bên trong. 
2. Khi thể tích các buồng làm việc đạt tới giá trị lớn nhất, các buồng làm việc được cách ly với 
đường hút. 
3. Trong giai đoạn giảm thể tích, các buồng làm việc được kết nối với đường đẩy. Lưu chất khi 
đó được đẩy đến ngõ ra của bơm và được nén tới áp suất cần thiết để thắng lực cản tồn tại 
trong ống dẫn. 
4. Giai đoạn đẩy dầu kết thúc khi buồng làm việc giảm đến thể tích nhỏ nhất. Sau đó, buồng 
làm việc được tách khỏi đường đẩy. 
CENNITEC 
 Bơm lý tưởng 
Thể tích riêng của bơm là thể tích chất lỏng được cung cấp bởi bơm sau 1 vòng 
quay với giả thiết không có sự rò rỉ bên trong bơm và bỏ qua độ nén của chất lỏng. 
Nó phụ thuộc vào giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất có thể có được của các buồng 
làm việc, số lượng các buồng làm việc, và số lần hút và đẩy trong một vòng quay 
của trục bơm. 
Thể tích này phục thuộc vào hình dáng hình học của bơm nên nó còn được gọi 
là là thể tích hình học, Vg (geometric volume). Nó được xác định theo công thức 
sau: 
Vg = (Vmax – Vmin)zi 
trong đó, i = số lần hút và đẩy trong một chu kỳ quay, 
z = số lượng buồng làm việc, 
Vmax = thể tích lớn nhất của buồng làm việc (m
3), 
Vmin= thể tích nhỏ nhất của buồng làm việc, 
Vg = thể tích riêng của bơm (m
3/rev). 
CENNITEC 
Bơm lý tưởng 
Giả thiết rằng không có sự rò rỉ bên trong bơm, không ma sát, không có sự mất áp, 
lưu lượng của bơm lý tưởng là (xem hình 2.3): 
M
Pi P
ωT
Qt
HỆ THỐNG
Hình 2.3 Minh họa bơm lý tưởng 
Qt = Vgn 
Qt = lưu lượng lý thuyết của bơm, m
3/s 
n = vận tốc quay của trục bơm, rev/s 
CENNITEC 
Bơm lý tưởng 
Với các giả thiết như trên của bơm lý tưởng, năng lượng cơ khí cung cấp sẽ bằng 
năng lượng thủy lực tạo ra trong hệ thống thủy lực như được trình bày theo công 
thức sau: 
2πnTp = Qt (P - Pi)= VgnΔP 
Hoặc 
Tp = (Vg /2π) ΔP 
Trong đó, Tp = mô-men kéo tại trục bơm (Nm), ΔP = Sự gia tăng áp suất do bơm (Pa). 
CENNITEC 
Bơm lý tưởng 
M
P
P, Q
Vg
n, T
e, i
P = 0
F
v
Ap
Hình 2.4 Minh họa sự biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực 
TẢIXY LANHBƠMĐỘNG CƠ ĐIỆNHỆ THỐNG ĐIỆN
e
i
T
2πn
P
Q
F
v
Q = Vgn v = Q / Ap
F, v
P = F/ApT = PVg/2π
Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống thủy lực 
CENNITEC 
Bơm thực tế 
Công suất thủy lực cung cấp bởi bơm thực tế nhỏ hơn so với năng lượng cơ khí mà 
nó nhận được. Nguyên nhân là do hiệu suất thể tích, ma sát, và mất mát năng 
lượng thủy lực. 
Lưu lượng thực tế bơm cung cấp nhỏ hơn so với lưu lượng lý thuyết là do các 
nguyên nhân chính sau: 
 1. Rò rỉ bên trong bơm 
 2. Bơm bị xâm thực và hiện tượng tạo bọt khí 
 3. Dầu bị nén 
Q
Lưu lượng lý thuyết
Qt = Vgn
Qp = Qt - QL
Lưu lượng thực tế
Lưu lượng rò rỉ QL = P/RL
Pmax
P
Hình 2.6 Đường đặc tính của bơm thể tích 
QL = P / RL 
Qp = Qt - QL 
Lực cản tạo ra bởi khe hở, RL, tỉ lệ thuận với độ nhớt của dầu, và tỉ lệ nghịch với 
thể tích của nó 
CENNITEC 
Bơm thực tế 
Hiệu suất thể tích 
Ảnh hưởng của sự rò rỉ được biểu diễn thông qua hiệu suất thể tích của bơm, ηv, 
được tính như sau: 
ηv = Qp / Qt = (Qt – QL)/Qt = 1 – QL/Qt = 1 – P/(RLVgn) 
Hiệu suất thể tích của bơm thường nằm trong khoảng từ 0.8 đến 0.99. Bơm 
piston có hiệu suất thể tích cao nhất, trong khi bơm bánh răng và bơm cánh gạt, 
nhìn chung, có hiệu suất thể tích thấp hơn. 
CENNITEC 
Bơm thực tế 
Hiệu suất cơ khí 
Ma sát là nguyên nhân thứ hai làm mất năng lượng của hệ thống thủy lực. Ma sát 
nhớt và ma sát cơ khí giữa các thành phần của bơm làm triệt tiêu năng lượng. Một 
phần mô-men kéo cấp cho bơm bị mất do các lực ma sát sinh ra trong quá trình bơm 
vận hành. Ta gọi phần mô-men bị mất do ma sát này là TF 
Nó phụ thuộc vào vận tốc của bơm, áp suất làm việc, và độ nhớt của dầu. Để 
đánh giá sự mất năng lượng do ma sát, ta dùng thông số hiệu suất cơ khí, ηc, 
được xác định như sau: 
trong đó, 
Tp = mô-men kéo cấp tại trục bơm (Nm), 
Tp – TF = phần mô-men được dùng để tạo áp suất (Nm), 
TF = phần mô-men bị mất do ma sát, 
và ω = vận tốc quay của bơm. 
CENNITEC 
 Bơm thực tế 
Hiệu suất thủy lực 
Nguyên nhân thứ ba góp phần làm mất năng lượng trong hệ thống thủy lực là sự 
mất áp cục bộ bên trong bơm. Áp suất, sinh ra trong buồng làm việc của bơm Pc, 
lớn hơn áp suất tại ngõ ra của bơm, P. Nguyên nhân chính gây ra sự mất áp suất 
này là mất mát cục bộ. Mất mát thủy lực này được bỏ qua nếu vận tốc quay của 
bơm nhỏ hơn 50 rev/s, và vận tốc trung bình của dòng chảy nhỏ hơn 5 m/s. Nếu 
vận tốc dòng chảy lớn hơn thì mất mát thủy lực này tỉ lệ thuận với bình phương lưu 
lượng. 
Sự mất áp cục bộ này được đánh giá thông qua hiệu suất thủy lực, ηh, được tính 
như sau: 
ηh = QpP/QpPc = P/Pc 
Hiệu suất tổng của bơm ηT được xác địng như sau: 
ηT = QpP/ωTp = (Qp/Qt) [(Tp – TF)/ Tp] (P/Pc) [QtPc/ ω(Tp – TF)] 
 = ηv ηm ηh [QtPc/ ω(Tp – TF)] 
Năng lượng cơ khí ω(Tp – TF) được chuyển thành lượng bằng với năng lượng thủy 
lực bên trong bơm QtPc. Do vậy, 
ηT = ηv ηc ηh 
CENNITEC 
Hiệu suất tổng của bơm 
Hiệu suất tổng của bơm ηT được xác địng như sau: 
ηT = QpP/ωTp = (Qp/Qt) [(Tp – TF)/ Tp] (P/Pc) [QtPc/ ω(Tp – TF)] 
 = ηv ηm ηh [QtPc/ ω(Tp – TF)] 
Năng lượng cơ khí ω(Tp – TF) được chuyển thành lượng bằng với năng lượng thủy 
lực bên trong bơm QtPc. Do vậy, 
ηT = ηv ηc ηh 
Hiệu suất tổng 
CENNITEC 
Hiệu suất của bơm 
Ví dụ 2.1 
Một bơm có thể tích riêng là 14 cm3/rev được kéo bởi một động cơ điện có vận tốc 
quay là 1440 rev/min và làm việc ở áp suất 150 bar. Hiệu suất thể tích của bơm là 
0.9 và hiệu suất tổng là 0.8. Bỏ qua hiệu suất thủy lực. Tính: 
1. Lưu lượng của bơm cung cấp trong 1 phút (l/min) 
2. Công suất cần cung cấp tại trục bơm (kW) 
3. Mô-men tại trục bơm 
CENNITEC 
Hiện tượng xung ở lưu lượng bơm thể tích 
Qmax
Qmin
Qm
Thời gian (s)
Q
Hình 2.7 Minh họa hiên tượng xung lưu lượng ở bơm thể tích 
Về lý thuyết, lưu lượng cung cấp bởi 
bơm được tính theo Qt = Vgn. Giá trị 
này thể hiện giá trị trung bình của lưu 
lượng bơm. Thực tế, lưu lượng bơm 
không phải là hằng số. Từng buồng 
làm việc của bơm cung cấp lưu lượng 
đúng bằng phần giảm thể tích của nó. 
Lưu lượng tinh của bơm tại thời điểm 
xác định là tổng lưu lượng được cung 
cấp bởi các buồng được nối với 
đường hút tại thời điểm đó. 
Lưu lượng cung cấp bởi các buồng làm việc của bơm bắt đầu từ giá trị zero tại 
điểm bắt đầu của hành trình đẩy. Nó tăng dần cho đến khi đạt giá trị cực đại tại 
điểm giữa của hành trình. Sau đó, nó giảm dần cho đến giá trị 0 tại điểm kết thúc 
của hành trình đẩy dầu. 
Do vậy, lưu lượng tinh của bơm có dạng xung, như được minh họa theo hình dưới 
đây. 
CENNITEC 
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài 
Đường hút
Đường đẩy
Buồng hút 
tăng thể tích 
khi các răng 
nhả khớp
Buồng đẩy giảm thể tích 
khi các răng vào khớp
1. Thân bơm, 2. Mặt trước, 3. Trục bơm, 4. Ổ đỡ, mặt bên, 5. Bạc đạn, 6. Đĩa, 7. Ngõ vào, 8. 
Ngõ ra, 9. Bánh răng chủ động, 10. Bánh răng bị động. 
Hình 2.9 Bơm bánh răng 
Thể tích riêng của bơm bánh răng ăn khớp ngoài có thể tính theo công thức sau: 
)sin(2 22   zbmVg
Trong đó, 
b = chiều dài răng, m. 
m = mô-đun răng, m. 
z = số răng của mỗi bánh răng. 
γ = góc nghiên của răng, rad. 
CENNITEC 
Bơm cánh gạt 
Đường hút
Đường đẩy
Rotor
Cánh gạt
Trục bơm
Hình 2.11 Bơm cánh gạt hành trình đơn 
Bơm cánh gạt hành trình đơn 
Thể tích riêng của bơm cánh gạt có thể tính theo 
)( minmax AAbzVg 
Trong đó, 
b = chiều cao của rotor, m. 
z = số buồng làm việc 
CENNITEC 
Bơm cánh gạt hành trình kép 
Đường hút
Đường đẩy
RotorCánh gạt
Trục bơm
Hình 2.12 Bơm cánh gạt hành trình kép 
Bơm này có ưu điểm là có được sự cân bằng tại trục của rotor do cùng một thời 
điểm có hai buồng chứa dầu có áp suất bằng nhau tác động cùng lúc lên rotor ở hai 
hướng đối diện nhau. Điều này làm cho bơm ít bị mòn và do vậy có tuổi thọ cao hơn 
so với bơm cánh gạt có hành trình đơn. 
Thể tích riêng của bơm cánh gạt trong trường hợp này là 
)(2 minmax AAbzVg 
CENNITEC 
Bơm cánh gạt có thể tích riêng thay đổi 
Nút điều chỉnh lưu lượngLò xo cân bằng
Nút điều chỉnh lực lò xo
Hình 2.13 Bơm cánh gạt thay đổi được thể tích riêng 
CENNITEC 
Bơm piston hướng trục 
1. Trục bơm, 2. Đĩa nghiêng, 3. Chân trượt, 4. Đĩa, 5. Piston block, 6. Piston, 7. 
Đĩa các cửa bơm, 8. Ổ chặn, 9. Lò xo 
Hình 2.14 Bơm piston hướng trục 
Thể tích riêng của bơm piston hướng trục có thể tính theo: 


tan
4
2DzdVg 
Trong đó, 
α = độ nghiên của đĩa nghiêng, rad. 
z = số piston 
CENNITEC 
Sự dao động của lưu lượng trong bơm piston 
Thời gian, s.
Á
p
 s
u
ấ
t 
v
à
 l
ư
u
 l
ư
ợ
n
g
 c
ủ
a
 b
ơ
m
, 
P
/P
m
 v
à
 Q
/Q
m
Hình 2.15 Sự dao động của áp suất và 
lưu lượng của bơm có 5 piston 
Thời gian, s.
Á
p
 s
u
ấ
t 
v
à
 l
ư
u
 l
ư
ợ
n
g
 c
ủ
a
 b
ơ
m
, 
P
/P
m
 v
à
 Q
/Q
m
Hình 2.16 Ảnh hưởng của số piston đến sự dao động 
của áp suất và lưu lượng của bơm piston
CENNITEC