Bơm ly tâm trục ngang là một trong những loại máy bơm phổ biến nhất hiện nay, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống. Để vận hành, bảo trì và sửa chữa bơm ly tâm trục ngang đúng cách, việc nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó là vô cùng quan trọng. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng "mổ xẻ" chi tiết từng bộ phận cấu thành nên một chiếc bơm ly tâm trục ngang điển hình, giúp bạn có cái nhìn tổng quan và chuyên sâu về loại máy bơm "việc nhỏ lợi cao" này.
I. Tổng quan về bơm ly tâm trục ngang
Bơm ly tâm trục ngang (horizontal centrifugal pump) là loại máy bơm sử dụng lực ly tâm để tăng áp suất và vận chuyển chất lỏng. Trục bơm nằm ngang và song song với mặt đất.
Ưu điểm
- Hiệu suất cao, tiêu hao năng lượng thấp
- Dải lưu lượng và cột áp rộng, thích hợp nhiều ứng dụng
- Giá thành hợp lý, chi phí vận hành và bảo trì thấp
- Tuổi thọ cao, độ tin cậy và ổn định tốt
Ứng dụng
Bơm ly tâm trục ngang được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp và lĩnh vực dân dụng như:
- Cấp thoát nước sinh hoạt và công nghiệp
- Hệ thống tưới tiêu, thủy lợi
- Hệ thống làm mát, điều hòa không khí
- Hệ thống chữa cháy, phòng cháy chữa cháy
- Bơm nước cấp cho nồi hơi, tuần hoàn nước nóng
- Xử lý nước thải, nước cấp, nước tuần hoàn
- Bơm hóa chất, xăng dầu, dung môi...
- Nâng cao áp lực nước trong đường ống...
II. Cấu tạo bơm ly tâm trục ngang
Một chiếc bơm ly tâm trục ngang điển hình bao gồm các bộ phận chính như: cánh bơm, vỏ bơm, trục bơm, vòng đệm, gối đỡ, phớt, cụm động cơ,...Chúng ta sẽ đi vào phân tích cụ thể từng bộ phận:
-
Cánh bơm (Impeller)
Cánh bơm là "trái tim" của bơm ly tâm, có nhiệm vụ chuyển động quay để tạo ra lực ly tâm đẩy nước. Cánh bơm thường có dạng hình xoắn ốc hoặc 3D phức tạp, được gia công chính xác bằng các vật liệu bền như gang, thép không gỉ, đồng thau, hợp kim...
Các thông số quan trọng của cánh bơm gồm:
- Đường kính cánh D1, D2
- Số lượng cánh z (dao động trong khoảng 3-12)
- Góc lệch cánh β1, β2
- Bề rộng cánh b1, b2
- Hình dạng cạnh vào, cạnh ra của cánh
Cánh bơm có thể là dạng hở hoặc kín, một tầng hoặc nhiều tầng, tùy thuộc vào lưu lượng và cột áp làm việc. Thiết kế cánh bơm có ảnh hưởng trực tiếp đến độ cao nâng (head), lưu lượng (flow) và hiệu suất bơm.
-
Vỏ bơm (Casing)
Vỏ bơm là phần vỏ để lắp cánh bơm, dẫn hướng dòng chảy và chịu áp lực nước. Vỏ bơm thường có hai phần: vỏ hút và vỏ đẩy, tạo khoang cho dòng chảy qua cánh bơm và thoát ra ống đẩy.
Thiết kế vỏ bơm cần phải đảm bảo:
- Không gian vừa đủ cho lắp cánh bơm và chuyển động của dòng chảy
- Giảm tổn thất thủy lực gây ra bởi thay đổi tiết diện đột ngột
- Dễ dàng tháo lắp và bảo trì cánh bơm
- Độ dày vỏ phù hợp để chịu được áp suất của nước
- Có chân đế để bắt vít định vị bơm trên nền bê tông
Tùy theo ứng dụng, vỏ bơm được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau như gang, thép, thép không gỉ, hợp kim chống ăn mòn...
-
Trục bơm (Shaft)
Trục bơm nối trực tiếp từ động cơ tới cánh bơm, truyền chuyển động quay và mô-men xoắn. Trục được làm bằng thép cacbon hoặc thép không gỉ có đường kính từ 20-150mm, sử dụng then hoặc chốt để liên kết với cánh bơm.
Các yếu tố quan trọng khi thiết kế trục bơm:
- Đủ khả năng chịu lực và mô-men xoắn để dẫn động cánh bơm
- Đảm bảo độ đồng tâm cao, sai số không vượt quá 0.05-0.1mm
- Giảm chấn động và độ võng nhỏ hơn 0.02-0.05mm
- Tránh cộng hưởng với tần số tự nhiên
- Lắp ghép chuẩn xác với cánh bơm và khớp nối
-
Vòng đệm (Wearing ring)
Vòng đệm là chi tiết quan trọng nằm giữa cánh bơm và vỏ bơm, có tác dụng làm kín, giảm rò rỉ nước từ vùng áp suất cao (phía đẩy) về vùng áp suất thấp (phía hút). Vòng đệm thường được làm bằng đồng thau, thép không gỉ hoặc vật liệu chống mài mòn tốt.
Có hai loại vòng đệm chính:
- Vòng đệm cánh: gắn cố định vào cánh bơm, xoay cùng trục bơm
- Vòng đệm vỏ: gắn cố định vào vỏ bơm, đứng yên
Khe hở giữa vòng đệm cánh và vòng đệm vỏ thường rất nhỏ, khoảng 0.2-0.5mm. Khi vòng đệm bị mòn, khe hở này sẽ tăng lên, làm giảm hiệu suất bơm và cần phải thay thế.
-
Gối đỡ (Bearing)
Gối đỡ là bộ phận chịu lực của trục bơm, đảm bảo trục quay trơn tru và định vị trục đúng tâm. Gối đỡ thường gồm 2 phần: gối đỡ phía động cơ và gối đỡ phía bơm.
Có 3 loại gối đỡ phổ biến cho bơm ly tâm:
- Gối đỡ trượt (journal bearing): sử dụng dầu bôi trơn, thích hợp cho tải trọng và tốc độ quay cao
- Gối đỡ bi (ball bearing): sử dụng mỡ bôi trơn, tải tương đối nhẹ, tốc độ quay trung bình
- Gối đỡ con lăn (roller bearing): sử dụng khi tải trọng hướng kính lớn
Ngoài ra còn có các gối đỡ đặc biệt như gối từ, gối chặn, gối lò xo chịu tải trọng và rung động lớn.
-
Phớt (Mechanical seal)
Phớt là thiết bị làm kín dùng để ngăn sự rò rỉ của chất lỏng ra ngoài dọc theo trục bơm xoay. Phớt bao gồm 2 phần chính: phần tĩnh (gắn vào vỏ bơm) và phần động (gắn vào trục bơm).
Có nhiều loại phớt khác nhau như:
- Phớt đơn, phớt kép, phớt cân bằng
- Phớt có lò xo, không có lò xo
- Phớt làm mát bằng chất lỏng, làm mát bằng không khí
- Phớt bị động, phớt chủ động
Vật liệu chế tạo phớt thường là các loại chịu mài mòn tốt, chịu nhiệt, chống ăn mòn như cacbua silic, cacbua vonfram, grafit, thép không gỉ...
Khi lắp phớt, cần đảm bảo độ đồng tâm cao giữa 2 phần và duy trì áp suất tiếp xúc ổn định.
-
Cụm động cơ điện
Động cơ điện cấp năng lượng và tạo ra chuyển động quay cho bơm ly tâm qua khớp nối trục. Động cơ sử dụng điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha, có công suất thường từ vài kW đến vài trăm kW.
Khi kết hợp động cơ với bơm, cần quan tâm:
- Động cơ phải có đặc tính phù hợp với đặc tính bơm
- Công suất động cơ lớn hơn công suất bơm 10-20%
- Tốc độ động cơ phù hợp với tốc độ làm việc của bơm
- Phương thức khởi động và bảo vệ động cơ
- Loại bảo vệ của động cơ (IP) phù hợp với điều kiện làm việc
- Các thông số điện áp, dòng điện, cosφ, kiểu làm mát...
Động cơ có thể được đặt chung trên một đế với bơm (kiểu monobloc) hoặc tách biệt (kiểu long coupled).
III. Nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm trục ngang
Nguyên lý làm việc của bơm ly tâm trục ngang dựa trên 2 quá trình:
- Quá trình tăng động năng dòng chảy bằng lực ly tâm do chuyển động quay của cánh bơm
- Quá trình chuyển động năng thành thế năng (áp suất) dọc theo vỏ bơm
Cụ thể, động cơ điện sẽ truyền chuyển động quay cho trục bơm. Cánh bơm gắn trên trục sẽ quay với tốc độ cao (thường là 1450-2900 vòng/phút). Do tác dụng của lực ly tâm, các phân tử nước ở tâm bơm sẽ văng ra xa tâm, tạo vùng chân không ở giữa cánh khiến nước từ ống hút liên tục được hút vào. Khi nước chuyển động dọc theo cánh bơm, động năng của nó tăng lên đáng kể. Khi thoát ra khỏi cạnh ngoài của cánh và đi vào vỏ bơm, phần động năng này sẽ chuyển dần thành thế năng, làm tăng áp suất nước và đẩy nước đi lên cao hoặc xa hơn trong ống đẩy.
Quá trình hút nước vào tâm bơm, tăng động năng qua cánh bơm, chuyển thành áp suất dọc vỏ bơm diễn ra liên tục như một chu trình bơm hoàn chỉnh, cung cấp một dòng chảy áp suất ổn định ở đầu ra bơm.
IV. Các thông số quan trọng và đặc tính làm việc của bơm ly tâm trục ngang
-
Các thông số cơ bản
- Lưu lượng (Q): lượng nước bơm đi được trong một đơn vị thời gian, đơn vị thường là m3/h, m3/s.
- Cột áp (H): độ chênh áp suất giữa đầu đẩy và đầu hút của bơm, đo bằng mét cột nước (m).
- Công suất bơm (P): công sinh ra trên trục bơm, tính theo công thức P = ρ.g.Q.H/η (W), trong đó ρ là khối lượng riêng của nước, g là gia tốc trọng trường, η là hiệu suất bơm.
- Tốc độ quay (n): số vòng quay của trục bơm trong một phút, đơn vị là vòng/phút (rpm).
- Hiệu suất bơm (η): tỷ số giữa công suất bơm và công suất đầu vào, η = P / Pin.
- NPSH (Net Positive Suction Head): cột áp tĩnh yêu cầu tối thiểu tại đầu vào bơm để tránh hiện tượng xâm thực, đơn vị mét (m).
-
Đặc tính bơm
- Đường đặc tính Q-H: Thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng Q và cột áp H ở các chế độ làm việc khác nhau.
- Đường đặc tính Q-P: Thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng Q và công suất bơm P.
- Đường đặc tính Q-η: Thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng Q và hiệu suất bơm η.
- Đường đặc tính Q-NPSH: Thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng Q và NPSH yêu cầu.
Các đường đặc tính này giúp xác định chế độ làm việc tối ưu, dải hoạt động ổn định của bơm và khả năng kết hợp với hệ thống công nghệ. Chúng được cung cấp bởi nhà sản xuất dựa trên kết quả thí nghiệm thực tế.
V. Hướng dẫn lắp đặt, vận hành và bảo trì bơm ly tâm trục ngang
-
Lắp đặt bơm
- Vị trí và nền móng bơm phải phẳng, chắc chắn và cao hơn mực nước sàn.
- Căn chỉnh đường tâm bơm với động cơ, sai số không quá 0.1 mm.
- Lắp các đường ống hút và đẩy đúng tiêu chuẩn, tránh gây lực tác động lên bơm.
- Lắp các thiết bị đo (áp kế, lưu lượng kế), van (cô lập, chống giật) và khớp nối mềm hợp lý.
- Đấu nối điện cho động cơ đúng sơ đồ, kiểm tra chiều quay và độ kín của hệ thống.
-
Vận hành bơm
- Kiểm tra kỹ trước khi khởi động như: mức dầu mỡ bôi trơn, làm mát động cơ, tình trạng của khớp nối, độ kín của hệ thống...
- Mồi nước vào bơm và xả khí trước khi khởi động.
- Khởi động từ từ, tăng dần tốc độ và theo dõi các thông số áp suất, lưu lượng, dòng điện, độ rung, nhiệt độ...
- Tránh để bơm hoạt động quá tải hoặc lâu ở lưu lượng thấp.
- Tắt bơm từ từ, đóng van cô lập và quan sát sự dừng của bơm.
-
Bảo trì bơm
- Bôi trơn định kỳ các gối đỡ, thay dầu mỡ theo khuyến cáo nhà sản xuất.
- Kiểm tra và thay thế phớt, vòng đệm khi bị mòn quá mức cho phép.
- Vệ sinh lưới chắn rác, bề mặt trao đổi nhiệt nếu có.
- Kiểm tra độ mòn của cánh bơm, vỏ bơm, đánh giá hiệu quả làm việc để có kế hoạch bảo trì.
- Kiểm tra độ cân bằng động của trục, độ đảo rung của gối đỡ, sự làm việc của khớp nối.
- Kiểm tra và vệ sinh động cơ, hộp điện định kỳ.
Kết luận:
Với bài viết chi tiết trên đây, hy vọng đã cung cấp cho bạn đọc những hiểu biết chuyên sâu về cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách thức vận hành, bảo trì bơm ly tâm trục ngang. Đây là loại máy bơm phổ biến và hữu ích trong nhiều ứng dụng thực tế. Để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi sử dụng, việc nắm vững các kiến thức cơ bản về bơm ly tâm là hết sức cần thiết, không chỉ với các kỹ sư mà cả những người dùng trong các hộ gia đình và trang trại.
Công ty CP Khoa học công nghiệp Đại Nam - Nhà cung cấp hàng đầu về thiết bị máy bơm công nghiệp, van công nghiệp tại Việt Nam. Sản phẩm nhập khẩu 100% từ các thương hiệu uy tín thế giới như Masflo, Zurn,... đạt tiêu chuẩn quốc tế Lead Free, Wras, NFPA-20, DIN, EN. Đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp được đào tạo bởi chuyên gia nước ngoài. Khách hàng gồm các tập đoàn lớn như Samsung, Piaggio, EVN và nhiều dự án trọng điểm quốc gia. Cam kết chất lượng sản phẩm và dịch vụ tốt nhất, xứng đáng là đối tác tin cậy cho mọi công trình.
Liên hệ: Công ty CP Khoa học công nghiệp Đại Nam
Địa chỉ: P303, Tầng 3, Tòa Nhà An Bình 1, số 3 Trần Nguyên Đán, P. Định Công, Q. Hoàng Mai, Hà Nội
Điện thoại: 0383478272
Email: dainam@dainamco.vn
