Bơm cánh khế là một dạng bơm thể tích – positive displacement pump, trong đó sự quay tương đối giữa rotor và thân bơm làm thay đổi thể tích của các khoang làm việc để hút, vận chuyển và đẩy chất lỏng. Thay vì đưa chất lỏng xuyên qua tâm hai rotor, môi chất được giữ trong các khoang hình thành giữa rotor và thân bơm rồi vận chuyển từ phía hút sang phía đẩy.

Theo tài liệu kỹ thuật LIGAO, rotor pump được thiết kế đặc biệt cho môi chất có độ nhớt cao, môi chất chứa hạt, chất dễ tạo bọt hoặc có cấu trúc dễ bị ảnh hưởng. Bơm vận chuyển môi chất tương đối nhẹ nhàng ở tốc độ thấp, với dải tốc độ được tài liệu nêu từ khoảng 40–600 vòng/phút.

Để hiểu vì sao loại bơm này phù hợp với chất đặc, chất nhớt và một số môi chất chứa hạt, trước hết cần hiểu đúng nguyên lý hoạt động của bơm Rotor.

Bơm cánh khế là gì?

Bơm cánh khế thường được gọi bằng các tên như rotor pump hoặc lobe pump. Về nguyên lý làm việc, nó thuộc nhóm bơm thể tích.

Tài liệu LIGAO giải thích rằng thể tích làm việc của bơm thay đổi nhờ chuyển động tương đối giữa rotor và thân bơm. Sự thay đổi thể tích này làm chất lỏng đi vào buồng bơm, được giữ trong các khoang và chuyển về phía đầu đẩy.

Có thể hình dung đơn giản:

Rotor quay → hình thành khoang → khoang nhận chất lỏng → khoang di chuyển → chất lỏng được đẩy ra.

Điểm này khác khá rõ với bơm ly tâm. Bơm ly tâm truyền năng lượng cho chất lỏng thông qua cánh bơm quay, còn bơm cánh khế chủ yếu giữ một lượng môi chất trong từng khoang rồi vận chuyển khoang đó từ phía hút sang phía đẩy.

Chính cơ chế này tạo nên nhiều đặc tính quan trọng của rotor pump khi làm việc với môi chất có độ nhớt cao.

Cấu tạo cơ bản của bơm cánh khế

Để hiểu nguyên lý hoạt động, không nhất thiết phải ghi nhớ toàn bộ chi tiết của máy bơm. Có thể chia cấu tạo bơm thành bốn cụm chính.

Rotor – bộ phận trực tiếp vận chuyển chất lỏng

Rotor là bộ phận nằm trong đầu bơm và trực tiếp tham gia hình thành các khoang vận chuyển môi chất.

Trong sơ đồ cấu tạo LIGAO RT, rotor là một trong những bộ phận chính cùng với nắp bơm, thân bơm, O-ring, vít rotor và các chi tiết làm kín.

Khi rotor quay, hình dạng và vị trí tương đối của rotor với thân bơm liên tục thay đổi, tạo ra các vùng có thể tích tăng hoặc giảm.

Đây chính là cơ sở của quá trình hút và đẩy.

Thân bơm và buồng bơm

Thân bơm tạo không gian để các rotor làm việc.

Chất lỏng đi vào buồng bơm từ phía hút, sau đó được chứa trong các khoang hình thành giữa rotor và thành buồng bơm.

Vì vậy, độ chính xác của khe hở trong đầu bơm có vai trò quan trọng đối với quá trình vận hành.

Theo mô tả của LIGAO, rotor và các bộ phận trong đầu bơm duy trì khe hở nhất định và không tiếp xúc trực tiếp trong điều kiện làm việc đúng thiết kế. Nhà sản xuất cho rằng đặc điểm này giúp hạn chế hao mòn và tiếng ồn.

Trục và hệ bánh răng

Sơ đồ cấu tạo LIGAO RT thể hiện các thành phần như:

Main shaft – trục chính; countershaft – trục phụ; helical gear – bánh răng nghiêng; tapered roller bearing – ổ bi côn; gear box chamber – hộp bánh răng.

Cụm truyền động có nhiệm vụ truyền chuyển động tới rotor và duy trì chuyển động cần thiết cho quá trình bơm.

Mechanical seal – phớt cơ khí

Phớt cơ khí làm kín vị trí trục đi vào khu vực chứa môi chất.

Tài liệu LIGAO thể hiện hai cấu hình:

Phớt đơn – single face mechanical seal và phớt đôi – double face mechanical seal.

Các vật liệu mặt phớt được tài liệu đề cập gồm alloy, silicon carbide, graphite và ceramic.

Phớt là một bộ phận cần đặc biệt chú ý trong quá trình vận hành, nhất là với hiện tượng chạy khô.

Nguyên lý hoạt động của bơm Rotor

Đây là phần quan trọng nhất để hiểu bơm cánh khế là gì.

Theo tài liệu LIGAO, quá trình bơm diễn ra khi rotor lần lượt tách ra, hình thành khoang chứa môi chất, vận chuyển môi chất quanh thân rotor rồi tiến lại gần nhau để đẩy chất lỏng ra khỏi bơm.

Có thể chia thành bốn giai đoạn.

Bước 1: Rotor tách nhau tạo khoang hút

Ở phía đầu hút, khi hai rotor chuyển động và bắt đầu tách nhau, một khoang có thể tích tăng dần được hình thành.

Khi thể tích khoang tăng, chất lỏng từ đường hút đi vào buồng bơm.

Tài liệu LIGAO mô tả quá trình này là chất lỏng được hút vào khi các rotor disengage – tách khỏi nhau, từ đó hình thành các khoang chứa chất lỏng.

Đây là giai đoạn hút.

Bước 2: Chất lỏng được giữ trong khoang giữa rotor và thân bơm

Khi rotor tiếp tục quay, môi chất đã đi vào đầu bơm được giữ trong các khoang nằm giữa:

bề mặt rotor – thành buồng bơm.

Chất lỏng không đứng yên tại vị trí hút mà di chuyển cùng với các khoang được hình thành bởi chuyển động của rotor.

Đây là điểm rất quan trọng khi hình dung nguyên lý rotor pump.

Không phải hai rotor “hất” chất lỏng trực tiếp từ tâm bơm sang đầu đẩy. Thay vào đó, các khoang mang môi chất di chuyển quanh thành buồng bơm.

Bước 3: Rotor vận chuyển chất lỏng sang phía đầu đẩy

Khi rotor tiếp tục quay, những khoang chứa môi chất di chuyển từ khu vực hút về phía xả.

Theo mô tả nguyên lý của LIGAO, chất lỏng được vận chuyển trong các khoang của rotor quanh không gian bên trong thân bơm.

Nhờ vậy, dòng môi chất có thể được vận chuyển tương đối nhẹ nhàng.

Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với:

chất có độ nhớt cao, môi chất dễ tạo bọt hoặc sản phẩm có cấu trúc dễ bị ảnh hưởng bởi quá trình vận chuyển. Những nhóm môi chất này được chính LIGAO đề cập trong phạm vi ứng dụng của rotor pump.

Bước 4: Rotor tiến lại gần nhau và đẩy chất lỏng ra

Khi các rotor đi tới khu vực đầu đẩy và tiến lại gần nhau, các khoang chứa môi chất được đóng lại.

Thể tích dành cho chất lỏng giảm xuống và môi chất được đẩy ra khỏi đầu bơm.

Sau đó rotor tiếp tục quay.

Một khoang mới lại được hình thành ở phía hút và quá trình:

hút → giữ môi chất → vận chuyển → đẩy

tiếp tục lặp lại.

Đó chính là nguyên lý cơ bản của bơm cánh khế.

Vì sao bơm cánh khế được gọi là bơm thể tích?

Tên gọi positive displacement pump – bơm thể tích xuất phát từ chính cách bơm vận chuyển chất lỏng.

Thay vì chủ yếu truyền vận tốc cho dòng chất lỏng, rotor tạo ra các khoang có thể tích xác định và đưa lượng môi chất nằm trong những khoang đó từ đầu hút sang đầu đẩy.

Có thể hình dung giống như liên tục tạo ra nhiều “túi chứa” nhỏ bên trong đầu bơm:

Khoang mở ở đầu hút → nhận chất lỏng → di chuyển → đóng lại ở đầu xả.

Đặc tính này cũng giải thích vì sao việc kiểm soát áp suất trên đường đẩy của bơm cánh khế rất quan trọng.

Nếu đầu đẩy bị khóa trong khi bơm vẫn tiếp tục vận chuyển thể tích chất lỏng, áp suất trong hệ thống có thể tăng lên rất nhanh.

LIGAO cảnh báo không được vận hành bơm với đường xả đóng hoặc bị tắc nếu không có thiết bị bảo vệ quá áp phù hợp.

Vì sao bơm cánh khế phù hợp với chất có độ nhớt cao?

Đây là một trong những ưu điểm nổi bật mà tài liệu LIGAO nhấn mạnh.

Nhà sản xuất cho biết rotor pump phù hợp với môi chất có độ nhớt cao, nồng độ cao và chất có hạt.

Có thể hiểu điều này thông qua nguyên lý vận chuyển.

Chất lỏng được giữ trong các khoang

Môi chất được giữ trong những khoang hình thành giữa rotor và thân bơm rồi được đưa sang đầu xả.

Cơ chế vận chuyển theo thể tích này phù hợp với nhiều loại chất có độ nhớt cao.

Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa độ nhớt càng cao thì bơm càng dễ hút.

Ngược lại, khi chất càng nhớt, điều kiện đường hút càng trở nên quan trọng.

Bơm làm việc ở tốc độ thấp

Theo tài liệu LIGAO, tốc độ vận hành được nêu trong khoảng 40–600 vòng/phút đối với phần giới thiệu dòng rotor pump.

Tốc độ thấp giúp quá trình vận chuyển diễn ra nhẹ nhàng hơn và phù hợp với những môi chất mà nhà sản xuất xác định là dễ tạo bọt hoặc có cấu trúc dễ bị ảnh hưởng.

Rotor duy trì khe hở

LIGAO cho biết rotor và hệ bánh răng truyền động được tách biệt, đồng thời các bộ phận trong đầu bơm duy trì khe hở nhất định.

Điều này giúp hạn chế tiếp xúc trực tiếp giữa các chi tiết chuyển động trong đầu bơm.

Bơm Rotor có bơm được chất có hạt không?

Có thể, trong phạm vi môi chất và cấu hình bơm phù hợp.

Tài liệu LIGAO xác nhận rotor pump đặc biệt phù hợp với môi chất có hạt và có thể dùng cho môi chất chứa hỗn hợp hơi, lỏng và rắn.

Tuy nhiên, cần hiểu chính xác:

“Có thể bơm chất có hạt” không đồng nghĩa với “mọi loại hạt đều có thể đi qua bơm”.

Khi lựa chọn thực tế, cần xác định rõ kích thước hạt, lượng hạt trong môi chất và đặc tính của môi chất. Chính tài liệu LIGAO cũng yêu cầu xem xét số lượng và kích thước hạt khi xác định tính phù hợp của bơm với ứng dụng.

Vì vậy, khách hàng không nên chỉ cung cấp thông tin:

“Chất của tôi có hạt.”

Thông tin có giá trị hơn sẽ là:

“Hạt kích thước bao nhiêu, nồng độ bao nhiêu và môi chất nền có độ nhớt như thế nào?”

Vì sao bơm cánh khế vận chuyển môi chất nhẹ nhàng?

Tài liệu LIGAO đặc biệt đề cập tới khả năng vận chuyển các môi chất dễ tạo bọt hoặc có cấu trúc dễ bị ảnh hưởng.

Điều này liên quan tới việc bơm hoạt động ở tốc độ thấp và môi chất được mang theo trong những khoang hình thành giữa rotor và thân bơm thay vì phải đi qua một cánh bơm quay với tốc độ rất cao.

Đây là lý do rotor pump được cân nhắc trong nhiều ứng dụng mà yêu cầu không chỉ là:

“Bơm được bao nhiêu m³/h?”

mà còn là:

“Sau khi đi qua bơm, tính chất của sản phẩm có được duy trì tốt hay không?”

Tuy nhiên, tài liệu LIGAO không đưa ra giá trị shear cụ thể, vì vậy không nên tự khẳng định mức độ cắt hoặc tỷ lệ bảo toàn cấu trúc bằng các con số không có trong tài liệu.

Bơm cánh khế khác bơm ly tâm như thế nào?

Hai loại bơm có nguyên lý cơ bản khác nhau.

Sự khác biệt quan trọng nhất cần ghi nhớ là:

Bơm cánh khế vận chuyển một thể tích chất lỏng trong các khoang, còn bơm ly tâm truyền năng lượng cho dòng chất lỏng bằng cánh bơm.

Vì vậy cách thiết kế hệ thống và bảo vệ bơm cũng khác nhau.

Những môi chất nào phù hợp với bơm cánh khế?

Theo phạm vi ứng dụng được LIGAO mô tả, rotor pump đặc biệt đáng xem xét với các nhóm môi chất sau:

Chất có độ nhớt cao: chất đặc, chất có khả năng chảy chậm hoặc môi chất có nồng độ cao.

Môi chất chứa hạt: trong giới hạn kích thước và đặc tính phù hợp với cấu hình bơm.

Môi chất dễ tạo bọt: cần quá trình vận chuyển tương đối nhẹ nhàng.

Môi chất có cấu trúc dễ bị ảnh hưởng: cần hạn chế tác động trong quá trình bơm.

Tuy nhiên, lựa chọn bơm cuối cùng vẫn phải dựa trên điều kiện cụ thể như lưu lượng, áp suất, nhiệt độ, vật liệu tiếp xúc, loại phớt và đặc tính hạt. LIGAO cũng yêu cầu xem xét những yếu tố này khi đánh giá sự phù hợp của bơm với môi chất.

3 lưu ý đặc biệt khi sử dụng bơm cánh khế

Không để bơm chạy khô

Đây là nguyên tắc rất quan trọng đối với bơm sử dụng mechanical seal.

Theo LIGAO, khi bơm có môi chất, nhiệt sinh ra do ma sát giữa các bề mặt phớt được môi chất trong đầu bơm hỗ trợ làm mát.

Khi không có môi chất đi qua, nhiệt ma sát tăng mạnh và có thể làm cháy bề mặt phớt, ảnh hưởng khả năng làm kín và gây hỏng mechanical seal.

Với môi chất nhớt hoặc khả năng chảy kém, tài liệu còn yêu cầu bố trí thiết bị làm mát bằng nước cho phớt.

Xem thêm: Tại sao bơm cánh khế không được chạy khô?

Không khóa đầu đẩy khi bơm đang hoạt động

Đây là hệ quả trực tiếp của nguyên lý bơm thể tích.

Nếu bơm tiếp tục đưa chất lỏng vào đường đẩy nhưng dòng chảy phía sau bị chặn, áp suất có thể tăng cao.

LIGAO cảnh báo tình trạng quá áp có thể làm đường ống giãn nở, thậm chí nứt đường ống và gây hư hỏng nghiêm trọng cho bơm. Nhà sản xuất đề cập hai giải pháp bảo vệ gồm van an toàn tích hợp và van an toàn hồi ngoài.

Đặc biệt, van an toàn tích hợp không nên được sử dụng như van điều chỉnh lưu lượng, vì tuần hoàn kéo dài trong buồng bơm có thể làm tăng nhiệt độ và thậm chí khiến môi chất hóa hơi.

Xem thêm: Tại sao bơm cánh khế cần van an toàn?

Phải thiết kế đường hút đúng

Bơm có khả năng vận chuyển chất nhớt không có nghĩa đường hút có thể thiết kế tùy ý.

LIGAO đưa ra một số yêu cầu rất đáng chú ý:

Đường kính đường hút ít nhất phải bằng đường kính kết nối của bơm; đường hút càng ngắn càng tốt; hạn chế co, T và các vị trí gây cản trở dòng chảy.

Nếu sử dụng lọc trên đường hút, cần xem xét tổn thất áp suất tại lưu lượng thực tế.

Nhà sản xuất đồng thời yêu cầu NPSH khả dụng của hệ thống phải lớn hơn NPSH yêu cầu của bơm. Nếu không đảm bảo điều kiện này có thể xảy ra xâm thực, tiếng ồn, giảm lưu lượng và hư hỏng cơ khí.

Xem thêm: Hướng dẫn thiết kế đường hút bơm cánh khế.

Khi nào nên lựa chọn bơm cánh khế?

Bơm cánh khế đáng được cân nhắc khi hệ thống cần vận chuyển:

chất có độ nhớt cao, chất có nồng độ cao, một số môi chất chứa hạt, môi chất dễ tạo bọt hoặc sản phẩm cần được vận chuyển tương đối nhẹ nhàng.

Tuy nhiên, không nên lựa chọn bơm chỉ dựa vào tên môi chất.

Ví dụ, cùng nói là “sốt”, “keo”, “dầu” hay “hỗn hợp có hạt”, nhưng độ nhớt, nhiệt độ, áp suất và kích thước hạt có thể rất khác nhau.

Để chọn bơm chính xác, tối thiểu cần xác định:

Lưu lượng → áp suất → độ nhớt → nhiệt độ → tính ăn mòn → thành phần hạt → kích thước hạt → yêu cầu phớt → điều kiện đường hút.

Câu hỏi thường gặp về bơm cánh khế

Bơm cánh khế có phải bơm thể tích không?

Có. Tài liệu LIGAO xác định rotor pump là một dạng displacement pump. Thể tích làm việc thay đổi do chuyển động tương đối giữa rotor và thân bơm, từ đó tạo quá trình hút và vận chuyển chất lỏng.

Bơm cánh khế có bơm được chất đặc không?

LIGAO xác nhận dòng rotor pump phù hợp với chất có độ nhớt và nồng độ cao. Tuy nhiên, khi độ nhớt tăng, điều kiện đường hút, tốc độ và cấu hình bơm càng cần được kiểm tra kỹ.

Bơm Rotor có bơm được chất có hạt không?

Có thể với môi chất phù hợp. Nhà sản xuất đề cập ứng dụng cho chất có hạt, nhưng đồng thời yêu cầu xem xét số lượng và kích thước hạt. Vì vậy cần cung cấp thông tin hạt cụ thể trước khi lựa chọn.

Bơm cánh khế có tự mồi không?

Tài liệu LIGAO trong phần được sử dụng cho bài này không đưa ra một chiều cao tự mồi cụ thể để có thể khẳng định chung cho tất cả model. Khả năng hút thực tế cần được đánh giá theo model và điều kiện đường hút của hệ thống.

Có được đóng van đầu đẩy khi bơm đang chạy không?

Không nên vận hành bơm với đường xả đóng hoặc tắc nếu không có cơ cấu bảo vệ quá áp phù hợp. Đây là một yêu cầu an toàn quan trọng đối với bơm thể tích.

Bơm cánh khế có được chạy khô không?

Không. LIGAO cảnh báo chạy không có môi chất có thể khiến nhiệt tại bề mặt mechanical seal tăng mạnh, làm hỏng các bề mặt phớt và ảnh hưởng khả năng làm kín.

Kết luận

Bơm cánh khế là một loại bơm thể tích sử dụng chuyển động của rotor để tạo các khoang có thể tích thay đổi, hút môi chất vào đầu bơm, vận chuyển trong các khoang quanh thành buồng bơm rồi đẩy ra phía đầu xả.

Hiểu đúng nguyên lý này sẽ giúp giải thích vì sao rotor pump phù hợp với nhiều chất có độ nhớt cao, môi chất chứa hạt, chất dễ tạo bọt hoặc sản phẩm cần được vận chuyển nhẹ nhàng.

Tuy nhiên, hiệu quả của bơm cánh khế không chỉ phụ thuộc vào bản thân máy bơm. Độ nhớt, tốc độ, điều kiện hút, áp suất, loại phớt và thiết kế đường ống đều ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành của hệ thống.

Khi lựa chọn bơm cánh khế, khách hàng nên cung cấp cho VIMEX đầy đủ lưu lượng, áp suất, độ nhớt, nhiệt độ, tính chất môi chất và kích thước hạt nếu có. Dựa trên các dữ liệu này, VIMEX có thể tư vấn model, tốc độ và cấu hình bơm phù hợp hơn với điều kiện vận hành thực tế.

VIMEX – Niềm tin của đối tác.