Điều khiển tự động bơm ly tâm

Máy bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất công nghiệp và kỹ thuật để vận chuyển nhiều loại chất lỏng khác nhau. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, một hiện tượng thường xảy ra, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và tuổi thọ của bơm, đó là hiện tượng xâm thực. Hiện tượng xâm thực không chỉ làm giảm hiệu suất của bơm ly tâm mà còn gây hư hỏng nghiêm trọng cho các bộ phận chính như cánh bơm, thậm chí có thể dẫn đến việc phải tháo dỡ toàn bộ thiết bị. Do đó, việc nghiên cứu và hiểu rõ nguyên nhân gây ra hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm có ý nghĩa to lớn đối với việc thiết kế hợp lý, lắp đặt chính xác và vận hành bơm an toàn. Dưới, An Huy Shengshi Datang sẽ cung cấp cho bạn phần giới thiệu chi tiết.1. Khái niệm cơ bản về hiện tượng sủi bọtHiện tượng xâm thực (Cavitation) là hiện tượng khi chất lỏng chảy qua cánh bơm, áp suất tại chỗ giảm xuống dưới áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ở nhiệt độ vận hành, gây ra sự bay hơi một phần chất lỏng và hình thành vô số bọt hơi nhỏ. Khi những bọt khí này được dòng chất lỏng đưa vào vùng có áp suất cao hơn, áp suất xung quanh tăng nhanh chóng, khiến các bọt khí này vỡ ra ngay lập tức và ngưng tụ trở lại thành chất lỏng. Sự vỡ của các bọt khí này tạo ra sóng xung kích mạnh và nhiệt độ cao cục bộ, tác động lên bề mặt cánh bơm, dẫn đến hiện tượng rỗ hoặc bong tróc kim loại do mỏi. Đây chính là hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm.Bản chất của hiện tượng sủi bọt là kết quả của sự kết hợp giữa động lực học chất lưu và nhiệt động lực học. Nguyên nhân cơ bản là sự phân bố áp suất không đều trong chất lỏng. Khi vận tốc dòng chảy cục bộ quá cao hoặc thiết kế hình học không hợp lý, áp suất cục bộ giảm xuống, kích hoạt quá trình tuần hoàn hóa hơi và vỡ bong bóng.2. Nguyên nhân gốc rễ của hiện tượng sủi bọtNguyên nhân gốc rễ của hiện tượng sủi bọt trong bơm ly tâm là áp suất cục bộ của chất lỏng bên trong bơm giảm xuống dưới áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ở nhiệt độ đó. Trong bơm ly tâm, chất lỏng chảy từ ống hút vào cửa hút của cánh bơm. Khi đường dẫn dòng chảy co lại dần dần, vận tốc chất lỏng tăng lên và do đó áp suất tĩnh giảm xuống. Khi áp suất cục bộ giảm xuống áp suất hơi bão hòa của chất lỏng, chất lỏng bắt đầu bốc hơi, tạo ra các bong bóng hơi. Các bong bóng này được đưa vào vùng áp suất cao về phía giữa và cửa ra của cánh bơm, tại đây chúng nhanh chóng bị xẹp xuống dưới áp suất cao. Sóng xung kích năng lượng cao được giải phóng trong quá trình bong bóng vỡ gây ra sự ăn mòn kim loại trên bề mặt cánh bơm, tăng độ rung của bơm, tăng tiếng ồn và các vấn đề như giảm lưu lượng và cột áp.3. Các yếu tố chính dẫn đến hiện tượng sủi bọta. Lực hút quá mức: Nếu bơm được lắp đặt quá cao hoặc mức chất lỏng hút quá thấp, áp suất ở phía hút sẽ giảm. Khi chất lỏng chảy về phía cửa vào cánh bơm, áp suất tiếp tục giảm. Khi áp suất giảm xuống dưới áp suất hơi bão hòa, hiện tượng bay hơi sẽ xảy ra. Nếu độ nâng hút vượt quá NPSH (Cột áp hút dương thuần) cho phép, hiện tượng xâm thực là không thể tránh khỏi.b. Sức cản đường hút quá mức: Đường ống hút quá dài, quá hẹp, quá nhiều khuỷu tay, hoặc van đóng một phần sẽ gây ra tổn thất áp suất cục bộ và ma sát đáng kể. Áp suất giảm ở đầu hút dẫn đến giảm áp suất tiếp theo ở cửa vào cánh bơm, làm tăng khả năng xảy ra hiện tượng xâm thực. Ngoài ra, rò rỉ khí hoặc bịt kín kém trong đường ống hút có thể đưa khí vào chất lỏng, làm trầm trọng thêm hiện tượng xâm thực.c. Nhiệt độ chất lỏng quá cao: Nhiệt độ chất lỏng tăng làm tăng đáng kể áp suất hơi bão hòa, khiến chất lỏng dễ bị bay hơi hơn. Ví dụ, áp suất hơi bão hòa của nước tương đối thấp ở nhiệt độ phòng nhưng tăng đáng kể ở nhiệt độ cao. Ngay cả khi áp suất hút không đổi, điều kiện bay hơi vẫn có thể xảy ra khi nhiệt độ tăng, do đó kích hoạt hiện tượng xâm thực.d. Áp suất đầu vào thấp hoặc áp suất môi trường giảm: Khi áp suất tại nguồn hút của máy bơm giảm - chẳng hạn như do mực chất lỏng giảm, chân không trong bình chứa hoặc áp suất khí quyển xung quanh thấp (ví dụ ở độ cao lớn) - áp suất tại cổng hút sẽ không đủ, khiến chất lỏng rất dễ bốc hơi ở cửa vào cánh quạt.e. Thiết kế hoặc lắp đặt máy bơm không đúng cách: Thiết kế cấu trúc của bơm ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tạo bọt khí. Ví dụ, đường kính đầu vào của cánh bơm quá nhỏ, góc trước cánh bơm không hợp lý, hoặc bề mặt cánh bơm gồ ghề có thể gây ra dòng chảy chất lỏng không ổn định, dẫn đến sụt áp cục bộ đột ngột. Hơn nữa, việc không tuân thủ các yêu cầu NPSH (NPSHr) bắt buộc do nhà sản xuất quy định trong quá trình lắp đặt, hoặc lắp đặt bơm ở độ cao quá mức, cũng có thể dẫn đến hiện tượng tạo bọt khí.f. Điều kiện vận hành không phù hợp: Khi máy bơm hoạt động ở lưu lượng lệch so với điểm thiết kế, chạy trong thời gian dài ở lưu lượng thấp hoặc trong quá trình điều chỉnh van đột ngột, sự phân bổ áp suất của chất lỏng sẽ thay đổi, điều này cũng có thể gây ra hiện tượng bay hơi và tạo bọt cục bộ.4. Tác động và nguy cơ của hiện tượng sủi bọtNhững nguy hiểm của hiện tượng sủi bọt máy bơm ly tâm chủ yếu được thể hiện ở các khía cạnh sau:a. Thiệt hại bề mặt kim loại: Các cú sốc áp suất cao do bong bóng vỡ gây ra hiện tượng xói mòn rỗ trên bề mặt cánh quạt. Sự phát triển lâu dài có thể dẫn đến mỏi vật liệu, bong tróc và thậm chí thủng cánh quạt.b. Suy giảm hiệu suất: Hiện tượng sủi bọt làm giảm đáng kể lưu lượng, cột áp và hiệu suất, làm thay đổi đường cong đặc tính của máy bơm.c. Rung động và tiếng ồn: Lực tác động do hiện tượng sủi bọt tạo ra gây ra rung động cơ học và tiếng ồn tần số cao, ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của thiết bị.d. Giảm tuổi thọ sử dụng: Hoạt động lâu dài trong điều kiện có hiện tượng sủi bọt sẽ làm tăng tốc độ mài mòn cơ học, rút ​​ngắn tuổi thọ của ổ trục, phớt và cánh quạt.5. Các biện pháp ngăn ngừa hiện tượng sủi bọtĐể ngăn ngừa hoặc giảm thiểu hiện tượng sủi bọt, cần thực hiện các biện pháp từ góc độ thiết kế, lắp đặt và vận hành:a. Chọn chiều cao lắp đặt hợp lý để đảm bảo áp suất đủ ở phía hút, làm cho NPSH khả dụng (NPSHa) lớn hơn NPSH yêu cầu (NPSHr) của máy bơm.b. Tối ưu hóa đường ống hút bằng cách rút ngắn chiều dài, giảm số lượng cút nối, tăng đường kính ống, giữ van hút mở hoàn toàn và tránh không khí lọt vào.c. Kiểm soát nhiệt độ chất lỏng thông qua việc làm mát hoặc hạ thấp nhiệt độ của bể chứa để giảm áp suất hơi bão hòa của chất lỏng.d. Tăng áp suất đầu vào, ví dụ, bằng cách lắp đặt máy bơm tăng áp, tăng áp bề mặt chất lỏng hoặc đặt thùng chứa chất lỏng ở độ cao cao hơn.e. Cải thiện cấu trúc cánh quạt bằng cách sử dụng vật liệu và hình dạng có đặc tính chống tạo bọt tốt, chẳng hạn như thêm bộ phận tạo bọt hoặc tối ưu hóa góc vào của cánh quạt.f. Giữ cho máy bơm hoạt động gần điểm thiết kế của nó, tránh vận hành kéo dài ở lưu lượng thấp hoặc các điều kiện vận hành bất thường khác.Tóm lại, hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm chủ yếu là do áp suất chất lỏng tại cửa vào cánh bơm quá thấp, xuống dưới áp suất hơi bão hòa, gây ra hiện tượng bay hơi và sau đó là vỡ bong bóng. Các yếu tố cụ thể dẫn đến hiện tượng này bao gồm lực hút quá mức, lực cản hút quá mức, nhiệt độ chất lỏng cao, áp suất đầu vào thấp và thiết kế hoặc vận hành không đúng cách. Hiện tượng xâm thực không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất bơm mà còn gây hư hỏng nghiêm trọng cho thiết bị. Do đó, trong cả thiết kế và vận hành, cần chú trọng đến việc phòng ngừa và kiểm soát hiện tượng xâm thực. Bằng cách cấu hình hệ thống hợp lý, tối ưu hóa các thông số cấu trúc và cải thiện điều kiện vận hành, chúng ta có thể đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả. máy bơm ly tâm có thể được đảm bảo.

  Trong phần trước, chúng ta đã thảo luận về nguyên nhân gây ra hiện tượng sủi bọt ở bơm ly tâm. Dưới đây, An Huy Shengshi Datang sẽ đưa ra các biện pháp để ngăn chặn máy bơm ly tâm hiện tượng sủi bọt. 1. Cải tiến về thiết kế và vật liệu Theo quan điểm thiết kế và vật liệu, có thể thực hiện các biện pháp sau đây để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu mối nguy hiểm do hiện tượng rỗ khí của bơm ly tâm: A. Thiết kế tối ưu hóa khoảng cách: Tăng khe hở hợp lý giữa các bộ phận chuyển động, đặc biệt là giữa cánh bơm và vỏ bơm, và giữa vòng đệm và trục bơm, để giảm nguy cơ kẹt do giãn nở nhiệt. Nghiên cứu cho thấy việc tăng khe hở tiêu chuẩn thêm 15%-20% có thể giảm đáng kể khả năng kẹt trong quá trình tạo bọt khí, đồng thời giảm thiểu tác động đến hiệu suất bơm. B. Lựa chọn và xử lý vật liệu: a. Thực hiện xử lý nhiệt tôi luyện trục bơm để cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn, giảm biến dạng và mài mòn trong quá trình tạo bọt. b. Chọn vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt thấp, chẳng hạn như thép không gỉ hoặc hợp kim đặc biệt, để giảm thiểu những thay đổi về khe hở do giãn nở nhiệt. c. Áp dụng lớp phủ chống mài mòn như hợp kim cứng hoặc sử dụng vật liệu gốm cho các bộ phận ma sát quan trọng như vòng đệm để tăng khả năng chống mài mòn. C. Cải tiến hệ thống niêm phong: a. Sử dụng phớt cơ khí không phụ thuộc vào môi trường được bơm để bôi trơn, chẳng hạn như phớt cơ khí bôi trơn bằng khí hoặc phớt cơ khí kép. b. Cấu hình hệ thống bôi trơn bên ngoài để bôi trơn bề mặt phớt ngay cả khi bơm bị rỗ. c. Đối với phớt đóng gói, hãy sử dụng vật liệu đóng gói tự bôi trơn, chẳng hạn như vật liệu đóng gói tổng hợp có chứa PTFE.   D. Tối ưu hóa hệ thống ổ trục: a. Sử dụng ổ trục tự bôi trơn kín để giảm sự phụ thuộc vào hệ thống làm mát bên ngoài. b. Thêm hệ thống làm mát độc lập cho ổ trục để đảm bảo duy trì nhiệt độ ổ trục bình thường ngay cả trong quá trình bơm bị rỗ. c. Chọn vòng bi và chất bôi trơn có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn. E. Cải tiến thiết kế khoang bơm: a. Đối với các ứng dụng đặc biệt, hãy thiết kế không gian lưu trữ nước sao cho máy bơm có thể duy trì lượng chất lỏng tối thiểu ngay cả khi thiếu nước trong thời gian ngắn. b. Máy bơm tự mồi thường được thiết kế với thể tích khoang bơm lớn hơn và các thiết bị tách khí-lỏng chuyên dụng, cho phép chúng xử lý tốt hơn hiện tượng sủi bọt trong thời gian ngắn. Thực tế cho thấy thiết kế và lựa chọn vật liệu hợp lý có thể giảm nguy cơ hư hỏng trong quá trình tạo bọt của bơm ly tâm hơn 50%, đồng thời kéo dài tuổi thọ chung của thiết bị. 2. Ứng dụng của hệ thống giám sát và điều khiển Công nghệ giám sát và kiểm soát hiện đại cung cấp các biện pháp hiệu quả để ngăn ngừa hiện tượng rỗ khí ở bơm ly tâm: A. Hệ thống phát hiện hiện tượng sủi bọt: a. Giám sát lưu lượng: Lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng tại cửa ra của máy bơm để tự động báo động hoặc tắt máy bơm khi lưu lượng giảm xuống dưới giá trị đã cài đặt. b. Theo dõi dòng điện: Tải động cơ giảm trong quá trình tạo bọt khí, dẫn đến dòng điện giảm đáng kể; hiện tượng tạo bọt khí có thể được phát hiện bằng cách theo dõi những thay đổi của dòng điện. c. Theo dõi áp suất: Áp suất đầu ra giảm đột ngột hoặc tăng đột biến là dấu hiệu chính của hiện tượng sủi bọt. d. Theo dõi nhiệt độ: Nhiệt độ tăng bất thường ở phớt cơ khí, ổ trục hoặc thân bơm có thể gián tiếp phản ánh trạng thái xâm thực. B. Hệ thống kiểm soát mức chất lỏng: a. Lắp đặt cảm biến mực nước trong bể chứa nước, hố ga và các cơ sở thu nước khác để tự động dừng máy bơm khi mực nước xuống dưới giá trị an toàn. b. Đối với những trường hợp đặc biệt, hãy thiết lập chế độ bảo vệ hai cấp độ: báo động mức thấp và tắt máy bơm cưỡng bức mức rất thấp. c. Sử dụng đồng hồ đo mức không tiếp xúc (ví dụ: siêu âm, radar) để tránh các vấn đề kẹt tiềm ẩn liên quan đến công tắc phao truyền thống. C. Hệ thống điều khiển thông minh tích hợp: a. Tích hợp nhiều thông số (lưu lượng, áp suất, nhiệt độ, mức) vào hệ thống PLC hoặc DCS để xác định chính xác hơn trạng thái xâm thực thông qua phán đoán logic. b. Thiết lập hai mức bảo vệ: cảnh báo xâm thực và báo động xâm thực. Hệ thống có thể tự động điều chỉnh điều kiện vận hành trong khi cảnh báo và buộc tắt máy trong khi báo động. c. Sử dụng hệ thống chuyên gia hoặc công nghệ trí tuệ nhân tạo để dự đoán trước các rủi ro xâm thực tiềm ẩn thông qua phân tích dữ liệu lịch sử. D. Giám sát và quản lý từ xa: a. Sử dụng công nghệ IoT để giám sát từ xa các trạm bơm, cho phép phát hiện kịp thời các bất thường. b. Thiết lập các mô hình dự đoán lỗi để đưa ra cảnh báo sớm về nguy cơ tạo bọt khí tiềm ẩn thông qua phân tích dữ liệu lớn. c. Thiết lập hệ thống ghi chép và báo cáo tự động để ghi lại những thay đổi trong thông số vận hành, cung cấp cơ sở cho việc phân tích lỗi. Dữ liệu cho thấy bơm ly tâm được trang bị hệ thống giám sát và điều khiển hiện đại giảm hơn 85% sự cố xâm thực so với thiết bị truyền thống, đồng thời giảm đáng kể chi phí bảo trì. Giá trị của những hệ thống này đặc biệt rõ rệt ở các trạm bơm không có người giám sát.   3. Quy trình vận hành và quản lý bảo trì Quy trình vận hành khoa học và quản lý bảo trì là những mắt xích quan trọng trong việc ngăn ngừa máy bơm ly tâm hiện tượng sủi bọt: A. Kiểm tra và chuẩn bị trước khi khởi động: a. Xác nhận rằng các van trên đường hút đã mở hoàn toàn và bộ lọc không bị tắc. b. Kiểm tra độ kín của vỏ bơm và đường ống để đảm bảo không có điểm rò rỉ không khí. c. Đảm bảo máy bơm được mồi đầy đủ và không khí được xả hết trước khi khởi động lần đầu hoặc sau thời gian tắt máy kéo dài. d. Xoay trục bơm bằng tay vài vòng để đảm bảo trục quay linh hoạt mà không có lực cản bất thường. B. Quy trình khởi động và tắt máy đúng cách: a. Mở van hút trước, sau đó mở van xả, tránh khởi động khi van xả đang đóng. b. Đối với máy bơm lớn, hãy bắt đầu bằng cách mở nhẹ van xả, sau đó mở hoàn toàn khi hoạt động ổn định. c. Khi dừng bơm, trước tiên phải đóng van xả, sau đó là động cơ và cuối cùng là van hút để tránh hiện tượng chảy ngược và búa nước. d. Xả chất lỏng ra khỏi vỏ bơm ngay sau khi tắt máy ở những vùng có mùa đông lạnh giá để tránh đóng băng. C. Giám sát và quản lý trong quá trình vận hành: a. Thiết lập hệ thống nhật ký vận hành để ghi lại thường xuyên các thông số như lưu lượng, áp suất, nhiệt độ và dòng điện. b. Triển khai hệ thống kiểm tra vòng quanh để phát hiện kịp thời tiếng ồn, độ rung hoặc rò rỉ bất thường. c. Tránh vận hành trong thời gian dài ở lưu lượng thấp; lắp đặt đường ống nhánh lưu lượng tối thiểu nếu cần thiết. d. Đối với hệ thống song song nhiều máy bơm, phải đảm bảo phân bổ tải hợp lý giữa các máy bơm để tránh tình trạng quá tải hoặc hiện tượng rỗ khí ở một máy bơm. D. Bảo trì và kiểm tra thường xuyên: a. Thường xuyên vệ sinh bộ lọc đường hút để tránh tắc nghẽn. b. Kiểm tra tình trạng của phớt cơ khí hoặc phớt đóng gói và thay thế kịp thời các bộ phận cũ hoặc bị hư hỏng. c. Thường xuyên kiểm tra nhiệt độ ổ trục và tình trạng bôi trơn, thêm hoặc thay thế chất bôi trơn khi cần thiết. d. Đo khe hở của vòng đệm theo định kỳ để đảm bảo chúng nằm trong giới hạn cho phép. e. Kiểm tra xem ống cân bằng và lỗ cân bằng có thông thoáng không (áp dụng cho máy bơm nhiều tầng). E. Đào tạo và quản lý nhân sự: a. Đào tạo chuyên môn cho người vận hành và nhân viên bảo trì để nâng cao khả năng xác định và xử lý sự cố. b. Xây dựng hệ thống trách nhiệm rõ ràng và kế hoạch khẩn cấp để đảm bảo phản ứng nhanh chóng khi có sự bất thường. c. Thiết lập cơ chế chia sẻ kinh nghiệm để nhanh chóng tóm tắt và phổ biến kinh nghiệm xử lý sự cố. Thực tế chứng minh rằng quy trình vận hành và quản lý bảo trì hợp lý có thể giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài ý muốn của máy bơm ly tâm tới hơn 70%, cải thiện đáng kể độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị.   4. Các biện pháp ứng phó trong tình huống khẩn cấp Mặc dù đã có nhiều biện pháp phòng ngừa, hiện tượng sủi bọt bơm ly tâm vẫn có thể xảy ra trong một số trường hợp đặc biệt. Trong những trường hợp như vậy, cần có các biện pháp ứng phó khẩn cấp để giảm thiểu tổn thất: A. Nhận dạng và tắt máy nhanh chóng: a. Nếu phát hiện thấy các dấu hiệu của hiện tượng sủi bọt như tiếng ồn bất thường, độ rung tăng hoặc áp suất xả giảm đột ngột, cần phải tắt máy bơm ngay lập tức để kiểm tra. b. Đối với thiết bị quan trọng, có thể lắp đặt nút dừng khẩn cấp để dừng bơm ngay lập tức khi phát hiện bất thường. c. Không khởi động lại máy bơm nhiều lần trước khi xác nhận và loại bỏ nguyên nhân gây ra hiện tượng rỗ để tránh làm hư hỏng nặng hơn. B. Biện pháp làm mát khẩn cấp: a. Nếu phát hiện thân máy bơm quá nóng nhưng chưa xảy ra hư hỏng nghiêm trọng, có thể áp dụng các biện pháp làm mát bên ngoài, chẳng hạn như bọc thân máy bơm bằng vải ướt hoặc phun nhẹ nước làm mát (cẩn thận tránh các bộ phận điện). b. Không làm nguội ngay ổ trục quá nóng bằng nước lạnh để tránh hư hỏng do ứng suất nhiệt. C. Khôi phục nguồn cung cấp chất lỏng bình thường: a. Kiểm tra và thông tắc nghẽn ở đường ống đầu vào. b. Nếu mực nước không đủ, hãy nhanh chóng bổ sung nước vào nguồn hoặc hạ thấp chiều cao lắp đặt máy bơm. c. Kiểm tra và sửa chữa các điểm rò rỉ không khí trong hệ thống đường ống. D. Giám sát đặc biệt sau khi khởi động lại: a. Khi khởi động lại máy bơm sau sự cố xâm thực, hãy đặc biệt chú ý xem phớt có bị rò rỉ không, nhiệt độ ổ trục có bình thường không và độ rung có nằm trong giới hạn cho phép không. b. Chỉ tiếp tục hoạt động bình thường sau khi xác nhận mọi thông số đều bình thường. c. Nên tăng tần suất kiểm tra tạm thời để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định. E. Đánh giá thiệt hại và sửa chữa: a. Các máy bơm bị hiện tượng sủi bọt nghiêm trọng cần được kiểm tra toàn diện để đánh giá mức độ hư hỏng. b. Thay thế các bộ phận bị hỏng nếu cần thiết, chẳng hạn như phớt cơ khí, vòng đệm và ổ trục. c. Kiểm tra cánh quạt và vỏ bơm xem có bị hư hỏng do hiện tượng xâm thực không. Nhờ xử lý khẩn cấp kịp thời và hiệu quả, tổn thất do hiện tượng xâm thực có thể được giảm thiểu. Thống kê cho thấy các biện pháp khẩn cấp hợp lý có thể rút ngắn thời gian phục hồi thiết bị hơn 50% trong các tình huống khẩn cấp, đồng thời giảm nguy cơ hư hỏng thứ cấp.