Bơm ly tâm hiệu suất cao

  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 bọt Hiện 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 bọt Nguyên 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 bọt a. 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 bọt Những 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 bọt Để 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.  

Nguyên lý hoạt động của máy bơm ly tâm Nguyên lý hoạt động của máy bơm ly tâm Dựa trên tác động của lực ly tâm. Khi cánh quạt quay với tốc độ cao, chất lỏng bị đẩy từ tâm cánh quạt ra rìa ngoài dưới tác động của lực ly tâm, nhờ đó thu được động năng và năng lượng áp suất. Quy trình hoạt động cụ thể như sau: 1. Chất lỏng đi vào khu vực trung tâm của cánh quạt thông qua cửa hút của máy bơm. 2. Sự quay của cánh quạt tạo ra lực ly tâm, khiến chất lỏng di chuyển từ tâm cánh quạt ra mép ngoài dọc theo các đường đi của cánh quạt. 3. Chất lỏng thu được động năng và năng lượng áp suất bên trong cánh bơm và sau đó được xả vào vỏ bơm. 4. Bên trong vỏ bơm, một phần động năng của chất lỏng được chuyển đổi thành năng lượng áp suất và cuối cùng chất lỏng được xả ra ngoài qua cửa xả. Trong quá trình vận hành bơm ly tâm, cánh bơm hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng của chất lỏng. Khi chất lỏng chảy qua cánh bơm, cả áp suất và vận tốc đều tăng. Theo phương trình Bernoulli, sự gia tăng tổng năng lượng của chất lỏng chủ yếu được biểu hiện bằng sự gia tăng năng lượng áp suất, cho phép bơm ly tâm vận chuyển chất lỏng lên độ cao lớn hơn hoặc vượt qua lực cản lớn hơn của hệ thống. Điều quan trọng cần lưu ý là điều kiện tiên quyết để bơm ly tâm hoạt động bình thường là khoang bơm phải được đổ đầy chất lỏng. Lý do là vì lực ly tâm chỉ tác động lên chất lỏng chứ không tác động lên chất khí. Nếu có không khí trong khoang bơm, bơm sẽ không thể tạo áp suất bình thường, dẫn đến hiện tượng "khóa hơi", cuối cùng dẫn đến hiện tượng xâm thực. Phân tích nguyên nhân gây ra hiện tượng rỗ khí ở bơm ly tâm 1. Áp suất đầu vào không đủ hoặc áp suất đầu vào không đủ Môi trường đầu vào không đủ là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hiện tượng xâm thực ở bơm ly tâm. Các trường hợp sau đây có thể dẫn đến môi trường đầu vào không đủ: a. Mức chất lỏng thấp: Khi mực chất lỏng trong hồ bơi, bể chứa hoặc thùng chứa giảm xuống dưới ống hút của máy bơm hoặc mức hiệu quả tối thiểu, máy bơm có thể hút không khí thay vì chất lỏng, dẫn đến hiện tượng sủi bọt. b. Lực hút quá mức: Đối với bơm ly tâm không tự mồi, nếu độ cao lắp đặt vượt quá độ cao hút cho phép, ngay cả khi ống hút được nhúng trong chất lỏng, bơm vẫn không thể hút chất lỏng lên, dẫn đến tình trạng thiếu chất lỏng bên trong bơm. Theo nguyên lý vật lý, độ cao hút tối đa lý thuyết của bơm ly tâm không tự mồi là khoảng 10 mét cột nước (giá trị áp suất khí quyển). Tuy nhiên, xét đến các tổn thất khác nhau, độ cao hút thực tế thường dưới 6-7 mét. c. Áp suất đầu vào không đủ: Trong các ứng dụng yêu cầu áp suất đầu vào dương, nếu áp suất đầu vào được cung cấp thấp hơn giá trị yêu cầu, máy bơm có thể không cung cấp đủ chất lỏng, gây ra hiện tượng sủi bọt. d. Thiết kế hệ thống kém: Trong một số thiết kế hệ thống, nếu đường ống hút quá dài, đường kính ống quá nhỏ hoặc có quá nhiều khúc cua, sức cản của đường ống sẽ tăng lên, làm giảm áp suất đầu vào và ngăn máy bơm ly tâm hút chất lỏng đúng cách. Các nghiên cứu điển hình cho thấy khoảng 35% sự cố bơm ly tâm trong ngành công nghiệp hóa dầu là do môi trường đầu vào không phù hợp hoặc áp suất đầu vào không đủ. Vấn đề này đặc biệt phổ biến trong các hệ thống vận chuyển dầu do độ nhớt và áp suất hơi cao của các sản phẩm dầu. 2. Tắc nghẽn ở đường ống đầu vào Tắc nghẽn đường ống đầu vào là một nguyên nhân phổ biến khác gây ra hiện tượng rỗ khí ở bơm ly tâm. Các biểu hiện cụ thể bao gồm: a. Màn hình hoặc bộ lọc bị tắc: Trong quá trình vận hành lâu dài, lưới lọc hoặc bộ lọc trong đường ống đầu vào có thể dần bị tắc nghẽn do tạp chất hoặc cặn bẩn, hạn chế dòng chảy của chất lỏng. b. Sự hình thành cặn bên trong đường ống: Đặc biệt khi xử lý nước cứng, nước có hàm lượng ion canxi và magie cao hoặc các chất lỏng hóa học cụ thể, cặn hoặc cặn tinh thể có thể hình thành trên thành bên trong của đường ống, làm giảm đường kính hiệu quả theo thời gian. c. Vật thể lạ xâm nhập: Việc vô tình đưa các vật thể như lá cây, túi ni lông hoặc cây thủy sinh vào đường ống hút có thể làm tắc các khuỷu hoặc van, cản trở dòng chảy của chất lỏng. d. Van đóng một phần: Các lỗi vận hành, chẳng hạn như không mở hoàn toàn các van trong đường ống hút hoặc trục trặc van bên trong, cũng có thể dẫn đến lưu lượng không đủ. e. Hỏng van chân: Trong các hệ thống được trang bị van chân, nếu van chân bị trục trặc (ví dụ, lò xo bị biến dạng hoặc bề mặt gioăng bị hỏng), điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng hút chất lỏng đúng cách của máy bơm. Dữ liệu thống kê cho thấy khoảng 25% trường hợp bọt khí do bơm ly tâm trong hệ thống cấp thoát nước đô thị là do tắc nghẽn đường ống đầu vào. Vấn đề này đặc biệt phổ biến trong các hệ thống xử lý nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao.     3. Loại bỏ không khí không hoàn toàn khỏi khoang bơm Việc loại bỏ không hoàn toàn không khí khỏi khoang bơm là nguyên nhân quan trọng gây ra hiện tượng rỗ khí trong bơm ly tâm. Các biểu hiện chính bao gồm: a. Không chuẩn bị đầy đủ trước khi khởi động ban đầu: Sau khi lắp đặt ban đầu hoặc ngừng hoạt động trong thời gian dài, bơm ly tâm phải được mồi để loại bỏ không khí khỏi thân bơm. Nếu mồi không đủ, không khí còn sót lại có thể ngăn bơm đạt được áp suất vận hành bình thường. b. Khả năng tự mồi không đủ: Máy bơm ly tâm không tự mồi không thể tự xả khí mà phải phụ thuộc vào mồi bên ngoài. Mặc dù một số máy bơm tự mồi có khả năng tự mồi nhất định, nhưng phương pháp khởi động không đúng cách hoặc độ cao mồi quá lớn có thể dẫn đến việc xả khí kém. c. Rò rỉ không khí trong hệ thống đường ống: Các vết nứt nhỏ ở các kết nối đường ống hút, điểm bịt ​​kín hoặc đường ống cũ có thể khiến không khí xâm nhập vào hệ thống dưới áp suất âm. Điều này đặc biệt nguy hiểm vì ngay cả khi bơm được mồi đúng cách ban đầu, không khí vẫn có thể tích tụ theo thời gian, cuối cùng gây ra hiện tượng xâm thực. d. Lỗi phớt: Phớt trục bị mòn hoặc lắp đặt không đúng cách (ví dụ: phớt cơ khí hoặc phớt đóng gói) có thể khiến không khí bên ngoài xâm nhập vào máy bơm, đặc biệt là khi áp suất phía hút thấp hơn áp suất khí quyển. Trong các ứng dụng công nghiệp, khoảng 20% ​​trường hợp hiện tượng sủi bọt khí của bơm ly tâm là do không loại bỏ hết không khí ra khỏi khoang bơm. Vấn đề này đặc biệt phổ biến trong quá trình khởi động ban đầu sau khi lắp đặt hoặc bảo trì. 4. Nguyên nhân khác Ngoài những nguyên nhân chính nêu trên, còn có những yếu tố khác cũng có thể dẫn đến hiện tượng rỗ khí ở bơm ly tâm: a. Sự bay hơi của chất lỏng: Khi xử lý chất lỏng có nhiệt độ cao hoặc dễ bay hơi, nếu áp suất đường ống hút giảm xuống dưới áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ở nhiệt độ đó, chất lỏng có thể bốc hơi, tạo thành bọt khí. Điều này có thể ngăn bơm hút chất lỏng hoặc gây ra hiện tượng xâm thực. b. Lỗi vận hành: Các yếu tố của con người, chẳng hạn như vận hành van không đúng cách hoặc không tuân theo quy trình khởi động, có thể dẫn đến hiện tượng sủi bọt khí ở bơm. c. Sự cố hệ thống điều khiển: Trong hệ thống điều khiển tự động, lỗi ở cảm biến mức, cảm biến áp suất hoặc lỗi trong logic lập trình PLC có thể khiến máy bơm khởi động hoặc hoạt động trong điều kiện không phù hợp, dẫn đến hiện tượng xâm thực. d. Các vấn đề về nguồn điện hoặc động cơ: Trình tự pha nguồn không chính xác gây đảo ngược động cơ có thể khiến bơm không hút được chất lỏng đúng cách. Điện áp không ổn định gây ra dao động tốc độ động cơ cũng có thể làm gián đoạn hoạt động bình thường của bơm. e. Tác động của nhiệt độ: Trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như vùng lạnh, việc cách nhiệt không đủ có thể khiến chất lỏng trong đường ống đóng băng, cản trở dòng chảy. Trong môi trường nhiệt độ cao, chất lỏng có thể bốc hơi, tạo thành khóa hơi. Nghiên cứu chỉ ra rằng những nguyên nhân khác này chiếm khoảng 20% ​​các trường hợp rỗ khí bơm ly tâm. Mặc dù tỷ lệ này tương đối nhỏ, nhưng chúng có thể là những yếu tố quan trọng trong các tình huống hoặc điều kiện cụ thể và không nên bỏ qua.