Làm thế nào để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực ở bơm ?

Hiện tượng xâm thực (Cavitation) là "kẻ thù" lớn nhất của bơm ly tâm, gây ra tiếng ồn, rung động mạnh và nhanh chóng phá hủy bề mặt cánh bơm.

Để ngăn ngừa hay khắc phụ hiện tượng này trước hết bạn phải hiểu xâm thực là gì và nguyên nhân tạo ra chúng 

 

Hiện tượng xâm thực (Cavitation) ở máy bơm là một hiện tượng vật lý xảy ra khi chất lỏng chuyển sang dạng hơi ngay bên trong bơm, sau đó các bọt khí này vỡ tung ra gây hư hỏng thiết bị.

Nói một cách dễ hình dung: Đó là hiện tượng "sôi nguội" của nước. Nước sôi không phải vì nóng, mà vì áp suất quá thấp, tạo ra bọt khí phá hủy cánh bơm. 

Dưới đây là bảng mô tả nhiệt độ sôi của nước ở một số mức áp suất khác nhau:

Quá trình hình thành xâm thực (3 Giai đoạn) hình thành các bọt khí (túi hơi) trong dòng chất lỏng đang chuyển động khi áp suất tại đó giảm xuống thấp hơn áp suất bay hơi của chất lỏng. Khi các bọt khí này di chuyển đến vùng có áp suất cao hơn, chúng sẽ bị nén và vỡ (nổ) cực mạnh, tạo ra các vi chấn thủy lực phá hủy bề mặt kim loại.

           Dấu hiệu nhận biết: Bơm rung lắc mạnh và phát ra tiếng kêu lách tách rất to như thể có sỏi đá  đang va đập bên trong buồng bơm.

Hình ảnh quá trình này diễn ra theo một vòng tuần hoàn cực nhanh (hàng nghìn lần mỗi giây) bên trong buồng bơm:

Giai đoạn 1: Tạo bọt khí (Sôi ở áp suất thấp)

-Vị trí: Thường xảy ra tại cửa hút hoặc ngay mép cánh bơm (nơi có áp suất thấp nhất).

-Diễn biến: Theo nguyên lý Bernulli, khi tốc độ dòng chảy tăng lên (khi đi vào cánh bơm), áp suất tĩnh sẽ giảm xuống. Nếu áp suất này tụt xuống thấp hơn áp suất bay hơi bão hòa  của chất lỏng tại nhiệt độ đó, chất lỏng sẽ lập tức "sôi" và hóa hơi, tạo thành hàng ngàn bong bóng khí nhỏ.

Giai đoạn 2: Di chuyển và Tăng áp

-Diễn biến: Dòng chảy mang các bong bóng khí này đi sâu vào bên trong cánh bơm, hướng về phía cửa đẩy. Tại đây, do lực ly tâm, áp suất của dòng chất lỏng tăng lên rất cao và nhanh chóng.Giai đoạn 3: Vỡ bọt khí (Nổ hướng tâm)

Diễn biến: Khi áp suất bên ngoài bong bóng lớn hơn áp suất hơi bên trong, bong bóng không chịu nổi sức ép và bị ép vỡ (nổ sập) đột ngột

Hậu quả: Sự vỡ này tạo ra các luồng tia nước siêu nhỏ (micro-jet) bắn thẳng vào bề mặt cánh bơm với vận tốc cực lớn (có thể lên tới 1000 m/s) và áp lực cục bộ khổng lồ.

Các tia nước này giống như những "viên đạn" bắn phá bề mặt kim loại, gây ra hiện tượng rỗ bề mặt (pitting), lâu ngày sẽ làm thủng hoặc gãy cánh bơm.

Bạn có thể hình dung quá trình này giống như việc đun nước:
    1, Hút nước: Áp suất thấp làm nước "sôi" tạo ra bọt khí (dù nước không nóng).
    2, Đẩy nước: Bọt khí trôi đến chỗ áp suất cao.
    3, Phá hủy: Bọt khí bị ép nổ tung, sức nổ này đục khoét cánh bơm của bạn

Bơm có thể bị phá hủy nhanh hơn nếu tình trạng xâm thực nhiều và bơm hoạt động nhiều !

Giải pháp cụ thể được chia theo từng giai đoạn:

Công thức tính NPSH để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực 

Để tranh xâm thực thì yêu cầu  : NPSH a > NPSH r 

Trong đó : 

            NPSHr : Là cột áp tối thiểu mà bơm cần phải có tại cửa hút để đảm bảo áp suất bên trong không tụt xuống dưới áp suất bay hơi, do đó ngăn ngừa xâm thực.Do Bơm yêu cầu nhà cung cấp bơm cấp cho bạn (Thiết kế cánh bơm, tốc độ quay).

Xác định NPSHr qua đường đường cong hiệu xuất của bơm 

              NPSHa : Là cột áp dương thực tế mà hệ thống đường ống và chất lỏng cung cấp đến cửa hút của bơm. Nó đại diện cho "áp lực dự trữ" để giữ chất lỏng không bay hơi. Do Hệ thống của bạn (Bể chứa, đường ống, áp suất khí quyển, nhiệt độ).

Nguồn tham khảo : NPSH

Công thức thực tế để tính chiều cao hút (NPSH a) như sau:

NPSHa = Ha + Hs – Hf – Hvp – Hi

Trong đó:

Ha = áp suất khí quyển tại mực nước biển 
Hvp = áp suất bay hơi của chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ chất lỏng
Hs = cột áp tĩnh đầu hút của bơm được tính từ mặt thoáng (thấp nhất) của chất lỏng tới đường tâm hút của bơm.  ( nếu bể dương nổi thì Hs mang dấu " + ", bể âm chìm mang dấu " - " 
Hf = tổn thất ma sát phía hút qua đường ống hút và phụ kiện đấu nối.
Hi  = Hệ số dự phòng (Hi = 0.5 m)

Ví dụ tính toán cụ thể

Giả sử bạn cần lắp một máy bơm nước sạch với các thông số sau:

            - Bơm làm việc tại điểm 240 m3/h , áp 21 m 

- Nơi đặt bơm: Đồng bằng (mực nước biển). Ha = 10 m

- Nhiệt độ nước: 30°C.

- Catalogue bơm ghi: NPSH_r = 1.93 m  ( cái này ở trong catalogue hoặc datasheet của bơm nhé ) 

- Bể hút âm ( hút sâu) Hs = 3 m

-Đường ống hút dài 100m, có 1 rọ hút, 4 co vuông,.... Tính toán sơ bộ tổn thất ma sát Hf = 4 m (  tính toán tổn thất áp suất )  việc tính toán tổn thất này rất quan trọng

Bước 1: Xác định các thông số cố định

P (Khí quyển): Ha  Ở mực nước biển 10m.

P (Áp suất bay hơi): Ở 30°C, áp suất hơi của nước -> Hvp =  0.43m . tra ở bảng 

( lưu ý nhiệt độ nước càng cao Hvp sẽ càng lớn , Ví dụ: Nếu bơm nước nóng 90 oC thay vì 30 oC sẽ tăng từ 0.43m  lên 7.15 m ) 

Bước 2: Áp dụng công thức

            NPSHa = Ha + Hs – Hf – Hvp – Hi

            NPSHa = 10 +(-3) - 4 - 0.43 - 0.5 = 2.07 m 

Bước 3 : so sánh 

NPSHa 2.07 m > NPSHr 1.93  như vậy bơm hoạt động sẽ không bị xâm thực 

Làm thế nào để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực ở bơm ?

Giải pháp trong Thiết kế và Lắp đặt (Tăng NPSH_a)

Đây là biện pháp căn cơ và hiệu quả nhất. Mục tiêu là đưa chất lỏng vào bơm càng dễ dàng càng tốt.

1. Tăng chiều cao cột áp tĩnh:

        - Nâng cao bể chứa: Đặt bể chứa chất lỏng cao hơn so với vị trí đặt bơm.

        - Hạ thấp vị trí bơm: Đặt bơm thấp hơn mực nước trong bể hút (phương pháp "hút dương").

2. Giảm tổn thất đường ống hút:

       - Tăng đường kính ống hút: Ống hút nên lớn hơn họng hút của bơm ít nhất 1-2 size.

       - Rút ngắn đường ống: Đặt bơm càng gần bể chứa càng tốt.

      -  Hạn chế phụ kiện: Giảm tối đa số lượng co (cút), van, và tê trên đường hút. Dùng co lơi  (chếch) thay vì co vuông 90 độ nếu có thể.

3.Thiết kế đường ống đúng chuẩn:

        - Sử dụng côn thu lệch tâm (eccentric reducer) tại họng hút (phẳng ở mặt trên) để tránh túi khí tích tụ.

        - Đảm bảo đường ống hút có độ dốc đi lên về phía bơm (nếu hút âm) để khí có thể thoát ra.

Giải pháp trong Vận hành (Giảm áp suất bay hơi & ma sát)

Nếu hệ thống đã lắp đặt cố định, bạn có thể điều chỉnh quy trình vận hành:

- Giảm nhiệt độ chất lỏng: Áp suất bay hơi tăng rất nhanh khi nhiệt độ tăng. Nếu có thể, hãy làm mát chất lỏng trước khi vào bơm (ví dụ: dùng bộ trao đổi nhiệt).

- Giảm tốc độ quay của bơm: Sử dụng biến tần (VFD) để giảm tốc độ động cơ. Khi lưu lượng giảm, tổn thất ma sát giảm và NPSH_r của bơm cũng giảm xuống đáng kể.

- Không tiết lưu van hút: Tuyệt đối không bao giờ đóng bớt van ở cửa hút để chỉnh lưu lượng. Chỉ điều chỉnh lưu lượng bằng van ở cửa đẩy (cửa xả).

- Vệ sinh rọ hút (luppe) và phin lọc: Rác tắc nghẽn ở đầu hút làm tăng tổn thất áp suất đột ngột, dẫn đến xâm thực ngay lập tức.

 Giải pháp khi Chọn Bơm (Giảm NPSH_r)

Khi mua bơm mới, hãy lưu ý các thông số sau:

- Chọn bơm có NPSH_r thấp: So sánh đường cong đặc tính của các hãng khác nhau và chọn loại yêu cầu cột áp hút thấp nhất.

- Sử dụng bơm tốc độ thấp: Bơm chạy ở tốc độ thấp (ví dụ 1450 vòng/phút thay vì 2900 vòng/phút) thường có khả năng chống xâm thực tốt hơn.

- Sử dụng bánh công tác (cánh bơm) đặc biệt: Dùng cánh bơm có thiết kế mắt hút lớn.

- Sử dụng thêm bộ phận dẫn hướng (Inducer) gắn trước cánh bơm chính để tăng áp suất cục bộ trước khi chất lỏng đi vào cánh bơm.

Để tư vấn, hỗ trợ thi công, thiết kế, lắp đặt và sử dụng bơm hiệu quả, quý khách hàng có thể liên hệ theo hotline 0936 250 333 - 0934 680 111 hoặc email: Sale@vinapumpjsc.com 

CÔNG TY CỔ PHẦN MÁY BƠM VIỆT NAM VINAPUMPJSC

Trụ sở: CL26 Tiểu khu đô thị Nam La Khê - La Khê  – Hà Đông – Hà Nội

Chi nhánh HCM: Số 9/2 Đường 22, Hiệp Bình Chánh,Thủ Đức, Hồ Chí Minh

☎️ Hotline: 0936 250 333

☎️ Hotline: 0934 680 111

📧 Email: sale@vinapumpjsc.com

🌐 Website:  https://www.hangcongnghiep.vn
🌐 Website: https://www.cungcapmaybom.vn