MÁY BƠM LY TÂM TRỤC NGANG LÀ GÌ? CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

Trong các loại máy bơm công nghiệp hiện nay, máy bơm ly tâm trục ngang (horizontal centrifugal pump) nổi lên như một trong những sự lựa chọn hàng đầu nhờ sự đa năng và khả năng làm việc bền bỉ, ổn định. Chúng được sử dụng để bơm nước, dung dịch, hóa chất, chất lỏng chứa cặn... phục vụ hầu như mọi ngành công nghiệp như dầu khí, hóa chất, điện lực, xử lý nước thải, tưới tiêu, khai khoáng, công trình...

Tuy nhiên, nhiều người vẫn chưa thực sự nắm rõ máy bơm ly tâm trục ngang là gì? Chúng có cấu tạo, nguyên lý hoạt động ra sao? Phân loại và ứng dụng cụ thể của loại máy bơm này trong công nghiệp? Bài viết dưới đây sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn chi tiết và đầy đủ nhất về máy bơm trục ngang, giúp bạn có thêm thông tin hữu ích để lựa chọn và sử dụng chúng hiệu quả trong thực tế sản xuất.

Khái niệm máy bơm ly tâm trục ngang

Máy bơm ly tâm trục ngang là một loại máy bơm dùng để nâng cao áp suất và vận chuyển chất lỏng nhờ năng lượng ly tâm của cánh bơm quay quanh trục nằm ngang. Khi dòng chất lỏng đi vào cửa hút ở trung tâm cánh bơm và chuyển động theo các đường xoắn ốc trên cánh bơm đến cửa xả, động năng của chất lỏng sẽ tăng lên do quán tính, tạo ra áp suất đẩy dòng chất lỏng lên cao theo ống dẫn.

Máy bơm ly tâm trục ngang được gọi tắt là máy bơm trục ngang, phân biệt với các loại máy bơm ly tâm trục khác như trục đứng, trục nghiêng... Tên gọi này xuất phát từ vị trí lắp đặt động cơ và trục bơm theo phương ngang, song song với mặt đất. Dòng chất lỏng được hút vào và đẩy ra ở cùng một phương nằm ngang và vuông góc với trục quay của cánh bơm.

Cấu tạo của máy bơm ly tâm trục ngang

1. Thân bơm

• Được đúc bằng gang, thép, inox hoặc các hợp kim chịu ăn mòn, độ bền cao.
• Là nơi lắp đặt cánh bơm, trục bơm, gối đỡ và các bộ phận phụ trợ khác.
• Có 2 đầu nối ống dẫn chất lỏng vào và ra khỏi cánh bơm.
• Có các chân đế và lỗ bu lông để liên kết với giá đỡ và nền máy.

2. Cánh bơm

• Là bộ phận chính tạo ra áp suất thủy động lực để đẩy chất lỏng lên cao.
• Gồm nhiều cánh quạt hình lá cong hoặc 3D gắn trên trục bơm.
• Vật liệu cánh bơm phụ thuộc vào loại chất lỏng, có thể là gang, thép không gỉ, đồng thau, nhựa...
• Số lượng cánh bơm tỷ lệ với cột áp bơm. Máy bơm áp thấp thường có 6-8 cánh, máy bơm áp cao có thể lên tới hàng chục cánh.

3. Trục bơm

• Làm bằng thép hợp kim C45, 40Cr hoặc thép không gỉ.
• Có tiết diện tròn, chịu được mô men xoắn cao.
• Một đầu gắn cánh bơm, 1 đầu nối trục động cơ bằng khớp nối đàn hồi.
• Được đỡ và dẫn hướng bằng 2 ổ bi ở 2 phía.

4. Ổ đỡ và phốt cơ khí

• Ổ đỡ thường dùng 2 vòng bi đũa, vòng trong gắn chặt với trục, vòng ngoài gắn vào gối đỡ bằng thép đúc.
• Dầu bôi trơn cho ổ đỡ được cung cấp định kỳ qua ống tra dầu.
• Phốt cơ khí có tác dụng bao kín khe hở giữa trục quay và thân máy, ngăn chất lỏng rò rỉ ra ngoài.
• Vật liệu phốt thường là cao su nitrile, silicon, graphite phụ thuộc môi trường làm việc.

5. Động cơ điện

• Được gắn trực tiếp vào trục bơm để truyền động cho cánh bơm quay.
• Công suất động cơ tùy thuộc vào lưu lượng, cột áp và hiệu suất máy bơm.
• Động cơ thông dụng là động cơ điện không đồng bộ 3 pha, làm mát bằng quạt gió.

Ngoài ra, máy bơm trục ngang còn có thêm các cảm biến nhiệt độ, áp suất, rung động tích hợp để theo dõi tình trạng hoạt động của máy. Tùy từng model mà máy bơm còn được trang bị thêm các van an toàn, van xả khí, hệ thống tra dầu bôi trơn, giảm chấn, hệ làm mát bearing...

Nguyên lý hoạt động của máy bơm ly tâm trục ngang

1. Quá trình hút nước

• Khi cánh bơm quay, một lực ly tâm hướng từ trung tâm ra ngoại vi sẽ tác động lên dòng chất lỏng.
• Áp suất tại trung tâm cánh bơm giảm, nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài.
• Chênh lệch áp suất giữa 2 môi trường tạo ra lực đẩy chất lỏng từ bể chứa qua ống dẫn hút vào trung tâm cánh bơm.

2. Quá trình nén và đẩy chất lỏng

• Khi cánh bơm quay, dòng chất lỏng di chuyển dọc theo các cánh, bám sát vào bề mặt cánh.
• Lực ly tâm khiến chất lỏng dồn về phía ngoài vành cánh và tăng vận tốc dần.
• Động năng của dòng chất lỏng tỉ lệ với bình phương vận tốc nên cũng tăng dần theo quãng đường.
• Đồng thời do tiết diện khoang bơm giảm dần, tốc độ tăng lên khiến áp suất dòng chất lỏng tăng mạnh.
• Khi đến đầu ra cánh bơm, áp suất nước đủ lớn và được đẩy ra ống dẫn với tốc độ cao.
• Cột áp càng lớn thì lực nén sẽ càng mạnh và chất lỏng được đẩy xa, lên cao hơn.

Trong 1 vòng quay, quá trình hút và đẩy chất lỏng diễn ra đồng thời, liên tục nhau, tạo ra dòng chảy ổn định từ mặt hút đến mặt đẩy. Bằng cách thay đổi vận tốc và góc quay cánh bơm, ta có thể thay đổi lưu lượng và áp suất đầu ra của máy bơm theo yêu cầu sử dụng.

Phân loại máy bơm ly tâm trục ngang

1. Theo số tầng cánh bơm

• Máy bơm 1 cấp (tầng): Chỉ có 1 cánh bơm đơn. Thường dùng cho các ứng dụng áp thấp dưới 10 mét.
• Máy bơm nhiều cấp: Gồm nhiều cánh bơm xếp nối tiếp tạo thành nhiều tầng cánh. Áp lực ra bằng tổng áp lực của các cấp. Dùng để bơm có cột áp cao từ vài chục đến vài trăm mét.

2. Theo kiểu mặt bích nối

• Máy bơm hút đơn: Có 1 cửa hút nằm ở trung tâm thân bơm, thẳng góc với trục.
• Máy bơm hút đôi: Có 2 cửa hút đối xứng 2 bên mặt bích, cùng 1 cửa xả ra ở giữa. Cho phép hút chất lỏng từ 2 hướng khác nhau đến cánh bơm và đẩy ra 1 hướng duy nhất.
• Máy bơm hút đôi 2 tầng cánh: Có 2 cửa hút và 2 cửa xả. Cửa hút của cấp 1 nối với cửa xả cấp 2. Sau khi qua cấp 2, chất lỏng có thêm áp suất trước khi đi ra ngoài.

3. Theo kiểu làm kín trục

• Máy bơm làm kín bằng vòng đệm cơ khí: sử dụng các vòng đệm chặn khe hở giữa trục và vỏ bơm. Ưu điểm là cấu tạo đơn giản, giá thành thấp nhưng dễ gây rò rỉ.
• Máy bơm bịt kín bằng phốt đệm: Phốt tẩm graphite nén chặt trục tạo độ kín, ít gây mài mòn trục hơn khi làm việc. Thường dùng để bơm chất lỏng ăn mòn, hóa chất.
• Máy bơm kín khí động lực: hệ thống giữ kín bằng áp lực chênh lệch khí giữa 2 buồng kín cách ly. Không tiếp xúc giữa chất bơm và phốt nên ít bị mài mòn.

Các thông số kỹ thuật chính của máy bơm ly tâm trục ngang

1. Lưu lượng dòng chảy (Q)

• Là thể tích chất lỏng được bơm trong 1 đơn vị thời gian, đơn vị thường dùng là m3/h.
• Phụ thuộc vào tiết diện, số cánh và tốc độ quay của cánh bơm.
• Xác định công suất động cơ cần thiết và đường kính ống dẫn.

2. Cột áp toàn phần (H)

• Thể hiện độ nâng cao của chất lỏng sau máy bơm so với cao độ mặt hút, đơn vị là mét (m).
• Phụ thuộc vào góc nghiêng và chiều rộng cánh bơm, số vòng quay trục và số cấp cánh bơm.
• Đặc tuyến H-Q giúp xác định điểm làm việc hiệu quả nhất của máy bơm.

3. Công suất trục (Ptruc)

• Là công tác động lên trục để vận hành máy bơm, cung cấp bởi động cơ, đơn vị là kilowatt (kW)
• Phụ thuộc vào thông số lưu lượng Q, cột áp H, khối lượng riêng và độ nhớt của chất lỏng.
• Công suất càng lớn thì máy bơm đáp ứng được lưu lượng và cột áp càng cao.

4. Tốc độ quay của trục (n)

• Là số vòng quay của trục bơm trong 1 phút, đơn vị là vòng/phút (rpm).
• Tùy thuộc vào tốc độ quay động cơ và tỷ số truyền của hộp số (nếu có).
• Tốc độ quay quyết định lưu lượng, cột áp và công suất tiêu thụ của máy bơm.

5. Đường kính cửa hút và xả (Ds, Dd)

• Thể hiện kích thước theo đường kính của các mặt bích nối ống hút và xả, đơn vị là milimét (mm).
• Tỉ lệ với lưu lượng dòng chảy yêu cầu.
• Quyết định tới kích thước và khối lượng máy bơm tổng thể.

6. NPSH (Cột áp hút tĩnh dương cần thiết)

• Là giá trị cột áp thấp nhất ở mặt hút để tránh hiện tượng xâm thực bên trong máy bơm, đơn vị mét (m).
• Phụ thuộc vào áp suất hóa hơi và tổn thất áp suất trong đường ống hút.
• Yêu cầu NPSH hệ thống phải lớn hơn NPSH máy bơm để đảm bảo máy hoạt động ổn định, không bị rung động.

7. Hiệu suất (η)

• Là tỉ số giữa công suất hữu ích truyền cho chất lỏng và công suất tiêu thụ thực tế, tính bằng %.
• Phụ thuộc vào cấu tạo thủy lực của máy bơm, độ mòn của các bộ phận chính và điểm làm việc.
• Đặc tuyến η-Q cho biết dải lưu lượng hoạt động tối ưu của từng model máy bơm.

Ứng dụng của máy bơm ly tâm trục ngang

1. Trong hệ thống cấp thoát nước

• Bơm nước thô từ giếng khoan, sông hồ vào nhà máy xử lý nước
• Bơm nước sạch trong mạng lưới đường ống đến điểm dùng cuối
• Bơm tăng áp cho các tòa nhà cao tầng, chung cư, khách sạn
• Bơm tuần hoàn nước giải nhiệt cho hệ thống điều hòa trung tâm
• Bơm nước thải trong hệ thống thu gom và vận chuyển nước thải đô thị

2. Trong hệ thống chữa cháy

• Bơm tăng áp lưu lượng cao cho vòi phun chữa cháy
• Bơm nước cấp cho xe bồn, xe thang từ trụ nước chữa cháy
• Bơm nước dập lửa cho hệ thống Sprinkler trong các tòa nhà công nghiệp

3. Trong nông nghiệp và thủy lợi

• Bơm cấp nước, tưới tiêu cho hoa màu, cây trồng, vườn ươm
• Bơm thoát nước cho các cánh đồng lúa, mương, ao hồ
• Bơm tuần hoàn nước cho các hệ thống nuôi trồng thủy sản

4. Trong công nghiệp dầu khí

• Bơm dầu thô và sản phẩm xăng dầu từ các mỏ khai thác về cảng chứa
• Bơm vận chuyển dầu qua các đường ống dài đến nhà máy lọc dầu
• Bơm xăng dầu nạp cho các phương tiện vận tải và trạm cấp nhiên liệu

5. Trong công nghiệp hóa chất

• Bơm hóa chất lỏng có tính ăn mòn cao như axit, bazo, dung môi...
• Bơm hóa chất tái tuần hoàn trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trộn, kết tinh, chưng cất...
• Bơm nước làm mát cho các lò phản ứng, nồi hơi công nghiệp hóa chất

6. Trong công nghiệp giấy và bột giấy

• Bơm bột giấy, hồ tinh bột và chất phụ gia cho quy trình sản xuất giấy
• Bơm nước tuần hoàn ép khô và tạo hình bột giấy qua các trục ép
• Bơm nước thải và hóa chất xử lý trong hệ thống xử lý nước thải giấy

7. Trong luyện kim và khai thác mỏ

• Bơm quặng, bùn thải và hóa chất trong quy trình tuyển quặng
• Bơm nước làm mát cho các lò nhiệt luyện thép, đúc gang
• Bơm tro xỉ và nước thải ra hồ chứa trong nhà máy nhiệt điện than

Trên đây là những ứng dụng phổ biến và quan trọng nhất của máy bơm ly tâm trục ngang trong công nghiệp. Tùy vào tính chất vật lý, hóa học của dung dịch cần bơm cũng như lưu lượng, áp suất yêu cầu mà ta có thể lựa chọn các model máy bơm trục ngang khác nhau cho phù hợp.

Các tiêu chí lựa chọn máy bơm ly tâm trục ngang

1. Đáp ứng yêu cầu công nghệ

• Xác định dung dịch cần bơm: nước sạch, nước thải, hóa chất, dầu, bùn...
• Xác định nhiệt độ và các tính chất vật lý, hóa lý của dung dịch bơm
• Xác định lưu lượng và cột áp bơm yêu cầu theo thiết kế hệ thống
• Tham khảo đường đặc tuyến Q-H của máy bơm để lựa chọn máy hoạt động gần điểm hiệu quả nhất.

2. Đáp ứng điều kiện lắp đặt

• Kiểm tra kích thước lỗ bắt bu lông của đế máy bơm so với kích thước chân đế chuẩn bị.
• Kiểm tra đường kính mặt bích của máy bơm so với hệ thống ống dẫn.
• Đảm bảo không gian lắp đặt trống để dễ bảo dưỡng máy bơm
• Xác định chiều dài cần thiết của trục bơm để khớp nối với động cơ
• Chọn loại khớp nối và phương pháp bắt chặt khớp nối với trục

3. Đáp ứng về độ bền và độ tin cậy

• Chọn vật liệu chế tạo máy bơm tương thích với môi trường bơm: gang, thép, thép không gỉ, hợp kim...
• Ưu tiên lựa chọn những động cơ điện có tính bảo vệ quá dòng, quá áp, rò điện, quá nhiệt...
• Kết hợp các thiết bị giám sát tình trạng máy như cảm biến rung động, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất đầu vào/ra.
• Tham khảo uy tín và thương hiệu nhà cung cấp máy, xuất xứ linh phụ kiện của máy bơm.
• Lựa chọn máy bơm có chế độ bảo hành, hỗ trợ kỹ thuật lâu dài và các dịch vụ bảo trì sau bán hàng.

4. Tối ưu hóa về kinh tế

• Đảm bảo tổng chi phí sở hữu và vận hành (TCO) của máy bơm là hợp lý nhất trong điều kiện hoạt động thực tế.
• Ước tính chi phí vận hành (điện năng, nước làm mát, dầu bôi trơn) và chi phí thay thế phụ tùng theo chu kỳ.
• Lựa chọn cấp hiệu quả năng lượng IE2 hoặc IE3 cho động cơ điện.
• Cân nhắc việc dùng biến tần để điều chỉnh tốc độ máy bơm thích ứng với biến động tải.
• Sử dụng các phần mềm chuyên dụng để tính toán hệ thống bơm và tối ưu hóa máy bơm.

Kết luận

Máy bơm ly tâm trục ngang với khả năng làm việc đa năng và độ tin cậy cao đã và đang trở thành trợ thủ đắc lực cho doanh nghiệp trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý làm việc cũng như các thông số kỹ thuật của máy bơm ly tâm trục ngang sẽ giúp người sử dụng dễ dàng vận hành, bảo trì máy đạt hiệu quả cao nhất.

Tất nhiên, việc lắp đặt và sử dụng máy bơm trục ngang cũng đòi hỏi kỹ năng chuyên môn cũng như những nguyên tắc nhất định. Lắp đặt sai hoặc chạy máy ngoài thông số cho phép có thể gây rò rỉ, hư hỏng, hao tổn năng lượng và thậm chí gây tai nạn nghiêm trọng. Do đó, doanh nghiệp sử dụng máy bơm nên xây dựng quy trình vận hành chuẩn và tổ chức tập huấn, đào tạo cho nhân sự kỹ thuật thường xuyên.

Trong trường hợp gặp sự cố, khó khăn trong vận hành máy bơm, đừng ngần ngại liên hệ các chuyên gia của nhà cung cấp để được tư vấn hướng xử lý kịp thời. Mặt khác, việc chọn mua máy bơm trục ngang chất lượng cao, rõ nguồn gốc xuất xứ và có dịch vụ hậu mãi tốt cũng sẽ giúp giảm thiểu rủi ro và nâng cao tuổi thọ sử dụng, mang lại hiệu quả vận hành bền vững.

Hy vọng thông qua bài tổng hợp này, các doanh nghiệp tiếp cận và sử dụng máy bơm ly tâm trục ngang sẽ có thêm những kiến thức nền tảng để tự tin lựa chọn được model máy bơm ưng ý và tối ưu nhất cho dây chuyền sản xuất, giúp cắt giảm chi phí vận hành và nâng cao chất lượng sản phẩm.