Máy bơm tự mồi là gì và làm thế nào để bạn chọn loại máy phù hợp cho hệ thống của mình?

Máy bơm tự mồi đại diện cho một trong những cải tiến có giá trị thiết thực nhất trong kỹ thuật xử lý chất lỏng. Không giống như máy bơm ly tâm tiêu chuẩn yêu cầu vỏ máy bơm và đường hút phải được đổ đầy chất lỏng trước khi khởi động, máy bơm tự mồi có thể hút không khí khỏi đường hút của chính chúng và tự động mồi - ngay cả khi máy bơm được lắp đặt phía trên nguồn chất lỏng. Khả năng này giúp loại bỏ nhu cầu về quy trình mồi thủ công, van chân hoặc hệ thống hỗ trợ chân không bên ngoài, giảm đáng kể độ phức tạp lắp đặt, nhu cầu bảo trì và nguy cơ hư hỏng khi chạy khô trong các ứng dụng mà nguồn cung cấp chất lỏng không liên tục hoặc máy bơm hoạt động sau thời gian không hoạt động kéo dài. Từ hệ thống xử lý nước thải đô thị và quy trình công nghiệp đến bơm đáy tàu biển và tưới tiêu nông nghiệp, máy bơm tự mồi mang lại độ tin cậy vận hành trong các điều kiện có thể khiến máy bơm thông thường bị hỏng hoặc cần có sự can thiệp liên tục của người vận hành.

Máy bơm tự mồi hoạt động như thế nào

Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy bơm tự mồi tập trung vào khả năng trộn không khí với chất lỏng còn lại được giữ lại trong vỏ máy bơm, tạo ra môi trường giảm áp suất ở đầu vào cánh quạt để hút chất lỏng lên đường hút. Khi máy bơm tự mồi khởi động với không khí trong đường hút của nó, bánh công tác sẽ quay trong chất lỏng được giữ lại từ chu kỳ vận hành trước đó. Vòng quay này tạo ra tác động ly tâm đẩy chất lỏng ra ngoài đồng thời hút không khí từ đầu hút vào mắt cánh quạt. Không khí và chất lỏng trộn lẫn với nhau trong các đường dẫn của bánh công tác và được thải vào buồng tách, nơi chất lỏng nặng hơn rơi trở lại bánh công tác trong khi không khí nhẹ hơn bị đẩy ra ngoài qua quá trình xả. Chu trình tuần hoàn này tiếp tục, hút dần không khí ra khỏi đường hút và giảm áp suất ở đầu vào bơm cho đến khi áp suất khí quyển tác động lên bề mặt chất lỏng trong nguồn cung cấp đẩy chất lỏng lên ống hút và vào máy bơm. Sau khi được mồi đầy đủ chất lỏng, máy bơm sẽ chuyển đổi liền mạch sang hoạt động bơm ly tâm thông thường.

Thời gian mồi - khoảng thời gian cần thiết để hút chân không khỏi đường hút và thiết lập dòng chất lỏng đầy đủ - phụ thuộc vào một số yếu tố bao gồm chiều cao lực hút, chiều dài và đường kính của ống hút, thể tích không khí cần sơ tán và hiệu quả thiết kế của máy bơm khi xử lý không khí. Một máy bơm tự mồi được thiết kế tốt hoạt động ở mức hút thông thường từ 4–6 mét sẽ đạt được hiệu suất tối đa trong vòng 30–90 giây trong điều kiện bình thường. Lực nâng hút thực tế tối đa đối với máy bơm ly tâm tự mồi thường bị giới hạn ở mức 7–8 mét do các ràng buộc vật lý của áp suất khí quyển, mặc dù một số thiết kế tự mồi dịch chuyển dương có thể hoạt động ở lực hút lớn hơn.

Các loại máy bơm tự mồi chính

Khả năng tự mồi được tích hợp vào một số loại công nghệ bơm riêng biệt, mỗi loại sử dụng một phương pháp cơ học khác nhau để sơ tán không khí và phù hợp với các yêu cầu ứng dụng khác nhau về tốc độ dòng chảy, áp suất, loại chất lỏng và xử lý chất rắn.

Máy bơm ly tâm tự mồi

Máy bơm ly tâm tự mồi là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng công nghiệp, đô thị và nông nghiệp. Chúng kết hợp một vỏ xoắn ốc lớn với một bình chứa chất lỏng tích hợp để giữ lại một lượng chất lỏng mồi khi tắt máy bơm. Nguyên lý tuần hoàn được mô tả ở trên sử dụng chất lỏng được giữ lại này để hút chân không dần dần khỏi đường hút. Hầu hết các máy bơm ly tâm tự mồi đều sử dụng cánh quạt bán mở hoặc đóng, với cánh quạt bán mở mang lại khả năng chịu đựng tốt hơn đối với chất rắn và vật liệu dạng sợi. Những máy bơm này có nhiều kích cỡ và vật liệu khác nhau — từ các máy bơm nhỏ bằng thép không gỉ để chế biến thực phẩm đến máy bơm gang lớn dùng cho nước thải và nước thải công nghiệp — và có khả năng xử lý dòng chảy từ vài lít mỗi phút đến hàng nghìn mét khối mỗi giờ tùy thuộc vào kích thước và cấu hình.

Máy bơm rác tự mồi

Máy bơm rác là một tập hợp con chuyên dụng của máy bơm ly tâm tự mồi được thiết kế đặc biệt để xử lý chất lỏng chứa các hạt rắn lớn, mảnh vụn, giẻ rách và vật liệu dạng sợi có thể làm tắc nghẽn cánh quạt bơm tiêu chuẩn. Chúng có khe hở cánh cánh quạt rộng, lỗ cổng lớn và thiết kế vỏ chắc chắn cho phép các hạt rắn có đường kính lên tới 50–75mm đi qua mà không gây tắc nghẽn. Máy bơm rác tự mồi được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động khử nước tại công trường xây dựng, bơm nước thải, ứng phó lũ lụt và khai thác mỏ, nơi chất lỏng được bơm luôn chứa gánh nặng chất rắn đáng kể. Các cánh quạt thường có thiết kế nửa mở hoặc xoáy, hy sinh một số hiệu suất thủy lực để đổi lấy khả năng di chuyển của chất rắn khiến những máy bơm này thực sự thiết thực trong điều kiện hiện trường.

Máy bơm tuabin tái sinh tự mồi

Máy bơm tuabin tái sinh - còn được gọi là máy bơm ngoại vi hoặc máy bơm kênh bên - sử dụng cơ chế thủy lực khác với máy bơm ly tâm, với một bánh công tác có răng quay trong kênh hình khuyên có dung sai gần để truyền nhiều xung năng lượng cho chất lỏng trên mỗi vòng quay. Thiết kế này tạo ra áp suất đầu cao hơn đáng kể so với máy bơm ly tâm có kích thước và tốc độ tương đương, làm cho máy bơm tuabin tái tạo rất phù hợp với các ứng dụng áp suất cao, dòng chảy thấp như cấp liệu cho nồi hơi, hồi lưu hơi nước ngưng tụ và phun hóa chất. Các khe hở hẹp trong máy bơm tuabin tái sinh khiến chúng không chịu được chất rắn hoặc chất mài mòn nhưng mang lại cho chúng đặc tính tự mồi tốt một cách tự nhiên, vì các khe hở chặt từ cánh quạt đến vỏ giúp duy trì màng chất lỏng cần thiết cho việc mồi ngay cả sau thời gian không hoạt động kéo dài.

Máy bơm dịch chuyển dương tự mồi

Một số loại bơm chuyển tích cực vốn có khả năng tự mồi nhờ cơ chế vận hành của chúng. Bơm cánh quạt linh hoạt, bơm nhu động (ống), bơm màng và bơm thùy quay đều tạo ra các thể tích riêng biệt giãn nở ở đầu vào và co lại ở đầu ra, tạo ra lực hút có thể hút cả chất lỏng và không khí mà không cần phải có chất lỏng ban đầu. Những máy bơm này có thể đạt được lực hút lớn hơn đáng kể so với máy bơm ly tâm tự mồi — một số máy bơm màng được định mức cho lực hút lên đến 9 mét trở lên — và có thể chạy khô mà không bị hư hỏng trong trường hợp thiết kế cánh quạt hoặc màng ngăn linh hoạt. Chúng đặc biệt có giá trị trong các ứng dụng đo lường, định lượng và chuyển tải trong đó việc kiểm soát dòng chảy chính xác và khả năng tương thích hóa học là ưu tiên hàng đầu bên cạnh hiệu suất tự mồi.

So sánh hiệu suất của các loại máy bơm tự mồi

Việc lựa chọn loại máy bơm tự mồi thích hợp nhất đòi hỏi phải hiểu rõ phạm vi hoạt động và những hạn chế của từng công nghệ. Bảng dưới đây cung cấp cái nhìn tổng quan so sánh về các thông số chính giúp phân biệt các loại chính.

Những ứng dụng chính mà máy bơm tự mồi là cần thiết

Máy bơm tự mồi không chỉ đơn giản là giải pháp thay thế thuận tiện cho máy bơm tiêu chuẩn — trong nhiều ứng dụng, khả năng mồi của chúng là nhu cầu vận hành thực sự chứ không phải là ưu tiên. Một số ngành công nghiệp phụ thuộc vào hiệu suất tự mồi như một yêu cầu cơ bản.

Khử nước công trường

Các hố đào, rãnh và hố móng xây dựng tích tụ nước ngầm và nước mưa phải được loại bỏ liên tục để duy trì các điều kiện an toàn và khả thi. Máy bơm khử nước tại các công trường xây dựng được di chuyển thường xuyên giữa các địa điểm, được lắp đặt nhanh chóng và được vận hành bởi những người không phải là chuyên gia về máy bơm. Máy bơm rác tự mồi là công cụ tiêu chuẩn trong bối cảnh này vì chúng có thể được đặt trên mực nước, khởi động mà không cần quy trình đổ đầy, xử lý các mảnh vụn và bùn không thể tránh khỏi trong nước tại chỗ và được di dời mà không tốn nhiều công sức. Máy bơm ly tâm tự mồi chạy bằng động cơ được ưu tiên sử dụng cho các địa điểm ở xa không có nguồn điện, trong khi máy bơm tự mồi điện phù hợp với các địa điểm có nguồn điện lưới hoặc máy phát điện.

Tưới tiêu nông nghiệp và chuyển nước

Hệ thống thủy lợi lấy từ sông, ao hoặc hồ chứa mở thường dựa vào máy bơm ly tâm tự mồi được lắp đặt trên mặt nước. Biến động mực nước theo mùa có nghĩa là lực hút thay đổi trong suốt cả năm và máy bơm phải tự động mồi lại sau thời gian ngừng hoạt động mà không cần can thiệp thủ công. Máy bơm tự mồi loại bỏ sự cần thiết của van chân - van kiểm tra lò xo được lắp đặt ở đáy ống hút để ngăn dòng chảy ngược và duy trì nguyên tố - dễ bị tắc nghẽn do các mảnh vụn và cần được kiểm tra và thay thế thường xuyên trong điều kiện hiện trường.

Bơm biển và đáy tàu

Máy bơm đáy tàu trên tàu phải có khả năng loại bỏ nước tích tụ ở những điểm thấp nhất của thân tàu, thường có máy bơm được lắp cao hơn mực nước đáy tàu. Khả năng tự mồi là một yêu cầu tuyệt đối trong bối cảnh này - một máy bơm đáy tàu không thể tự mồi sẽ không tự động bảo vệ nếu nước tích tụ trong khi tàu không được giám sát. Máy bơm cánh quạt linh hoạt và máy bơm màng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đáy tàu biển vì hiệu suất tự mồi vốn có trong cơ chế vận hành, kích thước nhỏ gọn phù hợp với giới hạn về không gian của các công trình hàng hải và chúng có thể xử lý các mảnh vụn rắn thường xuyên có trong nước đáy tàu.

Nước thải đô thị và công nghiệp

Các trạm bơm nước thải và hệ thống chuyển nước thải công nghiệp thường xuyên sử dụng máy bơm tự mồi ở cấu hình trên mặt đất để thay thế cho việc lắp đặt máy bơm chìm trong giếng ướt. Việc lắp đặt tự mồi trên mặt đất mang lại những lợi thế bảo trì đáng kể - máy bơm và động cơ hoàn toàn có thể tiếp cận được để kiểm tra, bảo dưỡng và thay thế mà không cần phải thực hiện thủ tục vào không gian hạn chế để tiếp cận giếng ướt. Máy bơm nước thải tự mồi được thiết kế đặc biệt với khả năng đi qua chất rắn có đường kính lớn và hình dạng cánh quạt không bị tắc để xử lý đầy đủ các loại vật liệu có trong nước thải thô, bao gồm giẻ lau, khăn lau và chất rắn dạng sợi gây ra vấn đề tắc nghẽn mãn tính trong máy bơm có khe hở hẹp.

Các yếu tố quan trọng cần xem xét khi lựa chọn máy bơm tự mồi

Việc chọn máy bơm tự mồi phù hợp bao gồm việc đánh giá một tập hợp các thông số ứng dụng phụ thuộc lẫn nhau. Việc bỏ qua bất kỳ yếu tố nào trong số này có thể dẫn đến máy bơm không hoạt động ổn định, cung cấp lưu lượng hoặc áp suất không đủ, bị hỏng hóc cơ học sớm hoặc cần can thiệp bảo trì quá mức.

• Có sẵn lực nâng hút và đầu hút ròng dương (NPSHa): Tính toán lực nâng hút thực tế ở điều kiện vận hành trong trường hợp xấu nhất - thường là mức chất lỏng dự kiến thấp nhất - và xác nhận nó nằm trong khả năng định mức của máy bơm. Xác minh rằng NPSHa vượt quá NPSHr (bắt buộc) của máy bơm ở một mức thích hợp, thường ít nhất là 0,5–1,0 mét, để ngăn chặn hiện tượng xâm thực trong quá trình vận hành bình thường.
• Tốc độ dòng chảy và cột áp yêu cầu: Xác định tốc độ dòng thiết kế và tổng áp lực động - tổng cột áp tĩnh, tổn thất ma sát trong hệ thống đường ống và bất kỳ yêu cầu áp suất nào tại điểm phân phối - ở điều kiện vận hành. Chọn máy bơm có đường cong hiệu suất giao với điểm hoạt động này trong phạm vi vận hành được khuyến nghị, lý tưởng nhất là gần điểm hiệu suất tốt nhất (BEP) của máy bơm.
• Đặc tính chất lỏng: Độ nhớt, mật độ, nhiệt độ, pH, thành phần hóa học, hàm lượng chất rắn và độ mài mòn của chất lỏng được bơm đều ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu, loại cánh quạt, thông số kỹ thuật phốt và khả năng duy trì chất lỏng mồi của máy bơm. Chất lỏng gần điểm sôi của chúng ở đầu vào máy bơm có những điều kiện đặc biệt khó khăn cho quá trình tự mồi do sự hình thành hơi cản trở cơ chế mồi.
• Yêu cầu xử lý chất rắn: Chỉ định kích thước và nồng độ hạt tối đa dự kiến trong chất lỏng được bơm và xác nhận đường kính đi qua chất rắn định mức của máy bơm vượt quá mức này. Đối với chất rắn dạng sợi hoặc dạng sợi, thiết kế cánh quạt dạng xoáy hoặc bán mở với khoảng hở rộng sẽ được ưu tiên hơn so với thiết kế cánh quạt đóng bất kể hình phạt về hiệu suất liên quan.
• Rủi ro và biện pháp bảo vệ chạy khô: Nếu có khả năng thực tế là máy bơm chạy khô — do gián đoạn nguồn điện, lỗi hệ thống điều khiển hoặc lỗi của người vận hành — hãy chọn loại máy bơm có khả năng chịu đựng chạy khô vốn có như bơm màng hoặc bơm nhu động hoặc chỉ định các thiết bị bảo vệ chạy khô bao gồm cảm biến lưu lượng, công tắc mức hoặc bảo vệ động cơ dựa trên nhiệt điện trở.
• Nguồn điện và môi trường lắp đặt: Xem xét liệu bộ truyền động động cơ điện, bộ truyền động động cơ diesel, bộ truyền động khí nén hay bộ truyền động thủy lực phù hợp nhất với khả năng sẵn có của nguồn điện, phân loại nguy cơ cháy nổ và các yêu cầu về tính di động của hệ thống lắp đặt. Đối với việc lắp đặt ngoài trời, hãy xác minh mức bảo vệ chống xâm nhập của động cơ phù hợp với điều kiện môi trường và xem xét nhu cầu bảo vệ chống đóng băng ở vùng khí hậu lạnh, nơi chất lỏng mồi được giữ lại có thể đóng băng trong thời gian tắt máy.

Hướng dẫn lắp đặt để có hiệu suất bơm tự mồi đáng tin cậy

Việc lắp đặt đúng cách cũng quan trọng đối với hiệu suất tự mồi đáng tin cậy cũng như việc lựa chọn máy bơm đúng cách. Một máy bơm được xác định rõ ràng được lắp đặt nhưng có lỗi thiết kế sẽ luôn dẫn đến hoạt động mồi kém và hao mòn cơ học sớm, trong khi một máy bơm được lắp đặt đúng cách sẽ hoạt động đáng tin cậy với mức bảo trì tối thiểu trong suốt thời gian sử dụng theo thiết kế của nó.

• Giữ ống hút càng ngắn và thẳng càng tốt: Mỗi mét chiều dài ống hút tăng thêm và mỗi khuỷu tay hoặc khớp nối sẽ tăng thêm khả năng chống ma sát và tăng thể tích không khí phải được sơ tán trong quá trình mồi. Ống hút ngắn, đường kính lớn với độ uốn cong tối thiểu giúp giảm thiểu thời gian mồi và giảm nguy cơ hỏng mồi khi nâng lực hút tối đa.
• Đảm bảo đường ống hút dốc liên tục hướng lên trên về phía máy bơm: Bất kỳ điểm thấp nào trong đường ống hút nơi không khí có thể tích tụ sẽ tạo thành một túi khí mà máy bơm phải liên tục hút ra ngoài, kéo dài đáng kể thời gian mồi hoặc gây ra lỗi mồi. Ống hút phải nâng lên liên tục từ nguồn chất lỏng đến đầu vào máy bơm mà không có bất kỳ điểm cao hay thấp nào có thể khiến không khí bị kẹt.
• Loại bỏ rò rỉ không khí trong hệ thống hút: Bất kỳ rò rỉ không khí nào giữa đầu vào của máy bơm và nguồn chất lỏng - thông qua khớp nối lỏng lẻo, miếng đệm bị hỏng hoặc khớp nối bị nứt - sẽ liên tục bị hút vào trong chu trình mồi, khiến máy bơm không thể phát triển đủ chân không để nâng chất lỏng lên. Tất cả các mối nối ống hút phải được kiểm tra độ kín bằng áp suất trước khi đưa vào vận hành.
• Duy trì độ ngập vừa đủ của đầu hút: Đầu vào của ống hút phải được ngập đủ để ngăn chặn sự xâm nhập của không khí qua sự hình thành xoáy ở bề mặt chất lỏng. Độ sâu ngập tối thiểu phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy ở đầu vào - vận tốc cao hơn đòi hỏi mức ngập lớn hơn - và phải được tính toán hoặc lấy từ các hướng dẫn đã công bố về kích thước đường ống và tốc độ dòng chảy được đề cập.
• Đổ đầy chất lỏng mồi vào vỏ máy bơm khi khởi động lần đầu: Mặc dù máy bơm tự mồi vẫn giữ lại chất lỏng giữa các lần tắt sau lần vận hành đầu tiên, vỏ máy bơm phải được đổ đầy chất lỏng sạch theo cách thủ công trước khi bắt đầu lần đầu tiên. Việc khởi động một máy bơm tự mồi khô hoàn toàn sẽ làm hỏng phốt cơ khí và bánh công tác do sinh nhiệt do ma sát và điều này luôn cần tránh.

Các sự cố thường gặp và cách khắc phục sự cố máy bơm tự mồi

Ngay cả những máy bơm tự mồi được lựa chọn và lắp đặt đúng cách đôi khi cũng gặp phải các vấn đề về vận hành. Nhận biết các triệu chứng và nguyên nhân có thể của chúng cho phép chẩn đoán và khắc phục nhanh chóng trước khi các vấn đề nhỏ phát triển thành những hư hỏng tốn kém.

Lỗi mồi — khi máy bơm chạy nhưng không hút chất lỏng — là khiếu nại thường gặp nhất và thường do một trong số ít nguyên nhân cốt lõi gây ra: rò rỉ không khí trong hệ thống hút ngăn cản sự phát triển chân không, lực hút quá mức vượt quá khả năng định mức của máy bơm, đường ống hút hoặc bộ lọc bị tắc làm giảm diện tích dòng chảy, chất lỏng được giữ lại không đủ trong vỏ máy bơm khi khởi động hoặc các khe hở cánh quạt bị mòn làm giảm hiệu suất xử lý không khí của máy bơm. Việc kiểm tra một cách có hệ thống từng yếu tố này theo trình tự, bắt đầu từ yếu tố dễ tiếp cận nhất và dễ phạm tội nhất, sẽ xác định được nguyên nhân trong hầu hết các trường hợp mà không cần thiết bị chẩn đoán chuyên dụng. Mất nguyên tố trong quá trình vận hành - lúc đầu máy bơm hoạt động nhưng sau đó mất dòng - thường xảy ra nhất do không khí bị cuốn theo rò rỉ lực hút, dòng xoáy hút không khí ở đầu vào hút do không đủ ngập hoặc nhiệt độ chất lỏng đạt đến áp suất hơi của nó ở đầu vào của máy bơm, tạo ra các túi hơi làm vỡ cột chất lỏng trong ống hút.