Trong hệ thống máy bơm thủy lực, Bơm Cánh Quạt (Turbine Pump), đặc biệt là Bơm Ly Tâm (Centrifugal Pump), thống trị hầu hết các ứng dụng từ công nghiệp đến nông nghiệp và sinh hoạt. Sở dĩ bơm ly tâm được ưu tiên sử dụng là nhờ những ưu điểm vượt trội về tính kinh tế cao, an toàn, tiện lợi trong vận hành, kích thước nhỏ gọn và giá thành tương đối thấp. Tuy nhiên, để khai thác tối đa tiềm năng và tuổi thọ của loại bơm này, việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động chi tiết và cấu tạo chuyên sâu từng bộ phận là điều kiện tiên quyết.

Bài viết này, được xây dựng bởi một chuyên gia kỹ thuật sản xuất bơm, sẽ đi sâu vào phân tích sơ đồ cấu tạo và cơ chế chuyển đổi năng lượng của bơm ly tâm một cấp trục ngang (dựa trên Hình 2-1). Chúng ta sẽ giải mã cách mà Bánh xe Công tác (BXCT) biến đổi cơ năng thành động năng và vai trò then chốt của Buồng Xoắn trong việc chuyển động năng đó thành áp suất (cột nước) để hoàn thành nhiệm vụ hút và đẩy chất lỏng.

Cấu Tạo Chi Tiết Các Bộ Phận Chính Của Bơm Ly Tâm Một Cấp Trục Ngang

• 1.1. Bánh Xe Công Tác (BXCT - Impeller) (Bộ phận 1): Trái Tim Của Bơm
  • Kết Cấu: Mô tả BXCT gồm những cánh cong gắn vào đĩa, được nối cố định với trục bơm (2). Phân tích vai trò của hình dạng cánh cong: tạo ra lực ly tâm tối đa khi quay.
  • Chức Năng Chính: Là bộ phận nhận mô men quay từ động cơ và truyền năng lượng trực tiếp lên các phần tử chất lỏng, biến cơ năng thành động năng (tăng vận tốc chất lỏng).
• 1.2. Buồng Xoắn (Volute Casing) (Bộ phận 3): Bộ Chuyển Đổi Năng Lượng
  • Hình Dạng: Mô tả buồng xoắn là vỏ bơm có tiết diện mở rộng dần theo chiều chất lỏng chảy ra.
  • Chức Năng Chính: Phân tích vai trò quan trọng nhất: chuyển đổi động năng (vận tốc chất lỏng cao khi ra khỏi BXCT) thành thế năng (áp suất hay cột nước H) nhờ vào sự giảm dần vận tốc và tăng áp suất trong tiết diện mở rộng.
• 1.3. Hệ Thống Ống Hút và Ống Đẩy (4 & 7): Dẫn Truyền Chất Lỏng
  • Ống Hút (4): Dẫn chất lỏng từ bể/nguồn vào cửa vào BXCT.
  • Ống Đẩy (7): Dẫn chất lỏng ra khỏi buồng xoắn và lên bể tháo.
  • Van Ngược (Check Valve - Bộ phận 6): Lắp đặt ở đầu ống hút để giữ nước khi bơm ngừng làm việc (tránh mất mồi).
  • Lưới Lọc (5): Chức năng ngăn rác, vật lạ và hạt rắn kích thước lớn xâm nhập vào bơm, bảo vệ BXCT.
• 1.4. Thiết Bị Điều Tiết và Đo Lường:
  • Vòng Đệm Chống Rò (Packing Seal - Bộ phận 8): Phân tích vị trí (tiếp giáp giữa trục với vỏ bơm) và chức năng kép: Chống rò nước từ buồng công tác ra ngoài và Chống không khí lọt vào ống hút (gây mất chân không).
  • Thiết Bị Đo (B - Chân không kế & M - Áp kế): Vai trò đo lường chân không ở ống hút và áp lực ở ống đẩy để kiểm soát điểm làm việc của bơm.
  • Van Điều Tiết (Van Cửa - Bộ phận 10): Đặt trên ống đẩy, dùng để điều chỉnh lưu lượng Q và ngắt máy bơm khỏi tuyến ống đẩy.

Nguyên Lý Hoạt Động Chi Tiết Của Bơm Ly Tâm (Tác Dụng Lực Ly Tâm)

• 2.1. Quy Trình Khởi Động: Tích Đầy Nước (Mồi Nước):
  • Điều kiện Tiên Quyết: Phân tích vai trò của việc đổ đầy nước (mồi nước) trong ống hút và buồng công tác (lỗ mồi nước 9). Bơm ly tâm không thể tạo chân không đủ mạnh bằng khí, do đó bắt buộc phải mồi nước trước khi khởi động.
• 2.2. Giai Đoạn Truyền Năng Lượng (Từ Mô Men Quay Đến Lực Ly Tâm):
  • Khi động cơ hoạt động, trục (2) truyền mô men quay cho BXCT (1).
  • Các phần tử chất lỏng bên trong rãnh cánh quạt chịu tác dụng của Lực Ly Tâm do chuyển động quay nhanh.
  • Lực ly tâm đẩy chất lỏng dịch chuyển từ cửa vào (trung tâm) đến cửa ra (chu vi) của BXCT, đồng thời tăng mạnh vận tốc (động năng) của chất lỏng.
• 2.3. Giai Đoạn Chuyển Đổi Năng Lượng (Tạo Áp Suất):
  • Chất lỏng vận tốc cao rời khỏi BXCT và đi vào Buồng Xoắn (3).
  • Trong Buồng Xoắn, vận tốc chất lỏng giảm dần, và theo định luật Bernoulli, động năng được chuyển hóa thành thế năng (áp suất), tạo ra cột nước H cần thiết để đẩy nước lên bể trên (7).
• 2.4. Giai Đoạn Hút Nước (Tạo Chân Không):
  • Khi chất lỏng bị đẩy ra khỏi trung tâm BXCT, một vùng chân không cục bộ (áp suất thấp hơn áp suất khí quyển) được tạo ra ở cửa vào BXCT.
  • Nhờ sự chênh lệch áp suất này, áp suất khí quyển tác dụng lên mặt thoáng bể nguồn sẽ đẩy nước từ ống hút (4) vào BXCT, hoàn thành chu trình hút và đẩy liên tục.

Phân Tích Kỹ Thuật Chuyên Sâu Các Hiện Tượng Thủy Lực Đi Kèm

• 3.1. Hiện Tượng Khí Thực (Cavitation):
  • Giải thích sự nguy hiểm của chân không cục bộ ở ống hút. Nếu áp suất tại cửa vào BXCT quá thấp (gần áp suất hơi bão hòa), chất lỏng sẽ bốc hơi và tạo bọt khí, gây ra va đập, rung động, giảm hiệu suất và phá hủy cánh bơm.
• 3.2. Vai Trò Của Vòng Đệm (8) Trong An Toàn Khí Thực:
  • Nhấn mạnh chức năng chống không khí vào ống hút. Nếu không khí lọt vào, nó sẽ phá vỡ chân không, làm mất khả năng hút nước của bơm.
• 3.3. Tối Ưu Hóa Đường Đặc Tính H−Q Thông Qua Thiết Kế:
  • Phân tích cách hình dạng cánh cong, đường kính BXCT và kích thước Buồng Xoắn ảnh hưởng trực tiếp đến đường đặc tính H−Q và điểm hiệu suất tối ưu (BEP) của bơm ly tâm.

Bơm Ly Tâm là một kỳ công kỹ thuật dựa trên nguyên lý đơn giản nhưng hiệu quả của Lực Ly Tâm. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa Bánh xe Công tác (BXCT) trong việc gia tốc chất lỏng và Buồng Xoắn trong việc chuyển đổi động năng thành áp suất đã tạo ra một cỗ máy thủy lực mạnh mẽ, kinh tế và linh hoạt. Việc hiểu rõ từng bộ phận, đặc biệt là vai trò của van ngược, vòng đệm chống rò, và quy trình mồi nước, là nền tảng vững chắc để đảm bảo bơm ly tâm luôn hoạt động ổn định, đạt hiệu suất tối ưu và đóng vai trò không thể thay thế trong mọi hệ thống vận chuyển chất lỏng hiện đại.