Trong vận hành hệ thống bơm hiện đại, việc sử dụng Biến Tần (VFD) để thay đổi tốc độ quay (n) của máy bơm là phương pháp điều chỉnh đặc tính phổ biến và kinh tế nhất. Khi kích thước bơm đã cố định (iD​=1), Luật Đồng Dạng (Affinity Laws) trở thành công cụ toán học tối thượng, cho phép chuyên gia kỹ thuật dễ dàng vẽ lại các đường đặc tính (H−Q,N−Q) ứng với vòng quay mới (n1​) mà không cần thí nghiệm lại.

Bài viết chuyên sâu này sẽ đi sâu vào nghệ thuật vẽ lại đường đặc tính của máy bơm khi chỉ thay đổi vòng quay (n→n1​). Chúng ta sẽ chi tiết hóa quá trình sử dụng Công thức Đồng Dạng Rút Gọn (4-13) để xác định các tọa độ mới Q1​,H1​,N1​. Đặc biệt, chúng ta sẽ làm chủ phương pháp đồ thị Parabol Q=kH​ (Công thức 4-24), một kỹ thuật cực kỳ hiệu quả giúp xác định vòng quay (n1​) cần thiết để máy bơm hoạt động chính xác tại một điểm công tác mới đã cho, đảm bảo tối ưu hóa năng lượng và hiệu suất.
 

Nguyên Tắc Đồng Dạng Khi Vòng Quay Thay Đổi (D=const)

• 1.1. Cơ sở Lý Thuyết (Công thức 4-13):
  • Khi máy bơm đã được lắp đặt, kích thước BXCT là không đổi (iD​=1). Các công thức đồng dạng rút gọn trở thành (dạng (∗)):

QQ1​​=in​=nn1​​⟹Q1​=in​⋅Q

HH1​​=in2​⟹H1​=in2​⋅H

NN1​​=in3​⟹N1​=in3​⋅N

• • Ý nghĩa: Lưu lượng tỷ lệ bậc một, Cột nước tỷ lệ bậc hai, và Công suất tỷ lệ bậc ba với tỷ lệ vòng quay (in​).

Kỹ Thuật Vẽ Lại Đường Đặc Tính Cột Nước H−Q−n1​

• 2.1. Quy trình Vẽ Lại Đường H−Q (Hình 4-1, a):
  • Bước 1: Chọn các Điểm Mẫu: Trên đường đặc tính gốc H−Q−n (vòng quay n), chọn một số điểm quan trọng (ví dụ: A, B, C...) với tọa độ (Q,H).
  • Bước 2: Tính Tọa độ Mới: Xác định tỷ lệ vòng quay in​=n1​/n. Sử dụng công thức (∗) để tính các tọa độ mới cho từng điểm: Q1​=in​Q và H1​=in2​H.
  • Bước 3: Nối các Điểm: Nối các điểm mới A1​,B1​,C1​,… lại với nhau. Đường cong này là đường đặc tính H−Q−n1​ cần tìm.
  • Đặc điểm: Đường H−Q−n1​ mới có hình dạng tương đồng (đồng dạng) với đường H−Q−n gốc, nhưng nằm dịch xuống và sang trái nếu n1​<n.
• 2.2. Phương Pháp Xác Định Vòng Quay Cần Thiết Bằng Parabol (Hình 4-1, b):
  • Thiết lập Parabol (Công thức 4-24): Từ công thức (∗), ta có:

QQ1​​=HH1​​​⟹H1​​Q1​​=H​Q​=k

Phương trình Q=kH​ biểu thị một Parabol đi qua gốc tọa độ (0,0) và mọi điểm đồng dạng trên hai đường đặc tính H−Q−n và H−Q−n1​.

• • Ứng dụng Thực tiễn: Giả sử điểm công tác yêu cầu là B1​(Q1​,H1​).
    1. Tính hằng số k: kB1​​=Q1​/H1​​.
    2. Vẽ Parabol: Vẽ đường Q=kB1​​H​.
    3. Tìm Điểm Đồng Dạng B: Parabol này giao với đường H−Q−n gốc tại điểm B(QB​,HB​). Điểm B là điểm đồng dạng với B1​.
    4. Tính n1​ cần thiết: Áp dụng công thức đồng dạng từ B và B1​:

in​=nn1​​=QB​Q1​​=HB​H1​​​

Từ đó, n1​=n⋅QB​Q1​​ hoặc n1​=n⋅HB​H1​​​.

Kỹ Thuật Vẽ Lại Đường Đặc Tính Công Suất N−Q−n1​ và Hiệu Suất η−Q−n1​

• 3.1. Vẽ Lại Đường Công Suất N−Q−n1​ (Hình 4-2, a):
  • Tương tự H−Q, ta dùng công thức (∗): Q1​=in​Q và N1​=in3​N.
  • Quy trình: Chọn các điểm (Q,N) trên đường N−Q−n gốc. Tính toán tọa độ mới (Q1​,N1​) tương ứng. Nối các điểm mới lại được đường N−Q−n1​.
  • Parabol Công Suất (Công thức 4-25): Tương tự, ta có thể rút ra quan hệ giữa Q và N qua in​:

QQ1​​=3NN1​​​⟹Q=K3N​(hoặc N=K′Q3)

Parabol bậc ba này cũng đi qua gốc tọa độ và mọi điểm đồng dạng, hỗ trợ tính toán n1​ dựa trên công suất yêu cầu.

• 3.2. Vẽ Lại Đường Hiệu Suất η−Q−n1​ (Hình 4-2, b):
  • Nguyên tắc Đồng Dạng Hiệu Suất: Vì coi hai trạng thái là đồng dạng, nên Hiệu suất (η) tại các điểm đồng dạng là không đổi (η=ηm​=ha˘ˋng soˆˊ).
  • Quy trình Tịnh tiến:
    1. Xác định Điểm ηmax​: Tìm điểm D (tại ηmax​) trên đường η−Q−n.
    2. Dùng Parabol: Vẽ Parabol Q=kH​ qua điểm D trên đường H−Q−n.
    3. Tìm Điểm Đồng Dạng D1​: Parabol này giao với đường H−Q−n1​ mới tại điểm D1​.
    4. Tịnh Tiến Đường: Toàn bộ đường η−Q−n được tịnh tiến theo phương ngang sao cho điểm ηmax​ dịch chuyển từ tọa độ QD​ sang tọa độ QD1​​.
  • Ý nghĩa: Đường η−Q−n1​ chỉ dịch chuyển theo trục Q, giữ nguyên giá trị η tại các điểm đồng dạng, thể hiện tính chất bảo toàn hiệu suất của Luật Đồng Dạng.

Việc vẽ lại đường đặc tính của máy bơm khi thay đổi vòng quay là một ứng dụng trực tiếp và mạnh mẽ của Luật Đồng Dạng (Affinity Laws). Bằng cách sử dụng các mối quan hệ lũy thừa Q∝n,H∝n2,N∝n3, chuyên gia kỹ thuật có thể dự đoán chính xác hành vi mới của bơm. Đặc biệt, kỹ thuật sử dụng Parabol đồng dạng Q=kH​ là một công cụ đồ thị không thể thiếu để nhanh chóng xác định vòng quay tối ưu (n1​) cần thiết để đạt được điểm công tác mong muốn trong hệ thống.