Trong vận hành trạm bơm, Hiện Tượng Khí Thực (Cavitation) luôn là mối đe dọa thường trực, đặc biệt khi máy bơm hoạt động ngoài điểm thiết kế (BEP). Việc phát hiện sớm khí thực là yếu tố then chốt để ngăn chặn sự phá hoại nghiêm trọng và duy trì hiệu suất. Khí thực không chỉ để lại những dấu vết vật lý rõ ràng trên Bánh Xe Công Tác (BXCT) mà còn thể hiện qua những thay đổi đột ngột về âm thanh và đặc tính thủy lực của máy bơm.

Bài viết chuyên sâu này sẽ đi sâu vào phân tích các dấu hiệu nhận biết khí thực, từ tiếng ồn và rung động đặc trưng đến sự ăn mòn vật lý kiểu "tổ ong". Quan trọng hơn, chúng ta sẽ thực hiện một phân tích so sánh về mức độ và hình thái suy giảm các thông số vận hành (H,N,η) giữa hai loại bơm phổ biến: Bơm Ly Tâm Tỷ Tốc Thấp (giảm đột ngột) và Bơm Hướng Trục Tỷ Tốc Cao (giảm từ từ), từ đó giúp chuyên gia kỹ thuật nhận biết chính xác sự xuất hiện của hiện tượng nguy hiểm này.
 

Dấu Hiệu Cơ Học và Vật Lý Của Khí Thực

• 1.1. Tiếng Ồn Đặc Trưng ("Tiếng Nổ Giòn"):
  • Cơ chế: Khi các bọt khí thực được kéo đến vùng áp suất cao và đột ngột ngưng tụ (sụp đổ), chúng tạo ra sóng xung kích cực mạnh, gây ra tiếng nổ dòn (như tiếng sỏi đá va đập) trong thân bơm.
  • Tiếng nổ có chu kỳ: Nếu nghe thấy tiếng nổ có chu kỳ, điều này thường là dấu hiệu của việc các bọt khí nhỏ hợp thành các bọt khí lớn trước khi sụp đổ, báo hiệu khí thực đã phát triển mạnh và có tính ổn định chu kỳ.
• 1.2. Rung Động Máy Bơm:
  • Cơ chế: Sự sụp đổ của bọt khí không chỉ tạo ra tiếng ồn mà còn tạo ra các lực va đập thủy lực cục bộ với tần số cao, gây ra rung động không mong muốn lên toàn bộ thân bơm và hệ thống đường ống. Rung động này, nếu kéo dài, có thể làm hỏng ổ bi, phớt cơ khí và các cấu kiện khác.
• 1.3. Ăn Mòn "Tổ Ong" (Pitting Cavitation):
  • Dấu hiệu quan sát: Khi mở máy bơm để kiểm tra, dấu hiệu rõ ràng nhất là bề mặt các bộ phận qua nước (cánh, vỏ) bị rỗ tổ ong hoặc loang lổ.
  • Vùng bị rỗ nặng nhất:
    • Mặt sau cánh: Thường bị rỗ nặng hơn do đây là vùng áp suất thấp nhất, nơi khí thực phát sinh.
    • Mép ra cánh và Khe hở: Là những nơi thường có sự thay đổi áp suất và vận tốc đột ngột, dễ gây phá hoại cục bộ.
    • Vỏ xoắn (Casing): Nếu bơm vận hành ở lưu lượng quá lớn trong thời gian dài (gây rối loạn dòng chảy và tách dòng), ngay cả vỏ xoắn cũng có thể bị rỗ.

Ảnh Hưởng Của Khí Thực Lên Đường Đặc Tính H−Q,N−Q,η−Q

• 2.1. Hiện Tượng Chung:
  • Khi bơm lâm vào khí thực, sự xuất hiện của bọt khí làm giảm mật độ chất lỏng hữu ích và gây tách dòng, dẫn đến sự suy giảm đồng thời của Cột nước (H), Công suất (N), và Hiệu suất (η).
  • Tác hại khi Q>Qtk​: Khi lưu lượng vận hành lớn hơn lưu lượng thiết kế (Q>Qtk​), nguy cơ khí thực cũng tăng lên, và sự ăn mòn có thể lan sang cả mặt trước của cánh bơm.
• 2.2. So sánh Bơm Ly Tâm Tỷ Tốc Thấp (ns​ nhỏ):
  • Đặc điểm: Khe cánh hẹp.
  • Cơ chế giảm: Khi khí thực phát sinh, bọt khí nhanh chóng phát triển lấp đầy toàn bộ khe cánh.
  • Hình thái suy giảm: H,N,η giảm nhanh chóng và đột ngột tại một lưu lượng nhất định. Sự thay đổi này rất rõ ràng, giúp dễ dàng nhận biết khí thực.
• 2.3. So sánh Bơm Hướng Trục Tỷ Tốc Cao (ns​ lớn):
  • Đặc điểm: Khe cánh rộng.
  • Cơ chế giảm: Khí thực chỉ xuất hiện và phát triển ở một phần tiết diện qua nước (ví dụ: ở mút cánh hoặc mép cánh) và không lấp đầy toàn bộ khe.
  • Hình thái suy giảm: H,N,η giảm từ từ và liên tục, không có điểm gián đoạn rõ rệt như bơm ly tâm. Điều này làm cho việc phát hiện bằng mắt thường hoặc chỉ qua H−Q trở nên khó khăn hơn.
• 2.4. Tiêu chí Nhận biết Bơm Hướng Trục:
  • Đối với bơm hướng trục, đường đặc tính η−Q giảm trước và rõ rệt hơn hai đường H−Q và N−Q. Do đó, việc theo dõi sự sụt giảm của hiệu suất là phương pháp tiêu chuẩn để nhận biết sự xuất hiện của khí thực trong loại bơm tỷ tốc cao này.

Kết Luận và Tầm Quan Trọng Của Việc Nhận Diện Sớm

• Tầm Quan Trọng: Khí thực là một chu trình phá hoại liên tục. Một khi đã xảy ra, nó tự duy trì thông qua rung động và tiếng ồn, làm tăng tốc độ ăn mòn.
• Quy trình Kiểm Tra: Chuyên gia kỹ thuật cần:
  1. Theo dõi âm thanh và rung động trong quá trình vận hành, đặc biệt khi Q thay đổi.
  2. Giám sát các thông số H,N,η và so sánh với đường đặc tính gốc, chú ý đến hình thái suy giảm (nhanh hay từ từ).
  3. Kiểm tra trực quan BXCT định kỳ để tìm các vết rỗ tổ ong, đặc biệt ở mặt sau cánh.

Việc nắm vững dấu hiệu vật lý (tiếng nổ dòn, rung động, ăn mòn tổ ong) và hình thái suy giảm đặc tính thủy lực là bắt buộc đối với mọi chuyên gia vận hành bơm. Sự khác biệt trong phản ứng với khí thực giữa bơm ly tâm (giảm đột ngột) và bơm hướng trục (giảm từ từ) đòi hỏi chiến lược giám sát khác nhau, trong đó việc theo dõi đường η−Q là yếu tố then chốt để nhận biết sớm và áp dụng kịp thời các biện pháp phòng ngừa, bảo vệ tuổi thọ và hiệu suất của máy bơm.