Để đảm bảo máy bơm hoạt động an toàn và hiệu quả, việc xác định chính xác các thông số chống khí thực, cụ thể là Độ Dự Trữ Khí Thực Yêu Cầu ($\Delta h$, hay $\text{NPSH}_{\text{R}}$) và Độ Chân Không Cho Phép ($[H_{ck}]$), là bắt buộc. Các thông số này được xác định thông qua Thí Nghiệm Khí Thực (Cavitation Test). Mục đích cốt lõi của thí nghiệm là giảm áp suất thủy tĩnh tại cửa hút bơm một cách có kiểm soát cho đến khi hiện tượng khí thực phát sinh, đồng thời giữ cho chế độ làm việc của bơm ($Q, n$) không đổi.

Bài viết chuyên sâu này, dưới góc độ kỹ thuật phòng thí nghiệm, sẽ đi sâu vào so sánh hai loại thiết bị thí nghiệm chính: Thiết bị kiểu Hở và Thiết bị kiểu Kín (Hình 5-5). Chúng ta sẽ phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống kín, đặc biệt là vai trò của Bơm Chân Không (3) và Bình Kín (2) trong việc điều chỉnh $\text{NPSH}_{\text{A}}$ sẵn có một cách chính xác, từ đó cho phép vẽ các đường đặc tính quan trọng $[\text{Hck}] - Q$ và $\Delta h - Q$ cho máy bơm.
 

Phần 1: Mục Đích và Kết Quả Thí Nghiệm Khí Thực

• 1.1. Mục Đích Chính: Xác định mối quan hệ giữa độ cao hút cho phép (hoặc $\Delta h$) với các thông số vận hành của bơm ($H, Q, N, \eta$).
• 1.2. Kết Quả Thí Nghiệm:
  • Đường Đặc Tính $\Delta h - Q$: Cho phép các chuyên gia tính toán $\text{NPSH}_{\text{R}}$ ở mọi lưu lượng, chủ yếu dùng cho bơm hướng trục.
  • Đường Đặc Tính $[H_{ck}] - Q$: Cho phép xác định giới hạn chân không, chủ yếu dùng cho bơm ly tâm.
• 1.3. Mối Quan Hệ Chuyển Đổi: Kết quả $\Delta h$ và $[H_{ck}]$ là đồng nhất và có thể chuyển đổi qua lại:

$$ [H_{ck}] = H_a - H_{hh} - \Delta h$$

(Công thức trên cho phép tính $[H_{ck}]$ từ $\Delta h$ và ngược lại, khi $H_a$ và $H_{hh}$ xác định).

Phần 2: So Sánh Thiết Bị Thí Nghiệm Khí Thực Kiểu Hở và Kiểu Kín

• 2.1. Thiết Bị Kiểu Hở (Open System):
  • Nguyên lý: Sử dụng một van (hoặc tiết lưu) đặt trên ống hút để tăng dần tổn thất thủy lực ($h_{msh}$), làm áp suất tại cửa vào bơm giảm dần cho đến khi sinh khí thực.
  • Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện.
  • Nhược điểm:
    • Kém chính xác: Việc điều chỉnh áp suất thông qua tăng tổn thất $h_{msh}$ có thể gây ra rối loạn dòng chảy và ảnh hưởng đến phân bố vận tốc tại cửa hút bơm, làm sai lệch kết quả thí nghiệm.
    • Khó giữ $Q$ ổn định: Việc thay đổi van trên ống hút dễ làm thay đổi $Q$ và $H$.
• 2.2. Thiết Bị Thí Nghiệm Kiểu Kín (Closed-Loop System - Hình 5-5):
  • Cấu tạo: Là một hệ thống vòng khép kín bao gồm: Bơm (1), Bình Kín (2), Bơm Chân Không (3), Thiết bị đo lưu lượng (4), Van ống đẩy (5), Van điều chỉnh (6), Chân không kế (7), Áp lực kế vi sai (8), Nhiệt kế (9), Van thông khí (11).
  • Ưu điểm: Chính xác cao hơn so với kiểu hở.

Phần 3: Nguyên Lý Hoạt Động Chi Tiết Của Thiết Bị Kiểu Kín (Hình 5-5)

• 3.1. Kiểm Soát Chế Độ Làm Việc ($Q, n$):
  • Van ống đẩy (5): Được sử dụng để cố định và điều chỉnh lưu lượng $Q$ cho từng mức thí nghiệm.
  • Vòng quay ($n$): Được giữ không đổi suốt quá trình thí nghiệm (thường bằng vòng quay định mức $n_{tk}$).
• 3.2. Điều Chỉnh $\text{NPSH}_{\text{A}}$ (Hoặc $\Delta h$):
  • Bình Kín (2) (Pressure Vessel): Bình này được thiết kế để chứa chất lỏng và có một phần không gian phía trên chứa đầy khí. Nó được đặt ở một vị trí để đại diện cho mực nước bể hút.
  • Bơm Chân Không (3): Được nối với bình kín (2) để hút không khí ra khỏi bình.
  • Cơ chế điều chỉnh:
    • Khi bơm chân không (3) hoạt động, nó làm giảm áp suất tuyệt đối ($P_a$) trên mặt thoáng của chất lỏng trong bình kín (2).
    • Theo công thức $\text{NPSH}_{\text{A}} = H_a - h - h_{msh} - H_{hh}$, việc giảm $P_a$ (hoặc $H_a$) sẽ giảm $\text{NPSH}_{\text{A}}$ (hay giảm $\Delta h$ sẵn có).
  • Lợi ích: Phương pháp này cho phép giảm áp suất trong hệ thống một cách đồng đều mà không cần can thiệp vào ống hút (không làm tăng $h_{msh}$ và không phá hoại chế độ dòng chảy).
• 3.3. Đo Lường và Ghi Nhận Kết Quả:
  • Chân không kế (7): Đo độ chân không trong ống hút (giá trị áp suất thấp thực tế).
  • Áp lực kế vi sai (8): Đo $H$ của máy bơm.
  • Nhiệt kế (9): Đo nhiệt độ $t$ để xác định $H_{hh}$ (cột áp hóa hơi).

Phần 4: Các Bước Tiến Hành Thí Nghiệm Khí Thực Kiểu Kín

1. Thiết lập $Q, n$: Mở van ống đẩy (5) để thiết lập một lưu lượng $Q$ không đổi và giữ vòng quay $n$ không đổi.
2. Giảm Áp Suất: Dùng bơm chân không (3) để tăng dần độ chân không trong bình kín (2) (tức là giảm $P_a$).
3. Ghi Nhận Dữ liệu: Tại mỗi mức áp suất giảm (đo bằng chân không kế 7), ghi nhận:
   • Độ Dự Trữ Khí Thực Sẵn Có ($\Delta h$): (Tính toán từ chân không kế 7 và nhiệt kế 9).
   • Cột Nước ($H$): (Đo bằng áp lực kế vi sai 8).
   • Công Suất ($N$) và Hiệu Suất ($\eta$): (Cũng được đo đồng thời).
4. Phân Tích Dữ liệu: Dùng các cặp $(\Delta h, H)$ thu được để vẽ đường cong $H = f(\Delta h)$ (Hình 5-6), từ đó xác định $\Delta h_{th}$ và $\Delta h_{\text{cho phép}}$.

Thí nghiệm khí thực kiểu kín, với sự hỗ trợ của bơm chân không (3) và bình kín (2), là phương pháp ưu việt và chính xác để xác định khả năng chống khí thực của máy bơm. Nó cho phép các chuyên gia kỹ thuật giảm $\text{NPSH}_{\text{A}}$ sẵn có một cách tinh vi (thông qua $P_a$) mà không làm ảnh hưởng đến hình thái dòng chảy và chế độ vận hành. Kết quả là các đường đặc tính $[\text{Hck}] - Q$ và $\Delta h - Q$ chuẩn xác, là cơ sở để tính toán cao trình đặt máy bơm an toàn.