Đường Đặc Tính (H−Q) là bản đồ hành vi của máy bơm, biểu thị mối quan hệ phụ thuộc giữa Cột Nước (H) và Lưu Lượng (Q) tại một tốc độ quay (n) không đổi. Đối với Bơm Ly Tâm, việc vẽ và phân tích đường đặc tính này là bước cốt lõi trong cả thiết kế lý thuyết lẫn kiểm tra thực nghiệm. Tuy nhiên, cột nước lý thuyết (với cánh vô hạn và chất lỏng lý tưởng) luôn khác biệt đáng kể so với cột nước thực tế do sự tồn tại của các loại tổn thất thủy lực (ma sát và xung kích).

Bài viết chuyên sâu này sẽ đi sâu vào phân tích quá trình xây dựng đường đặc tính H−Q của bơm ly tâm, bắt đầu từ phương trình lý thuyết (3-22). Chúng ta sẽ làm rõ ảnh hưởng quyết định của góc cánh ra (β2​) đến hình dạng đường đặc tính, và sau đó phân tích chi tiết cách các tổn thất (hs​ và hi​) làm dịch chuyển đường cong lý thuyết sang đường cong thực tế. Cuối cùng, chúng ta sẽ định lượng và lý giải Độ Dốc Đặc Trưng (Kd​) và sự phụ thuộc của nó vào Tỷ Tốc (ns​) (Hình 3-11), yếu tố then chốt trong việc lựa chọn bơm.
 

Xây Dựng Đường Đặc Tính H−Q Theo Lý Thuyết (Cánh Vô Hạn)

• 1.1. Phương Trình Cơ Bản (Công thức 3-2):
  • Với giả thiết lý tưởng: cánh vô hạn, chất lỏng lý tưởng, và dòng chảy vào hướng bán kính (α1​=90∘,C1u​=0), cột nước lý thuyết là:

H−1​=gU2​C2u​​

• 1.2. Biến Đổi C2u​ Theo Q:
  • Từ Tam Giác Tốc Độ cửa ra BXCT và định nghĩa lưu lượng lý thuyết Q−1​=πD2​b2​C2r​:

C2u​=U2​−W2u​=U2​−tanβ2​C2r​​=U2​−πD2​b2​tanβ2​Q−1​​

• • Thay C2u​ vào (3-2), ta có Phương Trình Đường Đặc Tính H−Q Lý Thuyết (Công thức 3-22):

H−1​=gU22​​−gπD2​b2​U2​cotβ2​​Q−1​

• • Phương trình này là phương trình đường thẳng (Đường 1, 2, 3 trên Hình 3-10).

Ảnh Hưởng Của Góc Cánh Ra (β2​) Đến Dạng Đường H−Q Lý Thuyết

• 2.1. Phân Tích Độ Dốc:
  • Độ dốc của đường H−1​−Q được xác định bởi hệ số góc m=−gπD2​b2​U2​cotβ2​​.
  • Hệ số góc m tỷ lệ thuận với cotβ2​.
• 2.2. Ba Dạng Đường Đặc Tính (Hình 3-10):
  • Trường hợp 1: Cánh Uốn Cong Về Phía Sau (β2​<90∘ - Đường 1):
    • cotβ2​>0⟹m<0. Đường đặc tính là dốc xuống. H−1​ giảm khi Q tăng. Đây là dạng cánh được chọn trong thiết kế.
  • Trường hợp 2: Cánh Thẳng (β2​=90∘ - Đường 2):
    • cotβ2​=0⟹m=0. Đường đặc tính là đường thẳng nằm ngang (H−1​=U22​/g). H−1​ không đổi khi Q tăng.
  • Trường hợp 3: Cánh Uốn Cong Về Phía Trước (β2​>90∘ - Đường 3):
    • cotβ2​<0⟹m>0. Đường đặc tính là dốc lên. H−1​ tăng khi Q tăng.

Hiệu Chỉnh Từ Lý Thuyết Sang Thực Tế Do Tổn Thất

• 3.1. Hiệu Chỉnh Tổn Thất Lý Thuyết (Số Cánh Hữu Hạn - Đường 4):
  • Do số lượng cánh là hữu hạn, cột nước thực tế Hl​ nhỏ hơn H−1​. Người ta dùng hệ số hiệu chỉnh K: Hl​=K⋅H−1​.
  • Nhận xét: Trong thực tế, đường Hl​−Q (Đường 4) gần như song song với H−1​−Q (Đường 1), nhưng giá trị Q−1​ tương ứng khi H−1​=0 sẽ nhỏ hơn.
• 3.2. Hiệu Chỉnh Tổn Thất Thủy Lực (Ma Sát và Xung Kích - Đường 5, 6):
  • Tổn thất Ma Sát (hs​ - Đường 5):
    • H=Hl​−hs​. Tổn thất hs​=S⋅Q2 (tỷ lệ với Q2) được trừ đi từ Hl​ (Đường 4), tạo ra đường 5.
  • Tổn thất Xung Kích (hi​ - Đường 6):
    • Hthựcte^ˊ​=H−hi​. Tổn thất hi​=Si​(Q−Q0​)2 (chỉ xuất hiện khi Q=Q0​) được trừ tiếp từ Đường 5, tạo ra đường 6.
• 3.3. Hiệu Chỉnh Tổn Thất Dung Tích (Đường 7):
  • Tổn thất dung tích (ΔQ) làm giảm lưu lượng hữu ích. Đường đặc tính thực tế H−Q (Đường 7) sẽ dịch chuyển sang trái so với đường 6.

Phân Tích Độ Dốc Đặc Trưng Kd​ và Tỷ Tốc ns​

• 4.1. Định Lượng Độ Dốc Đặc Trưng (Kd​ - Công thức 3-23):
  • Độ dốc của đường H−Q được định lượng bằng tỷ số Kd​:

Kd​=100Hηmax​​H0​−Hηmax​​​(%)

Trong đó H0​ là cột nước khi Q=0, Hηmax​​ là cột nước ứng với hiệu suất cực đại.

• 4.2. Dạng Đường H−Q Phổ Biến (Hình 3-11, a):
  • Độ dốc thoải (Kd​≈10%, Đường 1): Phù hợp với bơm tỷ tốc thấp, ổn định áp suất.
  • Độ dốc lớn (Kd​≈30%, Đường 2): Phổ biến hơn trong bơm ly tâm tiêu chuẩn.
  • Đoạn dốc ngược (Đường 3): Xảy ra khi cột nước lớn nhất không rơi vào Q=0 (thường là bơm ly tâm tỷ tốc thấp).
• 4.3. Sự Phụ Thuộc Vào Tỷ Tốc (ns​ - Hình 3-11, b):
  • Nguyên lý: Độ dốc của đường H−Q phụ thuộc rất nhiều vào tỷ tốc (ns​).
  • Quan hệ: Tỷ tốc ns​ càng lớn thì đường H−Q càng dốc.
  • Ví dụ: Đường 7 (ns​=650) dốc hơn đáng kể so với Đường 1 (ns​=64). Điều này phản ánh sự chuyển đổi từ bơm ly tâm (áp suất cao, ns​ thấp) sang bơm hướng trục (lưu lượng cao, ns​ cao).

Đường Đặc Tính H−Q của bơm ly tâm là một công cụ phân tích không thể thiếu, được xây dựng từ phương trình lý thuyết (phụ thuộc vào β2​) và điều chỉnh bởi các yếu tố thực tế (tổn thất hs​,hi​ và ΔQ). Góc cánh ra β2​<90∘ được chọn vì nó tạo ra đường H−Q dốc xuống, ổn định. Tổn thất xung kích (hi​) đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hình đường cong thực tế, khiến hiệu suất giảm mạnh khi xa Qthie^ˊtke^ˊ​. Hơn nữa, độ dốc (Kd​) của đường đặc tính tỷ lệ thuận với tỷ tốc (ns​), một nguyên lý cơ bản chi phối việc lựa chọn máy bơm.