Trong kỹ thuật trạm bơm, Ghép Song Song Máy Bơm (Parallel Pumping) là chiến lược cơ bản để tăng Lưu Lượng Tổng (Q) mà không cần thay đổi quá nhiều Cột Nước ($H$). Việc ghép các máy bơm (có thể cùng hoặc khác đặc tính) làm việc chung một đường ống đẩy là bài toán thường gặp, đòi hỏi chuyên gia phải xây dựng chính xác Đường Đặc Tính Tổng ($H-Q$ Chung) của nhóm bơm và Đường Đặc Tính Đường Ống ($H_{\text{o}}$) để tìm ra điểm công tác tối ưu.

Bài viết chuyên sâu này sẽ đi sâu vào phân tích kỹ thuật Ghép Song Song dựa trên nguyên tắc cân bằng áp lực tại điểm nối chung. Chúng ta sẽ trình bày chi tiết phương pháp cộng hoành độ lưu lượng để vẽ đường đặc tính chung cho cả trường hợp bơm khác đặc tính (Hình 6-4) và bơm giống đặc tính (Hình 6-5). Quan trọng hơn, chúng ta sẽ phân tích hiện tượng suy giảm lưu lượng chung ($Q_{\Sigma} < \sum Q_i$) và sự tăng cột nước yêu cầu ($H_{\Sigma} > H_i$), cùng với ảnh hưởng của đường đặc tính ống đến hiệu suất kinh tế tổng thể.

Phần 1: Nguyên Tắc Cơ Bản Của Ghép Song Song và Cân Bằng Áp Lực

• 1.1. Mục Đích: Tăng lưu lượng của hệ thống bơm (tăng $Q$), duy trì $H$ không đổi hoặc tăng nhẹ.
• 1.2. Nguyên Tắc Cân Bằng Áp Lực:
  • Khi hai máy bơm I và II cùng nối chung vào một điểm $M$ trên ống đẩy (Hình 6-4), theo nguyên tắc thủy lực, Cột Nước ($H$) mà mỗi bơm sản ra tại điểm nối $M$ phải bằng nhau ($H_{\text{I}} = H_{\text{II}} = H_{\text{chung}}$).
  • Điều kiện để cả hai bơm đều làm việc (cùng đẩy nước): Bơm có cột nước riêng nhỏ hơn (Bơm II trong Hình 6-4) phải có cột nước lớn hơn hoặc bằng cột nước tĩnh của hệ thống ($H_{\text{p}}$).

• 1.3. Định Nghĩa Điểm Công Tác Chung:
  • Điểm Công Tác Chung (A) là giao điểm của Đường Đặc Tính Tổng ($H-Q$ Chung) của nhóm bơm (đường I + II) và Đường Đặc Tính Đường Ống ($H_{\text{o}}$).

Phần 2: Phương Pháp Xây Dựng Đường Đặc Tính Tổng ($H-Q$ Chung)

• 2.1. Trường Hợp Bơm Khác Đặc Tính (Hình 6-4):
  • Nguyên tắc Cộng Hoành Độ: Để vẽ đường $I + II$, ta thực hiện như sau:
    1. Chọn một trị số cột nước $H$ bất kỳ trên trục tung.
    2. Kẻ đường ngang qua $H$, cắt đường đặc tính I tại $Q_I$ và đường đặc tính II tại $Q_{II}$.
    3. Cộng hoành độ lưu lượng: Lưu lượng chung tương ứng với cột nước $H$ đó là $Q_{\Sigma} = Q_I + Q_{II}$.
    4. Lặp lại với nhiều trị số $H$ khác nhau rồi nối các điểm lại, ta được đường đặc tính chung $I + II$.
  • Ghi chú quan trọng: Phép cộng chỉ bắt đầu khi cột nước $H$ đủ nhỏ để cả hai bơm cùng hoạt động (tức là $H \le H_{p}$ của bơm yếu hơn).
• 2.2. Trường Hợp Bơm Giống Đặc Tính (Hình 6-5):
  • Nguyên tắc Nhân Hoành Độ: Nếu $n$ máy bơm có đặc tính $H-Q$ giống hệt nhau làm việc song song:
    1. Chọn một trị số $H$.
    2. Tìm lưu lượng $Q_i$ của một bơm tại cột nước $H$ đó.
    3. Lưu lượng chung là $Q_{\Sigma} = n \times Q_i$.
  • Lợi ích: Phương pháp này đơn giản hóa đáng kể quá trình vẽ đường đặc tính chung.

Phần 3: Phân Tích Các Hệ Quả Kỹ Thuật và Kinh Tế Khi Ghép Song Song

• 3.1. So Sánh Lưu Lượng Khi Song Song và Riêng Lẻ:
  • Lưu lượng chung luôn nhỏ hơn tổng lưu lượng riêng lẻ: $Q_{\Sigma} < (Q_{A I} + Q_{A I I})$.
    • $Q_{\Sigma}$ (tại điểm $A$): Lưu lượng chung khi làm việc song song.
    • $Q_{A I}, Q_{A I I}$: Lưu lượng của từng bơm khi làm việc riêng lẻ (tại điểm giao với $H_{\text{o}}$).
  • Lưu lượng của từng bơm khi song song cũng giảm: $Q_{A'} < Q_{A I}$ và $Q_{A''} < Q_{A I I}$.
  • Lý do: Khi làm việc song song, hệ thống phải sản ra một cột nước $H_{\text{A}}$ lớn hơn cột nước riêng lẻ ($H_{\text{A}} > H_{A I}$ và $H_{\text{A}} > H_{A I I}$). Cột nước tăng buộc các bơm phải làm việc tại điểm có $Q$ nhỏ hơn trên đường đặc tính của chúng.
• 3.2. Ảnh Hưởng đến Hiệu Suất và Kinh Tế Đường Ống:
  • Hiệu suất chung giảm: Do cột nước $H_{\text{A}}$ tăng, các bơm thường bị đẩy ra khỏi điểm hiệu suất tối đa ($\eta_{\max}$), dẫn đến hiệu suất chung của hệ thống song song nhỏ hơn hiệu suất của từng bơm khi làm việc riêng lẻ.
  • Ảnh hưởng của Đường Đặc Tính Ống ($H_{\text{o}}$):
    • Đường ống thoải (đường kính lớn, nhẵn): Đường $H_{\text{o}}$ sẽ thoải hơn (độ dốc nhỏ). Giao điểm $A$ sẽ dịch chuyển sang vùng $Q$ lớn và $H$ nhỏ. Độ chênh lệch $Q_{\Sigma}$ và $\sum Q_i$ sẽ ít hơn.
    • Đường ống dốc (đường kính nhỏ, thô): Đường $H_{\text{o}}$ sẽ dốc hơn. Giao điểm $A$ sẽ dịch về vùng $Q$ nhỏ và $H$ lớn. Sự suy giảm lưu lượng chung sẽ nghiêm trọng hơn.
  • Lựa chọn kinh tế: Khi ghép song song, chuyên gia phải so sánh và chọn đường kính ống kinh tế để đạt được mức tăng $Q$ mong muốn mà không làm tăng chi phí đầu tư ống quá lớn.

Ghép song song là một kỹ thuật mạnh mẽ để tăng lưu lượng tổng của hệ thống. Tuy nhiên, các chuyên gia kỹ thuật phải hiểu rằng lưu lượng chung luôn bị suy giảm so với tổng lưu lượng riêng lẻ do sự tăng cột nước chung của hệ thống bơm. Bằng cách áp dụng chính xác nguyên tắc cộng hoành độ để xây dựng đường đặc tính chung và phân tích sự tương tác với đường đặc tính đường ống, ta có thể tìm ra Điểm Công Tác Chung (A) tối ưu, đảm bảo rằng mỗi bơm thành phần làm việc tại điểm có hiệu suất cao nhất (hoặc gần $\eta_{\max}$) để tối ưu hóa hiệu suất chung của cả trạm bơm.