Việc xác định Độ Cao Đặt Máy Bơm (Vam) là một quyết định kỹ thuật then chốt, cân bằng giữa yêu cầu phòng tránh khí thực (yếu tố an toàn) và tối ưu hóa khối lượng công trình đào đắp (yếu tố kinh tế). Đối với Bơm Ly Tâm (thường là tỷ tốc thấp đến trung bình), phương pháp tiêu chuẩn để xác định Độ Cao Hút Cho Phép [$h_s$] là dựa trên Độ Chân Không Cho Phép $[H_{ck}]$—một thông số được tra trực tiếp từ đường đặc tính của máy bơm.

Bài viết chuyên sâu này sẽ đi sâu vào Phương Pháp Tính Toán [$h_s$] dựa trên $[H_{ck}]$ (Công thức 5-3). Chúng ta sẽ phân tích cách thiết lập phương trình Bernoulli cho cửa hút bơm để rút ra mối quan hệ này. Đặc biệt, chúng ta sẽ làm rõ quy trình và công thức hiệu chỉnh $[H_{ck}]$ từ điều kiện thí nghiệm chuẩn ($H_a = 10 \text{m}, t = 20^\circ\text{C}, n_{tk}$) sang điều kiện vận hành thực tế (thay đổi $H_a$, nhiệt độ $t$, và vòng quay $n$) bằng cách sử dụng các bảng tra cao độ và nhiệt độ tiêu chuẩn (Bảng 5-1 và 5-2).
 

Thiết Lập Công Thức Độ Cao Hút Cho Phép [$h_s$]

• 1.1. Cơ sở Phương trình Bernoulli:
  • Phương trình Bernoulli được thiết lập giữa mặt thoáng bể hút ($0-0$) và mặt cắt cửa hút bơm ($B-B$), nơi có áp suất $P_b$ và vận tốc $C_B$:

$$ \frac{P_a}{\gamma} = h_s + \frac{P_b}{\gamma} + \frac{C_B^2}{2g} + h_{msh}$$

• • Trong đó: $h_s$ là độ cao hút địa hình (khoảng cách từ mặt thoáng $0-0$ đến trục bơm $B-B$).
• 1.2. Định nghĩa Độ Chân Không Cho Phép $[H_{ck}]$:
  • Độ chân không tại cửa hút được định nghĩa là $H_{ck} = \frac{P_a - P_b}{\gamma}$. Khi $H_{ck}$ đạt giới hạn cho phép $[H_{ck}]$, thì $h_s$ đạt đến $[h_s]$.
• 1.3. Công thức Tính Độ Cao Hút Cho Phép (Công thức 5-3):
  • Chuyển đổi phương trình Bernoulli theo $H_{ck}$ ta được:

$$ h_s = \frac{P_a}{\gamma} - \frac{P_b}{\gamma} - h_{msh} - \frac{C_B^2}{2g} = H_{ck} - h_{msh} - \frac{C_B^2}{2g}$$

• • Thay $H_{ck}$ bằng giới hạn cho phép $[H_{ck}]$ để tính $[h_s]$:

$$ [h_s] = [H_{ck}] - h_{msh} - \frac{C_B^2}{2g} \quad \mathbf{(5-3)}$$

• • Ý nghĩa: Độ cao hút cho phép tỷ lệ thuận với $[H_{ck}]$ (khả năng chịu chân không của bơm) và tỷ lệ nghịch với tổn thất ống hút $h_{msh}$ và cột áp vận tốc $C_B^2/2g$.

Quy Trình Hiệu Chỉnh Độ Chân Không Cho Phép $[H_{ck}]$ Theo Điều Kiện Thực Tế

• 2.1. Nguồn Gốc và Điều Kiện Chuẩn:
  • Giá trị $[H_{ck}]$ được tra trên đường đặc tính của máy bơm, thường được xác định qua thí nghiệm mô hình trong điều kiện chuẩn:
    • $H_{a} = 10 \text{m}$ cột nước (áp suất khí quyển chuẩn).
    • Nhiệt độ $t = 20^\circ\text{C}$.
    • Vòng quay $n$ bằng vòng quay định mức ($n_{tk}$).
• 2.2. Hiệu Chỉnh Theo Áp Suất Khí Quyển ($H_a \ne 10 \text{m}$):
  • Khi áp suất khí quyển thực tế $H_a$ khác $10 \text{m}$:

$$ [H_{ck}^*] = [H_{ck}] - 10 + H_a$$

• • Giải thích: Sự thay đổi áp suất bên ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hút. Nếu $H_a$ giảm (ví dụ: ở vùng núi), thì $[H_{ck}]$ cũng phải được hiệu chỉnh giảm theo.
  • Tra Bảng 5-1 ( $H_a$ theo độ cao): $H_a$ giảm dần khi độ cao so mặt chuẩn tăng.
• 2.3. Hiệu Chỉnh Theo Nhiệt Độ Môi Trường ($t \ne 20^\circ\text{C}$):
  • Khi $H_a \ne 10 \text{m}$ và $t \ne 20^\circ\text{C}$:

$$ [H_{ck}^*] = [H_{ck}] - 10 + H_a + 0.24 - H_{hh}$$

(Với $H_{hh}$ là cột áp hóa hơi ở nhiệt độ $t$ thực tế, và $0,24 \text{m}$ là $H_{hh}$ ở $20^\circ\text{C}$).

• • Tra Bảng 5-2 ($H_{hh}$ theo nhiệt độ): $H_{hh}$ tăng nhanh khi nhiệt độ tăng.
  • Tác động: Khi nhiệt độ tăng, $H_{hh}$ tăng, làm giảm khả năng chịu chân không của bơm, do đó $[H_{ck}]$ phải được hiệu chỉnh giảm.
• 2.4. Hiệu Chỉnh Theo Vòng Quay ($n \ne n_{tk}$):
  • Khi vòng quay thực tế $n$ khác vòng quay thí nghiệm $n_{tk}$:

$$ [H_{ck}^*] = H_a - (H_a - [H_{ck}]) \left(\frac{n}{n_{tk}}\right)^2$$

• • Giải thích: Công thức này dựa trên Luật Đồng Dạng, cho thấy sự phụ thuộc bậc hai của $[H_{ck}]$ vào tỷ số vòng quay.

Xác Định Cao Trình Đặt Máy Bơm (Vam) Cho Bơm Ly Tâm

• 3.1. Công Thức Xác Định Vam:
  • Cao trình đặt máy bơm được xác định theo mực nước thấp nhất trong bể hút ($Z_{bh\min}$) và độ cao hút cho phép $[h_s]$:

$$ \nabla_{dm} \le Z_{bh \min} + [h_s] \quad \mathbf{(5-2)}$$

• 3.2. Quy Trình Ứng Dụng cho Bơm Ly Tâm:
  1. Tra $[H_{ck}]$: Từ đường đặc tính $H-Q$ của bơm, tra $[H_{ck}]$ tại điểm công tác thiết kế.
  2. Hiệu Chỉnh $[H_{ck}]$: Dùng Bảng 5-1, 5-2 và các công thức hiệu chỉnh để tìm $[H_{ck}^*]$ theo điều kiện $H_a, t, n$ thực tế.
  3. Tính $[h_s]$: Dùng $[H_{ck}^*]$ vào công thức (5-3) để tính $[h_s]$. (Phải tính $h_{msh}$ và $C_B^2/2g$ theo thiết kế ống hút).
  4. Tính $\nabla_{dm}$: Dùng công thức (5-2) để xác định cao trình đặt máy bơm.
• 3.3. Vai Trò Của $[H_{ck}]$:
  1. Bơm ly tâm (tỷ tốc thấp) thường có khe cánh hẹp, khí thực dễ phát triển lấp đầy toàn bộ khe cánh, dẫn đến sự sụt giảm $H$ đột ngột. Do đó, việc dựa vào giới hạn chân không $[H_{ck}]$ (thể hiện ngưỡng sụt giảm $H$) là phương pháp an toàn và hiệu quả nhất cho loại bơm này.

Việc xác định Độ Cao Đặt Máy Bơm Vam cho bơm ly tâm đòi hỏi sự kết hợp giữa Phương Trình Bernoulli và thông số $[H_{ck}]$ được cung cấp từ nhà chế tạo. Các chuyên gia kỹ thuật phải nắm vững quy trình hiệu chỉnh $[H_{ck}]$ theo các yếu tố môi trường ($H_a$) và vận hành ($t, n$) bằng các công thức và bảng tra. Công thức (5-3) là nền tảng để tính $[h_s]$ an toàn, đảm bảo bơm không rơi vào trạng thái khí thực nguy hiểm trong điều kiện vận hành thực tế.