Trong vận hành và bảo trì máy bơm, hiếm khi điểm công tác thiết kế ban đầu (Q,H) phù hợp hoàn hảo với yêu cầu thực tế của hệ thống. Do đó, khả năng điều chỉnh đường đặc tính của máy bơm trở thành một yêu cầu kỹ thuật cấp thiết. Hai phương pháp điều chỉnh phổ biến và hiệu quả nhất là giữ nguyên vòng quay (n) và thay đổi kích thước BXCT (D) (gọt cánh) hoặc giữ nguyên kích thước (D) và thay đổi vòng quay (n) (điều chỉnh tốc độ).

Bài viết chuyên sâu này sẽ tập trung vào việc khai thác các Công Thức Đồng Dạng Rút Gọn (Công thức 4-12 và 4-13) cho hai trường hợp đặc biệt này. Chúng ta sẽ phân tích cách các mối quan hệ lũy thừa của Q,H,N theo D (khi n=const) và theo n (khi D=const) chi phối quyết định điều chỉnh, và làm rõ ý nghĩa của chúng trong việc xác định điểm công tác mới của máy bơm sau khi điều chỉnh—một kỹ năng cốt lõi cho mọi chuyên gia vận hành và thiết kế hệ thống bơm.

Công Thức Đồng Dạng Khi Giữ Vòng Quay Không Đổi (n=const - Gọt Cánh)

• 1.1. Bối cảnh Ứng dụng:
  • Trường hợp này thường xảy ra khi gọt bớt đường kính ngoài BXCT (D2​) trong quá trình sản xuất hoặc điều chỉnh tại xưởng. Vòng quay n được giữ nguyên do động cơ có tốc độ cố định.
• 1.2. Thiết lập Công thức (Công thức 4-12):
  • Từ Công thức đồng dạng đầy đủ (Bài 2), ta đặt tỷ lệ vòng quay in​=n/nm​=1. Tỷ lệ kích thước là iD​=D/Dm​.
  • Lưu lượng (Q):

Qm​Q​=iD3​⋅in​=iD3​⟹Q∝D3

• • Cột Nước (H):

Hm​H​=iD2​⋅in2​=iD2​⟹H∝D2

• • Công Suất (N):

Nm​N​=iD5​⋅in3​=iD5​⟹N∝D5

• 1.3. Phân Tích Kỹ thuật "Gọt Cánh":
  • Hiệu quả: Việc giảm đường kính D (ví dụ: giảm 10%, iD​=0,9) sẽ làm giảm cột nước (H≈0,92=81%) và công suất (N≈0,95≈59%) rất đáng kể.
  • Hạn chế: Phương pháp này là vĩnh viễn và chỉ có thể giảm đặc tính. Hơn nữa, việc gọt cánh quá mức có thể làm giảm nghiêm trọng hiệu suất thủy lực (ηh​) và tăng tổn thất xung kích do làm thay đổi hình học dòng chảy bên trong.

Công Thức Đồng Dạng Khi Giữ Kích Thước Không Đổi (D=const - Điều Chỉnh Tốc Độ)

• 2.1. Bối cảnh Ứng dụng:
  • Trường hợp này là phổ biến nhất trong vận hành hiện đại, sử dụng Biến Tần (VFD) để thay đổi tốc độ n của động cơ. Kích thước BXCT (D) được giữ nguyên.
• 2.2. Thiết lập Công thức (Công thức 4-13):
  • Ta đặt tỷ lệ kích thước iD​=D/Dm​=1. Tỷ lệ vòng quay là in​=n/nm​.
  • Lưu lượng (Q):

Qm​Q​=iD3​⋅in​=in​⟹Q∝n

• • Cột Nước (H):

Hm​H​=iD2​⋅in2​=in2​⟹H∝n2

• • Công Suất (N):

Nm​N​=iD5​⋅in3​=in3​⟹N∝n3

• 2.3. Phân Tích Kỹ thuật "Điều Chỉnh Tốc Độ":
  • Hiệu quả Kinh tế: Đây là phương pháp tiết kiệm năng lượng nhất. Việc giảm tốc độ n (ví dụ: giảm 20%, in​=0,8) sẽ làm giảm công suất N theo lũy thừa bậc ba (N≈0,83=51,2%), giảm đáng kể chi phí điện năng.
  • Tính linh hoạt: Cho phép điều chỉnh liên tục và linh hoạt đặc tính bơm, giúp máy bơm luôn làm việc gần điểm hiệu suất cực đại của hệ thống.
  • Lưu ý: Việc giảm n quá mức có thể làm tăng nguy cơ xâm thực (sẽ được đề cập ở Bài 3) và làm cho ηm​ giảm nhẹ.

Tối Ưu Hóa Vận Hành và Xác Định Điểm Công Tác Mới

• 3.1. Ý nghĩa của Công Thức Đặc Biệt trong Vận hành:
  • Các công thức (4-13) là công cụ toán học chính để xác định điểm công tác của một máy bơm đã có.
  • Thách thức: Khi máy bơm hoạt động ở tốc độ n mới, đường đặc tính H−Q mới sẽ được vẽ. Điểm công tác mới là giao điểm của đường đặc tính H−Q mới và đường đặc tính hệ thống (Hsys​=Hs​+S⋅Q2).
• 3.2. Quy trình Xác định Điểm Công Tác Mới (Khi n thay đổi):
  • Bước 1: Chọn một điểm (Qm​,Hm​) trên đường đặc tính cũ.
  • Bước 2: Tính Q và H mới:

Q=Qm​⋅in​vaˋH=Hm​⋅in2​

• • Bước 3: Lặp lại cho nhiều điểm để vẽ đường H−Q mới. Giao điểm của đường H−Q mới với Hsys​ là điểm công tác mới.
• 3.3. So sánh Hai Phương Pháp Điều Chỉnh:

Các Công Thức Đồng Dạng Rút Gọn (4-12, 4-13) là công cụ thiết yếu trong việc quản lý và điều chỉnh đặc tính bơm. Điều chỉnh tốc độ (D=const) cung cấp giải pháp linh hoạt và tiết kiệm năng lượng nhất nhờ mối quan hệ lũy thừa N∝n3. Ngược lại, gọt cánh (n=const) là giải pháp cố định, hiệu quả để điều chỉnh H và Q tại nhà máy sản xuất. Việc nắm vững các mối quan hệ này giúp chuyên gia kỹ thuật dễ dàng xác định điểm công tác mới và đưa ra quyết định tối ưu về mặt kỹ thuật và kinh tế cho mọi hệ thống bơm.