Bơm Ly Tâm Trục Ngang: Cấu Tạo, Nguyên Lý Và Ứng Dụng Của “Ông Vua” Các Loại Bơm

Trong thế giới của các thiết bị cơ khí phục vụ đời sống và công nghiệp, máy bơm nước đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Và khi nhắc đến máy bơm nước, hình ảnh quen thuộc nhất có lẽ chính là chiếc máy bơm ly tâm trục ngang. Đây là loại bơm được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn cầu nhờ vào cấu tạo đơn giản, hiệu suất hoạt động đáng tin cậy và chi phí hợp lý cho rất nhiều ứng dụng khác nhau. Bài viết này sẽ làm rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như những ưu điểm, nhược điểm và các lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu của loại “ông vua” này.

Giới thiệu và Nguyên lý hoạt động cơ bản

Bơm ly tâm trục ngang là một loại bơm động học (dynamic pump), hoạt động bằng cách truyền động năng từ động cơ sang chất lỏng, sau đó chuyển hóa phần lớn động năng này thành áp năng. Sự phổ biến vượt trội của nó đến từ thiết kế trục nằm ngang, cho phép kết nối trực tiếp hoặc gián tiếp dễ dàng với các loại động cơ điện hoặc động cơ đốt trong thông dụng.

Bơm Ly Tâm Trục Ngang là gì và Tại sao lại phổ biến?

Máy bơm ly tâm trục ngang là loại máy bơm mà trục quay của cánh quạt (impeller) được đặt theo phương nằm ngang. Chúng thường được kết nối với động cơ (thường là động cơ điện) thông qua khớp nối hoặc dây đai, và cả hai thiết bị này (bơm và động cơ) đều được lắp đặt trên một bệ đỡ chung đặt cạn trên mặt đất hoặc sàn nhà.

Sự phổ biến của bơm ly tâm trục ngang bắt nguồn từ nhiều yếu tố. Thứ nhất, cấu tạo tương đối đơn giản với ít bộ phận chuyển động hơn so với các loại bơm thể tích, giúp giảm chi phí sản xuất và bảo trì. Thứ hai, chúng có khả năng cung cấp lưu lượng lớn, phù hợp với nhiều nhu cầu cấp nước thông thường. Thứ ba, việc kết nối với động cơ ngang là tiêu chuẩn, tạo sự linh hoạt và dễ dàng thay thế khi cần. Cuối cùng, độ tin cậy cao và tuổi thọ lâu dài nếu được vận hành và bảo dưỡng đúng cách làm cho chúng trở thành lựa chọn kinh tế cho đa số ứng dụng.

Nguyên lý tạo dòng chảy và áp suất

Nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm trục ngang dựa trên lực ly tâm. Khi động cơ quay, nó làm trục bơm và cánh quạt quay theo với tốc độ cao. Nước từ cửa hút chảy vào trung tâm cánh quạt (gọi là mắt cánh quạt). Các cánh của cánh quạt tác động vào nước, gia tốc chuyển động của các phân tử nước và đẩy chúng văng ra xa tâm quay theo hướng xuyên tâm và tiếp tuyến nhờ vào lực ly tâm.

Khi nước di chuyển từ tâm ra ngoài, tốc độ của nó tăng lên đáng kể (động năng tăng). Nước sau đó đi vào vùng vỏ bơm, thường có hình dạng xoắn ốc (volute) hoặc được trang bị các cánh dẫn (diffuser). Thiết kế đặc biệt này làm giảm dần tốc độ dòng chảy của nước, và theo Định luật Bernoulli, khi động năng giảm, áp năng (áp suất tĩnh) sẽ tăng lên. Áp suất cao tại vỏ bơm này chính là động lực đẩy nước ra khỏi cửa xả của bơm và di chuyển đến nơi cần thiết, vượt qua các trở lực của đường ống và chiều cao. Đồng thời, việc nước bị đẩy ra ngoài tạo ra một vùng áp suất thấp tại mắt cánh quạt, liên tục “hút” thêm nước mới từ nguồn vào buồng bơm, tạo ra dòng chảy liên tục.

Cấu tạo chi tiết và Chức năng của các Bộ phận chính

Để hiểu rõ hơn về cách bơm ly tâm trục ngang hoạt động, chúng ta cần xem xét các bộ phận chính của nó:

Cánh quạt (Impeller) và Vỏ bơm (Casing)

• Cánh quạt (Impeller): Là bộ phận quay chính, gắn trên trục bơm. Cánh quạt có các cánh (vanes) uốn cong, có thể là loại cánh mở (open impeller, cho phép lẫn một ít tạp chất), cánh nửa kín (semi-open, cân bằng giữa hiệu suất và khả năng xử lý hạt nhỏ) hoặc cánh kín (closed impeller, hiệu suất cao nhất cho nước sạch). Chức năng của cánh quạt là nhận năng lượng từ trục quay và truyền vào chất lỏng dưới dạng động năng (tăng tốc độ).
• Vỏ bơm (Casing): Là lớp vỏ ngoài bao bọc cánh quạt. Vỏ bơm thường có hình dạng xoắn ốc mở rộng dần (volute casing) hoặc có thêm bộ cánh dẫn (diffuser casing). Chức năng chính của vỏ bơm là thu gom dòng nước tốc độ cao từ cánh quạt văng ra và chuyển hóa động năng của dòng chảy này thành áp năng bằng cách làm chậm tốc độ nước thông qua việc tăng tiết diện dòng chảy. Vỏ bơm cũng là nơi có cửa hút (inlet) nối với đường ống hút và cửa xả (outlet) nối với đường ống đẩy.

Trục bơm (Shaft), Phớt làm kín (Shaft Seal) và Bộ phận đỡ trục (Bearings)

• Trục bơm (Shaft): Là thanh nối truyền momen xoắn từ động cơ đến cánh quạt, làm cánh quạt quay. Trục bơm cần đủ chắc chắn để chịu được lực tác dụng và độ rung trong quá trình hoạt động.
• Phớt làm kín (Shaft Seal): Đây là bộ phận cực kỳ quan trọng nằm giữa vỏ bơm và trục bơm để ngăn chặn sự rò rỉ chất lỏng ra ngoài tại điểm trục đi xuyên qua vỏ bơm, đồng thời ngăn không khí từ bên ngoài lọt vào buồng bơm (có thể gây mất áp suất hút hoặc làm mất khả năng mồi). Có hai loại phớt làm kín phổ biến:
  • Phớt tết (Packing Seal): Sử dụng các vòng vật liệu mềm (như sợi graphite) nén chặt quanh trục. Cần một lượng rò rỉ nhỏ để bôi trơn và làm mát phớt.
  • Phớt cơ khí (Mechanical Seal): Sử dụng các bề mặt phẳng, được mài chính xác và áp sát vào nhau bằng lò xo và áp lực chất lỏng để tạo lớp làm kín hiệu quả hơn, hầu như không có rò rỉ. Đây là loại phổ biến hơn trong các bơm hiện đại.
• Bộ phận đỡ trục (Bearings): Vòng bi hoặc bạc lót được sử dụng để đỡ trục bơm, giữ cho trục nằm đúng tâm, giảm ma sát và chịu tải trọng hướng tâm và hướng trục. Chúng giúp trục quay êm ái và kéo dài tuổi thọ của bơm.

Ưu điểm, Nhược điểm và Các Ứng dụng tiêu biểu

Giống như mọi thiết bị cơ khí, bơm ly tâm trục ngang có những thế mạnh và hạn chế riêng, quyết định tính phù hợp của nó cho từng công việc.

Ưu điểm vượt trội và những hạn chế cần lưu ý

• Ưu điểm:

  Related articles 02:

  1. https://tamtho.com.vn/co-che-hoat-dong-cua-may-bom-nuoc-van-nang-cua-ap-suat-va-the-tich/

  2. https://tamtho.com.vn/bom-piston-co-che-chuyen-dong-tinh-tien-va-kha-nang-tao-ap-luc-khong-lo/

  3. https://tamtho.com.vn/bom-tang-ap-nang-cao-ap-luc-nuoc-cho-cuoc-song-tien-nghi-hon/

  4. https://tamtho.com.vn/top-10-loai-may-bom-nuoc-pho-bien-va-hieu-qua-nhat-hien-nay/

  5. https://tamtho.com.vn/bom-ly-tam-truc-dung-thiet-ke-tiet-kiem-khong-gian-va-kha-nang-tao-ap-cao/

  • Chi phí ban đầu thấp: So với nhiều loại bơm khác có cùng công suất và lưu lượng, bơm ly tâm trục ngang thường có giá thành cạnh tranh hơn.
  • Độ tin cậy và bền bỉ: Cấu tạo đơn giản, ít bộ phận chuyển động, giúp chúng hoạt động ổn định và ít hỏng hóc nếu được bảo dưỡng định kỳ.
  • Lưu lượng lớn: Có khả năng cung cấp lượng nước lớn trong một khoảng thời gian ngắn, phù hợp cho các ứng dụng cần bơm nhanh.
  • Vận hành êm ái: So với bơm thể tích, bơm ly tâm thường hoạt động mượt mà và ít gây rung động.
  • Dễ bảo trì: Các bộ phận chính như phớt làm kín, vòng bi dễ dàng tiếp cận để kiểm tra và thay thế.

• Hạn chế:

  • Cần mồi nước: Hầu hết các bơm ly tâm trục ngang không có khả năng tự mồi, nghĩa là buồng bơm và ống hút cần được đổ đầy nước trước khi khởi động để bơm có thể hoạt động. Nếu buồng bơm chứa đầy không khí, bơm sẽ chỉ chạy không tải (còn gọi là “bơm không”) và không tạo ra dòng chảy.
  • Nhạy cảm với khí/hơi: Sự hiện diện của không khí hoặc hơi trong chất lỏng có thể làm giảm đáng kể hiệu suất hoặc khiến bơm ngừng hoạt động (hiện tượng vapor lock).
  • Khả năng hút hạn chế: Chiều cao hút tối đa bị giới hạn bởi áp suất khí quyển (lý thuyết khoảng 10.3 mét ở mực nước biển, thực tế thấp hơn nhiều, khoảng 5-8 mét tùy điều kiện).
  • Không hiệu quả với chất lỏng có độ nhớt cao: Hiệu suất giảm đáng kể khi bơm các chất lỏng đặc, sệt.
  • Không tạo được áp suất quá cao: So với bơm thể tích, khả năng tạo áp suất cực cao của bơm ly tâm bị hạn chế.

Các lĩnh vực ứng dụng rộng rãi

Nhờ những ưu điểm của mình, bơm ly tâm trục ngang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực:

• Hệ thống cấp nước sinh hoạt: Bơm nước từ bể ngầm hoặc giếng nông lên bể chứa trên mái nhà, cấp nước trực tiếp cho các thiết bị.
• Nông nghiệp: Tưới tiêu cho cây trồng từ sông, hồ, kênh mương.
• Công nghiệp: Bơm nước làm mát, bơm nước cho các quy trình sản xuất, cấp nước cho hệ thống HVAC (sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí), bơm nước PCCC (với các model công suất lớn).
• Hệ thống xử lý nước: Bơm nước trong các nhà máy xử lý nước sạch hoặc xử lý nước thải (chủ yếu là các công đoạn bơm nước sau lắng, ít chất rắn).
• Hệ thống tuần hoàn: Bơm nước nóng hoặc nước lạnh trong các hệ thống sưởi/làm mát.

Tóm lại, bơm ly tâm trục ngang là một cỗ máy mạnh mẽ, linh hoạt và kinh tế, là xương sống của nhiều hệ thống di chuyển chất lỏng. Mặc dù có những hạn chế nhất định, nhưng sự đơn giản, độ bền bỉ và khả năng cung cấp lưu lượng lớn của nó đảm bảo rằng nó sẽ tiếp tục là lựa chọn hàng đầu cho vô số ứng dụng trong tương lai.