Trong quá trình vận hành máy bơm, có một số câu hỏi được đưa ra liên quan đến mối quan hệ giữa tốc độ vận hành và sự ổn định của máy bơm. Theo các nhà sản xuất máy bơm hàng đầu thế giới, đối với máy bơm được gia công và vận hành đúng với thiết kế, sẽ không có vấn đề nghiêm trọng nào cần thực hiện bảo dưỡng giữa máy bơm vận hành ở tốc độ 3600 vòng/phút và 1800 vòng/ phút. Điều này cũng còn tùy thuộc vào mức độ tiêu thụ năng lượng, chỉ số NPSH và những chi tiết được thiết kế bên trong máy bơm.
Máy bơm có tốc độ cao có thể phần nào đó giúp giảm chi phí đầu tư ban đầu vì những máy bơm vận hành ở tốc độ cao thường có kích thước nhỏ hơn. Ngoài ra, tăng tốc độ vận hành của máy bơm có thể cải thiện hiệu suất của máy bơm đối với những máy bơm chạy ở tốc độ thấp dưới 2000 vòng/ phút. Nếu tốc độ giảm xuống dưới 1000 vòng/ phút sẽ làm hiệu suất của máy bơm giảm đáng kể.
Tuy nhiên, máy bơm chạy với tốc độ chậm, đặc biệt là chạy dưới tốc độ tối đa có thể giúp gia tăng độ ổn định của máy bơm (Hình 1). Trong hình là đường đặc tính thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ chạy của máy bơm và sự ổn định (được định nghĩa là thời gian trung bình để sửa chữa) của máy bơm, thu thập qua những thử nghiệm và kiểm tra của 119 máy bơm thực tế trong nhà máy (Field Date) và phòng thí nghiệm kiểm tra (LAB Date). Cả hai đường đặc tính đều ủng hộ cho giả thuyết máy bơm sẽ hoạt động ổn định hơn khi giảm tốc độ chạy thực tế. Một số lý do về mặt kỹ thuật được đưa ra để ủng hộ cho nhận định này có thể kể đến như:
Tuổi thọ vòng bi:
Vòng bi đóng vai trò quan trọng và là thành phần ảnh hưởng lớn đến những sự cố của máy bơm và tuổi thọ của vòng bi có tỉ lệ nghịch với tốc độ quay của trục bơm. Ngoài ra, tải trọng của vòng bi giảm theo bình phương của tốc độ máy bơm và tuổi thọ vòng bi tỉ lệ nghịch với lập phương của của tải trọng vòng bi. Giả sử vòng bi được bôi trơn đầy đủ, khi chúng ta giảm tốc độ vận hành của máy bơm sẽ làm giảm tải trọng của vòng và làm tuổi thọ vòng bi tăng lên. Do đó, củng cố cho giả thiết khi giảm tốc độ vận hành của máy bơm sẽ làm gia tăng độ bền của máy bơm.
Tuổi thọ phớt kín cơ khí:
Phổ biến hơn cả vòng bi, phớt kín cơ khí chính là nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến việc máy bơm gặp sự cố và nguyên nhân dẫn đến phớt kín cơ khí gặp sự cố chính là mặt chà phớt có nhiệt độ quá cao. Nhiệt độ của mặt chà phớt được xác định bởi áp suất mặt chà nhân với tốc độ vận hành. Tốc độ vận hành của mặt chà lại được xác định bởi tốc độ của trục quay nhân với đường kính của mặt chà. Ngoài ra, áp suất của phớt sẽ phụ thuốc áp suất được thiết kế bởi máy bơm, áp suất này sẽ tăng theo bình phương tốc độ của bơm. Do đó, chúng ta có thể thấy tuổi thọ của phớt kín cơ khí cũng được tăng lên nếu máy bơm vận hành ở tốc độ chậm hơn so với tốc độ tối đa.
Mức năng lượng hút:
Máy bơm có mức năng lượng hút cao hoặc rất cao thường có độ ổn định thấp hơn. Nhìn vào Hình 2 chúng ta có thể thấy đường đặc tính của mối liên hệ giữa mức năng lượng hút và độ ổn định của máy bơm. Công thức để tính mức năng lượng hút là:
Năng lượng hút = Tốc độ (vòng/phút) x Đường kính tâm cánh bơm x Tốc độ riêng của lực hút x Trọng lực riêng
Qua đó, chúng ta thấy năng lượng hút sẽ bị ảnh hưởng lớn từ tốc độ của máy bơm vì những yếu tố còn lại như đường kính tâm cánh bơm hay tốc độ riêng là không đổi đối với một máy bơm cụ thể. Dựa theo đường đặc tính, khi chỉ số năng lượng hút vượt trên 70 sẽ làm giảm độ ổn định của máy bơm.
Tỉ lệ NPSH (Net Positive Suction Head):
Đối với máy bơm có mức năng lượng hút cao hoặc rất cao, độ ổn định của máy bơm sẽ tăng lên nếu tỉ lệ NPSH tăng lên và được tính theo công thức:
Tỉ lệ NPSH = NPSHa/ NPSHr
NPSHr: Chỉ số NPSH yêu cầu của máy bơm
NPSHa: Chỉ số NPSH thực tế vận hành
Qua đó, chúng ta có thể thấy để tăng tỉ lệ NPSH, chúng ta cần tăng chỉ số NPSHa hoặc giảm chỉ số NSPHr. Tuy nhiên, tốc độ của máy bơm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ số NPSHr vì khi máy bơm giảm tốc độ thì chỉ số NPSHr giảm, giúp tăng tỉ lệ NPSH. Do đó cũng tăng chỉ số vận hành ổn định của máy bơm (Hình 3)
Trong thực tế, khi lựa chọn máy bơm, chúng ta cũng luôn cần chú ý đến chỉ số NPSH mà máy bơm được thiết kế và luôn lựa chọn sao cho NPSHa > NPSHr, tùy thuộc vào chất lỏng và mục đích sử dụng mà tỉ lệ NPSH thường nằm trong khoảng 1.1 – 1.5. Xét theo hình 3 chúng ta có thể thấy khi tỉ lệ NPSH gia tăng thì độ bền và ổn định của máy bơm cũng sẽ tăng lên. Lưu ý nếu tỉ lệ NPSH giảm xuống dưới 1.0 thì hiện tượng xâm thực có thể xảy ra, làm mòn hỏng các bộ phận như buồng bơm, cánh bơm làm giảm hiệu suất và tăng chi phí sửa chữa máy bơm.
Tốc độ ăn mòn:
Hiện nay, đối với máy bơm vận hành chất lỏng có tính ăn mòn, tốc độ vận hành của máy bơm là nhân tố chính ảnh hưởng đến tốc độ mài mòn. Tốc độ ăn mòn tỉ lệ thuận với tốc độ vận hành của máy bơm. Do đó, tốc độ của máy bơm xử lý chất lỏng có tính ăn mòn đến được giảm xuống ở tốc độ thực tế thấp nhất nhưng vẫn cần tính toán để đảm bảo những yếu tố về cột áp và lưu lượng
Kết luận
Qua bài viết trên, chúng ta có thể thấy được mối tương quan giữa tốc độ vận hành và độ bền của máy bơm. Có thể tóm tắt toàn bộ bài viết qua một vài ý chính như sau:
- Việc vận hành máy bơm ở tốc độ chậm có thể làm gia tăng tuổi thọ cũng như tiết kiệm chi phí và thời gian bảo dưỡng
- Khi máy bơm chạy ở tốc độ chậm sẽ giúp tăng tuổi thọ của vòng bi, phớt kín cơ khí và giảm tốc độ ăn mòn của máy bơm.
- Giảm tốc độ của máy bơm không chỉ giúp tuổi thọ máy bơm tăng lên mà còn giúp tiết kiệm năng lượng, qua đó giảm đáng kể chi phí để vận hành và bảo dưỡng máy bơm
Hi vọng qua bài viết trên, chúng ta cũng đã nắm được một số ý tưởng để vận hành máy bơm tối ưu hơn, giúp gia tăng tuổi thọ của máy bơm đơn giản bằng cách giảm tốc độ vận hành. Tuy vậy, vẫn cần tính toán các số liệu về cột áp và lưu lượng dựa vào đường đặc tính và thực tế vận hành để khi giảm tốc độ máy bơm vẫn đảm bảo hiệu suất hoạt động ở mức cần thiết.
