Tiếng “sỏi chạy trong bơm”, cánh bơm rỗ như tổ ong, phớt và ổ bi hỏng liên tục – xâm thực là một trong những kẻ phá bơm âm thầm nhất. Hiểu đúng NPSH là cách duy nhất để xử lý tận gốc.
Xâm thực bơm (cavitation) là hiện tượng chất lỏng bị hóa hơi ngay bên trong bơm khi áp suất giảm xuống dưới áp suất hơi bão hòa, tạo thành các bọt hơi rồi vỡ mạnh khi đi vào vùng áp suất cao hơn. Mỗi lần bọt vỡ tạo ra một tia chất lỏng cực mạnh đập vào bề mặt kim loại – lặp lại hàng triệu lần, nó ăn rỗ cánh bơm, gây rung, ồn, giảm cột áp và phá hỏng phớt, ổ bi. Bài viết này giải thích xâm thực bơm từ cơ chế vật lý đến cách tính NPSH, cách phân biệt các loại xâm thực và 10 biện pháp khắc phục trong thực tế nhà máy.
Mọi chất lỏng đều có một áp suất hơi bão hòa phụ thuộc nhiệt độ: nếu áp suất xung quanh giảm xuống dưới giá trị này, chất lỏng sẽ sôi – kể cả khi nó không nóng. Ví dụ, nước ở khoảng 20 °C có áp suất hơi chỉ khoảng 2,3 kPa, nhưng ở 80 °C đã lên khoảng 47 kPa, và ở 100 °C bằng áp suất khí quyển (101,3 kPa).
Trong bơm ly tâm, điểm có áp suất thấp nhất nằm ở cửa vào cánh bơm (mắt cánh), ngay sau mép vào của cánh. Chất lỏng tăng tốc khi đi vào cánh nên áp suất giảm cục bộ. Nếu áp suất tại đây giảm dưới áp suất hơi, các bọt hơi hình thành. Khi bọt bị cánh đẩy ra vùng áp suất cao hơn, chúng vỡ (implode) trong vài phần nghìn giây, tạo vi tia chất lỏng và sóng áp suất cục bộ rất lớn đập vào bề mặt kim loại. Đây là cơ chế ăn mòn rỗ đặc trưng của xâm thực bơm.
NPSH (Net Positive Suction Head – cột áp hút dương thực) là “khoảng cách” giữa áp suất tại cửa hút của bơm và áp suất hơi của chất lỏng, quy đổi ra mét cột chất lỏng.
Công thức NPSHa thường dùng cho bể hở:
Điều nhiều người hiểu sai: NPSHr trên catalogue thường là NPSH3 – mức NPSH tại đó cột áp của bơm đã giảm 3% do xâm thực. Nghĩa là khi NPSHa chỉ vừa bằng NPSHr, bơm đã xâm thực rồi. Vì vậy cần biên độ an toàn: hướng dẫn ANSI/HI 9.6.1 của Hydraulic Institute khuyến nghị tỷ lệ NPSHa/NPSHr tối thiểu khoảng 1,1 và cao hơn đáng kể cho bơm có năng lượng hút lớn, bơm công suất lớn hoặc bơm quan trọng.
Trường hợp 1 – bể cao hơn bơm: bể nước hở ở gần mực nước biển, nước 30 °C (áp suất hơi khoảng 4,2 kPa ≈ 0,43 m), mực nước cao hơn tâm bơm 2 m, tổn thất đường hút 1 m:
NPSHa ≈ 10,3 − 0,43 + 2 − 1 ≈ 10,9 m → dư dả với hầu hết bơm.
Trường hợp 2 – bơm hút từ hố thấp: cùng điều kiện nhưng mực nước thấp hơn tâm bơm 4 m:
NPSHa ≈ 10,3 − 0,43 − 4 − 1 ≈ 4,9 m → nếu bơm có NPSHr 4 m tại điểm vận hành, tỷ lệ chỉ ≈ 1,2 – sát giới hạn.
Trường hợp 3 – lưới lọc đường hút bị nghẹt: tổn thất tăng từ 1 m lên 3 m, NPSHa của trường hợp 2 giảm còn khoảng 2,9 m → thấp hơn NPSHr, bơm xâm thực rõ rệt. Đây là tình huống cực kỳ phổ biến: bơm chạy tốt khi mới lắp, rồi “tự nhiên” bắt đầu kêu sau vài tháng.
Với chất lỏng nóng, áp suất hơi tăng rất nhanh – nước 80 °C có áp suất hơi khoảng 5 m cột nước, làm NPSHa giảm thêm khoảng 4,5 m so với nước 30 °C. Đó là lý do bơm nước ngưng, bơm cấp lò hơi thường phải đặt dưới bể và dùng bơm có NPSHr thấp.
| Loại | Nguyên nhân | Khi nào xảy ra | Vị trí hư hỏng trên cánh |
|---|---|---|---|
| Xâm thực do hóa hơi (cổ điển) | NPSHa không đủ | Áp hút thấp, chất lỏng nóng, lưu lượng lớn | Mặt áp suất thấp của cánh (mặt nhìn thấy khi nhìn vào mắt cánh), ngay sau mép vào |
| Tuần hoàn ngược phía hút | Lưu lượng quá thấp so với BEP | Bơm chạy non tải, đóng bớt van đẩy | Mặt áp suất (mặt khuất) của cánh tại cửa vào |
| Tuần hoàn ngược phía đẩy | Lưu lượng quá thấp | Như trên, nhất là bơm cột áp cao | Mép ra của cánh, thân bơm gần lưỡi cắt (cutwater) |
| Hút khí, cuốn khí | Xoáy ở bể hút, rò khí qua mặt bích, gioăng | Mực bể thấp, ống hút đặt nông | Không ăn rỗ mạnh nhưng gây rung, giảm lưu lượng, phớt chạy khô |
| Khe hở cánh – lưỡi cắt quá nhỏ | Thiết kế, thay cánh lớn hơn | Ở mọi lưu lượng | Đầu mép ra của cánh, lưỡi cắt |
Vị trí vết rỗ trên cánh là manh mối chẩn đoán quan trọng: rỗ ở mặt áp suất thấp gần mép vào là xâm thực do thiếu NPSH; rỗ ở mặt áp suất (mặt khuất) là tuần hoàn ngược do chạy lưu lượng thấp. Hai trường hợp có cách khắc phục ngược nhau, nên chẩn đoán đúng là bắt buộc.
Nhiều dấu hiệu trong số này trùng với các lỗi khác; xem bài 7 dấu hiệu bơm sắp hỏng để phân biệt. Với bơm khó tiếp cận (bơm chìm, bơm giếng sâu), phân tích tín hiệu điện tại tủ MCC như ElectroSine có thể nhận diện xâm thực từ xa; cảm biến rung không dây i-ALERT® theo dõi rung liên tục để thấy xu hướng ngay khi nó bắt đầu.
Nhóm 1 – tăng NPSHa (sửa phía hệ thống):
Nhóm 2 – giảm NPSHr và đưa bơm về đúng điểm vận hành:
Nhóm 3 – giảm hậu quả và giám sát:
Tham khảo thêm về hiện tượng vật lý cavitation và các tiêu chuẩn bơm của Hydraulic Institute.
PlusSmart khảo sát miễn phí: đo rung, kiểm tra điều kiện hút, tính NPSHa thực tế và chỉ ra cách loại bỏ xâm thực bơm tận gốc.
Đặt lịch khảo sát miễn phíXâm thực bơm là hiện tượng chất lỏng hóa hơi trong bơm khi áp suất tại cửa vào cánh giảm dưới áp suất hơi bão hòa. Các bọt hơi vỡ khi vào vùng áp suất cao, gây tiếng ồn, rung, ăn rỗ cánh và giảm hiệu suất.
Vì NPSHr trên catalogue thường là mức tại đó cột áp đã giảm 3%, NPSHa cần lớn hơn với biên độ an toàn. Hydraulic Institute (ANSI/HI 9.6.1) khuyến nghị tỷ lệ tối thiểu khoảng 1,1 và cao hơn cho bơm năng lượng hút lớn hoặc quan trọng.
Xâm thực do thiếu NPSH tăng khi lưu lượng lớn hoặc áp hút thấp, gây rỗ ở mặt áp suất thấp gần mép vào cánh. Tuần hoàn ngược xảy ra khi lưu lượng quá thấp, giảm khi tăng lưu lượng về gần BEP, gây rỗ ở mặt áp suất (mặt khuất) của cánh.
Giảm tốc độ làm NPSHr giảm nên thường giúp giảm xâm thực do thiếu NPSH. Tuy nhiên nếu giảm quá sâu làm lưu lượng quá thấp so với BEP, bơm có thể bị tuần hoàn ngược. Cần giữ điểm vận hành trong vùng an toàn.
Có. Rung do xâm thực và hiện tượng hóa hơi trong buồng phớt phá màng chất lỏng giữa hai mặt phớt, làm mặt phớt mẻ, nứt nhiệt và rò sớm.
Xâm thực bơm không phải “bệnh của bơm” mà là kết quả của mối quan hệ giữa bơm và hệ thống: NPSHa không đủ so với NPSHr, hoặc bơm chạy sai điểm vận hành. Tính NPSHa thực tế, giữ biên độ an toàn, vệ sinh đường hút, đưa bơm về gần BEP và giám sát rung – áp suất liên tục là cách loại bỏ xâm thực bơm tận gốc thay vì thay cánh, thay phớt lặp đi lặp lại.
Chúng tôi xem dữ liệu vận hành hiện có, chỉ ra các bơm rủi ro cao nhất và đề xuất cách theo dõi phù hợp với ngân sách. Báo giá, thời gian giao hàng do PlusSmart Technology cung cấp trực tiếp – thông tin luôn được xác nhận.
PlusSmart Technology Pte. Ltd. · 10 Anson Road, #21-07 International Plaza, Singapore 079903 · info@plussmart.tech · +65 8035 1434
Hoạt động tại Singapore · Việt Nam · ASEAN
Vì sao bơm chạy xa điểm hiệu suất tốt nhất bị hỏng phớt, ổ bi; định luật tương tự và điều khiển bơm biến tần.
Xem bài kỹ thuật trên HOANTRANTDH →