Trong sản xuất hiện đại, môi trường chân không luôn cần thiết. Tuy vậy nhưng không phải ai cũng hiểu rõ “máy bơm chân không là gì” ? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức năng của máy Vacuum Pump như thế nào? Ngay bây giờ, hãy cùng Hyesungtech khám phá ngay!
Bơm hút chân không là gì?
- Tên gọi khác: bơm chân không, máy bơm hút chân không.
- Bơm chân không tiếng anh là: Vacuum Pump.
Bơm hút chân không là một loại máy tự động tạo chân không bằng cách dịch chuyển, nén và thải hỗn hợp khí/hơi ra khỏi một thể tích cần hút (buồng kín, bình, đường ống, khuôn, hệ thống công nghệ…), làm cho áp suất tuyệt đối trong thể tích đó giảm xuống thấp hơn áp suất khí quyển và duy trì ở mức áp suất thấp theo yêu cầu.
Nhờ khả năng tạo áp suất thấp, bơm hút chân không được ứng dụng rộng rãi trong đóng gói hút chân không, sấy và chưng cất chân không, khử khí, tạo hình nhựa, các ứng dụng mạ… để tối ưu chất lượng sản phẩm.
Các loại bơm hút chân không thường được đánh giá bằng các thông số như:
- Độ chân không hay áp suất cuối (thường hiển thị theo mbar, Pa, Torr…): mức áp suất thấp nhất mà bơm có thể đạt được trong điều kiện tiêu chuẩn.
- Lưu lượng hút (m³/h, L/min, CFM…): lượng khí bơm có thể hút đi trong một đơn vị thời gian, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ tạo chân không.
Trên thị trường hiện nay có khá nhiều loại bơm và hãng bơm, tuy nhiên trong hoạt động công nghiệp thì bơm chân không Atlas CopCo và bơm chân không Leybold luôn được ưu tiên.
Các loại bơm chân không thường gặp
1. Theo áp suất chân không:
- Bơm chân không thấp (p>100Pa)
- Bơm chân không trung bình (100Pa>p>0.1Pa)
- Bơm chân không cao (0.1Pa>p>10−5Pa)
- Bơm chân không siêu cao (p<10−5Pa)
2. Theo chất lỏng công tác:
- Bơm hút chân không vòng nước
- Bơm hút chân không vòng dầu
- Bơm hút chân không khô
3. Theo cấu trúc của máy bơm:
- Bơm hút chân không kiểu cánh gạt
- Bơm hút chân không kiểu piston
- Bơm hút chân không kiểu rotor kép
Xem ngay: các loại máy bơm hút chân không
Lịch sử hình thành và phát triển của sản phẩm bơm chân không
Chiếc bơm chân không đầu tiên được phát minh vào năm 1654, do nhà khoa học Otto von Guericke chế tạo để dùng nó để tạo vùng áp suất thấp phục vụ thí nghiệm Quả cầu Magdeburg.
Cùng thời kỳ ở nước Anh, Robert Boyle (với sự hỗ trợ cơ khí của Robert Hooke) phát triển và sử dụng bơm khí kiểu Boyle như một buồng tạo chân không cho hàng loạt thí nghiệm về không khí, tạo đà cho khoa học thực nghiệm và chuẩn hóa cách tiếp cận “tạo chân không để đo và kiểm chứng”.
Sang thế kỷ 19, nhu cầu chân không sâu hơn (đặc biệt cho nghiên cứu và các thiết bị điện) thúc đẩy các giải pháp bơm đạt áp suất thấp hơn nhiều so với bơm khí cơ học ban đầu. Một cột mốc quan trọng là bơm Sprengel do Hermann Sprengel giới thiệu năm 1865, sử dụng dòng giọt thủy ngân rơi để cuốn và kéo khí ra khỏi hệ thống, được ghi nhận là đạt mức chân không kỷ lục khoảng 10 Pa (0,1 Torr).
Đầu thế kỷ 20, công nghệ chân không bước vào giai đoạn “hiện đại hóa” khi nhà khoa học Wolfgang Gaede đặt nền móng cho nhóm bơm chân không cao. Với các phát minh quan trọng như bơm thủy ngân quay (khoảng năm 1905), bơm phân tử và bơm khuếch tán thủy ngân. Những nguyên lý này mở đường cho các hệ bơm nhiều cấp dùng rộng rãi trong phủ bề mặt, phân tích vật liệu và công nghiệp điện tử.
Sau đó, các biến thể bơm được tiếp tục phát triển. Điển hình như Fernand Holweck đã thiết kế bơm phân tử kiểu Holweck vào năm 1920, thuộc nhóm bơm phân tử nhằm mở rộng dải làm việc ở vùng chân không cao.
Từ cuối thế kỷ 20 đến nay, bơm chân không phát triển mạnh, các hãng tăng cường nghiên cứu và phát triển ra các công nghệ độc quyền riêng biệt cho các hệ bơm.
Chức năng của bơm chân không
Tạo ra môi trường chân không
Bơm chân không có nhiệm vụ loại bỏ không khí và các loại khí hơi ra khỏi buồng hoặc hệ thống kín, làm giảm áp suất tuyệt đối xuống thấp hơn áp suất khí quyển để tạo mức chân không theo yêu cầu công nghệ. Mức chân không đạt được phụ thuộc vào đặc tính bơm (áp suất cuối), độ kín của hệ thống, tải khí và điều kiện vận hành.
Rút ngắn thời gian hút chân không
Lưu lượng hút phù hợp và lưu lượng hút hiệu dụng tốt tại vị trí sử dụng bơm chân không, bơm giúp hệ thống đạt áp suất mục tiêu nhanh hơn, rút ngắn thời gian tạo chân không cho mỗi chu kỳ vận hành.
Duy trì và ổn định áp suất
Sau khi đạt mức chân không yêu cầu, bơm tiếp tục hoạt động để bù lượng khí xâm nhập do rò rỉ, bay hơi, hơi ẩm và khí giải phóng từ sản phẩm, nhờ đó giữ áp suất ổn định trong suốt quá trình. Điều kiện quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm, độ lặp của quy trình và an toàn vận hành.
Ứng dụng trong hoạt động sản xuất công nghiệp
Chức năng của bơm chân không được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền công nghiệp hiện đại như đóng gói hút chân không, tạo hình nhựa, khử khí nhựa, sấy, chưng cất, hút khuôn, mạ, nâng hạ bằng giác hút…
Lựa chọn đúng loại bơm (vòng dầu, khô, vòng nước, Roots…) và cấu hình phụ trợ (lọc, bẫy ẩm/bẫy lạnh, van một chiều) quyết định hiệu quả và độ bền của hệ thống.
Cấu tạo bơm hút chân không cơ bản
Nghiên cứu cấu tạo nguyên lý làm việc của bơm chân không cơ bản.
Cổng hút (Inlet): Là bộ phận đầu nối, qua cổng hút, khí và hơi trong hệ thống được đưa vào buồng bơm. Cổng hút thường dùng kết nối mặt bích tiêu chuẩn (KF/ISO/JIS…) và có thể lắp thêm lọc đầu hút hoặc bẫy ẩm tùy yêu cầu công nghệ.
Cổng xả (Outlet/Exhaust): Là cửa thải khí sau khi đã được bơm chân không xử lý (nén và đẩy ra). Tùy loại bơm và môi trường làm việc, cổng xả có thể đi kèm van một chiều chống hồi hoặc bộ tách lọc (chẳng hạn lọc tách dầu đối với bơm vòng dầu) để hạn chế hồi lưu và kiểm soát khí thải.
Trục bơm (Shaft): Trục truyền mô-men từ động cơ đến cụm phần tử làm việc của bơm. Trục yêu cầu độ đồng tâm và độ cứng vững cao để giảm rung, giảm mòn, đảm bảo khe hở làm việc ổn định và tăng tuổi thọ ổ đỡ, phớt.
Thân bơm (Housing): Là kết cấu chính bao bọc buồng bơm, định vị các chi tiết làm việc và chịu tải cơ – nhiệt trong quá trình vận hành. Thân bơm đồng thời tạo hình các khoang dẫn khí, ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy và hiệu suất hút.
Gioăng mặt bích (Flange gasket): Gioăng có nhiệm vụ làm kín tại các vị trí lắp ghép mặt bích (cổng hút, cổng xả, nắp bơm…). Nhiệm vụ là đảm bảo độ kín chân không, hạn chế rò rỉ khí xâm nhập từ bên ngoài và giữ ổn định áp suất tuyệt đối trong hệ thống.
Bộ phớt và giá đỡ cơ khí (Seal & bearing bracket): Cụm phớt trục có chức năng ngăn rò rỉ khí qua vị trí trục quay, đồng thời ngăn môi chất bôi trơn lọt ra ngoài. Giá đỡ cơ khí giúp định vị trục, chịu tải hướng kính – hướng trục và đảm bảo độ ổn định khi bơm chạy tốc độ cao.
Cánh bơm: Là chi tiết trực tiếp tạo quá trình hút, nén, xả. Tùy chủng loại bơm, “cánh bơm” có thể là cánh gạt (rotary vane), cánh rotor (liquid ring), hoặc phần tử tương đương trong bơm trục vít/Roots…
Các chi tiết khác: Ngoài các chi tiết cấu tạo bơm hút chân không bên trên, thì còn có nhiều các chi tiết khác như: hệ làm mát, bộ bôi trơn, lọc đầu hút, lọc tách dầu ở đường xả, cảm biến nhiệt, cảm biến áp suất… Những bộ phận này không trực tiếp tạo chân không nhưng quyết định độ ổn định, độ sạch và tuổi thọ của toàn hệ thống.
Nguyên lý hoạt động của bơm chân không
Xét về bản chất, nguyên lý hoạt động của bơm hút chân không bằng cách làm giảm áp suất tuyệt đối trong một thể tích kín (buồng, bình, đường ống…) thông qua việc lấy khí và hơi ra khỏi thể tích đó và thải ra môi trường (hoặc về cấp bơm sau). Khi bơm chạy, tại cửa hút hình thành áp suất thấp hơn so với áp suất trong buồng cần hút, tạo chênh lệch áp suất khiến khí, hơi tự dịch chuyển từ buồng vào bơm. Quá trình này diễn ra liên tục, nên áp suất trong buồng giảm dần đến mức yêu cầu.
Nhìn chung, mọi bơm chân không đều thực hiện một chu trình chức năng tương đương: hút (nạp khí) → cô lập thể tích khí → chuyển năng lượng để đẩy khí đi → xả (thải khí).
Trên thực tế, tốc độ giảm áp và mức chân không đạt được không chỉ do bản thân bơm, mà còn do lưu lượng hút hiệu dụng tại buồng (bị suy giảm bởi đường ống/van/lọc), cùng với sự rò rỉ, thoát khí từ vật liệu và tải hơi (hơi nước/dung môi).
Vì vậy, áp suất trong hệ thường giảm nhanh ở giai đoạn đầu, rồi chậm dần và tiến tới một giới hạn ổn định khi lượng khí bơm hút ra cân bằng với lượng khí, hơi xâm nhập phát sinh trong hệ.
Đối tượng nào nên sử dụng máy bơm hút chân không?
Vì máy bơm hút chân không là thiết bị tạo và duy trì áp suất tuyệt đối thấp hơn khí quyển trong buồng, bình hoặc hệ thống công nghệ. Chính vì thế mà hầu như mọi nhà máy công nghiệp hiện nay đều cần sử dụng. Dưới đây là các nhóm đối tượng điển hình nên sử dụng:
- Các nhà máy sản xuất công nghiệp hiện đại
- Doanh nghiệp cần hệ chân không kỹ thuật cho thiết bị và dây chuyền
- Phòng thí nghiệm sản phẩm và viện nghiên cứu khoa học
- Cơ sở y tế và bệnh viện
- Đơn vị bảo trì kỹ thuật cơ điện lạnh (HVAC/R)
- Hộ kinh doanh cần đóng gói, bảo quản sản phẩm
Các câu hỏi thường gặp về khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức năng của bơm chân không
Cấu tạo cơ bản của một chiếc bơm chân không gồm những gì?
Nhìn chung gồm cổng hút, cổng xả, thân buồng bơm, trục rotor, cánh/vít/rotor…, phớt gioăng làm kín, ổ đỡ, giá đỡ,…
Bơm chân không có hút được hơi nước và hơi dung môi không?
Có, nhưng cần đánh giá tải hơi. Nếu hơi nhiều, nên có giải pháp như bẫy ẩm, bẫy lạnh, gas ballast (với bơm vòng dầu), hoặc chọn loại bơm phù hợp tải (ví dụ vòng nước chịu ẩm tốt hơn).
Bơm chân không có thể dùng cho những ngành nào?
Rất rộng như đóng gói, nhựa, cao su, composite, sấy, chưng cất, mạ, CNC, giác hút robot, y tế, phòng lab, hút chân không HVAC…
Bơm hút chân không có phải là “bơm nước hút chân không” không?
Không, hai loại này khác nhau.
Mọi bơm chân không đều có nguyên lý hoạt động giống nhau?
Không hoàn toàn giống nhau, nhưng giống nhau ở mục tiêu và logic tổng quát.
Hãng bơm chân không xuất xứ Châu Âu?
Một số thương hiệu bơm chân không Châu Âu thường gặp trên thị trường: Busch, Leybold, Pfeiffer, Becker (Đức); Edwards (Anh); DVP (Ý); Atlas Copco (Thụy Điển).
Công ty bán bơm hút chân không uy tín tại Việt Nam?
Hãy đến với Hyesungtech, đại lý ủy quyền của Atlas Copco và Leybold tại Việt Nam. Có kỹ thuật khảo sát, tư vấn chọn bơm theo mbar & m³/h, có dịch vụ bảo trì, sửa chữa, xuất hóa đơn VAT, có case dự án khách hàng tham chiếu.
