Bơm vòng nước từ lâu đã là thiết bị phụ trợ quen thuộc trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt ở các hệ thống làm việc với khí ẩm, hơi nước và môi trường khắc nghiệt. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ bơm hút chân không vòng nước là gì, cũng như cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loại máy này. Trong bài viết dưới đây, bơm chân không Hyesungtech sẽ giúp quý vị tìm hiểu chi tiết về khái niệm, đồng thời phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc và phân loại sản phẩm này một cách rõ ràng và dễ hiểu.
Bơm hút chân không vòng nước là gì?
- Tên gọi khác: Bơm vòng nước
- Tên tiếng anh: Water ring vacuum pump
Bơm hút chân không vòng nước là thiết bị tạo chân không thuộc nhóm bơm dịch chuyển dương kiểu vòng chất lỏng, trong đó nước được sử dụng làm môi chất công tác chính để tạo độ kín, truyền năng lượng và tản nhiệt trong quá trình hút và nén khí. Về mặt kỹ thuật, bơm gồm một rotor được lắp lệch tâm so với thân bơm hình trụ. Khi rotor quay, nước trong buồng bơm dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ bị ép ra phía ngoài, tạo thành một vòng nước đồng tâm với vỏ bơm. Do rotor quay lệch tâm, khoảng cách giữa cánh bơm và vòng nước thay đổi theo góc quay, từ đó hình thành các buồng làm việc kín có thể tích tăng – giảm tuần hoàn.
Khác với bơm vòng dầu, nước đóng vai trò piston linh hoạt, lấp kín hoàn toàn các khe hở giữa cánh bơm và thân bơm, giúp giảm rò rỉ nội và hạn chế ma sát kim loại. Đồng thời, nước hấp thụ nhiệt sinh ra trong quá trình nén khí, nhờ đó nhiệt độ làm việc của bơm thấp và ổn định.
Xem thêm: Bơm chân không vòng dầu là gì? Cấu tạo, phân loại bơm vòng dầu
Loại bơm vòng nước chủ yếu được sử dụng trong vùng chân không thô đến trung bình. Trong điều kiện vận hành tiêu chuẩn, bơm vòng nước 1 cấp thường đạt áp suất cuối trong khoảng 33 – 100 mbar, trong khi bơm vòng nước 2 cấp có thể đạt khoảng 30 mbar hoặc thấp hơn.
Giá trị áp suất cuối này không cố định mà phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ nước làm kín, lưu lượng nước cấp, cũng như mức độ rò rỉ và tải khí của hệ thống. Nước làm kín càng mát và được cấp ổn định, khả năng đạt chân không sâu của bơm càng cao. Ngược lại, khi nhiệt độ nước tăng hoặc lưu lượng không đủ, áp suất cuối sẽ tăng lên và hiệu suất hút giảm rõ rệt.
Hiện nay thì dòng bơm này dùng trong một số ứng dụng như: giết mổ gia cầm, sấy khô bột sữa, hút nước trên máy xeo giấy, lọc chân không, sấy chân không nhiệt độ không quá cao, hút khí trong khuôn, hút định hình nhựa, khai thác mỏ…
Xem thêm: Phân biệt các loại bơm chân không
Cấu tạo bơm chân không vòng nước
Cấu tạo máy bơm hút chân không vòng nước tương đối đơn giản nhưng cần được thiết kế chính xác để đảm bảo độ kín, độ bền cơ học và khả năng làm việc ổn định với môi trường ẩm ướt. Về cơ bản, bơm gồm các bộ phận chính sau:
Thân bơm: Chính là phần vỏ, thường có dạng hình trụ, được chế tạo từ gang, thép hoặc inox. Nhiệm vụ của phần thân là tạo thành buồng làm việc cho cánh bơm và vòng nước, đồng thời chịu áp lực cơ học và ăn mòn trong quá trình vận hành. Bề mặt trong của thân bơm được gia công chính xác để đảm bảo hình thành vòng chất lỏng đều và ổn định.
Cánh bơm: Cánh bơm được lắp trên trục và quay lệch tâm so với thân bơm. Rotor có nhiều cánh phân bố đều, nhiệm vụ là tạo và chia các khoang làm việc giữa cánh bơm và vòng nước. Vật liệu cánh bơm phải có độ bền cao và khả năng chống mài mòn tốt do tiếp xúc liên tục với nước.
Trục bơm: Phần trục được gia công chính xác, cân bằng động tốt để giảm rung và đảm bảo bơm vận hành êm. Hai đầu trục thường được đỡ bằng ổ bi và được làm kín bằng phớt. Trục bơm truyền chuyển động từ động cơ đến cánh bơm.
Phớt trục: Chính là hệ thống làm kín trục, có nhiệm vụ ngăn nước và khí rò rỉ ra ngoài tại vị trí trục quay. Tùy thiết kế, bơm có thể sử dụng phớt cơ khí đơn, phớt cơ khí đôi hoặc phớt chèn, đặc biệt quan trọng với các ứng dụng yêu cầu độ kín cao hoặc làm việc liên tục.
Cổng hút và cổng xả: Cổng hút là nơi khí được đưa vào buồng bơm khi thể tích khoang tăng, còn cổng xả là nơi khí đã nén được thải ra ngoài. Hai cổng này được bố trí ở các vị trí cố định trên thân bơm, tương ứng với các giai đoạn hút và xả trong chu trình làm việc.
Hệ thống cấp nước làm kín: Bao gồm cổng cấp nước, đường dẫn và van điều chỉnh lưu lượng (nếu có). Nước làm kín có vai trò tạo vòng nước, làm kín buồng bơm và tản nhiệt. Lưu lượng và nhiệt độ nước cấp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và áp suất cuối của bơm.
Bộ tách khí – nước: Trong các hệ thống hoàn chỉnh, khí và nước sau khi xả ra khỏi bơm sẽ đi qua bình tách khí và nước. Bộ phận này giúp tách nước để tuần hoàn lại hoặc xả bỏ, đồng thời đưa khí ra môi trường hoặc sang công đoạn xử lý tiếp theo.
Do được thiết kế cấu tạo dựa trên vòng nước thay cho các chi tiết làm kín cơ khí phức tạp, máy bơm có khả năng làm việc bền bỉ trong điều kiện khắc nghiệt, đặc biệt phù hợp với các ứng dụng có hơi ẩm và khí ngưng tụ cao.
Nguyên lý hoạt động bơm chân không vòng nước
Các chu trình hoạt động của bơm chân không vòng nước (nhìn theo hình minh họa bên dưới).
Chu trình 1: Hút vào
Chu trình hút diễn ra tại vị trí cửa hút PROCESS INLET của các bơm. Khi rotor quay tới vùng đỉnh lệch tâm, khoảng cách giữa cánh bơm và vòng nước đạt giá trị lớn nhất, làm cho các khoang giữa các cánh bơm mở rộng thể tích. Sự gia tăng thể tích này kéo theo áp suất trong khoang giảm nhanh xuống thấp hơn áp suất của hệ thống cần hút, tạo ra chênh lệch áp suất đủ lớn để khí quá trình bị hút vào buồng bơm qua cửa hút.
Giai đoạn này quyết định khả năng tạo chân không và lưu lượng hút của bơm, đồng thời khởi đầu cho toàn bộ chu trình hút, nén, xả liên tục.
Chu trình 2: Cô lập & bắt đầu nén
Quá trình thứ hai này diễn ra tại vùng COMPRESSION INLET. Sau khi khí đã được hút vào, rotor tiếp tục quay khiến khoang khí này rời khỏi khu vực cửa hút và nhanh chóng bị cô lập khỏi đường hút, tránh hiện tượng hồi lưu. Đồng thời, do rotor quay lệch tâm so với vòng nước, hình học buồng bơm làm cho thể tích khoang bắt đầu thu hẹp dần, đánh dấu giai đoạn khởi phát của quá trình nén.
Trong giai đoạn này, vòng nước đóng vai trò bề mặt làm kín, lấp kín khe hở giữa cánh bơm và thân bơm, giúp hạn chế rò rỉ nội và ngăn khí bị nén rò ngược về phía hút, duy trì hiệu suất hút và độ ổn định chân không của toàn hệ thống.
Chu trình 3: Nén
Khi rotor tiếp tục quay, khoang làm việc di chuyển đến khu vực mà khoảng cách giữa rotor và vòng nước đạt nhỏ nhất, khiến thể tích khoang thu hẹp đáng kể. Sự giảm thể tích này làm áp suất khí tăng nhanh, khí trong khoang được nén dần cho đến khi đạt mức áp suất đủ để chuyển sang giai đoạn xả. Trong suốt quá trình nén, vòng nước vừa làm kín vừa đóng vai trò môi chất tản nhiệt, hấp thụ phần lớn nhiệt sinh ra do nén khí.
Chu trình 4: Xả
Chu trình xả được diễn ra tại vùng PROCESS DISCHARGE. Khi rotor đưa khoang nén tới vị trí cửa xả, thể tích khoang đã giảm đủ lớn làm áp suất khí bên trong vượt cao hơn áp suất tại cửa xả, tạo điều kiện để khí được đẩy ra ngoài qua cửa xả.
Do bơm sử dụng vòng nước làm môi chất làm kín, dòng khí xả thường kéo theo một phần nước làm kín dưới dạng tia hoặc sương. Hỗn hợp khí, nước này sau đó được dẫn về bình tách khí nước để tách riêng. Phần nước được thu hồi để tuần hoàn trở lại hoặc xả bỏ, còn phần khí được chuyển sang công đoạn xử lý tiếp theo.
Trong nguyên lý hoạt động bơm hút chân không vòng nước thì Fluid ring là vòng nước được hình thành nhờ lực ly tâm khi rotor quay trong thân bơm. Vòng chất lỏng này chuyển động đồng tâm với thân bơm, từ đó tạo ra một thành chất lỏng ổn định bao quanh rotor.
Phân loại bơm chân không vòng nước
Phân loại theo số cấp nén bơm vòng nước
Bơm chân không vòng nước 1 cấp
Một loại bơm có một buồng nén trong mỗi vòng quay của rotor. Bơm 1 cấp có cấu tạo đơn giản, lưu lượng hút lớn và vận hành ổn định. Áp suất cuối thường nằm trong khoảng 33 đến 100 mbar, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu chân không thô như hút nước, đóng gói thực phẩm ướt, đóng gói sản phẩm tươi, hút định hình, dây chuyền xeo giấy hoặc các hệ thống cần lưu lượng lớn nhưng không đòi hỏi chân không sâu.
Ví dụ như sản phẩm: Bơm vòng nước AWS SERIES Atlas Copco
Bơm chân không vòng nước 2 cấp
Bơm vóng nước 2 cấp gồm hai cấp nén liên tiếp trong cùng một thân bơm hoặc hai buồng nén nối tiếp. Khí sau khi được nén ở cấp thứ nhất sẽ tiếp tục được nén ở cấp thứ hai, giúp bơm đạt chân không sâu hơn. Áp suất cuối có thể đạt khoảng 30 mbar hoặc thấp hơn. Loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng cần chân không ổn định hơn như sấy chân không, cô đặc, chưng cất và hóa chất.
Ví dụ như: AWD Series Atlas CopCo
Phân loại theo kiểu cấp và hệ thống tuần hoàn nước làm kín
Bơm vòng nước hệ thống một chiều
Trong kiểu bơm một chiều, nước làm kín được cấp liên tục vào bơm và sau khi đi qua buồng bơm sẽ xả ra ngoài ngay lập tức, không có sự lặp lại cho chất làm kít. Ưu điểm của loại này là thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt và vận hành, ít thiết bị phụ trợ nên phù hợp với các hệ thống nhỏ hoặc nơi có nguồn nước cấp dồi dào.
Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất nằm ở chi phí nước và chi phí xử lý nước thải do lưu lượng xả liên tục. Nếu nước làm kín bị nhiễm bẩn bởi cặn, dầu, hóa chất hoặc tạp chất từ khí hút, dòng nước thải thường phải được làm sạch trước khi thải bỏ.
Bơm vòng nước hệ thống tuần hoàn
Còn với bơm vòng nước hệ thống tuần hoàn, chất lỏng làm kín được chứa trong một mạch khép kín và được tuần hoàn liên tục thay vì xả bỏ sau mỗi chu kỳ. Sau khi ra khỏi bơm, nước làm kín được đưa qua bình tách khí – nước để tách pha khí và thu hồi nước. Sau đó được làm mát bằng tháp giải nhiệt hoặc bộ trao đổi nhiệt nhằm duy trì nhiệt độ làm kín ổn định, rồi quay trở lại cấp vào bơm. Nhờ cơ chế thu hồi và làm mát này, hệ thống tiết kiệm đáng kể lượng nước tiêu thụ, giảm phát sinh nước thải và giữ hiệu suất bơm ổn định hơn trong vận hành dài hạn.
Cấu hình tái chế hoàn toàn đặc biệt phù hợp cho các dây chuyền chạy liên tục 24/7, hệ chân không trung tâm và các ứng dụng công suất lớn trong nhà máy công nghiệp.
Hy vọng qua bài viết này, quý anh chị đã hiểu rõ khái niệm bơm chân không vòng nước, cũng như cấu tạo và nguyên lý hoạt động cơ bản của nó trong các hệ thống công nghiệp. Việc nắm vững những kiến thức này sẽ giúp quý vị lựa chọn, vận hành và bảo trì bơm hiệu quả hơn. Để tham khảo thêm nhiều bài viết chuyên sâu về thiết bị chân không và giải pháp bơm công nghiệp, hãy theo dõi chúng tôi thường xuyên!
