Xâm thực máy bơm ly tâm: nguyên nhân, dấu hiệu và cách tránh

Xâm thực máy bơm (cavitation) là hiện tượng chất lỏng bị hóa hơi ngay tại cửa hút và mắt cánh bơm do áp suất tụt xuống dưới áp suất hơi bão hòa, tạo ra các bọt hơi rồi vỡ đột ngột khi đi vào vùng áp cao. Dấu hiệu dễ nhận biết là bơm kêu lạo xạo như có sỏi bên trong, rung mạnh, lưu lượng và cột áp giảm. Cách tránh xâm thực là luôn bảo đảm NPSH sẵn có của hệ thống (NPSHa) lớn hơn NPSH yêu cầu của bơm (NPSHr) ít nhất 0,5 – 1 m.

Trong bài này em giải thích cho anh rõ xâm thực ở bơm ly tâm xảy ra thế nào, cách tính NPSH bằng ví dụ cụ thể, các lỗi lắp đặt hay gặp và cách khắc phục trên các dòng bơm trục ngang Veratti CS mà MT Minh Anh đang cung cấp.

Xâm thực máy bơm là gì?

Khi bơm ly tâm chạy, cánh bơm quay tạo vùng áp suất thấp ở mắt cánh (tâm cánh) để hút nước vào. Nếu áp suất tại đây giảm xuống thấp hơn áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ở nhiệt độ đang bơm, nước sẽ “sôi” ngay cả khi không nóng – hình thành vô số bọt hơi nhỏ. Các bọt này theo dòng chảy đi ra phía mép cánh, nơi áp suất tăng cao, và bị nén vỡ (sụp) trong tích tắc.

Mỗi lần bọt hơi vỡ tạo ra một tia nước siêu nhỏ với áp lực cục bộ rất lớn đập vào bề mặt kim loại. Va đập lặp lại liên tục làm bề mặt cánh bị rỗ như tổ ong. Đó là lý do hiện tượng xâm thực còn được gọi là “rỗ cánh bơm” hay “ăn mòn xâm thực”.

Dấu hiệu nhận biết bơm ly tâm bị xâm thực

• Tiếng ồn bất thường: tiếng lạo xạo, lốp bốp như bơm sỏi hoặc cát, nghe rõ nhất ở thân bơm gần cửa hút.
• Rung động tăng: bơm và đường ống rung mạnh hơn bình thường.
• Lưu lượng, cột áp giảm: đồng hồ áp suất đầu đẩy dao động, kim nhảy liên tục; nước ra không đều.
• Hư hỏng khi tháo bơm: cánh bơm bị rỗ ở mặt sau đầu vào cánh, phớt cơ khí mòn nhanh, ổ bi hỏng sớm do rung.

Nếu anh thấy phớt và ổ bi của một bơm trục ngang phải thay liên tục dù đã bảo dưỡng đúng lịch, rất nên kiểm tra lại điều kiện phía hút. Lịch kiểm tra chi tiết anh xem thêm ở bài bảo dưỡng máy bơm trục ngang.

NPSH là gì? Điều kiện để bơm không bị xâm thực

NPSH (Net Positive Suction Head) là cột áp hút dương thực, đo bằng mét cột nước. Có hai giá trị cần so sánh:

• NPSHr (yêu cầu): do nhà sản xuất bơm đưa ra, thể hiện trên đường đặc tính của từng model. NPSHr tăng khi lưu lượng tăng – bơm chạy càng lệch về phía lưu lượng lớn càng dễ xâm thực.
• NPSHa (sẵn có): do hệ thống đường ống, bể hút và loại chất lỏng quyết định – đây là phần người thiết kế, lắp đặt kiểm soát được.

Điều kiện an toàn: NPSHa ≥ NPSHr + (0,5 – 1 m). Với bơm chạy liên tục, nước nóng hoặc hệ thống quan trọng nên để dư nhiều hơn.

Công thức tính NPSHa

NPSHa = Ha – Hv ± Hz – Hf

• Ha: áp suất khí quyển trên mặt thoáng bể hút, khoảng 10,3 m cột nước ở ngang mực nước biển (giảm khoảng 1,1 – 1,2 m cho mỗi 1.000 m độ cao).
• Hv: áp suất hơi bão hòa của nước theo nhiệt độ – khoảng 0,24 m ở 20 °C, 0,43 m ở 30 °C, 2,0 m ở 60 °C, 4,8 m ở 80 °C và 10,3 m ở 100 °C.
• Hz: chênh cao từ mặt nước bể hút đến tâm bơm. Mang dấu cộng khi mặt nước cao hơn bơm (bơm đặt dưới bể – hút ngập), dấu trừ khi bơm phải hút sâu lên.
• Hf: tổn thất ma sát trên đường ống hút (ống, co, van, lưới lọc, rọ hút).

Ví dụ tính xâm thực máy bơm thực tế

Ví dụ 1 – Bơm nước sạch hút sâu từ bể ngầm: nước 30 °C, bơm đặt cao hơn mặt nước 4 m, tổn thất ống hút ước tính 1,5 m. NPSHa = 10,3 – 0,43 – 4 – 1,5 ≈ 4,4 m. Nếu đường đặc tính cho thấy NPSHr của bơm tại điểm làm việc là 3 m thì vẫn còn dư 1,4 m – đạt. Nhưng nếu vì ống hút nhỏ, nhiều co làm tổn thất tăng lên 3 m thì NPSHa chỉ còn 2,9 m – bơm sẽ bắt đầu xâm thực.

Ví dụ 2 – Bơm nước nóng 80 °C (hồi lò hơi, tuần hoàn nước nóng): giữ nguyên điều kiện hút sâu 4 m, tổn thất 1,5 m: NPSHa = 10,3 – 4,8 – 4 – 1,5 = 0 m. Gần như chắc chắn xâm thực. Giải pháp là đặt bơm thấp hơn bể, ví dụ mặt nước cao hơn tâm bơm 3 m và giảm tổn thất còn 1 m: NPSHa = 10,3 – 4,8 + 3 – 1 = 7,5 m – an toàn. Dòng Veratti CS chịu được nước tới 120 °C theo thông số trên web, nhưng với nước nóng bắt buộc phải bố trí hút ngập như ví dụ này.

Nguyên nhân gây xâm thực ở bơm ly tâm và cách khắc phục

Nguyên nhân	Vì sao gây xâm thực	Cách khắc phục
Hút quá sâu (bơm đặt cao hơn mặt nước nhiều)	Hz âm lớn, NPSHa giảm mạnh	Hạ cao độ bơm, ưu tiên hút ngập; với bơm ly tâm trục ngang nên giữ độ hút sâu càng nhỏ càng tốt
Ống hút nhỏ, dài, nhiều co, van	Tổn thất Hf lớn	Ống hút lớn hơn hoặc bằng cổng hút bơm, ngắn và thẳng, hạn chế co 90°
Lưới lọc, rọ hút bị bẩn tắc	Tổn thất tăng dần theo thời gian	Vệ sinh định kỳ, lắp lưới có diện tích lọc đủ lớn
Van chặn phía hút đóng bớt để chỉnh lưu lượng	Tiết lưu ngay cửa hút làm tụt áp	Luôn mở hết van hút; chỉnh lưu lượng bằng van phía đẩy hoặc biến tần
Bơm chạy lệch về phía lưu lượng lớn (cột áp hệ thống thấp hơn tính toán)	NPSHr tăng theo lưu lượng	Đưa điểm làm việc về vùng hiệu suất cao: tiết lưu phía đẩy, dùng biến tần hoặc chọn model phù hợp hơn
Chất lỏng nóng	Hv tăng, nước dễ hóa hơi	Bố trí hút ngập, tăng chiều cao cột nước trên bơm
Côn thu đầu hút lắp sai (đồng tâm, nằm ngang)	Tạo túi khí ở đỉnh ống	Dùng côn thu lệch tâm, mặt phẳng nằm phía trên

Lắp đặt đường ống hút đúng để tránh xâm thực

Đường kính và độ dốc ống hút

Ống hút nên lớn hơn hoặc bằng cổng hút của bơm, vận tốc nước trong ống hút thường giữ khoảng 1 – 1,5 m/s. Đoạn ống hút nằm ngang phải dốc lên dần về phía bơm (khi hút sâu) để không đọng túi khí. Ngay trước mặt bích hút nên có một đoạn ống thẳng tối thiểu 5 – 10 lần đường kính ống, không lắp co sát cửa hút vì dòng chảy lệch sẽ làm một phía cánh bị xâm thực trước.

Vận hành

Không khởi động bơm khi chưa mồi đầy nước, không chạy với van đẩy mở toang khi đường ống phía sau còn rỗng (bơm sẽ chạy ở lưu lượng rất lớn, NPSHr tăng vọt). Nên lắp đồng hồ chân không ở cửa hút – kim dao động mạnh là cảnh báo sớm của xâm thực.

Bảng model bơm trục ngang Veratti CS tham khảo

Các model dưới đây lấy theo thông số trên trang sản phẩm. Để kiểm tra nguy cơ xâm thực máy bơm, anh đối chiếu điểm làm việc (lưu lượng – cột áp) với đường đặc tính trong catalog của từng model, xem NPSHr tại lưu lượng đó rồi so với NPSHa tính được ở trên.

Model	Công suất	Lưu lượng	Cột áp tối đa	Cổng hút/xả
Veratti CS32-160/2.2	2,2 kW	6 – 24 m³/h	31 m	DN50/DN32
Veratti CS40-200/5.5	5,5 kW	18 – 42 m³/h	46 m	DN65/DN40
Veratti CS50-160/7.5	7,5 kW	36 – 90 m³/h	40 m	DN65/DN50
Veratti CS65-125/5.5	5,5 kW	48 – 108 m³/h	23 m	DN80/DN65
Veratti CS65-160/15	15 kW	54 – 138 m³/h	42 m	DN80/DN65
Veratti CS65-200/22	22 kW	54 – 138 m³/h	59,5 m	DN80/DN65

Tất cả các model trên đều là bơm ly tâm trục ngang tiêu chuẩn EN733, 3 pha, 2900 v/p, động cơ YE3 IP55. Anh để ý cổng hút luôn lớn hơn cổng xả một cỡ (ví dụ DN80/DN65) – chính là để giảm vận tốc và tổn thất phía hút; khi lắp đặt đừng thu nhỏ ống hút về bằng cổng xả.

Ngoài Veratti, anh có thể tham khảo thêm dòng bơm trục ngang Beluno Singapo.

Chọn model hợp lý cũng giúp tránh xâm thực

Một lỗi hay gặp là chọn bơm cột áp dư quá nhiều so với thực tế. Ví dụ hệ thống chỉ cần khoảng 18 m nhưng lại dùng bơm có cột áp tối đa 40 m: khi chạy, bơm sẽ trượt về phía lưu lượng lớn ở cuối đường đặc tính, NPSHr tăng cao và dễ xâm thực, đồng thời động cơ dễ quá tải. Khi đó nên chọn model sát nhu cầu hơn hoặc lắp biến tần. Cách chọn bơm theo lưu lượng – cột áp anh xem thêm tại bài bơm trục ngang là gì.

Câu hỏi thường gặp về xâm thực máy bơm

Máy bơm bị xâm thực có sao không, chạy tiếp được không?

Bơm vẫn chạy nhưng không nên để kéo dài. Xâm thực làm rỗ cánh, giảm hiệu suất, rung làm hỏng phớt và ổ bi. Xâm thực nặng trong thời gian dài có thể làm thủng cánh hoặc nứt thân bơm. Anh nên tìm và xử lý nguyên nhân sớm.

Làm sao biết bơm bị xâm thực hay bị lọt khí?

Đóng bớt van phía đẩy để giảm lưu lượng: nếu tiếng lạo xạo giảm rõ thì nhiều khả năng là xâm thực (vì NPSHr giảm theo lưu lượng). Nếu tiếng ồn không đổi, đồng hồ hút vẫn dao động và có bọt khí ở đầu xả, anh nên kiểm tra các mối nối, gioăng trên đường ống hút.

Bơm ly tâm hút sâu tối đa được bao nhiêu mét?

Về lý thuyết giới hạn là khoảng 10,3 m cột nước, nhưng thực tế phải trừ áp suất hơi, tổn thất ống hút và NPSHr của bơm nên độ hút sâu thực tế thường chỉ còn vài mét. Anh nên tính NPSHa như ví dụ ở trên thay vì dựa vào một con số chung.

Cánh bơm bị rỗ do xâm thực có sửa được không?

Rỗ nhẹ có thể hàn đắp, đánh bóng; rỗ nặng nên thay cánh mới. Quan trọng nhất là khắc phục điều kiện hút, nếu không cánh mới cũng sẽ rỗ lại.

Liên hệ tư vấn chống xâm thực cho hệ thống bơm

Xâm thực máy bơm hoàn toàn có thể phòng tránh nếu tính đúng NPSH, lắp ống hút đúng kỹ thuật và chọn model sát với điểm làm việc. Nếu anh đang gặp bơm kêu lạo xạo, rung, nhanh hỏng phớt hoặc cần chọn bơm cho hệ thống hút sâu, nước nóng, anh gửi em sơ đồ lắp đặt (cao độ bể, ống hút, nhiệt độ nước, lưu lượng – cột áp) để em kiểm tra giúp.

Công ty TNHH Thương Mại MT Minh Anh – Hotline/Zalo: 0983.533.332 – Email: congtyminhanh0906@gmail.com. Em tư vấn miễn phí.