Xâm thực máy bơm (cavitation) là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất khiến bơm kêu lạo xạo như có sỏi bên trong, tụt áp, rung mạnh và chỉ sau vài tháng cánh bơm đã rỗ như tổ ong. Điều đáng nói là phần lớn trường hợp không do lỗi chất lượng bơm, mà do lắp đặt và vận hành chưa đúng. Bài viết này giải thích xâm thực là gì, cách tính NPSH để biết bơm có an toàn hay không, các dấu hiệu nhận biết và cách khắc phục tận gốc.
Xâm thực máy bơm là gì?
Nước sôi ở 100°C khi chịu áp suất khí quyển, nhưng nếu áp suất giảm xuống đủ thấp thì nước có thể “sôi” ngay ở nhiệt độ thường. Trong máy bơm ly tâm, vùng có áp suất thấp nhất là cửa vào của cánh bơm (mắt cánh). Khi áp suất tại đây tụt xuống dưới áp suất hơi bão hoà của chất lỏng, vô số bọt hơi nhỏ hình thành.
Các bọt hơi này bị dòng nước cuốn theo vào vùng áp suất cao hơn bên trong cánh bơm và vỡ sập (nổ ngược vào trong) rất nhanh. Mỗi lần vỡ tạo ra một tia nước cực nhỏ và sóng va đập với áp suất cục bộ rất lớn, liên tục đập vào bề mặt kim loại. Quá trình lặp lại hàng triệu lần khiến bề mặt cánh bị bóc từng mảng nhỏ, đó là hiện tượng xâm thực.
Tác hại của xâm thực
- Rỗ, mòn cánh bơm: mép vào và mặt lưng cánh bị rỗ tổ ong, lâu ngày thủng hoặc mẻ cánh.
- Giảm lưu lượng và cột áp: bọt hơi chiếm chỗ trong cánh, bơm “hụt hơi”, đường cong đặc tính tụt xuống.
- Rung và ồn: rung kéo dài làm hỏng phớt cơ khí, bạc đạn, lỏng mặt bích và đường ống.
- Tốn điện: bơm chạy mà hiệu suất thấp, phải chạy lâu hơn để đủ nước.
- Hỏng lan sang động cơ: với bơm liền trục, phớt hỏng làm nước rò vào ổ bi và cuộn dây.
NPSH là gì? Điều kiện để bơm không bị xâm thực
Để đánh giá nguy cơ xâm thực, kỹ thuật dùng chỉ số NPSH (Net Positive Suction Head, cột áp hút dương thực), đơn vị là mét cột chất lỏng. Có hai giá trị cần so sánh:
- NPSHr (required): cột áp tối thiểu mà bơm cần ở cửa hút. Giá trị này do nhà sản xuất công bố trên đường cong đặc tính máy bơm, và tăng lên khi lưu lượng tăng.
- NPSHa (available): cột áp mà hệ thống đường ống thực tế cung cấp cho bơm. Giá trị này phụ thuộc vào cách lắp đặt, do người thiết kế tính.
Điều kiện an toàn: NPSHa ≥ NPSHr + biên dự phòng. Trong thực tế nên giữ biên dư tối thiểu khoảng 0,5–1 m, với bơm chạy liên tục hoặc chất lỏng nóng nên dư nhiều hơn.
Công thức tính NPSHa với bể hở
NPSHa = Ha ± Hs − Hf − Hv
- Ha: áp suất khí quyển quy ra mét cột nước, khoảng 10,3 m ở vùng đồng bằng.
- Hs: chênh cao từ mặt nước đến tâm cửa hút. Lấy dấu cộng nếu mặt nước cao hơn bơm (bơm ngập), dấu trừ nếu bơm đặt cao hơn mặt nước (bơm hút).
- Hf: tổn thất trên đường ống hút, gồm ống, co, van, rọ bơm, lưới lọc.
- Hv: áp suất hơi bão hoà của chất lỏng ở nhiệt độ làm việc, quy ra mét cột nước.
Áp suất hơi của nước tăng rất nhanh theo nhiệt độ, đây là lý do bơm nước nóng dễ bị xâm thực hơn nhiều:
| Nhiệt độ nước | Áp suất hơi Hv (m cột nước, xấp xỉ) |
|---|---|
| 20°C | 0,24 |
| 30°C | 0,43 |
| 40°C | 0,76 |
| 50°C | 1,27 |
| 60°C | 2,07 |
| 70°C | 3,25 |
| 80°C | 4,97 |
| 90°C | 7,41 |
| 100°C | Gần bằng áp suất khí quyển |
Áp suất khí quyển cũng giảm theo độ cao: khoảng 9,2 m cột nước ở độ cao 1.000 m và khoảng 8,6 m ở 1.500 m (như Đà Lạt). Lắp bơm ở vùng cao nguyên vì thế phải tính kỹ hơn vùng đồng bằng.
Ví dụ tính nhanh
Ví dụ 1 – Nước 30°C, vùng đồng bằng: bơm trục ngang đặt cao hơn mặt nước bể 4 m, tổn thất ống hút ước tính 1,2 m. NPSHr của bơm tại điểm làm việc là 3,5 m.
NPSHa = 10,3 − 4 − 1,2 − 0,43 ≈ 4,7 m. So với NPSHr 3,5 m, còn dư khoảng 1,2 m, bơm chạy an toàn.
Ví dụ 2 – Cùng cách lắp, nhưng ở Đà Lạt (khoảng 1.500 m):
NPSHa = 8,6 − 4 − 1,2 − 0,43 ≈ 3,0 m, thấp hơn NPSHr 3,5 m. Bơm sẽ bị xâm thực dù cùng model, cùng đường ống. Cách xử lý: hạ bơm xuống thấp hơn hoặc giảm tổn thất ống hút.
Ví dụ 3 – Cùng cách lắp ở đồng bằng, nhưng bơm nước 80°C:
NPSHa = 10,3 − 4 − 1,2 − 4,97 ≈ 0,1 m, gần như chắc chắn xâm thực. Nếu chuyển bơm xuống thấp hơn mặt nước bể 2 m và rút ngắn ống hút để tổn thất còn 0,5 m: NPSHa = 10,3 + 2 − 0,5 − 4,97 ≈ 6,8 m, đạt yêu cầu. Đây là lý do bơm nước nóng đầu inox gần như luôn phải lắp ngập, không lắp kiểu hút.
Lưu ý: các số liệu trên dùng để minh hoạ cách tính. Khi thiết kế thực tế, anh chị cần lấy NPSHr theo đường cong của đúng model và tính tổn thất ống hút theo lưu lượng, đường kính, chiều dài thực.
Nguyên nhân thường gặp gây xâm thực
- Đặt bơm quá cao so với mặt nước: bơm trục ngang về lý thuyết hút tối đa khoảng 10 m, nhưng thực tế nên giữ chiều cao hút trong khoảng 5–7 m tuỳ model. Hút sâu hơn gần như chắc chắn xâm thực.
- Ống hút nhỏ, dài, nhiều co: ống hút nhỏ hơn cửa hút của bơm, nhiều co 90°, van một chiều và rọ bơm tổn thất lớn đều làm giảm NPSHa.
- Rọ bơm, lưới lọc bị bẩn, tắc: rác, rong rêu, cặn bám làm tổn thất đầu hút tăng dần theo thời gian. Bơm mới lắp chạy êm, vài tháng sau bắt đầu kêu là dấu hiệu điển hình.
- Đóng bớt van ở đầu hút để điều chỉnh lưu lượng: đây là lỗi vận hành rất hay gặp. Van đầu hút phải luôn mở hoàn toàn.
- Bơm chạy quá lưu lượng: bơm chọn dư cột áp, đường ống đẩy ngắn hoặc bị vỡ khiến bơm chạy lệch hẳn về bên phải đường cong, NPSHr tăng vọt.
- Bơm chạy lưu lượng quá nhỏ: khi gần như đóng kín van đẩy, dòng chảy quẩn lại ở cửa vào cánh, gây xâm thực tuần hoàn và làm nóng bơm.
- Chất lỏng nóng: nước nóng, nước ngưng, dầu nóng có áp suất hơi cao nên NPSHa giảm mạnh.
- Chạy biến tần vượt tần số định mức: NPSHr tăng xấp xỉ theo bình phương tốc độ. Chạy 55 Hz thay vì 50 Hz, NPSHr có thể tăng khoảng 20%.
Dấu hiệu nhận biết bơm đang bị xâm thực
- Tiếng lạo xạo, lục cục như có sỏi hoặc cát chạy trong thân bơm, nghe rõ nhất ở gần cửa hút.
- Kim đồng hồ áp suất đầu đẩy dao động liên tục, áp không ổn định.
- Lưu lượng, cột áp thấp hơn đường cong của nhà sản xuất dù bơm còn mới.
- Thân bơm, đường ống rung bất thường; dòng điện động cơ dao động.
- Khi tháo ra kiểm tra: cánh bơm rỗ li ti như tổ ong ở mép vào, phớt cơ khí và bạc đạn hỏng sớm hơn bình thường.
Phân biệt xâm thực với lọt khí đường hút
Hai hiện tượng có triệu chứng khá giống nhau nhưng cách xử lý khác nhau:
- Lọt khí (hở mối nối, gioăng, ống hút không ngập đủ sâu tạo xoáy): nước ra có lẫn bọt, bơm dễ mất mồi, có tiếng xì xèo.
- Xâm thực: nước ra không có bọt rõ rệt, tiếng ồn kiểu sỏi lăn.
Mẹo kiểm tra nhanh: từ từ đóng bớt van ở đầu đẩy. Nếu tiếng ồn giảm rõ rệt khi lưu lượng giảm thì nhiều khả năng là xâm thực do bơm chạy quá lưu lượng hoặc NPSHa không đủ. Lắp thêm đồng hồ chân không ở cửa hút cũng giúp chẩn đoán chính xác hơn.
Cách khắc phục và phòng tránh xâm thực
| Nguyên nhân | Cách xử lý |
|---|---|
| Bơm đặt quá cao | Hạ cao độ đặt bơm; ưu tiên lắp bơm ngập (thấp hơn mực nước bể). Hút sâu quá 6–7 m thì chuyển sang bơm chìm giếng khoan hoặc bơm chìm. |
| Ống hút nhỏ, nhiều co | Dùng ống hút bằng hoặc lớn hơn cửa hút một cỡ, vận tốc nước trong ống hút nên khoảng 1–1,5 m/s; giảm số co, ống càng ngắn càng tốt. |
| Rọ bơm, lưới lọc tắc | Vệ sinh định kỳ, chọn rọ bơm có diện tích lọc lớn. |
| Đóng van đầu hút | Mở hoàn toàn van đầu hút, chỉ điều tiết lưu lượng bằng van đầu đẩy. |
| Chạy quá lưu lượng | Điều chỉnh van đầu đẩy hoặc dùng tủ điện biến tần để đưa bơm về gần điểm hiệu suất cao nhất. |
| Chất lỏng nóng | Lắp bơm ngập, chọn bơm có NPSHr thấp, vật liệu inox chịu nhiệt. |
| Bơm chọn sai | Chọn lại bơm theo đúng lưu lượng, cột áp thực tế, kiểm tra NPSHr trước khi mua. |
Lưu ý khi lắp đường ống hút
- Dùng côn thu lệch tâm ở cửa hút, đặt mặt phẳng lên trên để không đọng túi khí.
- Giữ một đoạn ống thẳng trước cửa hút, dài khoảng 5 lần đường kính ống trở lên, không lắp co sát miệng hút.
- Ống hút đi dốc lên đều về phía bơm, tránh đoạn võng hoặc gù tạo túi khí.
- Miệng hút phải ngập đủ sâu dưới mực nước thấp nhất để không tạo xoáy hút khí.
- Siết kín mọi mối nối, gioăng trên đường hút.
Câu hỏi thường gặp
Bơm chìm giếng khoan có bị xâm thực không?
Ít gặp hơn vì bơm luôn nằm ngập trong nước. Tuy nhiên vẫn có thể xảy ra khi mực nước động hạ sát thân bơm, giếng yếu không đủ nước, hoặc bơm chạy quá lưu lượng vì cột áp thực tế thấp hơn nhiều so với cột áp thiết kế. Xem thêm cách lắp đặt bơm chìm giếng khoan đúng kỹ thuật để chọn độ sâu thả bơm hợp lý.
Lấy NPSHr của bơm ở đâu?
NPSHr được in trên catalogue hoặc bảng đường cong đặc tính của nhà sản xuất, thường là một đường riêng phía dưới đường cột áp. Nếu không có tài liệu, anh chị có thể gửi model bơm để kỹ thuật tra cứu.
Cánh bơm đã bị rỗ có sửa được không?
Rỗ nhẹ có thể đắp, phủ lại bề mặt; rỗ sâu, mẻ cánh thì nên thay cánh mới để bơm trở lại đúng thông số. Quan trọng nhất là phải xử lý nguyên nhân, nếu không cánh mới cũng sẽ hỏng lại.
Xâm thực có làm cháy động cơ không?
Xâm thực không trực tiếp làm cháy động cơ, nhưng rung kéo dài sẽ phá phớt cơ khí và bạc đạn. Với bơm liền trục, nước rò qua phớt hỏng có thể vào ổ bi và cuộn dây, dẫn đến chập cháy.
Kết luận
Xâm thực máy bơm hoàn toàn có thể phòng tránh nếu tính đúng NPSH ngay từ khâu thiết kế: đặt bơm đủ thấp, đường ống hút đủ lớn và thông thoáng, vận hành bơm gần điểm hiệu suất cao nhất, đặc biệt cẩn thận với nước nóng và vùng cao nguyên. Công ty TNHH TM & CN Động Lực cung cấp bơm công nghiệp, bơm chìm giếng khoan, bơm nước nóng đầu inox các hãng Pentax, Ebara, Beluno, ShowFou, Veratti chính hãng có CO/CQ, bảo hành chính hãng và giao hàng toàn quốc. Gọi hoặc nhắn Zalo 0972.469.955, email maybomnuoc2016@gmail.com, hoặc ghé VPGD 780 Minh Khai, Vĩnh Tuy, Hai Bà Trưng, Hà Nội. Gửi yêu cầu qua trang liên hệ để được tư vấn chọn bơm và kiểm tra NPSH cho hệ thống của anh chị.
