Nguyên lý tạo dòng chảy trong bơm dầu truyền nhiệt RY80-50-250A
Bơm dầu truyền nhiệt RY80-50-250A tạo dòng chảy theo nguyên lý bơm ly tâm. Động cơ làm quay trục và bánh công tác. Bánh công tác truyền năng lượng cơ học cho dầu, làm dầu chuyển động từ tâm bánh công tác ra phía ngoài với vận tốc lớn. Thân bơm sau đó chuyển một phần vận tốc này thành áp suất, nhờ vậy dầu tiếp tục đi qua cửa đẩy và tuần hoàn trong hệ thống gia nhiệt.
Theo quy ước model được nhà sản xuất RY công bố, số 80 biểu thị đường kính danh nghĩa cửa hút, số 50 biểu thị đường kính danh nghĩa cửa đẩy, còn số 250 biểu thị đường kính bánh công tác. Ký tự A thường chỉ phiên bản bánh công tác đã được cắt giảm đường kính so với bánh công tác cơ bản. Với một bảng thông số RY phổ biến, RY80-50-250A có lưu lượng danh nghĩa khoảng 43 m³/h, cột áp khoảng 60 m và tốc độ khoảng 2.900 vòng/phút; các giá trị này cần được đối chiếu với đúng nhãn máy và đường đặc tính của thiết bị đang sử dụng .
Dòng dầu đi vào bánh công tác
Khi bánh công tác bắt đầu quay, vùng gần tâm bánh công tác, còn gọi là mắt hút, hình thành áp suất thấp hơn vùng ngoài bánh công tác. Chênh lệch áp suất này tạo điều kiện để dầu từ đường ống hút đi vào bơm.
Dầu không bị cánh bơm “kéo” theo nghĩa cơ học. Dầu đi vào vì áp suất ở phía nguồn cấp cao hơn áp suất tại mắt bánh công tác. Do đó, khả năng tạo dòng ở cửa hút phụ thuộc vào việc đường hút có được cấp đầy dầu hay không, tổn thất trên đường ống có nhỏ hay không và áp suất tuyệt đối tại cửa hút có đủ lớn hay không.
Dòng dầu cần đi vào mắt bánh công tác tương đối đều và ít xoáy. Nếu đường ống hút bị thu hẹp, có nhiều co gấp hoặc cuốn không khí, dòng vào sẽ bị rối. Khi đó, bánh công tác không nhận được dòng dầu ổn định, làm lưu lượng dao động và tăng rung động của bơm.
Bánh công tác truyền năng lượng cho dầu
Dầu sau khi đi vào mắt hút sẽ chảy qua các rãnh giữa các cánh của bánh công tác. Bề mặt cánh tác dụng lực lên dầu, làm dầu đồng thời nhận vận tốc theo phương quay và vận tốc hướng từ tâm ra chu vi.
Khi bán kính chuyển động tăng, dầu nhận thêm mômen động lượng từ bánh công tác. Năng lượng truyền từ động cơ sang dầu lúc đầu chủ yếu xuất hiện dưới dạng vận tốc. Vận tốc này là cơ sở để tạo ra áp suất sau khi dòng dầu đi vào vùng dẫn dòng của thân bơm.
Góc nghiêng, số lượng cánh, chiều rộng rãnh và đường kính bánh công tác quyết định cách bánh công tác truyền năng lượng cho dầu. Đường kính bánh công tác lớn hơn thường cho khả năng tạo cột áp cao hơn ở cùng tốc độ quay, nhưng điểm làm việc thực tế còn phụ thuộc vào sức cản của toàn bộ hệ thống.
Đối với phiên bản RY80-50-250A, ký tự A cho thấy bánh công tác đã được hiệu chỉnh đường kính. Vì vậy, khả năng tạo áp của phiên bản này thấp hơn phiên bản RY80-50-250 cơ bản trong cùng điều kiện tốc độ và môi chất. Đây là lý do không thể suy ra lưu lượng hoặc cột áp chỉ từ kích thước cửa hút và cửa đẩy.
Thân bơm biến vận tốc thành áp suất
Dầu rời mép ngoài bánh công tác với vận tốc cao. Nếu chỉ có vận tốc mà không được chuyển đổi thành áp suất tĩnh, dòng dầu sẽ không đủ khả năng thắng sức cản của đường ống và thiết bị trao đổi nhiệt.
Buồng xoắn của thân bơm có tiết diện tăng dần theo hướng dầu đi đến cửa đẩy. Khi tiết diện dòng chảy tăng, vận tốc trung bình giảm. Một phần động năng của dầu được chuyển thành áp năng. Nhờ đó, áp suất tại cửa đẩy tăng và dầu có thể đi vào mạch tuần hoàn.
Quá trình này là lý do bơm ly tâm có thể tạo ra dòng dầu liên tục. Bánh công tác tạo năng lượng và vận tốc; buồng xoắn thu gom, dẫn hướng và chuyển đổi một phần năng lượng đó thành áp suất. Cả hai bộ phận phải làm việc đồng thời thì dòng dầu mới ổn định.
Chênh lệch áp suất duy trì dòng tuần hoàn
Sau khi dầu được tăng áp tại cửa đẩy, dầu đi qua đường ống, van, bộ gia nhiệt hoặc thiết bị sử dụng nhiệt rồi quay về phía hút. Bơm phải tạo được cột áp lớn hơn tổng tổn thất của mạch tuần hoàn.
Tổng tổn thất gồm tổn thất do ma sát trong đường ống, tổn thất tại các co và tê, tổn thất qua van, tổn thất qua bộ trao đổi nhiệt và chênh lệch cao độ nếu hệ thống có thay đổi vị trí. Khi tổng trở lực tăng, lưu lượng giảm nếu tốc độ quay và đường kính bánh công tác không thay đổi.
Vì vậy, RY80-50-250A không tạo ra một lưu lượng cố định trong mọi trường hợp. Lưu lượng thực tế được xác lập tại điểm giao giữa đường đặc tính của bơm và đường đặc tính của hệ thống. Khi van điều tiết thay đổi hoặc thiết bị trao đổi nhiệt bị bám cặn, điểm làm việc sẽ dịch chuyển và dòng dầu thay đổi theo.
Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ nhớt dầu
Dầu truyền nhiệt có độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ. Khi dầu còn nguội, độ nhớt cao làm tăng ma sát trong đường ống và trong các khe dòng của bơm. Hậu quả là tổn thất tăng, lưu lượng có thể giảm và động cơ phải làm việc với tải khác so với trạng thái dầu đã đạt nhiệt độ vận hành.
Khi dầu đạt nhiệt độ thiết kế, độ nhớt thường giảm và dầu chảy qua bánh công tác thuận lợi hơn. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao có thể làm dầu bị suy giảm chất lượng hoặc tạo hơi tại vùng áp suất thấp. Nếu áp suất tuyệt đối tại mắt bánh công tác giảm xuống gần áp suất hóa hơi của dầu, bọt hơi có thể hình thành và sụp đổ trong bơm. Hiện tượng này là xâm thực, thường đi kèm tiếng ồn, rung động, sụt lưu lượng và hư hỏng bề mặt bánh công tác.
Điều kiện để bơm tạo dòng liên tục
Thân bơm và đường ống hút phải được điền đầy dầu trước khi khởi động. Bơm ly tâm không thể tạo dòng ổn định nếu trong khoang bơm còn nhiều không khí, vì cánh bơm truyền năng lượng cho hỗn hợp khí–dầu kém hiệu quả hơn nhiều so với chất lỏng liên tục.
Đường hút phải bảo đảm nguồn dầu cấp liên tục và không bị rò khí. Van hút cần được mở đúng trạng thái vận hành. Việc tiết lưu mạnh ở cửa hút làm tăng tổn thất và làm giảm áp suất tại mắt bánh công tác, từ đó làm tăng nguy cơ xâm thực.
Đường đẩy cũng cần có đường thoát dòng phù hợp. Nếu van đẩy đóng hoàn toàn trong khi bánh công tác vẫn quay, dầu bị giữ lại trong thân bơm. Năng lượng do bánh công tác truyền cho dầu khi đó chuyển thành nhiệt, làm nhiệt độ dầu và nhiệt độ thân bơm tăng nhanh. Bơm dầu truyền nhiệt không nên vận hành lâu trong tình trạng không có dòng tuần hoàn.
Bản chất tạo dòng của RY80-50-250A
Nguyên lý tạo dòng của RY80-50-250A có thể diễn giải theo một chuỗi liên tục: động cơ tạo mômen quay; trục truyền mômen cho bánh công tác; bánh công tác đưa dầu từ tâm ra chu vi và làm tăng năng lượng của dầu; buồng xoắn chuyển một phần vận tốc thành áp suất; chênh lệch áp suất giữa cửa hút và cửa đẩy đưa dầu đi qua toàn bộ mạch truyền nhiệt.
Điểm cốt lõi là bơm không tự quyết định lưu lượng một cách độc lập. Bơm cung cấp năng lượng cho dòng dầu, còn lưu lượng được quyết định bởi sự cân bằng giữa năng lượng đó và trở lực của hệ thống. Khi dầu được cấp đầy, nhiệt độ phù hợp, cửa hút thông thoáng, bánh công tác quay đúng chiều và đường đẩy có trở lực đúng thiết kế, quá trình tạo dòng sẽ diễn ra liên tục và ổn định.
Bơm dầu truyền nhiệt RY80-50-250A và thiết kế giảm rung trong quá trình làm việc
Bơm dầu truyền nhiệt RY80-50-250A được sử dụng để tuần hoàn dầu trong các hệ thống gia nhiệt kín, chẳng hạn như dây chuyền sấy, lò dầu tải nhiệt, thiết bị cô đặc, máy ép, máy cán và các cụm trao đổi nhiệt. Trong hệ thống này, bơm không chỉ tạo lưu lượng mà còn phải duy trì dòng dầu ổn định ở nhiệt độ cao trong thời gian dài. Vì vậy, rung động của bơm cần được kiểm soát ngay từ khâu lựa chọn, bố trí, lắp đặt đến vận hành.
Đối với bơm dầu truyền nhiệt, rung động lớn thường không xuất hiện đơn lẻ. Nó có thể là dấu hiệu của lệch tâm trục, mất cân bằng cánh bơm, xâm thực, đường ống tạo tải lên thân bơm, nền móng không đủ cứng hoặc dầu có độ nhớt thay đổi bất thường theo nhiệt độ. Nếu không xử lý, rung động sẽ làm hỏng ổ bi, phớt trục, khớp nối và mối ghép đường ống, đồng thời khiến lưu lượng và áp suất của hệ thống dao động.
Đặc điểm làm việc liên quan đến rung động của RY80-50-250A
Ký hiệu RY80-50-250A thường thể hiện một cấu hình bơm dầu nóng có kích thước danh nghĩa đường hút khoảng DN80, đường đẩy khoảng DN50 và cỡ cánh bơm danh nghĩa khoảng 250 mm; chữ “A” thường chỉ phiên bản đường kính cánh đã được điều chỉnh theo điểm làm việc. Thông số chính xác của từng thiết bị cần được đối chiếu với bảng dữ liệu của nhà sản xuất, đặc biệt là lưu lượng, cột áp, tốc độ quay, công suất động cơ, nhiệt độ dầu và đường kính cánh thực tế.
Cấu trúc bơm thường gồm thân bơm, cánh bơm, trục, ổ đỡ, cụm làm kín và khớp nối với động cơ. Dầu truyền nhiệt có nhiệt độ cao hơn nhiều so với nước, trong khi độ nhớt của dầu thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Khi dầu còn lạnh hoặc hệ thống khởi động chưa đạt nhiệt độ thiết kế, tổn thất thủy lực tăng lên, khả năng điền đầy ở cửa hút giảm và tải tác động lên cánh bơm có thể thay đổi. Những biến động này dễ làm phát sinh rung nếu bơm được chọn quá sát giới hạn hoặc vận hành lệch xa điểm hiệu suất tốt nhất.
Với bơm có tốc độ quay cao, các lực tuần hoàn từ cánh bơm và lực mất cân bằng của cụm quay truyền trực tiếp xuống ổ bi, bệ bơm và đường ống. Tần số rung thường liên quan đến tốc độ quay, số cánh bơm, tần số ăn khớp thủy lực và các tần số riêng của kết cấu. Do đó, thiết kế giảm rung phải đồng thời xử lý cả nguồn kích động và khả năng truyền rung.
Thiết kế nền móng và bệ đỡ
Nền móng đủ cứng và ổn định
Bệ đặt bơm RY80-50-250A cần có độ cứng lớn hơn đáng kể so với cụm bơm, động cơ và đường ống liên quan. Bệ bê tông phải được thiết kế để hạn chế lún không đều, nứt cục bộ và dao động cộng hưởng. Bề mặt đặt tấm đế cần phẳng, không bị vênh; các bu lông neo phải được bố trí đúng vị trí và siết chặt theo trình tự phù hợp.
Một bệ quá mỏng hoặc có khoảng rỗng dưới tấm đế sẽ làm rung tăng mạnh khi bơm chạy. Khi đó, việc thay ổ bi hoặc cân chỉnh khớp nối chỉ có thể cải thiện tạm thời. Nền móng cần truyền được tải trọng xuống kết cấu chính mà không tạo ra vùng mềm cục bộ. Sau khi đổ vữa không co ngót dưới tấm đế, cần kiểm tra lại độ phẳng và độ chặt trước khi căn chỉnh lần cuối.
Tấm đế và liên kết với thiết bị
Tấm đế phải đủ cứng để giữ ổn định tương quan giữa trục bơm và trục động cơ khi nhiệt độ thay đổi. Các điểm đỡ của bơm và động cơ cần nằm trên cùng một mặt phẳng làm việc, tránh tình trạng một chân đế bị hở hoặc chịu tải không đều. Hiện tượng chân mềm làm vỏ ổ đỡ biến dạng khi siết bu lông, từ đó gây lệch tâm và tạo rung ngay cả khi khớp nối đã được căn chỉnh.
Có thể sử dụng lớp đệm chống rung phù hợp dưới tấm đế, nhưng không nên dùng vật liệu đàn hồi quá mềm để thay thế cho một nền móng yếu. Đệm chống rung chỉ có hiệu quả khi được lựa chọn theo tổng khối lượng, tần số kích động và tải trọng động của cụm bơm. Trong hệ thống dầu truyền nhiệt, vật liệu đệm cũng phải chịu được nhiệt độ môi trường và dầu rò rỉ trong thời gian dài.
Giảm rung từ đường ống dầu truyền nhiệt
Tránh truyền tải trọng đường ống lên thân bơm
Đường ống hút và đường ống đẩy phải có giá đỡ độc lập. Khi lắp đặt, mặt bích đường ống cần tự đồng tâm với mặt bích bơm mà không phải dùng lực kéo, đẩy hoặc bẩy để ghép nối. Nếu đường ống tạo lực lên thân bơm, thân bơm có thể bị biến dạng, làm thay đổi khe hở bên trong và gây lệch trục.
Đường ống hút nên được bố trí ngắn, ít co và hạn chế các đoạn tạo xoáy ngay trước cửa hút. Đoạn ống gần cửa hút cần có hướng dòng ổn định, không để van, cút hoặc bộ lọc gây tổn thất lớn quá sát cửa bơm. Khi dầu nóng có thể giãn nở, cần bố trí giá treo, gối đỡ trượt hoặc vòng bù giãn nở để tải nhiệt không truyền vào bơm.
Kiểm soát điều kiện hút và xâm thực
Xâm thực là một trong những nguyên nhân gây rung nghiêm trọng ở bơm dầu nóng. Hiện tượng này xảy ra khi áp suất tại cửa hút giảm xuống mức khiến dầu hình thành các vùng hơi hoặc bọt khí, sau đó các bọt này sụp đổ trong vùng áp suất cao của cánh bơm. Dấu hiệu thường gặp là tiếng lách tách, tiếng đá sỏi, lưu lượng dao động và rung tăng nhanh khi tăng tốc độ bơm.
Để giảm nguy cơ xâm thực, bồn dầu cần được đặt ở vị trí tạo đủ cột áp tĩnh tại cửa hút. Đường hút phải kín, không lọt khí qua mặt bích, van, gioăng hoặc mối hàn. Bộ lọc trên đường hút cần có diện tích đủ lớn và được vệ sinh định kỳ; bộ lọc bị nghẹt sẽ làm tăng tổn thất hút, đặc biệt khi dầu còn lạnh và có độ nhớt cao.
Không nên điều chỉnh lưu lượng bằng cách đóng quá mức van hút. Việc điều tiết nên thực hiện ở phía đẩy trong giới hạn cho phép của bơm, đồng thời phải bảo đảm bơm luôn có lưu lượng tối thiểu để tránh tuần hoàn nội bộ, quá nhiệt và rung thủy lực.
Căn chỉnh cụm bơm và khớp nối
Căn chỉnh đồng tâm giữa trục bơm và trục động cơ là yêu cầu quan trọng đối với RY80-50-250A. Cần kiểm tra độ lệch song song và độ lệch góc khi cụm bơm ở trạng thái nguội, sau đó xem xét sự thay đổi do giãn nở nhiệt trong quá trình làm việc. Nếu chỉ căn chỉnh khi nguội mà không tính đến vị trí làm việc ở nhiệt độ cao, hai trục có thể bị lệch khi hệ thống đạt nhiệt độ vận hành.
Khớp nối phải có kích thước phù hợp với công suất, tốc độ quay và mô men khởi động. Khớp nối đàn hồi có thể hấp thụ một phần sai lệch nhỏ và giảm truyền rung, nhưng không thể bù cho sai lệch lớn. Phần tử đàn hồi bị chai cứng, nứt hoặc mòn không đều sẽ tạo rung tuần hoàn và tiếng gõ. Cần kiểm tra khe hở, độ đảo và tình trạng các bu lông khớp nối trước khi đưa bơm vào vận hành.
Sau khi lắp đặt, nên quay thử bằng tay để xác nhận trục quay nhẹ, không bị cọ xát. Khi chạy thử, cần theo dõi rung ở thân bơm, thân động cơ và vùng ổ đỡ riêng biệt. Sự khác nhau giữa các vị trí đo giúp nhận biết rung phát sinh từ cụm quay, từ thủy lực hay từ kết cấu bệ đỡ.
Kiểm soát rung từ cụm quay
Cánh bơm phải được cân bằng động phù hợp với tốc độ quay thực tế. Cánh bị bám cặn, ăn mòn không đều hoặc biến dạng do quá nhiệt sẽ làm mất cân bằng. Đối với dầu truyền nhiệt bị oxy hóa hoặc có cặn carbon, các chất bẩn có thể tích tụ trong thân bơm và trên cánh, khiến rung tăng dần theo thời gian.
Trục bơm cần được kiểm tra độ đảo, tình trạng bề mặt làm việc với ổ bi và độ chính xác của các vai trục. Ổ bi lắp quá chặt, thiếu bôi trơn, dùng sai loại mỡ hoặc chịu nhiệt độ vượt giới hạn đều có thể gây rung và tăng nhiệt. Cụm ổ đỡ phải được bảo vệ khỏi dầu rò rỉ và bụi bẩn, đồng thời phải có kế hoạch kiểm tra theo giờ vận hành thay vì chỉ thay thế khi đã phát sinh tiếng ồn.
Cụm làm kín cũng ảnh hưởng đến rung. Phớt hoặc bộ làm kín lắp lệch có thể tạo ma sát không đều, làm nóng trục và gây rung cục bộ. Với hệ thống dầu nóng, cần kiểm tra tình trạng rò rỉ ở phớt, bởi dầu rò vừa tạo nguy cơ cháy vừa có thể làm hỏng vật liệu đàn hồi của khớp nối và đệm bệ.
Lựa chọn điểm làm việc để hạn chế rung
RY80-50-250A nên được vận hành gần vùng hiệu suất tốt nhất theo đường đặc tính của nhà sản xuất. Khi bơm chạy quá xa điểm này, dòng chảy trong cánh và thân bơm trở nên không ổn định, tạo lực hướng kính và lực dọc trục lớn hơn. Vận hành ở lưu lượng quá thấp có thể gây tuần hoàn nội bộ, làm dầu nóng cục bộ và làm rung tăng. Vận hành ở lưu lượng quá cao lại làm tăng tổn thất, tải động cơ và lực thủy lực.
Việc chọn đường kính cánh, tốc độ động cơ và van điều tiết cần dựa trên lưu lượng thực tế của toàn hệ thống, không chỉ dựa vào kích thước đường ống. Nếu hệ thống thường xuyên thay đổi tải, có thể xem xét điều khiển tốc độ bằng biến tần trong phạm vi mà động cơ, bơm và dầu cho phép. Tăng hoặc giảm tốc độ phải thực hiện từ từ để tránh biến động áp suất, va đập thủy lực và thay đổi đột ngột trạng thái hút.
Theo dõi và xử lý rung trong vận hành
Cần thiết lập giá trị nền khi bơm mới được lắp đặt và đang chạy ổn định. Các điểm đo nên bao gồm ổ đỡ phía bơm, ổ đỡ phía động cơ, phương ngang, phương đứng và phương dọc trục. Việc so sánh xu hướng theo thời gian có giá trị hơn việc chỉ xem một giá trị rung tại một thời điểm.
Rung tăng theo tốc độ quay thường gợi ý mất cân bằng, lệch tâm hoặc vấn đề khớp nối. Rung theo phương dọc trục tăng có thể liên quan đến lực thủy lực, lệch trục hoặc ổ bi chặn. Rung kèm tiếng ồn bất thường ở cửa hút cần được kiểm tra theo hướng xâm thực, lọt khí hoặc tắc bộ lọc. Rung tăng đồng thời với nhiệt độ ổ bi thường liên quan đến bôi trơn, lắp đặt hoặc tải cơ học.
Khi rung vượt giới hạn vận hành nội bộ, không nên tiếp tục tăng tải để “đẩy qua” vùng rung. Cần giảm tải an toàn, kiểm tra mức dầu, van hút, bộ lọc, khớp nối, bu lông bệ, đường ống và nhiệt độ ổ đỡ. Nếu rung xuất hiện đột ngột sau bảo dưỡng, cần ưu tiên kiểm tra các chi tiết vừa tháo lắp như căn shim, khớp nối, nắp ổ, phớt và vị trí đường ống.
Đối với bơm dầu truyền nhiệt RY80-50-250A, giảm rung hiệu quả phải bắt đầu từ một nền móng đủ cứng, tấm đế ổn định, đường ống không truyền tải lên thân bơm và điều kiện hút không gây xâm thực. Căn chỉnh chính xác giữa bơm và động cơ, cân bằng cụm quay, bảo dưỡng ổ bi và duy trì điểm làm việc phù hợp giúp hạn chế rung trong suốt quá trình vận hành.
Giải pháp giảm rung không nên chỉ tập trung vào việc lắp đệm đàn hồi hoặc thay khớp nối. Nguồn rung cần được xác định theo biểu hiện thực tế, vị trí đo và sự thay đổi của rung theo tốc độ, nhiệt độ, lưu lượng và áp suất. Khi thiết kế và vận hành đồng bộ các yếu tố này, RY80-50-250A có thể làm việc ổn định hơn, giảm hư hỏng phớt và ổ bi, đồng thời duy trì độ tin cậy cho toàn bộ hệ thống dầu truyền nhiệt.
Bảng thông số kỹ thuật bơm dầu truyền nhiệt RY
Hình ảnh thực tế bơm dầu truyền nhiệt RY
