Trên nhãn một máy bơm ghi lưu lượng lớn và cột áp cao, nhưng hai con số đó không bao giờ xuất hiện cùng lúc. Lưu lượng và cột áp máy bơm ràng buộc lẫn nhau, và hiểu ràng buộc ấy cũng là hiểu vì sao một bơm đúng catalogue vẫn có thể chạy sai điểm ngoài thực tế. Ràng buộc đó nằm trong hai đường cong, một của bơm và một của hệ thống, còn điểm vận hành thực tế chính là chỗ chúng gặp nhau.
- Đường đặc tính Q-H của bơm cho biết bơm tạo được cột áp bao nhiêu ở mỗi mức lưu lượng.
- Đường đặc tính hệ thống cho biết hệ thống đòi cột áp bao nhiêu ở mỗi mức lưu lượng.
- Giao của hai đường là điểm làm việc thực tế của bơm.
- Đóng van, đổi tốc độ hay ghép bơm đều làm điểm làm việc dịch chuyển.
Lưu lượng và cột áp máy bơm liên hệ với nhau thế nào?
Với một bơm ly tâm chạy ở tốc độ cố định, lưu lượng tăng thì cột áp bơm tạo ra giảm, và ngược lại. Mối quan hệ này được vẽ thành đường đặc tính Q-H của bơm. Lưu lượng Q và cột áp H là hai thông số nền tảng, nên phải đọc theo cặp.
Nếu muốn tìm hiểu kỹ hơn về khái niệm này, bạn xem thêm bài cột áp máy bơm là gì.
Đường đặc tính của bơm (Q-H)
Đường Q-H do nhà sản xuất đo trên bơm thật và thường dốc xuống: cột áp cao nhất ở lưu lượng bằng 0, rồi giảm dần khi lưu lượng tăng. Cách đo nghiệm thu thủy lực được quy định trong ISO 9906:2012 theo ba cấp dung sai.
Có ba điểm đáng chú ý trên đường này. Thứ nhất là cột áp ở lưu lượng bằng 0. Thứ hai là điểm hiệu suất cao nhất (BEP), nơi bơm làm việc êm và tiết kiệm năng lượng nhất, chạy xa điểm này thường kéo theo rung và mòn nhanh hơn. Thứ ba là NPSH yêu cầu, thường tăng theo lưu lượng nên bơm càng chạy lưu lượng lớn càng cần áp suất hút tốt.
Hiệu suất bằng công suất thủy lực chia công suất trục, với công suất thủy lực P = ρ × g × Q × H. Ở lưu lượng 120 m³/h và cột áp 60 m, công suất thủy lực khi bơm nước khoảng 19,62 kW.
Đường đặc tính của hệ thống
Hệ thống đòi hỏi cột áp bằng cột áp tĩnh cộng tổn thất trên đường ống, van và phụ kiện. Tổn thất tăng gần theo bình phương lưu lượng, nên đường đặc tính hệ thống có dạng H = H_tĩnh + k × Q².
Để thấy rõ, lấy một bơm giả định có H = 90 − 0,002083 × Q² chạy trên hệ thống có cột áp tĩnh 30 m và H = 30 + 0,002083 × Q² (Q tính theo m³/h, H tính theo m):
| Q (m³/h) | H bơm (m) | H hệ thống (m) |
|---|---|---|
| 0 | 90,0 | 30,0 |
| 40 | 86,7 | 33,3 |
| 80 | 76,7 | 43,3 |
| 120 | 60,0 | 60,0 |
| 160 | 36,7 | 83,3 |
Đây là số liệu giả định để minh họa, không phải đường đặc tính của một sản phẩm cụ thể. Ở 120 m³/h hai đường cùng cho 60 m, đó là điểm gặp nhau mà phần tiếp theo sẽ khai thác.
Điểm làm việc và cách nó dịch chuyển
Điểm làm việc là giao của đường đặc tính bơm và đường đặc tính hệ thống. Ở ví dụ trên, bơm vận hành tại 120 m³/h và 60 m. Mọi thay đổi ở phía hệ thống hoặc phía bơm đều làm điểm này trượt sang vị trí khác.
Khi đóng bớt van
Đóng bớt van làm tổn thất tăng, đường hệ thống dốc hơn. Giả sử hệ số k tăng 60%, tức H = 30 + 0,003333 × Q², điểm làm việc mới nằm ở khoảng 105,2 m³/h và 66,9 m. Lưu lượng giảm còn cột áp tăng, nhưng bơm không hề mạnh hơn, chỉ là điểm làm việc trượt trên cùng một đường Q-H.
Khi cột áp tĩnh hoặc đường ống thay đổi
Mực nước bể hút hạ xuống hoặc đường ống bị bám cặn đều làm đường hệ thống dịch lên, kéo lưu lượng xuống. Vì vậy điểm làm việc cần được kiểm tra cho cả trường hợp bất lợi nhất của hệ thống, và phải nằm trong vùng làm việc mà nhà sản xuất khuyến nghị.
Thay đổi tốc độ quay và định luật tỷ lệ
Khi đổi tốc độ quay n, lưu lượng tỷ lệ với n, cột áp tỷ lệ với n² và công suất tỷ lệ với n³. Các tỷ lệ này chỉ đúng cho các điểm tương đương trên đường đặc tính, không đúng dọc đường hệ thống có cột áp tĩnh.
Giảm 10% tốc độ cho thấy sự khác biệt. Cách tính tắt cho 120 m³/h còn 108 m³/h và 60 m còn 48,6 m. Cách tính đúng là dựng đường bơm mới H = 72,9 − 0,002083 × Q² rồi tìm giao với hệ thống, ra khoảng 101,5 m³/h và 51,5 m. Chênh lệch khoảng 6,5 m³/h so với cách tính tắt.
Công suất thủy lực tại điểm mới khoảng 14,2 kW, giảm khoảng 27% so với 19,62 kW ban đầu. Đây là công suất thủy lực, hiệu suất thực của bơm ở tốc độ mới có thể khác.
Ghép bơm song song và nối tiếp
Ghép song song cộng lưu lượng tại cùng một cột áp, còn ghép nối tiếp cộng cột áp tại cùng một lưu lượng. Tuy nhiên điểm làm việc cuối cùng vẫn do giao với đường hệ thống quyết định, nên kết quả thường không bằng phép cộng đơn giản.
Hai bơm giống ví dụ trên chạy song song trên cùng hệ thống cho khoảng 151,8 m³/h và 78,0 m, chứ không phải 240 m³/h. Lưu lượng tăng lên khiến tổn thất đường ống tăng và cột áp hệ thống tăng theo.
Ghép nối tiếp dùng khi cần cột áp cao hơn một bơm đơn, nhưng cần kiểm tra giới hạn áp suất của vỏ bơm và phụ kiện.
Áp dụng khi chọn bơm: checklist cho từng đối tượng
Datasheet thường chỉ nêu giá trị lớn nhất, còn việc chọn bơm cần cả đường đặc tính. Ví dụ bơm ly tâm đầu hút cuối liền trục PST65 của Parolli có lưu lượng đến 216 m³/h và cột áp tối đa 151 m. Hai giá trị này không xảy ra cùng lúc, nên cần xin đường Q-H đầy đủ từ nhà sản xuất. Các dòng khác có trong các dòng bơm công nghiệp của Parolli.
- Chọn bơm theo giá trị lớn nhất trên nhãn.
- Bỏ qua đường đặc tính hệ thống.
- Tính ghép bơm bằng phép cộng đơn giản.
- Dùng định luật tỷ lệ cho hệ thống có cột áp tĩnh.
Nắm được lưu lượng và cột áp máy bơm nghĩa là đọc được cả hai đường, đường của bơm và đường của hệ thống, rồi tìm điểm chúng gặp nhau. Nếu cần chọn bơm theo điểm làm việc của hệ thống, hãy liên hệ Parolli để được tư vấn: 0909 958 114.
Câu hỏi thường gặp về lưu lượng và cột áp máy bơm
Vì sao lưu lượng tăng thì cột áp của bơm ly tâm giảm?
Đó là đặc điểm thủy lực của bơm ly tâm, thể hiện trên đường Q-H mà nhà sản xuất đo được. Lưu lượng càng lớn thì cột áp bơm tạo ra càng thấp.
Đóng van xả có làm bơm mạnh hơn không?
Không. Đóng van chỉ làm đường hệ thống dốc hơn, điểm làm việc trượt trên đường Q-H sang lưu lượng thấp và cột áp cao hơn.
Ghép hai bơm song song có cho lưu lượng gấp đôi không?
Thường không. Lưu lượng tăng làm tổn thất đường ống tăng, nên ví dụ trong bài chỉ đạt khoảng 151,8 m³/h thay vì 240 m³/h.
Giảm tốc độ bơm 10% thì lưu lượng và cột áp giảm bao nhiêu?
Phụ thuộc vào hệ thống. Ở ví dụ trong bài, lưu lượng giảm từ 120 xuống khoảng 101,5 m³/h và cột áp từ 60 xuống khoảng 51,5 m.