Sủi bọt là tình trạng bất lợi thường xảy ra trong các đơn vị bơm ly tâm. Sủi bọt có thể làm giảm hiệu suất bơm, gây rung và tiếng ồn, và dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng cho cánh bơm, vỏ bơm, trục và các bộ phận bên trong khác của bơm. Sủi bọt xảy ra khi áp suất của chất lỏng trong bơm giảm xuống dưới áp suất bay hơi, khiến các bong bóng hơi hình thành ở vùng áp suất thấp. Các bong bóng hơi này sụp đổ hoặc "nổ tung" dữ dội khi chúng đi vào vùng áp suất cao. Điều này có thể gây hư hỏng cơ học bên trong bơm, tạo ra các điểm yếu dễ bị xói mòn và ăn mòn, và làm giảm hiệu suất của bơm.

Việc hiểu và thực hiện các chiến lược để giảm thiểu hiện tượng xâm thực là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn hoạt động và tuổi thọ của máy bơm vỏ chia .

Các loại hiện tượng sủi bọt trong máy bơm

Để giảm hoặc ngăn ngừa hiện tượng sủi bọt trong máy bơm, điều quan trọng là phải hiểu các loại sủi bọt khác nhau có thể xảy ra. Các loại này bao gồm:

1. Sủi bọt hơi. Còn được gọi là "sủi bọt cổ điển" hoặc "sủi bọt có đầu hút dương thuần (NPSHa)", đây là loại xâm thực phổ biến nhất. Vỏ tách rời máy bơm làm tăng vận tốc của chất lỏng khi nó đi qua lỗ hút của cánh quạt. Sự gia tăng vận tốc tương đương với sự giảm áp suất chất lỏng. Việc giảm áp suất có thể khiến một số chất lỏng sôi (bốc hơi) và tạo thành các bong bóng hơi, chúng sẽ sụp đổ dữ dội và tạo ra sóng xung kích nhỏ khi chúng đến vùng áp suất cao.

2. Hiện tượng xoáy nước hỗn loạn. Các thành phần như khuỷu tay, van, bộ lọc, v.v. trong hệ thống đường ống có thể không phù hợp với lượng hoặc bản chất của chất lỏng được bơm, có thể gây ra hiện tượng xoáy nước, nhiễu loạn và chênh lệch áp suất trong toàn bộ chất lỏng. Khi những hiện tượng này xảy ra ở đầu vào của máy bơm, chúng có thể trực tiếp làm mòn bên trong máy bơm hoặc khiến chất lỏng bốc hơi.

3. Hội chứng xâm thực cánh quạt. Còn được gọi là "hội chứng xâm thực cánh quạt", loại xâm thực này xảy ra khi đường kính cánh quạt quá lớn hoặc lớp phủ bên trong của vỏ bơm quá dày/đường kính bên trong của vỏ bơm quá nhỏ. Một trong hai hoặc cả hai điều kiện này sẽ làm giảm không gian (khoảng hở) bên trong vỏ bơm xuống dưới mức chấp nhận được. Việc giảm khoảng hở bên trong vỏ bơm khiến lưu lượng chất lỏng tăng lên, dẫn đến giảm áp suất. Việc giảm áp suất có thể khiến chất lỏng bốc hơi, tạo ra các bong bóng xâm thực.

4. Hiện tượng sủi bọt tuần hoàn bên trong. Khi một máy bơm tách trung tâm không thể xả chất lỏng ở lưu lượng cần thiết, nó sẽ khiến một phần hoặc toàn bộ chất lỏng tuần hoàn xung quanh cánh quạt. Chất lỏng tuần hoàn đi qua các vùng áp suất thấp và cao, tạo ra nhiệt, vận tốc cao và tạo thành các bong bóng bay hơi. Một nguyên nhân phổ biến của hiện tượng tuần hoàn bên trong là vận hành máy bơm với van đầu ra của máy bơm đóng (hoặc ở lưu lượng thấp).

5. Hiện tượng sủi bọt khí. Không khí có thể được hút vào máy bơm thông qua van hỏng hoặc khớp nối lỏng lẻo. Khi đã vào bên trong máy bơm, không khí di chuyển cùng với chất lỏng. Sự chuyển động của chất lỏng và không khí có thể tạo thành các bong bóng "nổ" khi tiếp xúc với áp suất tăng của cánh bơm.

Các yếu tố góp phần gây ra hiện tượng sủi bọt - NPSH, NPSHa và NPSHr

NPSH là yếu tố chính trong việc ngăn ngừa hiện tượng xâm thực trong bơm vỏ tách rời. NPSH là sự chênh lệch giữa áp suất hút thực tế và áp suất hơi của chất lỏng, được đo tại đầu vào của bơm. Giá trị NPSH phải cao để ngăn chất lỏng bốc hơi bên trong bơm.

NPSHa là NPSH thực tế trong điều kiện vận hành của bơm. Chiều cao hút dương ròng cần thiết (NPSHr) là NPSH tối thiểu do nhà sản xuất bơm chỉ định để tránh hiện tượng xâm thực. NPSHa là hàm số của đường ống hút, lắp đặt và chi tiết vận hành của bơm. NPSHr là hàm số của thiết kế bơm và giá trị của nó được xác định bằng cách thử nghiệm bơm. NPSHr biểu thị chiều cao khả dụng trong điều kiện thử nghiệm và thường được đo bằng mức giảm 3% chiều cao bơm (hoặc chiều cao cánh quạt giai đoạn đầu tiên đối với bơm nhiều giai đoạn) để phát hiện hiện tượng xâm thực. NPSHa phải luôn lớn hơn NPSHr để tránh hiện tượng xâm thực.

Chiến lược giảm hiện tượng sủi bọt - Tăng NPSHa để ngăn ngừa hiện tượng sủi bọt

Đảm bảo NPSHa lớn hơn NPSHr là rất quan trọng để tránh hiện tượng tạo bọt. Điều này có thể đạt được bằng cách:

1. Hạ thấp chiều cao của bơm vỏ tách rời so với bể chứa/hố chứa hút. Có thể tăng mức chất lỏng trong bể chứa/hố chứa hút hoặc có thể lắp bơm thấp hơn. Điều này sẽ làm tăng NPSHa ở đầu vào bơm.

2. Tăng đường kính của đường ống hút. Điều này sẽ làm giảm vận tốc của chất lỏng ở lưu lượng không đổi, do đó làm giảm tổn thất áp suất hút trong đường ống và phụ kiện.

2. Giảm tổn thất áp suất trong các phụ kiện. Giảm số lượng mối nối trong đường ống hút của bơm. Sử dụng các phụ kiện như khuỷu tay bán kính dài, van toàn lỗ và bộ giảm tốc côn để giúp giảm tổn thất áp suất hút do phụ kiện.

3. Tránh lắp đặt lưới lọc và bộ lọc trên đường hút của bơm bất cứ khi nào có thể, vì chúng thường gây ra hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm. Nếu không thể tránh được, hãy đảm bảo lưới lọc và bộ lọc trên đường hút của bơm được kiểm tra và vệ sinh thường xuyên.

5. Làm mát chất lỏng được bơm để giảm áp suất hơi của nó.

Hiểu về Biên độ NPSH để Ngăn ngừa Hiện tượng Sủi bọt

Biên NPSH là sự khác biệt giữa NPSHa và NPSHr. Biên NPSH lớn hơn làm giảm nguy cơ tạo bọt vì nó cung cấp hệ số an toàn để ngăn NPSHa giảm xuống dưới mức hoạt động bình thường do điều kiện hoạt động dao động. Các yếu tố ảnh hưởng đến biên NPSH bao gồm đặc tính chất lỏng, tốc độ bơm và điều kiện hút.

Duy trì lưu lượng bơm tối thiểu

Đảm bảo rằng máy bơm ly tâm hoạt động trên lưu lượng tối thiểu được chỉ định là rất quan trọng để giảm hiện tượng xâm thực. Vận hành máy bơm vỏ tách dưới phạm vi lưu lượng tối ưu (khu vực hoạt động cho phép) làm tăng khả năng tạo ra vùng áp suất thấp có thể gây ra hiện tượng xâm thực.

Những cân nhắc khi thiết kế cánh quạt để giảm hiện tượng sủi bọt

Thiết kế của cánh quạt đóng vai trò quan trọng trong việc máy bơm ly tâm có dễ bị xâm thực hay không. Cánh quạt lớn hơn với ít cánh quạt hơn có xu hướng cung cấp ít gia tốc chất lỏng hơn, giúp giảm nguy cơ xâm thực. Ngoài ra, cánh quạt có đường kính đầu vào lớn hơn hoặc cánh quạt thuôn nhọn giúp quản lý dòng chảy của chất lỏng trơn tru hơn, giảm thiểu sự nhiễu loạn và hình thành bong bóng. Sử dụng vật liệu chống hư hỏng do xâm thực có thể kéo dài tuổi thọ của cánh quạt và máy bơm.

Sử dụng thiết bị chống tạo bọt

Các thiết bị chống xâm thực, chẳng hạn như phụ kiện điều hòa dòng chảy hoặc lớp lót ngăn chặn xâm thực, có hiệu quả trong việc giảm thiểu xâm thực. Các thiết bị này hoạt động bằng cách kiểm soát động lực học chất lỏng xung quanh cánh quạt, cung cấp dòng chảy ổn định hơn và giảm nhiễu loạn và các khu vực áp suất thấp gây ra xâm thực.

Tầm quan trọng của việc xác định kích thước bơm phù hợp trong việc ngăn ngừa hiện tượng sủi bọt

Việc lựa chọn đúng loại bơm và chỉ định đúng kích thước cho một ứng dụng cụ thể là rất quan trọng để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực. Một bơm quá khổ có thể không hoạt động hiệu quả ở lưu lượng thấp hơn, dẫn đến nguy cơ xâm thực tăng lên, trong khi một bơm quá nhỏ có thể phải làm việc nhiều hơn để đáp ứng các yêu cầu về lưu lượng, điều này cũng làm tăng khả năng xảy ra hiện tượng xâm thực. Việc lựa chọn bơm phù hợp bao gồm phân tích chi tiết các yêu cầu về lưu lượng tối đa, bình thường và tối thiểu, đặc điểm chất lỏng và bố trí hệ thống để đảm bảo bơm hoạt động trong phạm vi hoạt động đã chỉ định. Việc xác định kích thước chính xác giúp ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và tăng hiệu quả cũng như độ tin cậy của bơm trong suốt vòng đời của bơm.