Tìm hiểu về bơm cánh gạt, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Máy bơm cánh gạt là gì?
Máy bơm cánh gạt hay còn được gọi là bơm cánh gạt quay, bơm lá, bơm lá thủy lực (trong tiếng Anh là Rotary vane pump hoặc Vane Pump) là loại bơm sử dụng các cánh gạt gắn hướng tâm trên một rôto quay tròn trong một khoang lớn hơn, kết hợp với vỏ máy bơm tạo thành các ngăn giữ và vận chuyển chất lỏng di chuyển trong hệ thống.
Bơm cánh gạt được phát minh bởi Charles C. Barnes năm 1874, là một trong những loại bơm thể tích và có thể nói nó là sự kết hợp giữa các nguyên lý của bơm bánh răng và bơm ly tâm. Bơm cánh gạt rất hữu ích trong các ứng dụng bơm chất lỏng loãng ở áp suất cao. Đồng thời nó cũng tương thích với nhiều loại chất lỏng khác nhau, cũng như dễ dàng vận hành theo cả hai hướng khi chỉ cần đảo ngược chiều quay của rôto.
Cấu tạo của bơm cánh gạt
Cấu tạo cơ bản nhất của bơm cánh gạt bao gồm một rôto hình trụ có các rãnh hướng tâm, mà các cánh gạt sẽ được lắp vào các khe này. Những cánh gạt có thể di chuyển tự do ra vào trong các rãnh này. Rôto chứa các cánh gạt được đặt lệch tâm trong một khoang lớn hơn và giữa chúng sẽ tạo thành một vùng hình lưỡi liềm mà ở đó sẽ là khoảng không gian chất lỏng được di chuyển từ đầu vào tới đầu xả của máy bơm. Hình dưới đây là minh họa các bộ phận chính của máy bơm cánh gạt:
A – Rôto B – Vòng trượt C – Cánh gạt D – Vỏ máy
E – Trục động cơ F – Cửa vào và cửa xả
Thông thường bơm cánh gạt sử dụng cánh trượt lắp vào rôto, nhưng cũng có loại cánh gạt linh động được sử dụng, mặc dù không quá phổ biến. Trong hình dưới là minh họa cho hai loại bơm cánh gạt này.
Trong bơm cánh gạt trượt, những cánh gạt của nó có thể nằm trong rãnh khi bơm không hoạt động và chỉ di chuyển ra ngoài khi trục quay đạt đủ tốc độ – khoảng 700 vòng/phút, hoặc được giữ và đẩy ra ngoài ngay cả khi bơm đứng yên bởi các thanh đẩy lò xo gắn bên trong rôto. Với bơm cánh gạt trượt, do tác dụng của lực ly tâm cũng như lực đẩy của các thanh đẩy nên cánh gạt luôn duy trì sự tiếp xúc chặt chẽ với bề mặt vòng trượt kể cả khi cánh gạt bị mòn trong quá trình hoạt động.
Với bơm cánh gạt linh hoạt, phần cánh gạt trên rôto được làm bằng vật liệu dẻo để có thể duy trì được tiếp xúc với bề mặt vòng trượt. Tương tự bơm cánh trượt thì loại bơm này cũng đặt rôto lệch tâm một chút so với vỏ máy nên các cánh gạt sẽ được nén lại ở phần hẹp hơn và dãn ra ở phần mở rộng bên trong khoang máy. Điều này giúp tạo ra các khoang riêng biệt giữa các cánh, cũng như tạo nhưng không gian chứa chất lỏng mở rộng ở phía cửa vào và thu hẹp lại ở phía cửa xả giúp hút và xả dòng chất lỏng. Loại bơm cánh gạt linh hoạt có hiệu suất thấp hơn bơm cánh gạt trượt và sự mài mòn khiến nó phải thay thế các cánh gạt trong thời gian ngắn hơn, nên nó không được sử dụng phổ biến.
Sự thay đổi thiết kế của vỏ bơm cũng sẽ tạo ra các loại máy bơm cánh gạt khác nhau. Như trong Hình 2, thiết kế của phần vỏ bơm là hình trụ tròn, do đó rôto cần đặt lệch tâm với tâm vỏ bơm (tâm của trục dẫn động và tâm của vỏ máy bơm không nằm trên cùng một đường thẳng) – đây được gọi là thiết kế không cân bằng của máy bơm cánh gạt. Loại máy bơm cánh gạt này cũng còn được gọi là máy bơm cánh gạt đơn – thể hiện cho một khoang hút và một khoang đẩy của nó.
Với thiết kế không cân bằng, chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra có thể gây rung động và khiến làm tăng độ mài mòn trên ổ trục truyền động. Do đó để loại bỏ sự mất cân bằng áp suất này, người ta đã phát minh ra loại máy bơm cánh gạt đôi – hai khoang hút và hai khoang đẩy ở phía đối diện của thân máy bơm giúp loại bỏ sự mất cân bằng áp suất. Trong thiết kế cân bằng này, tâm của rôto và vỏ bơm trùng nhau, đồng thời khoang chứa rôto không phải là hình tròn mà là hình elip (Hình 3).
Ngoài ra với máy bơm cánh gạt đơn thì vỏ máy còn có thể được thiết kế với khả năng di chuyển vị trí so với rôto, tạo ra loại máy bơm cánh gạt điều chỉnh lưu lượng. Với loại này, một cơ cấu bằng ren vít hoặc piston cho phép khoảng cách giữa tâm của vòng trượt và tâm của rôto tiến gần hoặc ra xa nhau, khiến cho thể tích khoang chứa thay đổi lớn hơn hoặc nhỏ hơn, từ đó làm thay đổi lưu lượng xả của máy bơm (Hình 4).
Nguyên lý hoạt động của máy bơm cánh gạt
Giống như các loại máy bơm thể tích khác, bơm cánh gạt hoạt động dựa trên sự tăng giảm áp suất được sinh ra bởi sự thay đổi thể tích khối chất lỏng để hút và đẩy dòng chất lỏng di chuyển. Ở bơm cánh gạt, sự thay đổi khối thể tích này được hình thành bởi sự thay đổi vị trí của các cánh gạt để tạo ra các khoang chứa chất lỏng tăng dần thể tích ở phía đầu hút và giảm dần thể tích ở phía đầu xả. Dưới đây là minh họa hoạt động của một máy bơm cánh gạt.
Trong hình trên là cách hoạt động của một máy bơm cánh gạt đơn, với các máy bơm cánh gạt đôi và những biến thể khác của máy bơm cánh gạt đều có nguyên lý hoạt động chung được mô tả chi tiết hơn như sau:
– Rôto kết hợp với vỏ máy tạo thành khoang hình lưỡi liềm. Hai đầu vào và đầu xả nằm tại hai điểm thu hẹp của khoang hình lưỡi liềm này. Khi rôto quay, lực ly tâm, áp suất thủy lực và/hoặc các thanh đẩy sẽ kết hợp với nhau để đẩy các cánh gạt áp vào thành vỏ. Điều này tạo ra các khoang có thể tích giãn nở ở đầu vào để tạo lực hút kéo chất lỏng vào máy bơm.
– Chất lỏng sau khi vào lòng máy bơm sẽ được giữ lại bởi cách cánh gạt và theo chiều chuyển động của rôto sẽ kéo chất lỏng về phía đầu xả.
– Khi càng gần phía đầu xả, các cánh gạt được đẩy dần vào bên trong rôto khiến cho các khoang chứa chất lỏng thu hẹp thể tích, áp suất bên trong khoang tăng lên lớn hơn áp suất bên ngoài mặt thoát ép chất lỏng thoát ra qua cửa xả.
Ưu điểm của máy bơm cánh gạt
Do các cánh gạt tiếp xúc trực tiếp với thành vỏ nên bơm cánh gạt lý tưởng để bơm các chất lỏng có độ nhớt thấp đến trung bình, các chất lỏng không bôi trơn như dung môi, cồn, nhiên liệu nhẹ ở áp suất tương đối cao.
Tốc độ dòng chảy của bơm cánh gạt hầu như không bị ảnh hưởng bởi áp suất ngược hoặc tổn thất áp suất khiến áp suất thay đổi.
Đặc biệt, bơm cánh gạt có khả năng tự mồi (mồi khô), có thể chạy khô trong một thời gian ngắn và đặc tính hút tốt trong suốt thời gian sử dụng máy bơm.
Một ưu điểm lớn khác của bơm cánh gạt là khả năng từ bù hao mòn thông qua việc cánh gạt luôn được đẩy chạm vào thành vỏ khi rôto quay.
Loại máy bơm này cũng có thể đảo ngược nên cũng có thể được sử dụng để nạp hút tàu chở dầu và cũng đảm bảo chất lỏng được thu hồi hoàn toàn từ ống mềm.
Nhược điểm của máy bơm cánh gạt
Máy bơm cánh gạt không phù hợp để vận chuyển chất lỏng có độ nhớt cao, hiệu suất của nó sẽ giảm khi độ nhớt của chất lỏng tăng lên, phù hợp cho độ nhớt dưới 10,000cst. Nó cũng không phù hợp để vận chuyển chất lỏng mài mòn hay chất lỏng có lẫn chất rắn vì chúng khiến tăng tốc độ mài mòn các cánh gạt.
Áp suất chênh lệch tối đa khi vận hành bơm cánh gạt là 1.5 MPa. Và giống như hầu hết các máy bơm thể tích, một số biện pháp giảm áp như van an toàn là cần thiết để phòng trường hợp tắt nghẽn ở đường ống xả.
Máy bơm cánh gạt, đặc biệt là ở thiết kế không cân bằng sẽ thường khiến các phốt trục bị mòn do rung động nên thường cần có thêm các bộ phận triệt tiêu rung động. Nó cũng có thể bị rò rỉ tại bộ truyền động, trừ khi máy bơm sử dụng khớp nối từ.
Máy bơm cánh gạt có nhiều cánh sẽ tạo ra dòng chảy cơ bản không có xung nhưng với các máy bơm cánh gạt chỉ có một hoặc hai cánh sẽ có thể tạo xung ở tốc độ thấp.
Ứng dụng chính của bơm cánh gạt
Bơm cánh gạt được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng như:
– Nạp và truyền nhiên liệu trong hệ thống ô tô và hàng không.
– Máy bơm cho các máy tạo cacbonat cho các máy pha chế đồ uống, nước giải khát.
– Chuyển chất làm mát như amoniac, freon cho hệ thống điều hòa.
– Sử dụng làm máy bơm thủy lực áp suất cao, máy tăng áp, trợ lực lái.
– Bơm dung môi, dung dịch nước trong công nghiệp hóa chất.
– Dùng để bơm xăng dầu trong các hệ thống cung cấp xăng dầu.
Trên đây là những thông tin liên quan đến bơm cánh gạt, một loại máy bơm tự mồi được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp. Nếu quý khách đang có nhu cầu tìm mua và sử dụng loại bơm cánh gạt này, hãy liên hệ với công ty Tinh Hà chúng tôi để được hỗ trợ, tư vấn. Chúng tôi là đại lý ủy quyền của bơm cánh gạt Procon, một hãng bơm nổi tiếng khắp thế giới với chất lượng đã được công nhận. Để biết thêm về các dòng bơm cánh gạt Procon, quý khách có thể bấm xem tại đây hoặc liên hệ với chúng tôi để được trợ giúp.
