Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống bơm hút chân không

Bơm chân không vòng nước hay bơm chân không vòng chất lỏng là loại bơm đang được ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp hiện đại. Loại máy bơm này có thể đáp ứng được hầu hết các yêu cầu từ các ngành công nghiệp khác nhau. Để hiểu được nguyên lý hoạt động của loại máy bơm này, chúng ta sẽ điểm qua các kiến thức về công dụng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cấu tạo của máy bơm chân không vòng nước.

I - Máy bơm hút chân không là gì?

Như tên gọi, máy bơm chân không là một loại thiết bị có khả năng tạo ra một phần chân không, hay gọi theo cách "hàn lâm" là tạo ra một khoảng không gian áp suất thấp, bằng việc đẩy các phân tử không khí ra khỏi buồng kín. Như vậy một khoảng không gian áp suất thấp sẽ được hình thành, trong không gian này mật độ phân tử giảm xuống đột ngột, và sự không có mặt các hạt phân tử sẽ được gọi là trạng thái chân không. 

Trạng thái chân không có xu hướng hút các hạt vật chất như không khí, chất lỏng vào bên trong nó, dựa theo nguyên lý động học. Tuy gọi là chân không, nhưng không hẳn là máy bơm sẽ tạo ra áp suất chân không tuyệt đối, trạng thái áp suất bằng 0 Pa, mà nó chỉ có xu hướng tạo ra trạng thái chân không nhằm tạo ra động lực hút chất lỏng. 

Tùy vào nhu cầu mà máy bơm chân không được thiết kế khác nhau nhằm tạo ra các độ chân không khác nhau. Độ chân không càng thấp thì đồng nghĩa với lực hút sẽ càng mạnh, nhưng nó cũng sẽ tiêu tốn rất nhiều năng lượng, đôi khi dư thừa công suất, không hiệu quả. Thông thường các đơn vị sẽ dùng độ chân không vào mức thấp hoặc trung bình. Điển hình của một loại máy bơm chân không chính là các loại máy hút bụi. Đôi khi nó đơn giản chỉ là một loại thông gió áp suất âm, chức năng hút gió ra ngoài.

II - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm hút chân không

Thông thường, cấu tạo của một hệ thống bơm hút chân không sẽ bao gồm các thành tố sau: Bơm hút chân không; bình tích áp; Tủ điều khiển trung tâm.

Để máy bơm hút chân không vòng nước hoạt động bình thường, một lượng nước rất lớn sẽ được đưa vào hệ thống. Tùy thuộc vào kích cỡ của loại máy bơm, mà số lượng chất lỏng tiêu thụ mỗi giờ sẽ dao động từ 0,12m³/h đến 50m³/h. Với mức tiêu tốn quá lớn như vậy, chúng ta không thể nào sử dụng nguồn cấp nước từ bên ngoài, lượng nước tích lũy mỗi năm cộng lại sẽ rất lớn. Lúc này, một hệ thống tuần hoàn giúp luân chuyển nước trong chu kì kín sẽ giúp tiết kiệm chất lỏng làm việc.

Riêng đối với ngành công nghiệp hóa chất, phải làm việc trong môi trường có chất độc hại, thường sẽ có sự tồn tại của một số loại chất khí dễ gây cháy nổ, khi này chất lỏng sẽ không được phép luân chuyển ra bên ngoài môi trường. Bởi hàm lượng chất độc hại sẽ hòa tan trong chất lỏng, cần phải làm việc trong môi trường kín, để không phát thải chúng ra bên ngoài. Những bộ phận tiếp xúc chất lỏng cần phải được bằng thép không gỉ và phốt cơ khí để đảm bảo an toàn.

Nếu như nước làm việc không đam bảo chất lượng, chúng có một số hiện tượng bị đóng cặn nghiêm trọng sau một thời gian họt động, gây ảnh hưởng tới quá trình vận hành của máy bơm. Chúng ta cần phải có thêm một bể chứa nước riêng để phục vụ cho nhu cầu làm mềm nước hoạt động.

Thông thường, một hệ thống vận hành ổn định thì tất cả máy bơm được lắp theo từng module một, mỗi một module sẽ theo xu hướng đóng hoặc mở. Khi hệ thống bắt đầu vận hành, tất các máy bơm sẽ được bật cùng một lúc nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của hệ thống một cách nhanh nhất. Từ đó, hệ thống sẽ báo tín hiệu về cho kỹ sư, hoạt động đóng máy bơm dự phòng sẽ được điều khiển từ xa, thông qua hệ thống điện tử đã lắp đặt từ trước.

Còn lại, một số máy bơm sẽ vẫn hoạt động để duy trì độ chân không cho hệ thống bơm chân không, giúp tiết kiệm tối đa công suất cho hệ thống, đồng thời giúp rút ngắn thời gian quy trình, và nâng cao năng suất hoạt động. Với một hệ thống hoàn chỉnh, máy bơm nước chân không vòng nước có thể sử dụng để thoát khí, hấp thụ áp lực, lọc trung chuyển hoặc các ngành công nghiệp tương tự khác. 

Với hệ thống sấy khô, cần phải vận hành trong các thùng kín, để hoạt động ổn định thì hệ thống sẽ yêu cầu độ chân không cao hơn thông thường, so với mặt bằng chung của máy bơm vòng nước, lúc này chúng ta có thể thay thế bằng loại máy bơm Roots, giúp tăng tối đa khả năng hút và tận dụng được chức năng của nó để đáp ứng các yêu cầu về độ chân không. Áp suất cuối thu được khi sử dụng máy bơm chân không vòng nước của ba đơn vị Roots có thể rơi vào khoảng 0,5Pa.

Ứng dụng máy nén vòng nước áp suất cao phải được bổ sung bình tách phía sau, bình chứa là loại bình chịu áp lực, đóng vai trò ngăn cách khí – nước, truyền điện áp và có thể cung cấp chất lỏng tuần hoàn. Loại máy nén này có thể nén khí hydro, axetylen và các khí được tạo ra từ ngành công nghiệp clor-kiềm khác. Nói chung với bộ trao đổi nhiệt, máy bơm ly tâm và các phụ kiện khác, tất cả các thiết bị chỉ cần giữ nguyên giao diện, với cài đặt và vận hành thân thiện với người dùng.

III - Các loại hệ thống bơm chân không công nghiệp

Hệ thống bơm chân không vòng chất lỏng được thiết kế để đáp ứng hầu hết các nhu cầu về chân không của ngành công nghiệp. Được phát triển với một hoặc nhiều máy bơm hoạt động song song tùy theo nhu cầu cụ thể, hệ thống được trang bị thiết bị chuyên dụng để phục vụ làm mát và tuần hoàn chất lỏng bao gồm thiết bị đo đạc và các thiết bị để điều khiển và vận hành tự động hoàn toàn từ xa bao gồm bảng điều khiển với PLC và VFD.

Hệ thống và máy bơm chân không vòng chất lỏng đáp ứng tiêu chuẩn API 681 cho các ứng dụng hóa chất và hóa dầu.

Máy bơm chân không vòng chất lỏng là máy bơm chính tạo ra một khả năng tuyệt vời khi được kết hợp với một hoặc nhiều giai đoạn đẩy hoặc với bộ đẩy cơ học do khả năng xử lý hơi ngưng tụ tuyệt vời của nó. Hơn nữa, nguyên lý làm việc nén đẳng nhiệt của máy bơm vòng chất lỏng làm cho nó ít nhạy cảm hơn với bất kỳ sự dao động quá trình nào có thể xảy ra và tác động lên áp suất giữa các đường ống.

Hệ thống bơm chân không vòng chất lỏng được thiết kế đặc biệt để phát điện bao gồm các bộ phận hút khí bình ngưng chính và bộ phận mồi hộp nước bình ngưng.

Các hệ thống được thiết kế để thực hiện cả nhiệm vụ kéo / mồi nhưng cũng có nhiệm vụ giữ.

Trong nhiều trường hợp, máy bơm được hỗ trợ bởi bộ phun khí hoặc hơi nước ở giai đoạn đầu để cải thiện hiệu suất của máy bơm đối với các tải bình ngưng khác nhau.

Bộ tăng tốc cơ học được kết hợp với máy bơm chân không trục vít khô cho khả năng đạt được chân không cuối sâu hơn nhiều hoặc để tăng lưu lượng hút của hệ thống.

IV - Ưu điểm và nhược điểm của bơm chân không vòng nước

ƯU ĐIỂM

Bơm chân không vòng nước mang đến rất nhiều ưu điểm nổi bật, cụ thể:

• Thiết kế kích thước lớn giúp bơm chân không vòng nước có thể xử lý lượng khí lớn, đảm bảo hiệu suất hoạt động cao và giảm thiểu tối đa tiếng ồn trong quá trình vận hành.
• Vật liệu chắc chắn và không bị rung hay xê dịch khi vận hành, đảm bảo tính ổn định và độ bền cao của thiết bị trong thời gian dài.
• Bơm chân không vòng nước có công suất lớn và có thể tạo ra áp suất chân không thấp khoảng -740mmHg, đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thí nghiệm khác nhau.
• Sử dụng nước thay vì nhiên liệu dầu để vận hành, do đó không gây ra khí thải độc hại và rất thân thiện với môi trường.
• Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa hay thay thế linh kiện
• Có hiệu suất hoạt động cao và tiết kiệm điện năng, giảm thiểu chi phí vận hành trong quá trình sử dụng
• Tận dụng được nguồn nước sẵn có để vận hành, tiết kiệm được chi phí về nguồn năng lượng.
• Được thiết kế để sử dụng trong các môi trường có hơi nước, hóa chất hoặc nhiệt độ cao, giúp đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thí nghiệm khác nhau, đồng thời đảm bảo tính an toàn cho người sử dụng và thiết bị.

NHƯỚC ĐIỂM

Bơm chân không vòng nước cũng có một số nhược điểm cần được lưu ý:

• Chỉ hoạt động tốt khi sử dụng với nước hoặc chất lỏng có chất lượng tốt. Khi sử dụng với nước có chứa tạp chất hoặc các chất hóa học khác, nó có thể gây ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của bơm.
• Trong quá trình hoạt động, khí sẽ bị hòa tan trong nước, và việc tách khí và nước là điều khó khăn và không thể tránh khỏi. Điều này có thể gây ra một số vấn đề, như tạo ra bọt trong bơm và làm giảm hiệu suất của bơm.
• Các hạt nhỏ và tạp chất có thể gây ra ảnh hưởng đến bề mặt bên trong của buồng bơm. Nếu sử dụng các lưu chất không thích hợp, chúng có thể gây ra hư hại cho buồng bơm và làm giảm tuổi thọ của thiết bị.
• Độ chân không bị phụ thuộc vào độ ổn định của nước – chất lỏng bởi áp suất hay nhiệt độ. Nếu nước có độ nhớt cao hoặc nhiệt độ thay đổi đột ngột, nó có thể làm giảm hiệu suất và độ chân không của bơm.
• Chỉ có thể đạt được áp suất chân không trung bình, giới hạn sự sử dụng của nó trong một số ứng dụng yêu cầu áp suất chân không cao hơn.