Cánh bơm ly tâm là một thành phần thiết yếu trong hệ thống bơm ly tâm, đóng vai trò trọng yếu trong việc chuyển năng lượng từ động cơ sang năng lượng thủy lực nhằm đẩy chất lỏng đi qua hệ thống. Bài viết này, MT cung cấp cái nhìn toàn diện và chuyên sâu về cánh bơm ly tâm, từ khái niệm, cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động, giúp bạn sử dụng hiệu quả nhất công nghệ bơm ly tâm.
Cánh bơm ly tâm là gì?
Cánh bơm ly tâm là bộ phận quay trong máy bơm ly tâm, có nhiệm vụ chính là tạo ra lực ly tâm để đẩy chất lỏng từ trung tâm ra ngoại vi, thông qua đó duy trì dòng chảy liên tục trong hệ thống.
Cánh bơm được lắp cố định trên trục bơm và đặt bên trong vỏ bơm. Giữa cánh bơm và vỏ bơm luôn có một khe hở giữa cánh và vỏ được tính toán chính xác để giảm thiểu sự rò rỉ ngược nhưng vẫn đảm bảo sự tự do khi quay.
Vai trò của cánh bơm ly tâm:
- Tạo lực ly tâm: Khi quay với tốc độ cao, cánh bơm tạo ra lực ly tâm đẩy chất lỏng từ tâm cánh ra phía mép ngoài.
- Chuyển đổi năng lượng: Cánh bơm làm tăng vận tốc của chất lỏng. Khi chất lỏng rời khỏi cánh và đi vào vỏ bơm có biên dạng hình xoắn ốc, vận tốc này giảm dần và chuyển hóa thành áp suất đầu ra.
- Điều chỉnh lưu lượng và cột áp: Kích thước, hình dáng và số lượng cánh dẫn trên impeller quyết định trực tiếp đến đường đặc tính của máy bơm.
Các loại cánh bơm ly tâm và công dụng của từng loại
Mỗi loại chất lỏng (nước sạch, nước thải, hóa chất, bùn sệt) yêu cầu một kiểu thiết kế cánh bơm riêng biệt. Dưới đây là 5 loại cánh phổ biến nhất:
Cánh bơm hở
Cánh bơm hở có các gạt nước lộ hoàn toàn, không có tấm bọc bảo vệ. Do thiết kế đơn giản, loại cánh này thường được lắp cho các máy bơm cỡ nhỏ, công suất và hiệu suất không cao.
Ưu điểm của cánh hở là xử lý được một lượng hạt rắn nhất định trong chất lỏng. Tuy nhiên, để vận hành ổn định, cánh hở yêu cầu chỉ số NPSH cao, nếu không dễ xảy ra xâm thực, hư hỏng hoặc giảm công suất.
Cánh bơm bán hở
Cánh bán hở được trang bị thêm tấm bọc bảo vệ ở mặt sau, trong khi mặt trước vẫn để hở. Thiết kế này giúp tăng hiệu suất cơ học so với cánh hở, đồng thời tối ưu giữa hiệu quả bơm và chỉ số NPSHr.
Loại cánh này phù hợp cho máy bơm cỡ trung, có khả năng xử lý chất lỏng chứa hàm lượng nhỏ hạt rắn mềm, đáp ứng tốt nhiều ứng dụng công nghiệp.
Cánh bơm kín
Cánh bơm kín được bọc bảo vệ ở cả hai mặt trước và sau, giúp tối đa hóa hiệu năng và lưu lượng bơm. Ưu điểm lớn của cánh kín là có thể vận hành với NPSH thấp nhưng vẫn đạt lưu lượng cao.
Tuy nhiên, thiết kế phức tạp khiến chi phí lắp đặt cao hơn. Cánh kín sử dụng các vòng chịu mòn có khe hở kín để giảm tải lực hướng trục và duy trì hiệu suất ổn định.
Đây là loại cánh phổ biến nhất trong máy bơm công nghiệp cỡ lớn, nhưng chỉ thích hợp để bơm chất lỏng và hóa chất sạch, vì rất dễ bị tắc khi gặp hạt rắn.
Cánh bơm xoáy
Cánh bơm xoáy là thiết kế đặc biệt không có gạt cánh truyền thống. Khi hoạt động, cánh tạo ra vùng xoáy hoặc chân không, ngăn không cho chất rắn đi trực tiếp qua cánh bơm. Nhờ đó, cánh xoáy xử lý hiệu quả chất lỏng bẩn, chứa mảnh vụn hoặc chất rắn dạng sợi, đồng thời giảm tối đa nguy cơ tắc nghẽn và bảo vệ các bộ phận bên trong bơm.
Nhược điểm là hiệu suất thấp, nên chỉ nên sử dụng khi yêu cầu chính là xử lý chất rắn thay vì tối ưu lưu lượng.
Cánh bơm cắt
Cánh cắt được thiết kế chuyên biệt để xử lý chất lỏng chứa hạt rắn. Khác với cánh xoáy, cánh cắt sử dụng lưỡi sắc để nghiền, mài hoặc bào mòn chất rắn khi đi qua.
Dù hiệu suất không cao, cánh cắt vẫn là giải pháp tối ưu trong ngành xử lý nước thải, nơi các loại cánh bơm thông thường dễ bị tắc nghẽn và nhanh hư hỏng.
>>> Tìm hiểu thêm:
Đặc điểm cánh bơm hở và cánh bơm kín
Hai loại cánh bơm ly tâm phổ biến nhất hiện nay là: cánh bơm hở và cánh bơm kín, mỗi loại sở hữu đặc điểm cấu tạo, ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng khác nhau. Dưới đây là phân tích chi tiết giúp bạn hiểu rõ và lựa chọn đúng loại cánh bơm phù hợp với nhu cầu vận hành.
| Tiêu chí | Cánh bơm hở | Cánh bơm kín |
| Hình ảnh |  |
 |
| Đặc Điểm | Cánh bơm hở là một dạng của bơm ly tâm, còn được gọi là bơm cánh xoáy.
Thiết kế cánh không khép kín hoàn toàn, các cánh bơm không đồng tâm theo một hướng cố định, tạo không gian mở cho lưu chất đi qua. |
Cánh bơm kín là dạng cánh bơm ly tâm có thiết kế khép kín hoàn toàn.
Các cánh bơm được bố trí đồng tâm theo trục, có rãnh bơm và khía cánh rõ ràng, giúp kiểm soát dòng chảy tốt hơn. |
| Vật Liệu | Gang, Đồng, Inox | |
| Độ bền | Tuổi thọ trung bình, trên 1 năm | Tuổi thọ cao, trung bình trên 3 năm |
| Ưu điểm | – Giảm lực ma sát lên cánh bơm, từ đó hạn chế mài mòn và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
– Khả năng xử lý tốt các loại lưu chất có chứa hạt rắn như bùn, nước thải, giúp duy trì hiệu suất ổn định. – Bảo trì đơn giản, có thể điều chỉnh cánh quạt thường xuyên để giữ hiệu suất bơm. – Thiết kế mở giúp dễ làm sạch, thông tắc, không cần tháo rời toàn bộ máy bơm khi bảo dưỡng. |
– Độ bền cao, vận hành ổn định trong thời gian dài.
– Khả năng đẩy chất lỏng lên cao và đi xa vượt trội so với cánh bơm hở. – Phù hợp với các loại lưu chất dễ bay hơi và môi trường có nguy cơ cháy nổ. |
| Hạn chế | – Khả năng đẩy chất lỏng lên cao và đi xa khá yếu.
– Do không có tấm bảo vệ, cánh hở thường có công suất nhỏ, chủ yếu lắp trong các máy bơm cỡ nhỏ và hiệu suất không cao. – Yêu cầu chỉ số NPSH cao để tránh hiện tượng xâm thực, hư hỏng hoặc sụt giảm công suất khi bơm lưu chất có hạt rắn. |
– Chỉ thích hợp để bơm chất lỏng sạch, hóa chất sạch, dễ bị tắc nghẽn nếu lưu chất chứa hạt rắn.
– Cần bảo dưỡng vòng lót định kỳ để duy trì hiệu quả và tránh suy giảm hiệu suất. |
| Ứng dụng | – Ngành khai khoáng
– Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp – Công nghiệp thực phẩm |
– Hệ thống cấp nước sạch
– Công nghiệp hóa chất – Hệ thống phòng cháy, chữa cháy |
Nguyên lý hoạt động của cánh bơm ly tâm
Nguyên lý hoạt động của cánh bơm dựa trên nền tảng của vật lý học và thủy lực học, cụ thể là định luật về lực ly tâm và phương trình Euler cho máy thủy lực.
- Quy trình hút chất lỏng qua mắt bơm: Khi cánh bơm bắt đầu quay, một vùng áp suất thấp được tạo ra tại trung tâm của cánh, gọi là mắt bơm. Theo nguyên tắc chênh lệch áp suất, chất lỏng từ nguồn cấp sẽ bị hút vào mắt bơm theo phương dọc trục.
- Quá trình gia tốc và đẩy chất lỏng: Dưới tác động của các cánh dẫn, chất lỏng bị cuốn vào chuyển động quay. Lực ly tâm tác động lên các phân tử chất lỏng, đẩy chúng chuyển động từ tâm ra phía ngoài theo các rãnh dẫn. Trong quá trình này, vận tốc của chất lỏng tăng lên rất lớn.
- Biến đổi động năng thành áp năng: Khi chất lỏng rời khỏi mép cánh bơm, nó có vận tốc cực đại. Tại đây, chất lỏng đi vào vùng không gian rộng hơn của vỏ bơm. Theo nguyên lý Bernoulli, khi diện tích mặt cắt ngang tăng, vận tốc giảm xuống và áp suất tăng lên. Đây chính là cách áp suất đầu ra được hình thành để đẩy chất lỏng đi xa hoặc lên cao.
Các yếu tố ảnh hưởng đến nguyên lý hoạt động của cánh bơm ly tâm:
- Tốc độ vòng quay (RPM): Tốc độ càng cao, lực ly tâm càng lớn, áp suất đầu ra càng mạnh.
- Đường kính cánh bơm: Cánh bơm lớn hơn tạo ra vận tốc dài ở mép cánh lớn hơn, dẫn đến cột áp cao hơn.
- Góc nghiêng của cánh dẫn: Ảnh hưởng đến khả năng xử lý lưu lượng và độ êm của dòng chảy.
Ứng dụng của cánh bơm ly tâm
Cánh bơm ly tâm không chỉ hiện diện trong máy bơm nước gia đình mà còn đóng vai trò then chốt trong các quy trình sản xuất phức tạp.
- Xử lý nước thải và cấp nước: Sử dụng bơm ly tâm đơn tầng hoặc đa tầng để vận chuyển nước từ trạm bơm đến hộ tiêu thụ. Trong xử lý nước thải, cánh hở và cánh xoáy được ưu tiên để tránh sự cố tắc nghẽn.
- Công nghiệp hóa chất và dệt nhuộm: Yêu cầu các loại cánh bơm làm từ vật liệu chống ăn mòn như Inox 316, Composite hoặc nhựa PP/PVDF.
- Thủy lợi nông nghiệp: Các dòng bơm lưu lượng lớn với cánh bán hở giúp tưới tiêu hiệu quả cho những cánh đồng lớn, có thể xử lý được nước có lẫn bùn cát.
- Công nghiệp thực phẩm và dược phẩm: Đây là nơi MT khẳng định thế mạnh. Các loại cánh bơm được đánh bóng vi sinh, thiết kế theo tiêu chuẩn ASME BPE để đảm bảo không có “điểm chết” gây nhiễm khuẩn.
- Công nghiệp điện năng: Trong các nhà máy nhiệt điện, bơm ly tâm đa tầng cánh được dùng để bơm nước cấp nồi hơi với áp suất cực cao.
Cánh bơm ly tâm là linh kiện cốt lõi quyết định thành bại của một hệ thống luân chuyển chất lỏng. Việc hiểu sâu về cấu tạo, phân loại từ cánh bơm ly tâm hở đến cánh bơm ly tâm kín giúp các kỹ sư đưa ra quyết định đúng đắn, tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì dài hạn. Để được tư vấn chuyên sâu về các giải pháp bơm và thiết bị quy trình, hãy liên hệ với đội ngũ kỹ sư của MT ngay hôm nay!
Trong các ứng dụng yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao và vận hành ổn định, bơm GEA Hilge là lựa chọn được nhiều doanh nghiệp trong ngành thực phẩm, đồ uống và dược phẩm tin dùng nhờ thiết kế cánh bơm phù hợp với từng điều kiện vận hành và khả năng làm sạch hiệu quả.
