Tổn thất thủy lực, tổn thất thể tích và tổn thất cơ học của máy bơm ly tâm là gì?

Trong quá trình chuyển hóa năng lượng củabơm ly tâm, không phải tất cả năng lượng đầu vào đều có thể được chuyển đổi một cách hiệu quả thành năng lượng áp suất và động năng của chất lỏng. Trong hoạt động thực tế luôn tồn tại sự tổn thất năng lượng không thể tránh khỏi. Theo cơ chế tổn thất năng lượng vật lý, tổn thất năng lượng của bơm ly tâm thường được chia thành ba loại: Tổn thất thủy lực, Tổn thất thể tích và Tổn thất cơ học. Ba loại tổn thất này cùng quyết định hiệu suất tổng thể của máy bơm.

I. Tổn thất thủy lực

Định nghĩa: Tổn thất thủy lực, còn được gọi là tổn thất dòng chảy, đề cập đến tổn thất năng lượng được tạo ra khi chất lỏng chảy qua các thành phần dòng chảy bên trong máy bơm. Về kết quả, nó được biểu hiện bằng sự khác biệt giữa cột áp lý thuyết và cột áp thực tế của máy bơm. Đây là yếu tố chính ảnh hưởng tới hiệu suất của máy bơm.

Nguyên nhân: Tổn thất thủy lực chủ yếu bao gồm ba khía cạnh sau:

1. Tổn thất sốc: Khi chất lỏng đi vào hoặc chảy ra khỏi bánh công tác, nếu hướng dòng chảy của nó không phù hợp với hướng thiết kế của cánh quạt hoặc đường dẫn dòng chảy thì sẽ xảy ra va chạm và thay đổi hướng đột ngột, dẫn đến tổn thất sốc. Tình huống này đặc biệt nổi bật khi máy bơm hoạt động cách xa Điểm hiệu quả tốt nhất (BEP).
2. Mất ma sát: Bản thân chất lỏng có độ nhớt. Khi nó chảy qua các thành thô bên trong của buồng hút, các đoạn dòng chảy của cánh quạt, dây xoắn và các bộ phận khác sẽ tạo ra lực cản ma sát và phần năng lượng này sẽ chuyển thành năng lượng nhiệt và bị mất đi. Dòng chảy càng dài và gồ ghề thì tổn thất ma sát càng lớn.
3. Mất dòng xoáy: Do số lượng cánh quạt có hạn nên không thể dẫn hướng toàn bộ chất lỏng một cách hoàn hảo. Một phần chất lỏng sẽ tạo ra dòng tuần hoàn (dòng xoáy tương đối) bên trong cánh quạt, dẫn đến tiêu hao năng lượng. Đồng thời, sự thay đổi hình dạng dòng chảy cũng sẽ gây ra dòng xoáy cục bộ và dẫn đến tổn thất.

Mức độ tổn thất thủy lực ảnh hưởng trực tiếp đến đầu bơm và chúng ta có thể đo mức độ ảnh hưởng của nó bằng Hiệu suất thủy lực (ηh).

II. Tổn thất thể tích

Định nghĩa: Tổn thất thể tích hay còn gọi là tổn thất do rò rỉ là tổn thất năng lượng do rò rỉ dòng chảy. Cụ thể, một phần chất lỏng áp suất cao được điều áp bởi bánh công tác không được phân phối hiệu quả đến đầu ra của máy bơm mà rò rỉ trở lại khu vực áp suất thấp (chẳng hạn như đầu vào của bánh công tác) thông qua các khe hở khác nhau bên trong máy bơm.

Nguyên nhân:

1. Rò rỉ khe hở vòng đệm: Đây là phần chính của tổn thất thể tích. Để tránh ma sát giữa bánh công tác quay tốc độ cao và vỏ bơm cố định, phải chừa một khoảng hở (tức là khoảng hở vòng mòn) giữa chúng. Chất lỏng áp suất cao ở đầu ra của bơm sẽ rò rỉ trở lại đầu vào thông qua khe hở này.
2. Rò rỉ thiết bị cân bằng: Trong các máy bơm nhiều tầng hoặc một số máy bơm một tầng được thiết kế để cân bằng lực dọc trục, các kết cấu như lỗ cân bằng, đĩa cân bằng hay ống cân bằng cũng sẽ khiến một phần chất lỏng áp suất cao chảy ngược trở lại dẫn đến thất thoát.
3. Rò rỉ phốt trục: Một lượng nhỏ chất lỏng cũng có thể rò rỉ từ phốt trục, mặc dù chiếm một tỷ lệ nhỏ nhưng cũng được tính vào tổn thất thể tích.

Tổn thất thể tích dẫn đến lưu lượng đầu ra thực tế của máy bơm nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết. Độ lớn của nó được đo bằng Hiệu suất thể tích (ηv). Khi máy bơm mòn, độ hở của vòng đệm sẽ tăng dần và tổn thất thể tích cũng sẽ tăng theo.

III. Mất mát cơ học

Định nghĩa: Tổn thất cơ học đề cập đến năng lượng mà trục bơm tiêu thụ để khắc phục các ma sát cơ học khác nhau trong quá trình quay. Phần năng lượng này cuối cùng bị tiêu tán dưới dạng năng lượng nhiệt.

Nguyên nhân:

1. Mất ma sát đĩa: Ma sát nghiêm trọng xảy ra giữa các tấm bìa bên ngoài (tấm bìa trước và sau) của cánh quạt quay tốc độ cao và chất lỏng trong khoang bơm, đây là bộ phận chính gây ra tổn thất cơ học.
2. Tổn thất ma sát ổ trục: Ổ lăn hoặc ổ trượt dùng để đỡ trục bơm sẽ sinh ra lực ma sát trong quá trình vận hành.
3. Tổn thất do ma sát của phốt trục: Dù là phốt kín hay phốt cơ khí, thiết bị bịt kín sẽ cọ xát vào trục bơm hoặc ống bọc trục, tiêu tốn một phần điện năng.

Tổn thất cơ học có nghĩa là một phần công suất trục truyền từ động cơ bị tiêu hao trước khi nó tới bánh công tác để thực hiện công lên chất lỏng. Độ lớn của nó được đo bằng Hiệu suất cơ học (ηm).

Phần kết luận

Hiểu được tổn thất thủy lực, tổn thất thể tích và tổn thất cơ học của máy bơm ly tâm không chỉ là nền tảng cho việc học chuyên môn về máy móc chất lỏng mà còn là phương tiện kỹ thuật quan trọng để đạt được mục tiêu "carbon kép" và thúc đẩy bảo tồn năng lượng và giảm tiêu thụ trong lĩnh vực công nghiệp. Thông qua thiết kế khoa học, vận hành và bảo trì tinh tế cũng như điều khiển thông minh, chúng tôi hoàn toàn có khả năng giảm thiểu những "tổn thất vô hình" này và giải phóng tiềm năng tối đa của hệ thống máy bơm. Trong tương lai,teffikosẽ tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các giải pháp chất lỏng hiệu suất cao, hỗ trợ nâng cấp xanh của ngành và cùng bạn khai thác mọi năng lượng đang chảy.