Bơm trục vít hoạt động thế nào?

Bơm trục vít là bơm thể tích: sản phẩm được giữ trong các khoang kín tạo ra giữa trục vít và vỏ bơm, rồi dịch chuyển dọc theo trục từ cửa hút sang cửa xả khi trục vít quay. Vì dòng chảy đi theo một hướng, liên tục và không bị đập như bơm piston hay bơm màng, lưu lượng ổn định và sản phẩm ít bị xé, ít tạo bọt. Lưu lượng gần như tỷ lệ thuận với tốc độ quay.

Điểm khác nhau giữa ba loại nằm ở số trục vít và cách các trục vít làm kín khoang bơm:

• Trục vít đơn: một rotor xoắn quay lệch tâm trong stator đàn hồi, hai chi tiết tiếp xúc nhau.
• Trục vít đôi: hai trục vít song song ăn khớp nhau, đồng bộ bằng bánh răng, không chạm nhau.
• Trục vít ba: một trục vít chủ động ở giữa và hai trục vít bị động hai bên, làm kín bằng màng chất lỏng.

Xem thêm: Chi tiết bơm trục vít

Bơm trục vít đơn

Bơm trục vít đơn (còn gọi là bơm trục vít lệch tâm, bơm Moineau, tên tiếng Anh là progressive cavity pump) gồm rotor dạng xoắn bằng kim loại quay bên trong stator có rãnh xoắn, thường làm bằng đàn hồi. 

Khi rotor quay lệch tâm, rotor và stator tạo ra các khoang kín nối tiếp nhau, các khoang này dịch dần từ cửa hút đến cửa xả và đẩy sản phẩm đi. Rotor tiếp xúc với stator suốt chiều dài bơm nên khoang được làm kín trực tiếp bằng sự tiếp xúc đó.

Đặc điểm

• Lưu lượng đều, gần như không đập mạch.
• Ít xé và ít tạo bọt, phù hợp sản phẩm nhạy với lực cắt.
• Bơm được sản phẩm nhớt, sản phẩm có sợi, hạt rắn và tính mài mòn, vì khoang bơm rộng và stator đàn hồi chịu được va chạm.
• Tự mồi, hút tốt.
• Chạy ở tốc độ thấp thì sản phẩm mài mòn ít gây hao mòn hơn.

Hạn chế

• Không được chạy khô. Rotor ma sát với stator, không có sản phẩm bôi trơn và làm mát thì stator nóng lên và hỏng rất nhanh.
• Stator là chi tiết hao mòn, cần thay định kỳ.
• Áp suất làm việc ở mức thấp đến trung bình. Muốn tăng áp thì phải tăng số tầng, bơm dài hơn.
• Không dùng cho sản phẩm có dung môi hoặc hóa chất làm trương nở vật liệu stator.

Dòng HSS của Carten là bơm trục vít đơn, áp suất làm việc 7 bar, gồm 13 model từ HSS-10 (1,1 m³/h) đến HSS-150 (60 m³/h). Theo tiêu chí chọn của hãng, HSS được ưu tiên khi áp suất yêu cầu không quá 7 bar và sản phẩm có khí, sợi, hạt rắn hoặc tính mài mòn.

Bơm trục vít đôi

Bơm trục vít đôi có hai trục vít song song quay ngược chiều nhau, ăn khớp với nhau bên trong vỏ bơm. Hai trục vít được đồng bộ bằng cặp bánh răng đồng bộ (timing gears) đặt ngoài buồng bơm, nên chúng không chạm vào nhau và không chạm vào vỏ. Khoang tạo ra giữa hai trục vít và vỏ bơm di chuyển dọc trục, đẩy sản phẩm từ cửa hút sang cửa xả.

Vì các trục vít không tiếp xúc, bơm không cần sản phẩm làm chất bôi trơn cho chính các trục vít. Đây là điểm khác cơ bản nhất so với bơm trục vít ba.

Đặc điểm

• Bơm được dải độ nhớt rộng, từ chất lỏng loãng đến sản phẩm cực nhớt.
• Bơm được sản phẩm có hạt và có lẫn khí, không đòi hỏi sản phẩm có tính bôi trơn.
• Chạy được hai chiều, cùng một bơm có thể hút và xả theo cả hai hướng, nên hút ngược để xả sạch đường ống.
• Tự mồi.
• Dễ vệ sinh, dùng được làm bơm CIP trong dây chuyền thực phẩm, đồ uống, dược phẩm và mỹ phẩm.
• Lưu lượng êm, ít đập mạch, giữ sản phẩm nhạy cảm ít bị phá hủy.

Hạn chế

• Cấu tạo phức tạp hơn bơm trục vít đơn (có hộp bánh răng đồng bộ), giá đầu tư cao hơn.
• Có khe hở giữa các trục vít nên với sản phẩm rất loãng ở áp suất cao, một phần sản phẩm lọt ngược lại phía hút và làm lưu lượng thực tế giảm.
• Không phù hợp với sản phẩm có hạt cứng, mài mòn mạnh vì làm mòn trục vít và vỏ bơm, làm khe hở rộng ra.

Dòng HTS của Carten là bơm trục vít đôi, gồm 5 model từ HTS-10 (3,2 m³/h) đến HTS-50 (52 m³/h). Theo thông số hãng, HTS làm việc đến 20 bar, độ nhớt từ 1 đến 1.000.000 cP, cho hạt đến 40 mm đi qua, bơm sản phẩm chứa đến 60% khí, chạy hai chiều, tự mồi và dùng làm bơm CIP. Vật liệu SS304 hoặc SS316L, phớt cơ khí chọn theo sản phẩm. Ví dụ HTS-40 cho lưu lượng 32 m³/h với cổng 76 mm.

Bơm trục vít ba

Bơm trục vít ba có một trục vít chủ động ở giữa (power rotor) và hai trục vít bị động hai bên (idler rotors), nằm trong một vỏ có ống lót chính xác. Bơm không có bánh răng đồng bộ. Trục vít chủ động quay và truyền chuyển động cho hai trục vít bị động thông qua màng chất lỏng mỏng giữa các bề mặt. Khoang tạo ra giữa các trục vít và ống lót dịch chuyển dọc trục để đẩy sản phẩm đi.

Đặc điểm

• Lưu lượng rất êm, ít đập mạch, ít tạo bọt.
• Chịu được áp suất xả cao.
• Cấu tạo gọn, chạy ở tốc độ cao ổn định.
• Lắp được theo chiều đứng hoặc chiều ngang.

Hạn chế

• Chỉ dành cho chất lỏng sạch và có tính bôi trơn. Màng chất lỏng giữa các trục vít chính là chất bôi trơn, nên bơm nước hoặc sản phẩm không bôi trơn sẽ làm mòn rất nhanh.
• Không chịu được hạt rắn, sợi hay sản phẩm mài mòn. Khe hở giữa các trục vít rất nhỏ, chỉ cần hạt cứng là gây xước và mất khả năng làm kín.
• Không phù hợp với sản phẩm chứa nhiều khí.

Bơm trục vít ba được dùng chủ yếu cho dầu và nhiên liệu: chuyển dầu nhiên liệu, cấp dầu cho lò đốt, dầu bôi trơn, truyền động thủy lực, bơm tăng áp. Đây là nhóm ứng dụng của ngành dầu khí, hàng hải và công nghiệp năng lượng, không phải của ngành thực phẩm.

Cách chọn bơm trục vít đơn, đôi hay ba

Bước 1. Xác định tính chất của sản phẩm

• Sản phẩm có tính bôi trơn, sạch (dầu, nhiên liệu): cả ba loại đều dùng được; nếu cần áp suất cao thì cân nhắc trục vít ba.
• Sản phẩm không bôi trơn (nước, dung dịch loãng, sản phẩm thực phẩm): loại trừ bơm trục vít ba.
• Sản phẩm có sợi, hạt rắn, mài mòn: chọn bơm trục vít đơn.
• Sản phẩm có hạt lớn nhưng không mài mòn mạnh: chọn bơm trục vít đôi.

Bước 2. Xác định độ nhớt

Ghi rõ độ nhớt ở nhiệt độ làm việc thực tế, tính bằng cP. Sản phẩm nhớt thì bơm cần chạy ở tốc độ thấp hơn để khoang kịp nạp đầy sản phẩm. Với độ nhớt rất cao hoặc thay đổi lớn theo nhiệt độ, bơm trục vít đôi là lựa chọn an toàn hơn.

Bước 3. Xác định hàm lượng khí

Sản phẩm lẫn khí hoặc bơm từ bể có mức dịch thấp, hút lẫn không khí, nên chọn bơm trục vít đôi hoặc trục vít đơn. Bơm trục vít ba không phù hợp.

Bước 4. Xác định áp suất xả

Cộng áp suất yêu cầu ở cửa xả, tổn thất đường ống, chiều cao đẩy và áp suất thiết bị phía sau. 

• Áp suất không quá 7 bar có thể dùng bơm trục vít đơn. 
• Áp suất đến 20 bar thì dùng bơm trục vít đôi. 
• Áp suất cao hơn nữa với dầu sạch thì cân nhắc bơm trục vít ba.

Bước 5. Xác định yêu cầu vệ sinh và vận hành

• Cần CIP, làm sạch đường ống ngay trong dây chuyền, hoặc cần bơm chạy hai chiều để xả hết sản phẩm: chọn bơm trục vít đôi.
• Sản phẩm thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm: chọn vật liệu SS304 hoặc SS316L và loại phớt phù hợp sản phẩm.

Bước 6. Tính lưu lượng và chọn kích thước

Bơm thể tích có lưu lượng tỷ lệ với tốc độ quay, nên chọn model có lưu lượng định mức lớn hơn nhu cầu để chạy ở tốc độ vừa phải, thay vì chạy sát giới hạn. Đây cũng là cách giúp bơm bền, nhất là với sản phẩm mài mòn.

Chọn bơm trục vít Carten theo ứng dụng

Hai dòng HSS và HTS của Carten đều có model theo từng cấp lưu lượng. Bảng dưới đây giúp chọn nhanh theo lưu lượng và ứng dụng. Công suất motor là dải do hãng đề xuất, thay đổi theo độ nhớt và áp suất thực tế.

Bơm trục vít đơn Carten HSS (7 bar)

Bơm trục vít đôi Carten HTS (đến 20 bar)

Những sai lầm thường gặp khi chọn bơm trục vít

• Chọn bơm trục vít đơn cho áp suất cao. Áp suất vượt khả năng của bơm làm lọt sản phẩm giữa rotor và stator, tụt lưu lượng và mòn stator rất nhanh.
• Chọn bơm trục vít ba cho sản phẩm không bôi trơn hoặc có hạt. Các trục vít mòn và xước chỉ sau thời gian ngắn.
• Chạy bơm trục vít đơn khi hết sản phẩm. Stator nóng lên và hỏng. Nên có cảm biến mức hoặc bảo vệ chạy khô ở phía hút.
• Không ghi rõ độ nhớt ở nhiệt độ làm việc. Độ nhớt đo ở nhiệt độ phòng khác xa độ nhớt khi sản phẩm nguội hoặc nóng, nên chọn motor và model thiếu hoặc thừa.
• Chọn bơm chạy sát giới hạn tốc độ. Với sản phẩm nhớt và mài mòn, chọn model lớn hơn một cấp để chạy tốc độ thấp thì bơm bền hơn.
• Chọn bơm trục vít đôi cho sản phẩm mài mòn mạnh. Trục vít và vỏ mòn làm khe hở rộng ra, bơm mất áp suất dần.

Khách hàng gửi cho Carten Pump tên sản phẩm, độ nhớt ở nhiệt độ làm việc, kích thước hạt, tỷ lệ khí, áp suất xả, lưu lượng và yêu cầu vệ sinh, kỹ sư sẽ đối chiếu với hai dòng HSS và HTS để đề xuất model và vật liệu phù hợp. Bạn có thể gửi thông tin qua trang báo giá bơm trục vít hoặc xem danh mục bơm trục vít Carten để chọn theo từng model.