Bơm cánh gạt: Nguyên lý hoạt động, phân loại, ứng dụng

Bơm cánh gạt (bơm cánh quay) thường được sử dụng trong các hệ thống thủy lực, hệ thống bôi trơn và ngành công nghiệp. Chúng được áp dụng rộng rãi trong sản xuất, gia công cơ khí, và nhiều máy móc khác. Trong bài viết này, bạn đọc hãy cùng HCTECH tìm hiểu những thông tin hữu ích nhất về máy bơm cánh quay.

Bơm cánh gạt là gì?

Bơm cánh gạt (Vane Pump) là một loại bơm dịch chuyển tích cực quay. Một bộ cánh gạt giống như mái chèo, được lắp theo hướng xuyên tâm trên một rotor hình trụ, tạo ra một số ngăn chứa chất lỏng có thể được giữ lại và vận chuyển qua hệ thống. Các cánh gạt duy trì một lớp niêm phong chặt chẽ với thành của buồng bơm, ngăn chất lỏng rò rỉ trở lại qua bơm. Bơm cánh gạt đặc biệt hữu ích để bơm chất lỏng loãng ở áp suất cao. Các máy bơm tạo ra xung động thấp, lưu lượng chính xác và có các thành phần cứng để chống mài mòn và kéo dài tuổi thọ của máy bơm.

Máy bơm cánh gạt hoạt động như thế nào?

Trong một chu kỳ quay, thể tích giữa các cánh quạt liền kề thay đổi do vị trí lắp lệch tâm của rôto. Điều này tạo ra hoạt động bơm. Có hai loại bơm cánh quạt chính: cánh quạt trượt và cánh quạt linh hoạt.

Cánh quạt được làm bằng vật liệu gì?

Cánh trượt thường được làm bằng vật liệu có khả năng tự bôi trơn để chúng có thể trượt dễ dàng bên trong các khe rôto và chống lại vỏ. Chúng có sẵn bằng carbon, PEEK để chống hóa chất, PTFE gia cố bằng sợi thủy tinh hoặc đồng.

Rotor trong bơm cánh gạt linh hoạt có nhiều loại vật liệu để tương thích về mặt hóa học với chất lỏng được bơm. Ví dụ: cao su thiên nhiên (cho chất lỏng gốc nước), Neoprene, cao su Nitrile (cho thực phẩm, chất béo, nhiên liệu và dầu, EPDM (cho thực phẩm, chất lỏng nóng, chất lỏng có tính axit và kiềm) hoặc silicon carbide (cho nhiệt độ rất cao).

Cách thức hoạt động của bơm cánh trượt (Sliding Vane Pump)

Trong bơm cánh trượt, các cánh được lắp vào các khe hướng tâm trong rôto hình trụ. Khi bơm đứng yên, các cánh nằm trong các khe của chúng. Tuy nhiên, khi trục quay với tốc độ đủ (khoảng 700 vòng/phút), các cánh sẽ di chuyển ra ngoài dưới lực ly tâm, duy trì tiếp xúc chặt chẽ với vòng cam đục lỗ xung quanh thành vỏ. Các cánh cũng có thể được lò xo tải để đảm bảo tiếp xúc ngay cả khi bơm dừng lại. Bất kỳ sự mài mòn nào xảy ra ở mép của các cánh đều được bù đắp bằng cách kéo dài thêm.

Cách thức hoạt động của bơm cánh gạt linh hoạt (Flexible Vane Pump)

Trong một máy bơm cánh gạt linh hoạt, rotor hoặc cánh bơm được làm từ vật liệu linh hoạt, được định hình bằng một số thùy mềm dẻo duy trì tiếp xúc với vòng cam đục lỗ và vỏ bơm. Rotor lệch và lớn hơn một chút so với vỏ bơm nên các cánh bị nén ở phía ‘ngắn’ của chu kỳ và lại giãn ra ở phía đối diện khi chúng phù hợp với hình dạng bên trong của buồng bơm. Hành động này tạo ra các ngăn riêng biệt giữa các cánh, giãn ra ở đầu vào của bơm để tạo lực hút và bị nén ở đầu ra gây ra xả. Có thể chịu được một số hao mòn trên các thùy của rotor vì nó lớn hơn vỏ bơm.

Thiết kế không cân bằng

Vỏ bơm cánh gạt có thể cân bằng , không cân bằng hoặc thay đổi . Các máy bơm cánh gạt thuộc 2 loại trên là các thiết kế không cân bằng vì rôto bị lệch: tâm của trục truyền động và tâm của vỏ bơm không thẳng hàng. Chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra có thể gây ra rung động và tăng độ mài mòn cho ổ trục truyền động. Trong thiết kế cân bằng, tâm của vỏ bơm và rôto trùng nhau. Để đạt được điều này và vẫn tạo ra cùng một chức năng, khoang bơm có hình elip chứ không phải hình tròn. Các cặp đầu vào và đầu ra ở các phía đối diện của máy bơm cũng triệt tiêu mọi mất cân bằng áp suất. Trong thiết kế thay đổi, kích thước của buồng bơm có thể thay đổi. Tính năng này cho phép điều chỉnh tốc độ xả của máy bơm.

Có một số thiết kế khác bao gồm bơm cánh gạt ngoài . Trong những thiết kế này, các cánh gạt (linh hoạt hoặc cứng) được lắp vào vỏ bơm thay vì rôto. Các loại bơm này được ưa chuộng để xử lý chất lỏng có chứa chất rắn.

Phân loại bơm cánh gạt

Theo cấu trúc của bơm

• Bơm cánh gạt đơn: Có một dãy cánh gạt quay quanh rotor.
• Bơm cánh gạt đôi: Có hai dãy cánh gạt, giúp tăng hiệu suất hoạt động.

Theo cách thay đổi lưu lượng

• Bơm cánh gạt lưu lượng cố định: Giữ lưu lượng không thay đổi trong suốt quá trình hoạt động.
• Bơm cánh gạt lưu lượng biến thiên: Có khả năng điều chỉnh lưu lượng dựa trên nhu cầu sử dụng.

Ưu nhược điểm của bơm cánh gạt

Ưu điểm của bơm cánh gạt là gì?

Bơm cánh gạt lý tưởng để bơm chất lỏng có độ nhớt thấp đến trung bình, bao gồm cả chất lỏng có khí cuốn theo, và có thể cung cấp đầu ra chính xác, mượt mà, ít dao động. Với áp suất cấp thay đổi, bơm cánh gạt sẽ tiếp tục cung cấp lưu lượng không đổi. Chúng đặc biệt được chú ý vì khả năng mồi khô, dễ bảo trì và đặc tính hút tốt trong suốt vòng đời của bơm. Không có tiếp xúc kim loại với kim loại bên trong và bơm tự bù trừ hao mòn thông qua phần mở rộng cánh gạt. Bơm cánh gạt có thể xử lý chất lỏng loãng ở áp suất tương đối cao và có thể chạy khô trong thời gian ngắn. Chúng cũng có thể đảo ngược nên có thể được sử dụng để nạp và dỡ bình chứa và cũng đảm bảo chất lỏng được thu hồi hoàn toàn từ ống phân phối.

Nhược điểm của bơm cánh gạt là gì?

Hiệu suất của bơm cánh gạt giảm khi độ nhớt của chất lỏng tăng nên chúng không phù hợp với chất lỏng có độ nhớt cao. Áp suất chênh lệch tối đa cho hoạt động của bơm cánh gạt là khoảng 15 bar. Bơm cánh gạt linh hoạt có thể được sử dụng để bơm chất lỏng có chứa chất rắn nhưng bơm cánh gạt trượt phù hợp hơn với chất lỏng sạch. Bơm cánh gạt linh hoạt có thể được sử dụng với bùn nhưng có thể cần phải giới hạn tốc độ bơm để hạn chế mài mòn. Bơm cánh gạt dễ bị mài mòn gây hư hỏng khi sử dụng với nguồn cấp có chứa chất mài mòn và thường cần được bảo vệ bằng bộ lọc phía hút.

Trừ khi máy bơm sử dụng khớp nối từ, bộ truyền động sẽ cần một loại phớt trục nào đó và đây có thể là nguồn rò rỉ. Về mặt cơ học, máy bơm cánh gạt phức tạp với nhiều bộ phận nhưng bất kỳ hoạt động bảo dưỡng nào để thay thế các cánh gạt hoặc phớt trục bị mòn thường đơn giản và không tốn kém. Giống như hầu hết các máy bơm dịch chuyển tích cực, cần có một số hình thức giảm áp trong trường hợp tắc nghẽn hạ lưu. Máy bơm cánh gạt có nhiều cánh gạt sẽ tạo ra dòng chảy về cơ bản không có xung nhưng xung động có thể là vấn đề ở tốc độ thấp với máy bơm chỉ được lắp một hoặc hai cánh gạt.

Bơm cánh gạt được sử dụng cho những ứng dụng nào?

Các ứng dụng điển hình mà bơm cánh gạt được sử dụng là:

• Chuyển LPG
• Nạp nhiên liệu và truyền động trong hệ thống ô tô và hàng không
• Chất làm mát lạnh: amoniac, freon
• Ngành công nghiệp hóa chất: vận chuyển axit, dung môi, dung dịch nước
• Dung môi, dung dịch nước
• Máy rót đồ uống.

So sánh bơm cánh gạt và các loại bơm khác

Bơm cánh gạt so với bơm bánh răng, bơm vòng chất lỏng và bơm ly tâm

(Viết tắt BCG = Bơm cánh gạt).

Khác biệt giữa bơm cánh gạt và bơm piston

Bơm piston là gì?

Mặt khác, bơm piston là một loại bơm dịch chuyển tích cực sử dụng piston để di chuyển chất lỏng. Các bơm này bao gồm một hoặc nhiều xi lanh chứa piston di chuyển qua lại , tạo ra chênh lệch áp suất hút và đẩy chất lỏng qua bơm. Có nhiều loại bơm piston khác nhau, bao gồm bơm piston hướng trục và hướng kính, mỗi loại có đặc điểm cấu tạo và vận hành riêng.

Bơm piston được biết đến với hiệu suất cao và khả năng tạo áp suất cao, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác và công suất, chẳng hạn như trong hệ thống thủy lực công nghiệp, máy móc xây dựng và ứng dụng phun nhiên liệu.

Sự khác biệt chính giữa bơm cánh gạt và bơm piston

Sự khác biệt chính giữa bơm cánh gạt và bơm piston nằm ở thiết kế, hoạt động, hiệu quả và ứng dụng của chúng.

Thiết kế và vận hành

Máy bơm cánh gạt sử dụng rôto cánh gạt có thể tạo ra các khoang có thể tích thay đổi để vận chuyển chất lỏng. Thiết kế đơn giản này cho phép cấu trúc nhỏ gọn và hoạt động êm ái. Mặt khác, máy bơm piston sử dụng piston di chuyển qua lại bên trong xi lanh, một cơ chế đòi hỏi cấu trúc phức tạp hơn nhưng cung cấp khả năng xử lý áp suất lớn hơn .

Hiệu quả

Về mặt hiệu quả, bơm piston thường vượt trội hơn bơm cánh gạt, đặc biệt là khi tạo ra áp suất cao . Bơm piston có thể đạt được áp suất rất cao với hiệu suất năng lượng vượt trội, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp nặng. Trong khi bơm cánh gạt kém hiệu quả hơn ở áp suất cao, chúng cung cấp lưu lượng đồng đều và nhất quán hơn , có lợi thế trong các ứng dụng đòi hỏi bôi trơn liên tục và đồng đều.

Bảo trì và độ bền

Bơm piston , do cấu tạo phức tạp hơn và áp suất cao mà chúng xử lý, có thể cần bảo trì thường xuyên hơn so với bơm cánh gạt . Tuy nhiên, tuổi thọ của bơm piston có thể rất dài nếu được bảo trì đúng cách. Bơm cánh gạt, với thiết kế đơn giản hơn và ít thành phần chuyển động hơn, có xu hướng bảo trì dễ dàng hơn và ít tốn kém hơn.

Ứng dụng

Bơm piston lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi áp suất cao và độ chính xác , chẳng hạn như trong hệ thống thủy lực công nghiệp, máy móc xây dựng và hệ thống phun nhiên liệu. Ngược lại, bơm cánh gạt được ưa chuộng trong các ứng dụng đòi hỏi lưu lượng liên tục và đồng đều , chẳng hạn như trong hệ thống bôi trơn, truyền chất lỏng áp suất thấp và hệ thống điều hòa không khí.

Về bơm chân không cánh gạt

Bơm chân không cánh gạt là một loại bơm hút chân không hoạt động dựa trên nguyên lý cánh gạt quay trong buồng bơm để tạo ra áp suất thấp. Khi rotor quay, các cánh gạt trượt ra vào dưới tác động của lực ly tâm hoặc lò xo, giúp nén và đẩy khí ra ngoài, tạo môi trường chân không. Loại bơm này thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất linh kiện điện tử, y tế, thực phẩm, đóng gói và các ứng dụng khoa học cần môi trường chân không ổn định. Bơm chân không cánh gạt có ưu điểm là hiệu suất cao, hoạt động êm ái và độ bền tốt.

Kết luận

Bơm cánh gạt là một loại bơm thủy lực quán quan trọng với nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động và ứng dụng sẽ giúp doanh nghiệp tối ưu hóa hệ thống sản xuất và tăng hiệu suất làm việc.

Tham khảo bài viết khác: Máy ép thủy lực