Trong các hệ thống vận chuyển bùn, cột áp của bơm là một trong những thông số quan trọng được sử dụng để xác định loại bơm bùn phù hợp.

Nhiều người chỉ hiểu cột áp bơm là "độ cao tối đa mà bơm có thể nâng chất lỏng dạng bùn", nhưng thực tế phức tạp hơn nhiều. Cột áp bơm thể hiện năng lượng mà một đơn vị trọng lượng chất lỏng thu được khi nó đi qua bơm. Trong một hệ thống vận chuyển thực tế, cột áp mà bơm cần cung cấp có liên quan đến mực chất lỏng, tổn thất trong đường ống, điều kiện áp suất và điều kiện hoạt động của hệ thống.

Điều quan trọng cần lưu ý là các nhà sản xuất bơm bùn thường cung cấp đường cong hiệu suất dựa trên hiệu suất khi bơm nước sạch . Tuy nhiên, chất lỏng thực tế được vận chuyển thường là bùn chứa các hạt rắn. Do đó, đường cong hiệu suất khi bơm nước sạch không thể được coi là hiệu suất cuối cùng của bơm trong điều kiện hoạt động thực tế với bùn.

Bài viết này giải thích khái niệm cơ bản về cột áp bơm bùn, cách tính cột áp bơm, cách đọc biểu đồ hiệu suất nước sạch và các yếu tố chính cần xem xét khi lựa chọn bơm bùn cho dịch vụ bơm bùn thực tế.

1. Đầu bơm bùn là gì?

Cột áp của bơm là năng lượng mà một đơn vị trọng lượng chất lỏng thu được khi nó đi qua bơm, và nó thường được biểu thị bằng mét cột chất lỏng (m).

Dựa trên tổng cột áp tại cửa hút và cửa xả của bơm, cột áp của bơm có thể được biểu thị như sau:

H = H₂ − H₁

Ở đâu:

• H — Cột áp của bơm (m)

• H₂ — Cột áp tổng cộng tại cửa ra của bơm (m)

• H₁ — Cột áp tổng tại cửa hút của bơm (m)

Do đó, cột áp của bơm không đơn giản chỉ bằng chiều cao nâng thẳng đứng.

Trong một hệ thống vận chuyển bùn thực tế, năng lượng mà máy bơm cần cung cấp cũng liên quan đến tổn thất cột áp do ma sát, tổn thất cột áp cục bộ và tổn thất cột áp do vận tốc ở đường ống đầu vào và đầu ra.

2. Tổng cột áp đầu vào và đầu ra được xác định như thế nào?

Theo dữ liệu kỹ thuật của bơm bùn, tổng cột áp đầu vào có thể được xác định từ các điều kiện đường ống đầu vào, bao gồm các yếu tố sau:

• Tổn thất cột áp do ma sát trong đường ống đầu vào (m)

• Tổng tổn thất cột áp cục bộ trong đường ống đầu vào (m)

• chiều cao mực chất lỏng đầu vào

Đối với bơm nằm ngang , chiều cao mực chất lỏng đầu vào được đo từ tâm trục bơm đến mực chất lỏng hút. Nếu mực chất lỏng thấp hơn tâm trục bơm, giá trị này là âm.

Đối với bơm trục đứng , điểm tham chiếu là mép ngoài của cửa hút cánh quạt. Nếu mực chất lỏng thấp hơn mép cửa hút cánh quạt, giá trị sẽ âm.

Tương tự, tổng cột áp tại cửa ra được xác định bởi:

• Tổn thất cột áp do ma sát trong đường ống đầu ra (m)

• Tổng tổn thất cột áp cục bộ trong đường ống đầu ra (m)

• tổn thất áp suất vận tốc đầu ra

• chiều cao mực chất lỏng đầu ra

Đối với bơm nằm ngang , chiều cao mực chất lỏng đầu ra được đo từ tâm trục bơm đến mực chất lỏng đầu ra.

Đối với bơm trục đứng , chiều cao được đo từ mép ngoài cùng của cửa hút cánh quạt đến mực chất lỏng đầu ra.

Từ góc độ kỹ thuật, điều này có nghĩa là việc tính toán cột áp của bơm không thể chỉ dựa trên sự chênh lệch độ cao . Cần phải xem xét đầy đủ các điều kiện thủy lực tại cửa hút và cửa xả của bơm.

3. Sự khác biệt giữa cột áp và áp suất của bơm là gì?

Cột áp và áp suất không phải là cùng một thông số.

Cột áp của bơm thường được biểu thị bằng mét cột chất lỏng, trong khi áp suất thường được biểu thị bằng Pa, kPa, bar hoặc các đơn vị áp suất khác.

Mối quan hệ giữa hiệu áp suất và cột áp của bơm có thể được biểu diễn như sau:

ΔP = ρgH

Ở đâu:

• ΔP — Chênh lệch áp suất

• ρ — Mật độ của môi trường được vận chuyển

• g — Gia tốc trọng trường

• H — Đầu bơm

Do đó, ở cùng một cột áp bơm, chất lỏng có mật độ khác nhau sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất khác nhau.

Điều này đặc biệt quan trọng đối với máy bơm bùn vì mật độ bùn thường cao hơn mật độ nước sạch.

Tuy nhiên, điều quan trọng cần hiểu là:

Việc tăng trọng lượng riêng của bùn không có nghĩa là cột áp của bơm sẽ tăng theo tỷ lệ thuận.

Tỷ trọng riêng của hỗn hợp bùn chủ yếu ảnh hưởng đến áp suất và yêu cầu công suất, trong khi hiệu suất thực tế của hỗn hợp bùn còn bị ảnh hưởng bởi nồng độ chất rắn, kích thước hạt, độ nhớt và đặc tính của hạt.

4. Tổng cột áp động (Total Dynamic Head - TDH) là gì?

Cột áp bơm là cột áp thực tế do bơm cung cấp trong điều kiện hoạt động cụ thể, trong khi Cột áp động tổng (TDH) là tổng cột áp cần thiết cho hệ thống vận chuyển ở lưu lượng cụ thể.

Nói một cách đơn giản:

• TDH Cho biết hệ thống cần bao nhiêu cột áp.

• Cột áp của bơm cho biết lượng cột áp mà bơm có thể cung cấp.

Trong quá trình lựa chọn bơm bùn, bơm phải đáp ứng được tổng cột áp (TDH) yêu cầu ở lưu lượng mục tiêu .

5. Sự khác biệt giữa hiệu suất trong nước sạch và hiệu suất thực tế của bùn là gì?

Đường cong hiệu suất trong nước sạch và hiệu suất thực tế của bùn có thể khác nhau.

Nước sạch thường được sử dụng để kiểm tra và xác minh hiệu suất bơm. Do đó, các đường cong hiệu suất CNSME® thường dựa trên hiệu suất trong điều kiện nước sạch .

Khi được biểu thị bằng cột áp chất lỏng, cột áp bơm chủ yếu thể hiện năng lượng trên mỗi đơn vị trọng lượng do bơm cung cấp. Với cùng loại bơm, tốc độ và điều kiện lưu lượng, sự thay đổi mật độ chất lỏng không làm cho cột áp bơm thay đổi theo tỷ lệ thuận.

Tuy nhiên, khi môi chất vận chuyển thay đổi từ nước trong sang dạng bùn chứa các hạt rắn, các yếu tố như nồng độ bùn, kích thước hạt, độ nhớt, hình dạng hạt và đặc tính lắng đọng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động thực tế của bơm.

Nhìn chung, khi bơm bùn có nồng độ cao hoặc hạt thô, cột áp và hiệu suất thực tế của bơm có thể thấp hơn so với khi bơm nước sạch. Đồng thời, độ mài mòn của bùn chủ yếu ảnh hưởng đến độ mài mòn và tuổi thọ của các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng.

Do đó, đường cong hiệu suất trong nước sạch là cơ sở quan trọng để lựa chọn bơm bùn, nhưng không nên coi trực tiếp nó là hiệu suất cuối cùng của bơm trong điều kiện vận hành thực tế với bùn.

Ví dụ, đường cong hiệu suất của bơm bùn CNSME 4/3 AH được đánh dấu như sau:

PERFORMANCE FOR CLEAR WATER

Điều này có nghĩa là đường cong thể hiện hiệu suất cơ bản của máy bơm trong điều kiện nước sạch, bao gồm:

• Lưu lượng

• Cái đầu

• Tốc độ (RPM)

• Hiệu quả

• NPSHr

Tuy nhiên, môi trường hoạt động thực tế thường là bùn khoáng, chất thải quặng hoặc các loại bùn khác có chứa các hạt rắn.

Các đặc tính sau của bùn có thể ảnh hưởng đến hiệu suất thực tế của bơm:

• Tỷ trọng riêng của bùn (Sm)

• Nồng độ chất rắn

• Kích thước hạt rắn

• Độ nhớt

• Hình dạng và đặc tính của hạt

• Đặc điểm định cư

So với nước sạch, việc bơm bùn có nồng độ cao và chứa các hạt thô có thể dẫn đến giảm đáng kể cột áp và hiệu suất thực tế của máy bơm.

Đối với một số loại bùn hạt mịn, hiệu suất bơm có thể tăng lên trong những điều kiện cụ thể.

Vì thế:

Đường cong hiệu suất trong điều kiện nước sạch là cơ sở quan trọng để lựa chọn bơm bùn, nhưng không thể trực tiếp coi đó là hiệu suất cuối cùng trong điều kiện vận hành thực tế của bơm bùn.

Việc lựa chọn máy bơm thực tế cần đánh giá hiệu suất của bùn dựa trên các đặc tính cụ thể của bùn và điều kiện vận hành.

6. Cách đọc đường cong hiệu suất của bơm bùn 4/3 AH

Đường cong hiệu suất của bơm bùn CNSME 4/3 AH được sử dụng ở đây làm ví dụ.

Đồ thị này giúp người dùng hiểu được các mối quan hệ hiệu suất cơ bản của máy bơm bùn.

Lưu lượng

Trục hoành biểu thị lưu lượng, thường được biểu thị bằng m³/h .

Thông số này thể hiện khả năng vận chuyển của bơm trong điều kiện hoạt động tương ứng.

Cái đầu

Trục tung biểu thị cột áp của bơm, được biểu thị bằng mét .

Ở cùng tốc độ, lưu lượng và cột áp thường có mối quan hệ tương ứng. Khi lưu lượng hoạt động thay đổi, cột áp mà bơm có thể cung cấp cũng thay đổi.

Do đó, bạn không nên chỉ nhìn vào cột áp tối đa của máy bơm. Thay vào đó, bạn nên xác định cột áp mà máy bơm có thể cung cấp ở lưu lượng yêu cầu.

RPM

Đường cong hiệu suất chứa dữ liệu hiệu suất của bơm ở các tốc độ quay khác nhau.

Sau khi xác định lưu lượng mục tiêu và cột áp yêu cầu, tốc độ vận hành phù hợp có thể được xác định từ đường cong hiệu suất để đáp ứng điểm làm việc yêu cầu.

Hiệu quả

Các vùng hiệu suất trên đường cong thể hiện hiệu suất của bơm trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

Trong quá trình lựa chọn thực tế, máy bơm cần hoạt động trong phạm vi vận hành hợp lý. Hiệu suất, độ mài mòn, NPSH và những thay đổi tiềm năng của hệ thống đều cần được xem xét, thay vì chỉ theo đuổi điểm hiệu suất cao nhất.

NPSHr

Đường cong hiệu suất 4/3 AH có các ký hiệu như sau:

3 m, 4 m, 6 m, 8 m, 10 m

Các giá trị này tương ứng với dữ liệu NPSHr (Áp suất hút dương thực cần thiết) .

Trong quá trình lựa chọn bơm thực tế, NPSHr của bơm cần được so sánh với NPSHa có sẵn từ hệ thống, với một biên độ kỹ thuật thích hợp để giảm nguy cơ xâm thực.

NPSHa biểu thị cột áp hút dương thực tế có sẵn từ hệ thống, trong khi NPSHr biểu thị cột áp hút dương thực tế cần thiết cho bơm trong điều kiện vận hành cụ thể.

Hiệu suất nước trong

Một điểm cuối cùng đặc biệt quan trọng cần lưu ý:

Đường cong hiệu suất 4/3 AH là đường cong hiệu suất trong điều kiện nước trong.

Nếu ứng dụng thực tế liên quan đến bùn khoáng nồng độ cao, bùn hạt thô hoặc các điều kiện bùn đặc biệt khác, thì hiệu suất nước sạch được thể hiện trên đường cong không nên được coi là hiệu suất hoạt động thực tế.

7. Điểm làm việc của bơm là gì?

Điểm làm việc của bơm thường được xác định bởi:

Lưu lượng + Áp suất

Ví dụ, một hệ thống vận chuyển bùn có thể cần:

• Tốc độ dòng chảy mục tiêu được chỉ định

• Áp suất hệ thống tương ứng ở lưu lượng đó

Sự kết hợp giữa lưu lượng và cột áp này thể hiện một điểm quan trọng trong việc lựa chọn bơm.

Trong một hệ thống thực tế, hiệu suất của bơm phải phù hợp với yêu cầu của hệ thống.

Vì thế:

Cột áp tối đa của máy bơm không giống với cột áp hoạt động thực tế của nó.

Một máy bơm có thể đạt được cột áp tối đa tương đối cao, nhưng có thể không cung cấp được cột áp tương tự ở lưu lượng mục tiêu.

Đây là lý do tại sao việc lựa chọn bơm bùn phải xem xét cả lưu lượng và cột áp .

8. Cách chọn bơm bùn dựa trên lưu lượng và cột áp

Việc lựa chọn máy bơm bùn thường tuân theo các bước sau.

① Xác định lưu lượng cần thiết

Trước tiên, hãy xác định công suất vận chuyển cần thiết của hệ thống:

Q = Lưu lượng yêu cầu

② Tính toán áp suất đầu hệ thống cần thiết

Tính toán cột áp hệ thống cần thiết dựa trên các điều kiện đầu vào, điều kiện đầu ra và hệ thống đường ống.

Các yếu tố chính bao gồm:

• mực nước cao

• Chiều dài đường ống

• Đường kính ống

• Tổn thất do ma sát

• Thiệt hại cục bộ

• Điều kiện áp suất

③ Xác định điểm làm việc

Định nghĩa:

Lưu lượng + Áp suất yêu cầu

là điểm quyết định chính để lựa chọn bơm.

④ Thực hiện ghép nối sơ bộ bằng cách sử dụng đường cong hiệu suất

Sử dụng đường cong hiệu suất của nhà sản xuất để xác định loại bơm và tốc độ vận hành có khả năng đáp ứng điểm làm việc mục tiêu.

⑤ Đánh giá hiệu suất thực tế của bùn

Đường cong hiệu suất trong nước trong chỉ có thể được sử dụng làm cơ sở sơ bộ để lựa chọn.

Việc lựa chọn thực tế cũng cần xem xét các thông số vận hành như:

• Tỷ trọng riêng của bùn (Sm)

• Nồng độ chất rắn

• Kích thước hạt tối đa

• Độ nhớt

• Đặc tính hạt

• Đặc điểm định cư

Các thông số này được sử dụng để đánh giá hiệu suất bơm trong điều kiện bùn thực tế.

⑥ Xác nhận cấu hình cơ khí

Sau khi xác định lưu lượng, cột áp và điều kiện bùn, cấu hình cơ khí của bơm cũng cần được xác nhận, bao gồm:

• Cánh quạt

• Các bộ phận ướt

• Khung/giá đỡ bơm

• Cụm ổ bi

• Trục

• Bố trí lái xe

• Công suất động cơ

Đối với bơm bùn nằm ngang, giá đỡ bơm và cụm ổ trục phải phù hợp với khả năng chịu tải cơ học, đường kính trục, cấu hình truyền động và điều kiện vận hành.

Do đó, giá đỡ bơm cũng là một phần của quá trình lựa chọn bơm cuối cùng , chứ không phải là yếu tố chỉ dựa vào kích thước đầu vào và đầu ra của bơm.

9. Tại sao việc lựa chọn bơm bùn không thể chỉ dựa trên cột áp?

"Chọn máy bơm có cột áp tối đa đạt đến số mét yêu cầu" là một cách tiếp cận phổ biến, nhưng phương pháp này không thể đảm bảo rằng máy bơm sẽ đáp ứng được các điều kiện vận hành thực tế.

Hiệu suất của bơm bùn phụ thuộc chặt chẽ vào lưu lượng, cột áp, tốc độ, đặc tính của bùn và cấu hình cơ khí của bơm.

Với cùng yêu cầu về lưu lượng và cột áp, nồng độ bùn, kích thước hạt và đặc tính mài mòn khác nhau có thể đòi hỏi các loại bơm, tốc độ vận hành, cánh quạt và các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng hoàn toàn khác nhau.

Do đó, việc lựa chọn máy bơm bùn cần xem xét các yếu tố sau:

Lưu lượng + Cột áp + Đặc tính bùn + Hiệu suất bơm + Cấu hình cơ khí

thay vì chỉ chọn máy bơm dựa trên cột áp tối đa của nó.

10. Cần cung cấp những dữ liệu gì để lựa chọn máy bơm bùn?

Nếu bạn cần nhà sản xuất máy bơm bùn thực hiện việc lựa chọn máy bơm, bạn nên cung cấp các dữ liệu vận hành cơ bản sau:

Dữ liệu vận hành càng đầy đủ thì nhà sản xuất càng dễ xác định loại bơm phù hợp, tốc độ vận hành, các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng, giá đỡ bơm và cấu hình động cơ .