Các loại và ứng dụng máy bơm trục vít

Cấu tạo máy bơm trục vít tương tự như trục vít tải nước. Rotor là thành phần quan trọng nhất của máy bơm chịu trách nhiệm về hoạt động của máy bơm. Trong những năm qua, máy bơm trục vít đã được quan tâm và sử dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp. Máy bơm này là một thiết bị tiềm năng nhằm nâng cao áp suất làm việc khi bơm các lưu chất có tính chất nhớt, ăn mòn và khó xử lý so với bơm ly tâm. Việc bảo trì máy bơm cũng rất ít hơn. Giống như các máy bơm khác, bơm trục vít cũng sử dụng moment quay cơ khí từ một động cơ dẫn động.

Các bộ phận trong các máy bơm trục vít có thể được làm bằng các vật liệu khác nhau như vỏ được làm bằng gang, rotor được làm bằng thép cacbon cao cấp và ổ trục được làm bằng thép không gỉ. Bài viết này thảo luận tổng quan về máy bơm trục vít.

Bơm trục vít là gì?

Bơm trục vít là một máy bơm dịch chuyển tích cực được chế tạo gồm một hay nhiều rotor dạng vít xoắn. Các rotor quay và tạo áp lực lên lưu chất; tạo năng lượng di chuyển chúng trong hệ thống đường ống. Các máy bơm trục vít hút chất lỏng ở cổng hút và đẩy ra cổng xả từ bề mặt khác đồng thời tăng áp suất của nó.

Bơm trục vít có các đặc điểm tương tự như bơm cánh thùy dạng thể tích hoặc bơm pittông, chẳng hạn như pittong bơm màng. Chúng còn được gọi là máy bơm trục vít lệch tâm do chuyển động của rotor. Một đặc điểm chung là bơm hoạt động ở tốc độ cực thấp, tạo áp suất cao và liên tục. Tất cả các loại máy bơm trục vít có thể xử lý nhiều loại lưu chất với độ nhớt và đặc tính phức tạp hơn bất kỳ loại máy bơm nào khác. Thiết kế độc đáo của máy bơm làm cho chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng, chẳng hạn như bơm trung chuyển và bơm định lượng khi xử lý các chất lỏng nhạy cảm dễ bị tách hạt cao, có tính chất mài mòn cơ học và ăn mòn hóa học và độ nhớt cao từ 1 đến 1,000,000 cst.

Máy bơm trục vít phù hợp nhất cho các ứng dụng như; truyền nhiên liệu, phun nhiên liệu áp suất cao, bôi trơn, trong các hệ thống thủy lực. Điều này làm cho chúng phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau; công nghiệp hàng hải, nhà máy lọc dầu, chế biến thực phẩm, nhà máy hóa chất, các ngành công nghiệp nặng có điều khiển thủy lực và nhà máy điện.

Cấu tạo của máy bơm trục vít - Các bộ phận và chức năng

1. Rotor

Rotor là một thiết bị cơ khí hình dạng trục vít với tiết diện tròn và quay xoắn vào stator, tạo áp lực đẩy chất lỏng đi. Áp suất của bơm phụ thuộc vào số đoạn (stage) trên than rotor. Mỗi đoạn cho một áp suất thông thường với các hang sản xuất là 6 bar. Thường có hai loại rotor: loại tiêu chuẩn và loại bước dài, xét cùng một đường kính và độ lệch tâm, tăng gấp đôi công suất thì tăng hiệu suất của máy bơm.

2. Stator

Stator là phần cố định bằng cao su lưu hóa, chứa ít hơn trên ống kim loại, có hình dạng giống như mỏ vít tròn, bao bọc lấy phần rotor quay khi hoạt động.

3. Cánh tay khớp nối truyền động (Joint)

Cánh tay khớp nối truyền động hỗ trợ lực dọc trục và mô-men xoắn được truyền giữa kết nối rotor và động cơ truyền động thông qua hộp giảm tốc.

4. Phần thân bơm

Thân bơm là nơi chất lỏng được bơm được hút vào, thông qua cổng hút; với rất nhiều kiểu kết nối khác nhau tùy theo nhà sản xuất quy định.

5. Phần động lực

Phần động lực là các thiết bị tạo chuyển động cho máy bơm: động cơ, biến trở điều chỉnh bằng tay (optional), hộp giảm tốc, biến tần.

6. Coupling

Coupling là các thiết bị tạo chuyển động cho máy bơm từ động cơ thông qua hộp giảm tốc, biến tần.

7. Phốt làm kín

Phốt làm kín là thành phần nối giữa phần cố định và phần quay của máy bơm để ngăn không cho môi chất thoát ra ngoài và tràn vào không làm truyền động và dầu làm mát. Việc lựa chọn loại phốt làm kín còn tùy thuộc vào chất lỏng để bơm.

Lựa chọn bơm trục vít như thế nào cho phù hợp

Khi lựa chọn bơm trục vít, chúng ta càng biết nhiều về chất lỏng thì chúng ta càng chọn được phù hợp hơn với kích thước máy bơm, tốc độ vận hành và vật liệu để có ứng dụng hiệu quả về chi phí và đáng tin cậy với độ bền cao.

Theo nguyên tắc chung, máy bơm trục vít là một giải pháp hiệu quả khi áp suất yêu cầu cao hơn tốc độ dòng chảy (PSI> GPM). Chúng ta cần thận trọng khi giải quyết các mối liên hệ trong quá trình lựa chọn: mài mòn, nhiệt độ và độ nhớt.

Độ mòn tỷ lệ thuận với tốc độ, ở máy bơm trục vít điều này lại càng đúng hơn so với máy bơm ly tâm. Khi độ nhớt của chất lỏng tăng lên, chúng ta nên giảm tốc độ của máy bơm. Ví dụ, với độ nhớt chất lỏng là 1000 centipoise (cP), tốc độ sẽ ở khoảng 150 vòng / phút, nhưng ở độ nhớt giảm xuống 100 cP, tốc độ có thể tăng lên 700 vòng / phút.

Đặc tính mài mòn của chất lỏng càng cao thì chúng ta nên chọn một máy bơm size lớn hơn và tốc độ chạy chậm hơn. Máy bơm lớn hơn thì chi phí đầu tư ban đầu sẽ đắt hơn, tuy nhiên sự lựa chọn này sẽ nhanh chóng mang lại hiệu quả với lợi tức đầu tư tuyệt vời khi tiết kiệm rất nhiều chi phí cho phụ tùng thay thế và bảo trì.

Chúng ta nên giảm áp suất cho mỗi đoạn (stage) nếu chất lỏng có tính chất mài mòn. Nếu chất lỏng không có tính mài mòn, bạn có thể chọn để đạt được 6 bar cho mỗi đoạn, nhưng khi độ mài mòn tăng lên, chúng ta nên giảm áp suất mỗi đoạn xuống thấp nhất là 1,5 bar (theo khuyến cáo của Hiệp hội thủy lực Mỹ - HI). Hầu hết các nhà sản xuất giới hạn áp suất mỗi đoạn là 6 bar với stator dạng cao su đàn hồi. Có một số ngoại lệ ở áp suất cao hơn. Chất lỏng có độ nhớt cao với đặc tính mài mòn thấp và stator cứng có thể cao tới 17 bar mỗi đoạn.

Vẫn có những trường hợp người ta chế tạo Stator bằng vật liệu cứng mà không được làm từ vật liệu đàn hồi; khi đó stator có thể là kim loại và các khớp nối cũng tương tự. Các stator cứng đôi khi được sử dụng khi độ nhớt vượt quá 2000 cP và đặt biệt phù hợp với các ứng dụng mà lưu chất bơmvượt quá giới hạn nhiệt độ của vật liệu đàn hồi bình thường.

Cân nhắc các vấn đề liên quan đến cách nhiệt hoặc giữ nhiệt và nhiệt độ lưu chất

Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phục hồi của chất đàn hồi stator, vì vậy vật liệu của stator phải phù hợp với nhiệt độ. Chất đàn hồi giãn nở với tốc độ nhanh hơn nhiều so với kim loại, thường nhanh hơn gấp 10 lần.

Stator đàn hồi sẽ giãn ra khi nhiệt độ chất lỏng tăng lên, nhưng vì đường kính bên ngoài bị hạn chế bởi vỏ kim loại nên sự giản nở về cơ bản là giản nở một chiều (hướng vào trong). Buồng bơm trở nên nhỏ hơn và các tiếp điểm (tiếp xúc) với rotor thậm chí còn chặt hơn. Khi đó các kẻ hở hoặc dung sai cho phép bơm hoạt động êm ái sẽ bị khích chặt lại, đôi khi đến mức phá hủy stator. (Chúng ta có thể ngửi thấy mùi cao su đang cháy tại điểm đó.)

Stator sẽ giản nở vì nhiệt trong phạm vi 20-55oC đối với phần lớn vật liệu đàn hồi. Điều quan trọng cần lưu ý là chúng sẽ co lại (co lại) trong phạm vi dưới 10oC. Nếu chúng ta biết phạm vi hoạt động của nhiệt độ chất lỏng, thì chúng ta có thể trao đổi với nhà sản xuất có thể tùy chỉnh kích thước stator và rotor phù hợp, để mang lại hiệu suất và độ tin cậy tốt nhất. Nhớ rằng sẽ có hệ số nhiệt độ trong tính toán thiết kế công suất động cơ. Một số nhà sản xuất trên thế giới có cung cấp một stator thành mỏng để giảm thiểu các tác động vì lý do giản nở vì nhiệt này.

Ngoài ra, chúng ta phải xem xét các đặc tính chất lỏng liên quan đến khả năng chống chịu ăn mòn hóa chất của stator trong quá trình chọn bơm. Các rotor thường là SS 4140 hoặc thép Austenit 316-SS được mạ crom, hoặc được xử lý oxit crom, cacbua và lớp phủ gốm nhằm tang khả năng chống ăn mòn. Rotor thường sẽ là kim loại tinh khiết, đặc ruột, nhưng một số nhà sản xuất cũng cung cấp thép rỗng (dạng mass) nhằm làm giảm trọng lượng với các ứng dụng có rotor kích thước rất lớn.

Cuối cùng là phần truyền động cho bơm. Phần đầu bơm có thể xử lý và bơm chất lỏng đi nhưng phần truyền động có thể không cung cấp được mô-men xoắn cần thiết theo tính toán. Chúng ta cần tham khảo ý kiến ​​của nhà sản xuất về giới hạn của phần truyền động. Nếu động cơ không đáp ứng, chúng ta có thể lắp 02 bơm song song để tăng lưu lương dòng chảy.

Dòng SCT của hãng SEEPEX lắp kèm sensor nhiệt bảo vệ stator

Một số kinh nghiệm giúp người dùng vận hành đúng, hiệu quả và bền bỉ & Giảm thiểu Bảo trì

• Stator thường sẽ bị mòn trước. Thay thế rotor sau mỗi hai lần thay stator.
• Các stator đã qua sử dụng thường có thể được đảo ngược (lật đầu cuối) và sử dụng lại.
• Kiểm tra hướng dẫn sử dụng để biết cách đo độ mòn trên rotor và các giới hạn khi vận hành.
• Kiểm tra độ mòn theo những khoảng thời gian thích hợp và người dùng có thể tiết kiệm chi phí của một rotor mới.
• Nếu rotor bị mòn lớp mạ crom, chúng có thể được mạ lại với chi phí thấp hơn mua mới.
• Các stator bị rỗ, đục hoặc mòn phải được thay thế ngay lập tức.
• Không sử dụng chất bôi trơn có gốc dầu mỏ khi lắp đặt rotor vào stator để hạn chế sự giản nở của chất đàn hồi và hiện tượng phồng lên. Dầu thực vật không đắt và có tác dụng tuyệt vời.

Lưu ý: Nếu máy bơm là cấp thực phẩm hoặc dược phẩm, có thể có các yêu cầu hạn chế và đặc biệt đối với chất bôi trơn, đặc biệt là khi tiếp xúc với chất lỏng.

• Không vặn quá mức các bu lông chân xung quanh stator vì điều này có thể khiến máy bơm bị bó cứng khi vận hành.
• Xả lưu chất bơm ra khỏi máy bơm khi nó vẫn còn ở vị trí; để cho phép việc bảo trì dễ dàng và sạch sẽ hơn.

Đậy nắp / lỗ hút và xả để tránh các vật lạ ra ngoài. Ghi chú các kết nối và định hướng và tốt nhất là chúng ta nên chụp hình các kết nối và vật tư.

• Stator dự phòng cần bảo vệ trong kho bảo quản để giữ chúng ở tình trạng tốt nhất. Nhiệt và độ ẩm là tác nhân gây hại nhất của stator cao su. Tia UV và ozone gây ảnh hưởng xấu đối với các vật liệu đàn hồi và sẽ phá hủy các stator. Để giảm tiếp xúc, hãy đặt các nắp bảo vệ vào các đầu của stator. Nếu stato dự phòng cũ hơn ba đến năm năm thì thường xảy ra một số suy giảm về chất lượng và do đó là giảm tuổi thọ hoạt động.
• Mua các rotor và stator dự phòng và thay thế từ cùng một nhà sản xuất. Mỗi nhà sản xuất có thông số kỹ thuật, kích thước và dung sai khác nhau, tuy nhiên nó sẽ tạo ra sự khác biệt lớn khi vận hành trong thiết bị. Rotor từ một nhà sản xuất này có thể không hoạt động tốt trong stator từ một nhà sản xuất khác hoặc ngược lại.

Ưu điểm và nhược điểm của bơm trục vít

• Ưu điểm

Rất phù hợp cho ứng dụng xử lý lưu chất có chất rắn và cũng có thể xử lý các chất lỏng có lẫn không khí, nhiều pha và chất lỏng mài mòn, ăn mòn.

Sự lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng lưu chất có độ nhớt cao

Cung cấp yêu cầu đầu NPSHr thấp

Bơm tự mồi tuyệt vời

Cung cấp độ chính xác về lưu lượng cao như một máy bơm định lượng – Dosing pump

Một kích thước bơm nhất định sẽ xử lý rất tốt nhiều loại độ nhớt khác nhau, nhiều ứng dụng khác nhau tại nhiều vị trí trong dây chuyền và nhà máy.

Có thể hoạt động đảo ngược / hai chiều. Máy bơm có thể được vận hành theo một trong hai hướng, và hút trở thành xả và ngược lại.

Có thể hoạt động theo chiều dọc

Hoạt động yên tĩnh

Thiết kế thông minh, giúp giảm thời gian và nhân công khi bảo trì bào dưỡng của SEEPEX pumpen

• Nhược điểm

Do sự ăn khớp giữa stator và rotor giao thoa, luôn luôn cần có màng chất lỏng ở giữa để bôi trơn các bề mặt trượt (tiếp xúc). Nên việc chạy khô là nguyên nhân lớn nhất khiến các máy bơm này bị lỗi.

Tốc độ thấp cũng yêu cầu VFD hoặc bộ giảm tốc làm tăng chi phí lắp đặt. (Các máy bơm này có khả năng tự mồi rất tốt, nhưng bộ phận nối stator và rotor phải được bôi trơn)

Tốc độ thấp cũng dẫn đến lưu lượng thấp, đây là một bất lợi trong nhiều ứng dụng.

Lưu lượng và năng lượng để đưa chất lỏng đến máy bơm (cổng hút) sẽ phải xem xét kỹ lưỡng. Với chất lỏng có độ nhớt cao, có tốc độ bơm cao hơn tốc độ đó chất lỏng sẽ không chảy đủ nhanh vào máy bơm. Khi điều này xảy ra, hiệu suất thể tích của máy bơm bị ảnh hưởng. Nhà sản xuất có thể hỗ trợ xác định giới hạn tốc độ cho một loại chất lỏng và độ nhớt nhất định (liên quan đến ma sát của chất lỏng trong đường ống và stator).

Mô-men khởi động cao có thể cần thêm trình điều khiển (động cơ) lớn hơn so với các loại máy bơm ly tâm cùng công suất. Công suất tại điểm làm việc có thể chỉ bằng một nửa công suất khi cần khởi động (start-up).

Chỉ có thể bơm một khoảng cách giới hạn, không phù hợp với các ứng dụng cần bơm đi khoảng cách xa và cao.

Chất lỏng có độ nhớt quá thấp sẽ có xu hướng trượt dọc theo rotor, giữa các khớp stator, điều này dẫn đến máy bơm sẽ kém hiệu quả hơn.