Quản Lý Hiệu Suất và Vùng Làm Việc Tối Ưu Của Máy Bơm Được Điều Chỉnh: Phân Tích Sự Dịch Chuyển Đường η−Q, Hiệu Chỉnh Hiệu Suất Gọt (Công Thức 4-29) và Định Khu Vùng Làm Việc An Toàn (Hình 4-3) Cho Bơm Gọt Cánh và Thay Đổi n

Khi một máy bơm được điều chỉnh, dù bằng cách thay đổi vòng quay (n) hay gọt BXCT (D2​), mục tiêu cuối cùng là đảm bảo rằng nó hoạt động trong một vùng hiệu suất tối ưu và an toàn. Khác với H−Q và N−Q thay đổi theo lũy thừa, đường Hiệu Suất (η−Q) có sự dịch chuyển và hiệu chỉnh phức tạp hơn. Cần phải phân tích sự dịch chuyển của η−Q khi thay đổi n và áp dụng công thức kinh nghiệm (ví dụ như Moody) để hiệu chỉnh sự sụt giảm hiệu suất khi gọt cánh.

Bài viết chuyên sâu này tập trung vào Quản Lý Hiệu Suất của bơm sau khi điều chỉnh. Chúng ta sẽ phân tích cách vẽ lại đường η−Q khi thay đổi n (sự tịnh tiến), giới thiệu công thức hiệu chỉnh hiệu suất gọt (4-29) và làm rõ tại sao hiệu suất lại giảm khi gọt cánh. Cuối cùng, chúng ta sẽ hướng dẫn cách định khu Vùng Làm Việc Tối Ưu (Đa giác giới hạn) của bơm đã gọt (Hình 4-3, a) để đảm bảo độ bền và tính kinh tế trong vận hành.

máy bơm

Sự Dịch Chuyển Đường η−Q Khi Thay Đổi Vòng Quay (n)

  • 1.1. Nguyên Tắc Bảo Toàn Hiệu Suất:
    • Khi thay đổi vòng quay n→n1​ (giữ D không đổi), theo Luật Đồng Dạng, hiệu suất tại các điểm đồng dạng là không đổi (η1​=η).
  • 1.2. Kỹ Thuật Tịnh Tiến (Hình 4-2, b):
    • Bước 1: Xác định Điểm Hiệu Suất Cực Đại (ηmax​): Điểm D trên đường η−Q−n gốc, tương ứng với QD​.
    • Bước 2: Tìm Điểm Đồng Dạng Mới (D1​): Dùng Parabol Q=kH​ (với k=QD​/HD​​) để tìm điểm D1​ trên đường H−Q−n1​ mới. Tọa độ lưu lượng mới là QD1​​.
    • Bước 3: Tịnh Tiến: Đường η−Q−n được tịnh tiến theo trục lưu lượng từ QD​ sang QD1​​.
    • Kết quả: Đường η−Q−n1​ mới có cùng hình dạng và cùng giá trị ηmax​ với đường gốc, nhưng vùng làm việc tối ưu dịch chuyển theo trục Q (tỷ lệ với in​).

Hiệu Chỉnh Hiệu Suất Khi Gọt BXCT (ηg​)

  • 2.1. Lý Do Giảm Hiệu Suất:
    • Khi gọt cánh, sự đồng dạng bị phá vỡ. Mặc dù giả định iD​ nhỏ làm tam giác tốc độ không đổi, thực tế việc gọt cánh làm tăng tổn thất ma sát và tổn thất dòng chảy xoáy bên trong vỏ bơm (do kích thước vỏ không tỷ lệ với cánh), dẫn đến giảm hiệu suất thủy lực (ηh​) và do đó giảm hiệu suất chung (η).
    • Kinh nghiệm: Khi gọt 10%D2​, η có thể giảm từ 1% (ns​<200) đến 4% (ns​=200…300).
  • 2.2. Công Thức Hiệu Chỉnh Hiệu Suất Gọt (Công thức 4-29):
    • Mặc dù trong tài liệu gốc đề cập đến việc dùng công thức (4-16) (Moody) để hiệu chỉnh, công thức phổ biến để tính ηg​ từ η khi gọt cánh (thay đổi D trong khi n không đổi) là:

ηg​=1−(1−η)⋅(D2​D2g​​)−0.45

    • Phân tích: (1−η) là tỷ lệ tổn thất. Công thức cho thấy tỷ lệ tổn thất của bơm gọt (1−ηg​) tăng lên so với tỷ lệ tổn thất gốc (1−η) do (D2​D2g​​)−0.45>1. Đây là một công thức thực nghiệm cho thấy sự sụt giảm hiệu suất do gọt cánh.
  • 2.3. Quy trình Vẽ Đường η−Q−D2g​:
    • Đơn giản hóa: Thay vì tính toán phức tạp từng điểm, có thể lấy các tung độ đường η−Q gốc và trừ đi lượng hiệu suất bị giảm theo kinh nghiệm (ví dụ: 1% hoặc 4%) để được đường η−Q−D2g​ mới, sau đó tịnh tiến nó theo trục Q theo tỷ lệ iD​ (vì Qg​=iD​Q).

Định Khu Vùng Làm Việc Tối Ưu Của Bơm Gọt Cánh

  • 3.1. Tiêu Chuẩn Vùng Làm Việc Tối Ưu (Allowable Operating Region):
    • Vùng làm việc an toàn và kinh tế của bơm gọt được xác định bởi một Đa Giác Giới Hạn trên đồ thị H−Q (Hình 4-3, a).
    • Giới hạn Hiệu suất: Chỉ nên sử dụng bơm đã gọt làm việc trong khu vực có hiệu suất:

ηg​≥93%⋅ηmax​

    • Ý nghĩa: Điều này giúp tránh hoạt động ở các vùng Q quá nhỏ hoặc quá lớn, nơi tổn thất xung kích và dung tích tăng cao, ngay cả khi bơm đã được điều chỉnh.
  • 3.2. Xác Định Đa Giác Giới Hạn (Hình 4-3, a):
    • Giới hạn Ngoài (II): Đường đặc tính H−Q−D2g​ (bơm đã gọt).
    • Giới hạn Trong (I): Đường đặc tính H−Q gốc (bơm chưa gọt).
    • Giới hạn Hai Bên: Xác định các điểm A và B trên đường H−Q−D2g​ ứng với ηg​=93%⋅ηmax​.
    • Vùng Tối Ưu: Chính là phần nằm giữa đường H−Q gốc và đường H−Q−D2g​, và giới hạn bởi hai đường Parabol Q=kA,B​H​ đi qua các điểm giới hạn A và B.

Quản lý hiệu suất là bước cuối cùng và quan trọng nhất khi điều chỉnh máy bơm. Khi thay đổi vòng quay, đường η−Q chỉ tịnh tiến ngang do sự bảo toàn hiệu suất. Tuy nhiên, khi gọt BXCT, hiệu suất sẽ giảm và cần được hiệu chỉnh bằng công thức thực nghiệm (4-29). Bằng cách định khu Vùng Làm Việc Tối Ưu (ηg​≥93%ηmax​), chuyên gia kỹ thuật đảm bảo rằng máy bơm được điều chỉnh không chỉ đáp ứng Q,H mà còn hoạt động với hiệu quả năng lượng cao nhất và tuổi thọ lâu dài.