Việc phòng ngừa Hiện Tượng Khí Thực (Cavitation) không chỉ giới hạn trong phạm vi chế tạo máy bơm, mà còn mở rộng sang Thiết Kế Công Trình (Trạm Bơm) và Quản Lý Vận Hành hệ thống. Trong giai đoạn này, trọng tâm là kiểm soát Độ Dự Trữ Khí Thực Sẵn Có (NPSHA) của hệ thống, bao gồm các yếu tố như chiều cao hút (h) và tổn thất thủy lực ống hút (hmsh). Một thiết kế công trình kém và vận hành sai quy trình có thể dễ dàng đẩy một chiếc bơm được chế tạo tốt vào tình trạng khí thực nghiêm trọng.
Bài viết chuyên sâu này sẽ trình bày các biện pháp chiến lược để tối ưu hóa NPSHA thông qua thiết kế công trình và vận hành. Chúng ta sẽ phân tích sự cân bằng kinh tế-kỹ thuật khi lựa chọn chiều cao hút (h) và đưa ra các giải pháp chi tiết để giảm tổn thất hmsh (tối ưu hóa đường kính ống, giảm phụ kiện). Cuối cùng, chúng ta sẽ đánh giá vai trò của độ cao hút nước cho phép và các kỹ thuật vận hành nâng cao như sử dụng van phá chân không trong việc bảo vệ máy bơm khỏi khí thực.
Tối Ưu Hóa Chiều Cao Lắp Đặt (h) Trong Thiết Kế Công Trình
- 1.1. Ảnh Hưởng Của Chiều Cao Hút (h):
- Nguyên tắc: Chiều cao hút (h) là một thành phần quan trọng của NPSHA. Việc nâng cao bơm (tăng h) sẽ làm giảm áp suất tuyệt đối tại cửa hút, tăng nguy cơ khí thực.
- Phân tích Kinh tế-Kỹ thuật:
- Không chọn h quá cao: Nguy cơ khí thực cao.
- Không chọn h quá thấp: Chi phí xây lắp công trình lớn (đào sâu móng, khối lượng bê tông lớn).
- Chiến lược: Chuyên gia phải tìm ra chiều cao lắp đặt tối ưu (thường là h âm, tức là bơm đặt dưới mực nước) để đảm bảo NPSHA≥NPSHR cộng thêm một hệ số an toàn nhất định, đồng thời giữ chi phí xây dựng ở mức chấp nhận được.
- 1.2. Kiểm Soát Chiều Cao Hút Cho Phép (hcho pheˊp):
- Trong vận hành, phải luôn đảm bảo độ cao hút nước thực tế nhỏ hơn độ cao hút nước cho phép của máy bơm.
- Quy tắc An toàn: Khi mực nước trong bể hút thấp hơn mực nước cho phép (hoặc mực nước tối thiểu để đảm bảo NPSHA), chuyên gia phải dừng ngay máy để tránh vận hành bơm trong vùng khí thực nghiêm trọng.
Giảm Thiểu Tổn Thất Thủy Lực Ống Hút (hmsh) và Thiết Kế Buồng Hút
- 2.1. Tác Động Của Tổn Thất (hmsh):
- Nguyên tắc: Tổn thất thủy lực ống hút (hmsh) là thành phần trừ lớn trong công thức NPSHA. Việc giảm hmsh là biện pháp trực tiếp nhất để tăng áp suất tại cửa hút.
- 2.2. Biện pháp Giảm hmsh Trong Thiết Kế Đường Ống:
- Tăng Đường Kính Ống Hút: Tăng đường kính sẽ làm giảm vận tốc dòng chảy, từ đó giảm tổn thất ma sát và tổn thất cục bộ.
- Giảm Chiều Dài Ống Hút: Ống hút càng ngắn, tổn thất ma sát càng thấp.
- Giảm Phụ Kiện và Chỗ Ngoặt: Giảm số lượng chỗ ngoặt (cút, co) và các van trên ống hút. Đối với các bơm nhỏ, nên bỏ van trên ống hút (chỉ cần van một chiều ở chân hút) để đảm bảo dòng chảy thẳng và phân bố đều.
- Loại bỏ Phụ kiện Gây Rối Loạn: Đảm bảo không có các vật cản hoặc các chỗ thay đổi tiết diện đột ngột có thể gây tách dòng và tạo ra các xoáy nước (vortex).
- 2.3. Tối Ưu Hóa Buồng Hút (Đối với Bơm Lớn Hướng Trục):
- Đối với máy bơm lớn (thường là bơm hướng trục), việc chọn hình thức và kích thước buồng hút hợp lý là một biện pháp chống khí thực quan trọng. Buồng hút phải đảm bảo dòng chảy đi vào ống hút (hoặc BXCT trực tiếp) phải phân bố đều, không bị xoáy, không có bọt khí cuốn theo.
Các Biện Pháp Vận Hành và Kiểm Soát Nâng Cao
- 3.1. Kiểm Soát Vận Hành Ở Điểm Thiết Kế (BEP):
- Mặc dù khí thực có thể xảy ra ở mọi trạng thái, nhưng việc vận hành máy bơm gần điểm hiệu suất tốt nhất (BEP) sẽ đảm bảo hình thái dòng chảy tối ưu nhất và áp suất ổn định nhất, giảm thiểu nguy cơ khí thực.
- 3.2. Tìm Biện Pháp Giảm Tổn Thất Thủy Lực (Trong Vận Hành):
- Thường xuyên kiểm tra và vệ sinh ống hút, bể hút để loại bỏ các vật cản, cặn bẩn, rêu tảo làm tăng độ nhám và tổn thất ma sát.
- Kiểm tra sự hình thành xoáy nước trên mặt bể hút và sử dụng các tấm chắn (baffles) nếu cần thiết.
- 3.3. Đánh Giá Việc Dùng Van Phá Chân Không:
- Mục đích: Van phá chân không (thường là van bơm khí) được nghiên cứu để phá khí thực bằng cách đưa một lượng khí/hơi vào vùng áp suất thấp.
- Đánh giá: Tuy nhiên, việc phá chân không có thể làm giảm khả năng hút của máy bơm (do làm giảm áp suất hữu ích) và việc chống khí thực chưa chắc có tác dụng tốt trong mọi trường hợp, đôi khi còn làm trầm trọng thêm các vấn đề về rung động và tiếng ồn. Biện pháp này chỉ nên được xem xét cẩn trọng và có kiểm nghiệm thực tế.
Phòng ngừa khí thực ở giai đoạn Thiết Kế Công Trình và Vận Hành tập trung vào việc tối ưu hóa NPSHA của hệ thống. Chuyên gia phải đưa ra quyết định tối ưu về chiều cao lắp đặt h (cân bằng kỹ thuật và kinh tế) và áp dụng các giải pháp kỹ thuật triệt để để giảm tổn thất hmsh (ống lớn, ngắn, ít phụ kiện). Việc tuân thủ độ cao hút nước cho phép và tránh vận hành ở các điều kiện nguy hiểm là các quy tắc vàng để bảo vệ máy bơm khỏi sự phá hoại thầm lặng nhưng tàn khốc của hiện tượng khí thực.