Trong các trạm bơm quy mô lớn phục vụ mục đích tiêu thoát nước, chống ngập và thủy lợi, Tổ Máy Bơm Hướng Trục Trục Đứng (Vertical Axial Flow Pump Unit) là cấu hình lắp đặt được ưu tiên hàng đầu. Thiết kế trục đứng không chỉ tiết kiệm diện tích lắp đặt mà còn tối ưu hóa việc hút nước từ nguồn, đặc biệt là khi mực nước dao động. Sự phức tạp của tổ máy trục đứng nằm ở việc phải xử lý lực dọc trục lớn, đảm bảo độ bền của trục dài và hệ thống bôi trơn hiệu quả cho các ổ tựa nằm chìm trong chất lỏng.
Bài viết chuyên sâu này, dưới góc độ thiết kế cơ khí và lắp đặt trạm bơm, sẽ phân tích chi tiết cấu tạo và sơ đồ bố trí các bộ phận của tổ máy bơm hướng trục trục đứng (Hình 2-9). Chúng ta sẽ đi sâu vào kỹ thuật xử lý chất lỏng chứa hạt lơ lửng, vai trò của cụm ổ trục (vec o trục) và phân tích chuyên sâu về hệ thống bôi trơn ổ trượt bằng nước, một giải pháp kỹ thuật thân thiện với môi trường và hiệu quả trong môi trường thủy lực.
Cấu Trúc và Bố Trí Tổ Máy Bơm Hướng Trục Trục Đứng (Hình 2-9)
- 1.1. Các Bộ Phận Cốt Lõi:
- Động Cơ Điện (3): Đặt ở vị trí cao nhất, cách biệt với nước. Thường là động cơ điện trục đứng.
- Bơm (2): Chứa BXCT, được đặt chìm hoặc gần mực nước hút.
- Trục Truyền Động: Nối động cơ (3) và bơm (2). Trục (13) của bơm được nối với trục động cơ (15).
- Buồng Dẫn Nước (1): Là phần vào/ống hút, được thiết kế để dẫn dòng chảy đồng đều, tránh xoáy cục bộ.
- Ống Đẩy (4): Dẫn nước đã bơm lên cao.
- 1.2. Xử Lý Tải Trọng Dọc Trục và Trọng Lực:
- Trong bơm hướng trục trục đứng, lực thủy lực dọc trục sinh ra từ BXCT cộng với trọng lực của toàn bộ phần quay (trục và BXCT) đều được ổ đỡ của động cơ điện trục đứng đặt ở trên máy bơm đảm nhận.
- Ổ Đỡ Động Cơ: Đây là một ổ đỡ lớn, chuyên biệt (thường là ổ đỡ hướng tâm – Radial Bearing và ổ đỡ chặn – Thrust Bearing) chịu trách nhiệm về toàn bộ tải trọng.
Thách Thức Kỹ Thuật và Giải Pháp Về Vật Liệu
- 2.1. Vòng Chống Rò (18) và Cụm Vec O Trục (6):
- Thân Máy Bơm (1) và Cụm Vec O Trục (6): Thiết kế thân máy phải đảm bảo độ bền cao và ổn định. Cụm vec o trục bao gồm các vòng làm kín phức tạp để ngăn nước rò từ buồng công tác lên động cơ.
- 2.2. Xử Lý Nước Bùn Cát và Hạt Lơ Lửng:
- Bơm hướng trục được sử dụng cho nước có thành phần hạt lơ lửng (đến 0,1mm, hàm lượng >0,3%). Khả năng chịu được hàm lượng bùn cát lớn hơn quy định tiêu chuẩn là một yêu cầu đặt làm phổ biến.
- Vật Liệu Chịu Mài Mòn: Các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với nước bẩn (BXCT, cánh) cần được làm bằng thép đúc hoặc hợp kim chống mài mòn cao.
- 2.3. Trục Dài và Yêu Cầu Ổ Hướng:
- Khi chiều dài trục truyền động dài hơn 3m, cần bố trí thêm ổ hướng (Guide Bearings) (8, 17) để tránh hiện tượng cong vênh trục truyền tổ máy dưới tác dụng của trọng lực, rung động và lực thủy lực xuyên tâm.
Kỹ Thuật Bôi Trơn Ổ Trượt Bằng Nước (Water-Lubricated Bearings)
- 3.1. Cấu Tạo và Nguyên Lý:
- Ổ Tựa Trượt Định Hướng (11, 8, 17): Trục (13) của máy bơm có ổ tựa trượt (thay vì ổ bi/lăn).
- Bạc Trượt Gỗ Ép: Sử dụng bạc làm bằng gỗ ép (hoặc các vật liệu polymer/composite hiện đại). Gỗ ép có ưu điểm là bền vững, có khả năng trương nở nhẹ trong nước để làm kín, và hệ số ma sát thấp khi được bôi trơn bằng nước.
- 3.2. Hệ Thống Bôi Trơn:
- Ổ trượt được bôi trơn bằng nước (lấy từ rãnh giữa ổ 11 và vòng bít 12). Nước được cấp từ chính nước bơm (nếu là nước sạch đủ áp lực) hoặc nước sạch được bơm cấp nước kỹ thuật riêng cung cấp.
- Lợi ích Kỹ thuật:
- Không Ô nhiễm: Loại bỏ nguy cơ dầu mỡ rò rỉ vào nước bơm (quan trọng trong thủy lợi và môi trường).
- Độ bền Cao: Bạc trượt trong môi trường nước có độ bền cơ học tốt.
- 3.3. Hạn Chế và Kiểm Soát: Cần đảm bảo nước bôi trơn là nước sạch đủ áp lực để tránh hạt rắn xâm nhập và gây mài mòn ổ trượt.
Lắp Đặt và Vận Hành Chuyên Nghiệp
- 4.1. Hướng Quay Tiêu Chuẩn:
- Trục (13) quay ngược chiều kim đồng hồ, theo hướng nhìn từ trên xuống (tiêu chuẩn phổ biến).
- 4.2. Buồng Dẫn Nước (Sump Design):
- Thiết kế buồng dẫn nước (1) là cực kỳ quan trọng đối với bơm hướng trục trục đứng. Buồng phải đảm bảo dòng chảy vào BXCT là không xoáy, không có bọt khí để tránh hiện tượng xoáy tại cửa hút (Vortexing), giảm hiệu suất và gây tiếng ồn.
- 4.3. Quản Lý Thách Thức Vận Hành:
- Bơm hướng trục làm việc với nhiệt độ không lớn hơn 35∘C (hoặc có thể đặt làm loại chịu nhiệt độ cao hơn). Kỹ thuật viên cần theo dõi nhiệt độ ổ trục và chất lỏng để đảm bảo tuân thủ giới hạn thiết kế.
Tổ Máy Bơm Hướng Trục Trục Đứng là giải pháp kỹ thuật phức tạp nhưng hiệu quả, được thiết kế chuyên biệt để đối phó với lưu lượng cực đại trong điều kiện trạm bơm chật hẹp. Sự kết hợp giữa động cơ chịu tải trọng, trục dài được đỡ bằng ổ hướng, và đặc biệt là kỹ thuật bôi trơn ổ trượt bằng nước là những điểm nhấn công nghệ, giúp bơm hướng trục duy trì hiệu suất cao, độ bền và tính kinh tế trong môi trường làm việc khắc nghiệt như tiêu thoát nước và thủy lợi.