Thiết kế buồng bơm tối ưu của bơm inline model ISG100-200A, IRG100-200A
Mục tiêu thiết kế buồng bơm
Thiết kế buồng bơm tối ưu của bơm inline model ISG100-200A, IRG100-200A hướng đến ba đích lớn: hiệu suất thủy lực cao, độ ổn định rung–ồn thấp trên dải tải rộng, và an toàn xâm thực (NPSH) với biên vận hành đủ lớn. Tâm điểm là hình học volute/diffuser–lưỡi cắt (tongue)–khe hở kết cấu–bề mặt chảy được “ăn khớp” với bánh công tác và đường cong hệ thống.
Cấu hình hình học chủ chốt của buồng bơm
Hình dạng volute (buồng xoắn)
Tiết diện tăng dần đều theo lưu lượng thu gom giúp chuyển động năng → áp năng mượt, hạn chế tách lớp. Với D₂ ≈ 200 mm, nên chọn tốc độ khuếch tán vừa phải, tỷ số diện tích từ vị trí đầu đến cửa xả thường 5–6 lần để duy trì số Reynolds cao nhưng không làm vận tốc tụt đột ngột.
Tâm volute và tâm bánh công tác đồng tâm (đặc trưng của inline) giúp trường áp cân đối quanh chu vi, giảm lực hướng tâm biến thiên và dao động mô-men.
Lưỡi cắt (cutwater/tongue) và khe hở lưỡi cắt
Biên dạng lưỡi cắt bo cong đón hướng vận tốc tuyệt đối tại cửa ra bánh công tác (V₂) để triệt tiêu vùng xoáy và xung áp.
Khe hở lưỡi cắt–chu vi bánh công tác đủ để tránh “đập lưỡi”, thường chọn theo tỉ lệ 0,03–0,05·D₂, đồng thời làm tròn mép để giảm phổ dao động tại BPF (Blade Passing Frequency).
Cửa xả volute và hướng dòng
Cửa xả đặt đồng trục với thân bơm (kiểu inline) giảm đổi hướng đột ngột, hạ tổn thất thứ cấp. Góc mở cửa xả cần phù hợp với vector vận tốc ra khỏi volute, tránh “bẻ gấp” làm tăng tổn thất cục bộ.
Diffuser (khi tích hợp)
Diffuser vòng nhiều cánh ngắn có thể được dùng để làm phẳng đặc tính ở phần tải trung–cao, giữ hiệu suất tốt khi lưu lượng vượt BEP. Góc khuếch tán cục bộ nên ≤ 7–8° để tránh tách lớp.
Kiểm soát tổn thất và ổn định thủy lực
Phân bố tốc độ trong buồng bơm
Thiết kế buồng bơm tối ưu của bơm inline model ISG100-200A, IRG100-200A cần duy trì gradient vận tốc dọc theo chu vi mượt, hạn chế vùng vận tốc thấp dẫn đến tái tuần hoàn (recirculation). Mặt cắt volute nên chuyển tiếp elip → tròn nhằm giảm tổn thất biến dạng.
Giảm lực thủy lực không cân bằng
Đồng tâm volute–bánh công tác và tiết diện tăng đều giúp lực hướng tâm trung bình nhỏ, giảm tải lên ổ trục. Vùng lưỡi cắt được tối ưu để không tạo đỉnh áp cục bộ, từ đó giảm rung cấu trúc.
Nâng “biên” NPSH
Đường dẫn hút mượt, nở dần vào buồng bơm giúp giữ áp cục bộ cao.
Phễu hút và khoang phớt được xả khí hiệu quả để loại bỏ bọt khí lơ lửng, nhất là với IRG100-200A (nước nóng dễ khí hóa).
Độ nhám bề mặt trong buồng bơm Ra ≤ 3,2 µm giúp hạn chế nhân cavitation.
Chi tiết kết cấu nâng hiệu suất và độ bền
Khe hở thủy lực và vòng chống mòn
Khe hở vòng mòn (wear ring) nhỏ và đồng đều giúp giảm rò nội, giữ cột áp ở tải thấp–trung. Khuyến nghị theo chuẩn đường kính và cấp dung sai của nhà sản xuất, giữ độ đồng tâm tốt để tránh cọ xước.
Vòng mòn vật liệu inox/đồng thau cứng (IRG ưu tiên inox 316) nâng khả năng kháng xói mòn ở lưu tốc cao, nước nóng.
Bố trí khoang phớt và dòng rửa
Khoang phớt thông thủy hợp lý (đường rửa từ vùng áp cao) làm mát mặt phớt và đuổi khí. Với IRG, thêm đường quench ở phía khí quyển để chống kết cặn muối khoáng khi nhiệt cao.
Vách hướng dòng tách trường dòng chính với dòng rửa, tránh tạo xoáy đứng ngay tại cổ trục.
Vật liệu thân buồng bơm
ISG100-200A: gang cầu phủ epoxy 2-thành phần tăng chống xói và ăn mòn.
IRG100-200A: inox 304/316 hoặc gang hợp kim chịu nhiệt; ưu tiên độ dày thành đều, hạn chế chênh nhiệt gây cong vênh khi gia nhiệt.
Điều phối volute–bánh công tác–đường ống
“Ăn khớp” tam giác vận tốc
Buồng bơm được tinh chỉnh để hướng V₂ từ bánh công tác rơi đúng góc tiếp nhận của volute/diffuser. Khi đổi tốc độ bằng VFD, trường hợp lưu lượng thấp nên giảm U₂ để duy trì góc đón, tránh lệch pha gây xoáy.
Giao tiếp với đường ống
Đoạn ống thẳng tối thiểu trước/sau bơm để ổn định profile vận tốc (đặc biệt phía hút).
Khớp nối mềm và căn đồng trục giảm truyền rung từ đường ống vào buồng bơm.
Tối ưu riêng cho ISG100-200A và IRG100-200A
ISG100-200A (nước lạnh/nguội)
Ưu tiên volute có độ khuếch tán vừa, lưỡi cắt bo dài để đặc tính phẳng, êm, phù hợp HVAC/PCCC.
Cửa xả inline giúp tổn thất cục bộ nhỏ ở điểm làm việc biến thiên theo tải tòa nhà.
IRG100-200A (nước nóng)
Thiết kế chú trọng khử khí: bố trí vị trí xả khí đỉnh buồng bơm, đường rửa khoang phớt ổn định.
Bù giãn nở nhiệt tại các mặt bích và gối đỡ để giữ đồng tâm khi nhiệt độ tăng; bề mặt trong Ra thấp hơn để giảm nhân sủi bọt.
Quy trình thẩm định thiết kế buồng bơm
Mô phỏng và thử nghiệm
CFD 3D quét dải 0,75–1,25 × Q_BEP để kiểm soát phân bố áp–vận tốc, vùng tách lớp và xung áp tại lưỡi cắt.
Thử nghiệm nguyên mẫu dựng các đường H–Q–η–P, đo rung/ồn và kiểm tra biên NPSH; đánh giá phổ dao động tại BPF và bội số để tinh chỉnh lưỡi cắt.
Kiểm soát chế tạo
Độ đồng tâm volute–bánh–vòng mòn, độ phẳng mặt chia, và độ nhám bề mặt chảy được kiểm soát theo dung sai; kiểm tra sơn phủ lớp lót chống ăn mòn đều dày.
Kiểm tra khe hở lưỡi cắt và độ bo mép sau gia công để đảm bảo đúng thiết kế.
Khuyến nghị vận hành–bảo trì để giữ tối ưu
Duy trì bơm gần BEP bằng VFD giúp trường dòng trong buồng ổn định, giảm xung áp và mài mòn. Xả khí định kỳ ở điểm cao, đặc biệt với IRG. Theo dõi rung: tăng biên độ tại bội số BPF là dấu hiệu lệch điểm làm việc hoặc mòn vòng mòn/khe hở lưỡi cắt. Làm sạch cặn bám trong buồng bơm và cửa xả để tránh thu hẹp tiết diện hiệu dụng.
Thiết kế buồng bơm tối ưu của bơm inline model ISG100-200A, IRG100-200A là sự phối hợp tinh tế giữa hình học volute–lưỡi cắt–diffuser, khe hở thủy lực được kiểm soát chặt, bề mặt chảy mượt, và giao tiếp phù hợp với bánh công tác–đường ống. Với ISG100-200A, ưu tiên đặc tính phẳng và êm cho hệ HVAC/PCCC; với IRG100-200A, tăng cường khử khí, quản lý nhiệt và bù giãn nở để an toàn khi bơm nước nóng. Thực thi đúng các nguyên tắc này sẽ đem lại hiệu suất cao, độ ổn định rung–ồn tốt, biên NPSH an toàn và tuổi thọ dài cho toàn bộ tổ hợp bơm.
