Ngoài các yếu tố cột áp bơm, công suất, điện năng hay hiệu suất bơm thì điều kiện ở đầu hút của bơm là rất quan trọng. Hệ thống hay các điều kiện ở đầu hút của bơm phải đảm bảo cho dịch bơm có thể chảy vào bơm một cách nhẹ nhàng ở mức áp lực đủ cao để không gây ra hiện tượng tạo bọt khí hay bong bóng khí trong bơm (hay còn gọi là hiện tượng khí xâm thực). Yếu tố này liên quan đến chỉ số cột áp đầu hút thực của bơm (Net Positive Suction Head), gọi tắt la NPSH.
NPSH = NPSHa-NPSHr
Khi nhà sản xuất bơm cung cấp một bơm, họ luôn đưa ra chỉ số về cột áp hút cần thiết hay còn gọi là NPSHr. Chỉ số NPSHr là hết sức quan trọng để người sử dụng lựa chọn bơm, sao cho cột áp hút hiện có của hệ thống bơm (hay NPSHa) phải luôn lớn hơn NPSHr. Nếu NPSHa nhỏ hơn NPSHr, bơm sẽ có hiện tượng như chạy rất ồn, có thể rung, hiệu suất bơm giảm, bơm nhanh bị ăn mòn và hỏng…Do vậy, người sử dụng bơm phải tính được chỉ số NPSHa để đối chiếu với NPSHr do nhà sản xuất bơm đưa ra.
Giá trị của NPSHa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính của dịch bơm, đường ống hút của bơm, vị trí của hố bơm và áp suất khí quyển tác động trên dịch bơm.
Công thức tính toán NPSHa như dưới đây:
Trong đó:
Pa = áp suất tuyệt đối trên dịch bơm
Hs = Cột áp hút thủy tĩnh (m)
Hfs = tổn thất áp suất trên đường ống hút (m).
Pvp = áp suất bốc hơi của dịch bơm (bar a).
(lưu ý: Hs có thể là số (+) hay số (-) khi vị trí đặt bơm là trên hố bơm hay đặt dưới hố bơm).
Đối với dịch bơm có nhiệt độ thấp thì áp suất bốc hơi là yếu tố không cần tính đến, có thể cho bằng 0.
Ví dụ minh họa cách tính NPSHa:
Ví dụ 1:
Yêu cầu bơm: bơm nước có nhiệt độ 50 °C (122o F).
Pa = Áp suất tuyệt đối trên dịch bơm (1 bar = 10 m) (14.7 psi = 33.9 ft).
hs = áp suất thủy tĩnh (3.5 m) (11.5 ft).
hfs = Mức giảm áp trên đường ống (1.5 m) (5 ft).
Pvp = Áp suất bốc hơi (0.12 bar a = 1.2 m) (1.8 psia = 4 ft).
NPSHr của bơm do nhà sản xuất bơm yêu cầu = 3.0 m (10 ft).
NPSHa = Pa - h s - hfs - Pvp = 10 - 3.5 - 1.5 - 1.2 (m) or =33.9 - 11.5 - 5 - 4 (ft) = 3.8 m = 13.4 ft
Như vậy, NPSHa lớn hơn NPSHr, bơm sẽ không bị xảy ra hiện tượng tạo bọt khí trong bơm.
Ví dụ 2:
Yêu cầu bơm: bơm nước có nhiệt độ 75 °C (167o F).
Pa = level (0.5 bar = 5 m) (7 psi = 16 ft).
Hs = (1.5 m) (5 ft).
hfs = (1.0 m) (3 ft).
Pvp = (0.39 bar a = 3.9 m) (5.7 psia = 13 ft).
NPSHr của bơm do nhà sản xuất bơm yêu cầu = 3.0 m (10 ft).
NPSHa = Pa + h s - hfs - Pvp = 5 + 1.5 - 1.0 - 3.9 (m) or = 16 + 5 - 3 - 13 (ft) = 1.6 m = 5 ft
Như vậy, NPSHa nhỏ hơn NPSHr, bơm sẽ có hiện tượng xâm thực xảy ra.
Ví dụ 3:
Yêu cầu bơm: bơm chất đường gluco có nhiệt độ 50 °C (122o F).
Pa = (1 bar = 10 m) (14.7 psi = 33.9 ft).
hs = (1.5 m) (5 ft).
hfs = (9.0 m) (30 ft).
Pvp = (assumed negligible = 0 m) (0 ft).
NPSHr của bơm do nhà sản xuất bơm yêu cầu = 3.0 m (10 ft).
NPSHa = Pa + h s - hfs – Pvp = 10 + 1.5 - 9.0 - 0 (m) or = 33.9 + 5 - 30 - 0 (ft) = 2.5 m = 8.9 ft
Như vậy, NPSHa nhỏ hơn NPSHr, bơm sẽ có hiện tượng xâm thực xảy ra.
Một số cách để tránh xảy ra hiện tượng tạo bọt khí trong bơm:
- Giữ mức tổn thất áp suất (pressure drop) ở mức thấp nhất: chiều dài của đường ống bơm ngắn nhất có thể, đường kính của đường ống bơm ngắn nhất có thể, giảm thiểu các khúc gập, co/cút trên đường ống, giảm thiểu van và các phụ kiện khác gắn vào đường ống bơm.
- Thiết kế sao cho cột áp thủy tĩnh (static head) cao nhất có thể.
- Giảm nhiệt độ bơm. Tuy nhiên cần lưu ý, với một số dịch chất, khi nhiệt độ bơm giảm thì có thể làm tăng độ nhớt của bơm và từ đó làm tăng mức giảm áp (pressure drop).
Trên đây là cách tính đơn giản cho NPSHa. Để chi tiết hơn, chúng ta cần hiễu rõ cách tính tổn thất áp suất trên đường ống, áp suất bốc hơi của dịch bơm và một số yếu tố khác như cột áp gia tốc (velocity head). Chúng tôi sẽ đề cập chi tiết hơn về các nội dung này ở các bài viết sau.
Nguồn: tổng hợp thông tin & pump handbook