WesterntechVN – Trong khi Bơm Hướng Trục Cánh Cố Định (Fixed-Blade Axial Pump) hoạt động ổn định tại một điểm làm việc nhất định, thì các hệ thống thủy lợi và tiêu thoát nước lớn thường phải đối mặt với sự dao động lớn của mực nước nguồn và nhu cầu lưu lượng.

Để đáp ứng yêu cầu vận hành linh hoạt và duy trì hiệu suất cao trong phạm vi hoạt động rộng hơn, Bơm Hướng Trục Kiểu Cánh Quay (Adjustable Blade Axial Pump) đã ra đời. Khác biệt cơ bản nằm ở khả năng thay đổi góc nghiêng của cánh quạt quanh trục riêng của chúng, cho phép điều chỉnh đường đặc tính H−Q của bơm một cách chủ động.

Bài viết chuyên sâu này, dưới góc độ kỹ thuật sản xuất, sẽ đi sâu vào phân tích cơ chế điều chỉnh góc cánh, các công nghệ dẫn động phức tạp (điện và điện thủy lực) và vai trò của việc điều chỉnh góc cánh trong việc tối ưu hóa lực nâng của cánh bơm, từ đó duy trì hiệu suất η cực đại ngay cả khi lưu lượng Q thay đổi lớn, một yếu tố then chốt trong các trạm bơm quy mô lớn.

Sự Khác Biệt Cốt Lõi và Cơ Chế Quay Cánh

• 1.1. So Sánh Bơm Cánh Quay và Cánh Cố Định:
  • Kích Thước: Bơm hướng trục cánh quay thường có kích thước lớn hơn và bơm được lưu lượng lớn hơn so với bơm cánh cố định.
  • Tính Linh Hoạt: Cánh cố định chỉ hoạt động hiệu quả tối đa tại một góc nghiêng duy nhất (BEP), trong khi cánh quay cho phép đạt hiệu suất cao trong dải Q và H rộng.
• 1.2. Cơ Chế Truyền Động Quay Cánh:
  • Cơ cấu Truyền Động: Cánh của BXCT quay được quanh trục riêng của chúng nhờ một cơ cấu truyền động phức tạp bên trong bầu BXCT và trục bơm.
  • Nguyên tắc Điều Chỉnh: Thay đổi góc cánh làm thay đổi góc tấn (Angle of Attack) của chất lỏng vào cánh, từ đó thay đổi lực nâng và năng lượng truyền cho chất lỏng. Góc cánh lớn hơn sẽ tạo ra H và Q lớn hơn.

Công Nghệ Dẫn Động Điều Chỉnh Góc Cánh

• 2.1. Dẫn Động Điện (Electric Drive):
  • Ứng dụng: Thường dùng cho BXCT có đường kính đến 1,1m.
  • Nguyên lý: Sử dụng động cơ điện nhỏ (thường là servo motor) đặt bên trong bầu BXCT hoặc trục bơm, kết nối cơ khí với cơ cấu quay cánh. Ưu điểm là điều khiển chính xác, phản ứng nhanh.
• 2.2. Dẫn Động Điện Thủy Lực (Electro-Hydraulic Drive):
  • Ứng dụng: Đối với BXCT có đường kính 1,85…2,6m (hoặc lớn hơn).
  • Nguyên lý: Sử dụng áp lực dầu thủy lực để di chuyển pít tông bên trong trục bơm. Áp lực dầu được điều khiển bằng van điện từ, từ đó làm thay đổi góc cánh.
  • Ưu điểm: Khả năng tạo ra lực lớn và mô men xoắn cao để di chuyển các cánh quạt khổng lồ dưới áp lực thủy lực lớn. Đây là giải pháp tiêu chuẩn cho các trạm bơm tiêu thoát lũ quy mô lớn.

Tối Ưu Hóa Thủy Lực Bằng Góc Cánh Quay

• 3.1. Phân Tích Đường Đặc Tính Bơm (H-Q Curve):
  • Đối với bơm cánh quay, mỗi góc cánh tương ứng với một đường đặc tính H−Q riêng. Kỹ sư có thể chọn góc cánh để giao điểm làm việc (Duty Point) nằm gần vùng hiệu suất cực đại (BEP) nhất.
• 3.2. Điều Chỉnh Lưu Lượng và Tiết Kiệm Năng Lượng:
  • Phương pháp Điều chỉnh Tối ưu: Điều chỉnh góc cánh quay là một trong những phương pháp tiết kiệm năng lượng nhất để thay đổi Q của bơm hướng trục (tương đương với điều chỉnh tốc độ VFD cho bơm ly tâm).
  • So sánh: Khi Q giảm, việc giảm góc cánh sẽ giảm thiểu tổn thất thủy lực so với việc giữ góc cánh cố định và điều chỉnh bằng van (như bơm ly tâm).
• 3.3. Phân Tích Lực Nâng (Lift Force) và Góc Tấn (Angle of Attack):
  • Lực Nâng: Góc cánh quyết định cường độ của lực nâng tác dụng lên chất lỏng.
  • Góc Tấn: Việc điều chỉnh góc cánh giúp duy trì góc tấn tối ưu (tối ưu hóa H và Q) ngay cả khi vận tốc dòng chảy tương đối tại cửa vào cánh bơm thay đổi (ví dụ: do mực nước thay đổi).

Ứng Dụng Thực Tế và Yêu Cầu Kỹ Thuật Cao

• 4.1. Ứng Dụng Trong Trạm Bơm Tiêu Lũ:
  • Bơm cánh quay là thiết bị cốt lõi trong các trạm bơm tiêu lũ, nơi mực nước sông/kênh thay đổi lớn theo mùa. Khả năng điều chỉnh góc cánh giúp trạm bơm luôn hoạt động ở hiệu suất cao nhất bất kể mực nước.
• 4.2. Yêu Cầu Về Độ Kín và Vật Liệu:
  • Độ Kín Tuyệt Đối: Cơ cấu dẫn động (đặc biệt là điện thủy lực) nằm trong môi trường chất lỏng (dầu và nước), đòi hỏi các hệ thống gioăng phớt, vòng bít phải có độ kín tuyệt đối để tránh lẫn dầu vào nước hoặc nước vào hệ thống dầu.
  • Vật Liệu Cánh: Cánh bơm hướng trục thường được làm bằng thép không gỉ hoặc hợp kim chịu mài mòn để chống lại sự xâm thực và tác động của hạt lơ lửng, đồng thời phải đủ bền để chịu được lực nâng và lực quán tính khi quay.

Bơm Hướng Trục Cánh Quay là đỉnh cao của công nghệ bơm hướng trục, mang lại sự linh hoạt tuyệt vời trong vận hành và hiệu suất tối ưu trong phạm vi làm việc rộng. Với cơ chế điều chỉnh góc cánh được dẫn động bằng hệ thống điện hoặc điện thủy lực, loại bơm này đã giải quyết được thách thức về sự dao động lưu lượng trong các công trình thủy lợi. Việc nắm vững nguyên lý điều chỉnh góc cánh và tác động của nó lên lực nâng là chìa khóa để khai thác tối đa tiềm năng của bơm, đảm bảo chi phí vận hành thấp nhất và độ tin cậy cao nhất cho các hệ thống quản lý nước quy mô lớn.