Trái tim của bất kỳ thí nghiệm khí thực nào là Đường Đặc Tính $H = f(\Delta h)$ (Hình 5-6). Đường cong này mô tả mối quan hệ giữa Cột Nước $H$ (thông số vận hành quan trọng nhất) và Độ Dự Trữ Khí Thực Sẵn Có $\Delta h$ ($\text{NPSH}_{\text{A}}$). Bằng cách phân tích hình thái của đường cong này, chuyên gia kỹ thuật có thể xác định chính xác các ngưỡng giới hạn mà tại đó khí thực bắt đầu gây ra tác hại nghiêm trọng.

Bài viết chuyên sâu này sẽ tập trung vào giải mã đường cong $H = f(\Delta h)$. Chúng ta sẽ phân tích ý nghĩa vật lý và hậu quả kỹ thuật của ba vùng hoạt động (Vùng 1, Vùng 2, Vùng 3), và định nghĩa hai chế độ tới hạn quan trọng: $\Delta h_i$ (Khí thực bắt đầu) và $\Delta h_{th}$ (Khí thực nghiêm trọng). Cuối cùng, chúng ta sẽ trình bày cách thức mà các cặp $(\Delta h, Q)$ thu được được sử dụng để vẽ đường đặc tính khí thực và chuyển đổi sang $[H_{ck}]$ cho bơm ly tâm.

Phần 1: Phân Tích Ba Vùng Hoạt Động Trên Đường $H = f(\Delta h)$

• 1.1. Vùng 1: Vùng An Toàn (Non-Cavitation Region)
  • Đặc điểm: Trong phạm vi vùng 1, $\Delta h$ giảm (áp suất tại cửa hút giảm) nhưng $H$ vẫn giữ nguyên không thay đổi ($H = \text{const}$).
  • Ý nghĩa: Trong vùng này, áp suất $P_k$ tại cửa hút vẫn đủ lớn để ngăn ngừa sự hình thành bọt khí thực, hoặc nếu có, bọt khí này quá nhỏ và sụp đổ ở những vùng không ảnh hưởng đến dòng chảy chính. Đây là vùng làm việc an toàn của máy bơm.
• 1.2. Vùng 2: Vùng Khí Thực Phát Triển (Incipient Cavitation Region)
  • Đặc điểm: Bắt đầu từ $\Delta h_i$ cho đến $\Delta h_{th}$. Cột nước $H$ chưa thay đổi rõ rệt (hoặc chỉ giảm rất ít), nhưng tiếng động (tiếng ồn) và rung động đã xuất hiện.
  • $\Delta h_i$ (Chế độ Tới Hạn Thứ Nhất): Điểm $\Delta h$ đầu tiên xuất hiện tiếng động (dấu hiệu vật lý của khí thực).
  • Hậu quả: Tiếp tục làm việc lâu trong vùng này sẽ dẫn đến xói mòn khí thực (Ăn mòn Vùng 2) nghiêm trọng trên $\text{BXCT}$ do các bọt khí đã bắt đầu sụp đổ gần bề mặt cánh.
  • Quy tắc Vận hành: Chỉ cho phép máy bơm làm việc trong tình trạng này trong thời gian rất ngắn. Ta lấy $\Delta h_i$ làm chế độ tới hạn thứ nhất.
• 1.3. Vùng 3: Vùng Khí Thực Nghiêm Trọng (Breakdown Cavitation Region)
  • Đặc điểm: Bắt đầu từ $\Delta h_{th}$ trở xuống. Cột nước $H$ bắt đầu giảm mạnh và đột ngột (và kéo theo $N, \eta$ giảm theo).
  • Quy tắc Vận hành: Tuyệt đối không cho phép máy bơm làm việc trong vùng này, vì khí thực đã lan rộng, gây giảm hiệu suất và phá hoại bơm nhanh chóng.

Phần 2: Xác Định Các Chế Độ Tới Hạn Quan Trọng

• 2.1. $\Delta h_i$ (Chế độ Tới Hạn Thứ Nhất):
  • Dấu hiệu: Xuất hiện tiếng động, rung động (dấu hiệu thính giác/cơ học).
  • Mục tiêu: Xác định ngưỡng bắt đầu của sự phá hoại bề mặt.
• 2.2. $\Delta h_{th}$ (Chế độ Tới Hạn Thứ Hai – Độ Dự Trữ Khí Thực Tới Hạn):
  • Dấu hiệu: Cột nước $H$ giảm đột ngột $2\%$ so với $H$ ổn định (dấu hiệu thủy lực).
  • Mục tiêu: Xác định ngưỡng mà tại đó khí thực bắt đầu ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất thủy lực.
  • Quy tắc Kỹ thuật: $\Delta h_{th}$ được chọn làm giá trị chuẩn để tính toán độ an toàn cho hệ thống.
• 2.3. $\Delta h$ và Sự Sụt Giảm $N$:
  • Tương tự $H$, công suất $N$ cũng giảm khi $\Delta h$ giảm, mặc dù sự thay đổi $N$ thường không được dùng làm dấu hiệu tới hạn chính như $H$.

Phần 3: Vẽ Đường Đặc Tính Khí Thực và Chuyển Đổi Sang $[H_{ck}]$

• 3.1. Thu Thập Dữ Liệu:
  • Thí nghiệm được tiến hành với nhiều mức lưu lượng $Q$ khác nhau.
  • Với mỗi mức $Q$ không đổi, ta tiến hành thay đổi $\Delta h$ để vẽ đường $H = f(\Delta h)$ và xác định một giá trị $\Delta h_{th}$ tương ứng.
  • Kết quả là một tập hợp các cặp $(\mathbf{Q}, \mathbf{\Delta h_{th}})$.
• 3.2. Vẽ Đường Đặc Tính $\Delta h – Q$:
  • Nối các điểm $(\mathbf{Q}, \mathbf{\Delta h_{th}})$ lại, ta vẽ được Đường Đặc Tính Độ Dự Trữ Khí Thực ($\Delta h – Q$) (thường dùng cho bơm hướng trục).
• 3.3. Chuyển Đổi Sang Đường Đặc Tính $[H_{ck}] – Q$:
  • Từ cặp $(\mathbf{Q}, \mathbf{\Delta h_{th}})$ thu được, ta có thể tính ra Độ Chân Không Cho Phép $[H_{ck}]$ (thường dùng cho bơm ly tâm) thông qua công thức chuyển đổi:

$$ [H_{ck}] = \frac{P_a – P_{hh}}{\gamma} – \Delta h – \frac{C_k^2}{2g} \quad (\text{dạng tương đương})$$

Trong đó, $H_a = P_a / \gamma$ và $H_{hh} = P_{hh} / \gamma$. Nếu bỏ qua cột áp vận tốc $C_k^2 / 2g$ và xem xét ở điều kiện chuẩn ($H_a = 10 \text{m}, H_{hh} = 0,24 \text{m}$), công thức đơn giản hóa sẽ được sử dụng.

• • Nối các điểm $(\mathbf{Q}, \mathbf{[H_{ck}]})$ lại, ta vẽ được Đường Đặc Tính Độ Chân Không Cho Phép ($[H_{ck}] – Q$).

Đường đặc tính $H = f(\Delta h)$ là bản đồ chỉ đường cho an toàn khí thực. Chuyên gia kỹ thuật phải hiểu rõ sự khác biệt giữa Vùng 1 (An toàn), Vùng 2 (Phá hoại bề mặt), và Vùng 3 (Sụp đổ hiệu suất). Việc xác định chính xác $\Delta h_{th}$ (ngưỡng giảm $2\% H$) là bước nền tảng để tính toán $\Delta h_{\text{cho phép}}$ cho hệ thống và chuyển đổi sang $[H_{ck}]$ tương ứng, qua đó đảm bảo bơm ly tâm không bao giờ phải làm việc trong chế độ nguy hiểm.