Các Loại Vỏ Bơm (Trong Bơm Ly Tâm & Các Loại Khác) + Ưu & Nhược điểm

Các loại vỏ máy bơm khi tốc độ dòng chảy của máy bơm bằng hoặc thấp hơn điểm hiệu quả tốt nhất (BEP), loại vỏ máy có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy của máy bơm (thời gian trung bình giữa các lần sửa chữa) và ở mức độ thấp hơn là hiệu quả của máy bơm. Do đ1o, việc lựa chọn các loại vỏ máy bơm tốt nhất là rất quan trọng trong hệ thống đường ống dẫn nước. Mặc dù mục tiêu chung của nhiều ứng dụng máy bơm là chạy máy bơm ở BEP của nó, nhưng điều này không phải lúc nào cũng đúng do:

• Khi mua máy bơm, đầu ma sát của hệ thống máy bơm hiện tại không được xác định chính xác.
• Các tiêu chí an toàn quá mức đã được đưa vào quy trình lựa chọn máy bơm để tính đến sự hao mòn của máy bơm trong tương lai.
• Trong quá trình hoạt động bình thường, những thay đổi trong đầu ma sát và/hoặc tĩnh của hệ thống
• Theo thời gian, máy bơm sẽ bị hao mòn.
• Theo thời gian, những thay đổi và/hoặc tăng lên trong đầu ma sát của hệ thống

Vỏ máy bơm là gì?

Vỏ bên ngoài của máy bơm được gọi là vỏ máy bơm. Về áp suất và chất lỏng, nó phải bịt kín bên trong thiết bị từ bên ngoài. Tùy theo loại máy bơm mà có cấu tạo khác nhau. Nguồn cấp dữ liệu và phân phối dòng chảy đến bánh công tác xác định vỏ bánh công tác quyết định hiệu suất của máy bơm ly tâm. Vỏ cũng được xem xét đặc biệt đối với các máy bơm này vì khoảng cách giữa vỏ và bánh công tác quyết định hiệu suất của máy bơm.

vỏ xoáy

Thuật ngữ “vỏ xoáy” dùng để chỉ một vỏ có khoang hình tròn giữa vỏ và bánh công tác. Vỏ xoáy cải thiện hiệu quả của máy bơm bằng cách giảm thiểu việc tạo ra các dòng xoáy ở mức độ lớn.

Vỏ có lưỡi dẫn hướng

Bánh công tác được bao quanh bởi một bộ cánh dẫn hướng tróng vỏ có các cánh dẫn hướng. Các lưỡi dẫn hướng được gắn vào một vòng được gọi là bộ khuếch tán. Các cánh dẫn hướng được thiết kế sao cho nước thoát ra khỏi bánh công tác đi vào các thanh dẫn hướng mà không bị sốc.

Diện tích của các cánh hướng dẫn mở rộng, giúp giảm vận tốc của chất lỏng trong khi tăng áp suất của nó. Nước di chuyển qua vỏ xung quanh sau khi đi qua các van dẫn hướn. Vỏ vẫn đồng tâm với bánh công tác trong phần lớn các trường hợp.

Các loại vỏ máy bơm khác bao gồm:

• Vỏ bọc đơn
• Vỏ bọc đôi
• Vaned khuếch tán vỏ
• Vỏ là bộ phận cố định chính của máy bơm và nó phục vụ hai mục đích:

Chuyển đổi đầu vận tốc của bánh công tác thành đầu áp suất và hướng dòng chảy đến đầu nối xả

Tạo rào cản áp suất cho chất lỏng đang được bơm

Một xoắn ốc là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả vỏ máy bơm. Ống xoắn ốc là một thiết kế giống như hình xoắn ốc giúp giảm vận tốc chất lỏng đồng thời tăng áp suất tĩnh bằng cách tăng diện tích dòng chảy qua. Chất lỏng của bánh công tác được phân phối về phía vòi xả vỏ sau khi rời khỏi bánh công tác. Có hai loại vỏ xoắn: vỏ xoắn đơn và vỏ xoắn kép.

Bộ khuếch tán xoắn đơn, xoắn kép và vaned là ba kiểu vỏ phổ biến nhất cho máy bơm ly tâm. Loại xoắn đơn là loại phổ biến nhất – ít nhất là đối với máy bơm một cấp, lưu lượng thấp đến trung bình – với loại xoắn đôi thường phổ biến hơn đối với máy bơm một cấp, lớn hơn xử lý chất lỏng không có chất rắn và bộ khuếch tán vaned phổ biến hơn đối với máy bơm nhiều tầng.

Xét về tuổi thọ của vòng bi và phốt trục, hiệu suất bơm và chi phí bơm, mỗi thiết kế vỏ này đều có những ưu điểm và nhược điểm. Mặc dù người dùng máy bơm có thể không phải lúc nào cũng có lựa chọn về loại vỏ, nhưng có một số tình huống mà ít nhất một số nhà cung cấp có thể cung cấp tùy chọn này. Do đó, sẽ thuận lợi cho người sử dụng máy bơm nhận thức được ý nghĩa của các lựa chọn vỏ bọc thay thế khác nhau.

Vỏ bọc đơn

Bánh công tác phóng điện vào một vòng xoắn duy nhất bao bọc hoàn toàn xung quanh bánh công tác trong một vỏ xoắn duy nhất. Kiểu vỏ này có một đường cắt nước duy nhất hướng dòng chất lỏng về phía đầu ra của máy bơm.

Máy bơm xoắn ốc đơn đã có từ rất lâu. Phần lớn máy bơm một cấp được chế tạo ở Hoa Kỳ là máy bơm xoắn ốc đơn, ngoại trừ máy bơm tua-bin thẳng đứng. Với các không gian mở xung quanh chu vi cánh quạt, ưu điểm chính của vỏ xoắn ốc đơn là tính đơn giản của nó: dễ đúc hơn và do đó ít tốn kém hơn khi chế tạo. Vỏ xoắn đơn hiệu quả hơn vỏ xoắn kép ở tốc độ dòng chảy xung quanh BEP của máy bơm. Hơn nữa, các vùng họng lớn hơn có thể xử lý các hạt nặng hơn, chẳng hạn như những hạt có trong nước thải.

Cuộn xoắn ốc được thiết kế để duy trì vận tốc không đổi gần tốc độ dòng chảy hiệu quả tối ưu, dẫn đến áp suất tĩnh đồng đều trên ngoại vi của bánh công tác nhưng chỉ BEP. Tuy nhiên, khi máy bơm hoạt động ở tốc độ dòng chảy thấp hơn hoặc cao hơn BEP sự cân bằng áp suất này sẽ bị mất. Sự phân bố áp suất xung quanh bánh công tác trong một vòng xoắn duy nhất ở tốc độ dòng chảy bằng 0 được thể hiện trong sơ đồ bên dưới, trong đó A thể hiện phản ứng tổng thể, B thể hiện phản ứng trên các tấm chắn bên, C thể hiện phản ứng trên chu vi của bánh công tác và D thê hiện động lượng chất lỏng không đồng đều.

Ứng suất ròng hướng tâm tăng lên trên rôto phát sinh từ sự phân bố áp suất không đồng đều, không đúng BEP này xung quanh bánh công tác. Tương tự như vậy, việc tăng tải trọng sẽ làm lệch trục máy bơm, gây ra sự mài mòn quá mức trên các vòng đệm, vòng đệm và ổ trục. Trục bị gãy do mỏi có thể xảy ra trong những trường hợp nghiêm trọng.

Sự mất cân bằng áp suất này xung quanh bánh công tác (ít nhất là trong một vòng xoắn) thường là tải trọng chủ yếu trên các ổ trục của máy bơm, đặc biệt là ở các mức lưu lượng ngoài thiết kế. Bởi vì tuổi thọ của ổ trục chống ma sát (bi hoặc con lăn) là một chức năng của khối lập phương của tải trọng hướng tâm, tác động của lực áp suất không đồng đều này đối với tuổi thọ mỏi L10 của ổ trục bị trầm trọng hơn. Điều này có nghĩa là tuổi thọ của vòng bi giảm nhanh chóng khi bạn rời khỏi BEP. Xếp hạng tuổi thọ vòng bi thống kê (L10) dựa trên sự hỏng hóc do mỏi kim loại, với 90% vòng bi tồn tại trong khoảng thời gian quy định.

Cách tiếp cận duy nhất để kéo dài tuổi thọ vòng bi của máy bơm xoắn đơn là chạy chúng càng gần BEP của máy bơm càng tốt cho ứng dụng, có thể bằng cách thêm một đường từ đầu xả vào ống hút. Tuy nhiên, điều này có thể làm giảm tổng hiệu suất với tốc độ dòng chảy thực.

Vỏ bọc đôi

Hai đường cắt nước được định vị cách nhau 180 độ trong vỏ xoắn kép. Thường có thể phát hiện máy bơm xoắn đôi bằng cách nhìn xuống mặt bích xả: bên trong vòi, một cánh quạt có thể nhìn thấy chia đôi đường kính trong của vòi xả.

Để giải quyết những lo ngại về lực đẩy hướng tâm liên quan đến thiết kế ống xoắn đơn, vỏ bọc ống xoắn đôi đã được nghĩ ra. Tuy nhiên, kết quả thử nghiệm cho thấy rằng, mặc dù lực hướng tâm trong vòng xoắn đôi giảm đáng kể, nhưng chúng không bị loại bỏ hoàn toàn.

Lợi ích chính của xoắn kép so với xoắn đơn là cân bằng tải hướng tâm trên bánh công tác do cấu trúc cắt nước kép dẫn đến áp suất phân bố đều hơn trong xoắn. Hỏng vòng bi là nguyên nhân phổ biến thứ hai gây ra hỏng hóc máy bơm, do đó việc giảm ứng suất hướng tâm lên các vòng bi trong toàn bộ phạm vi hoạt động có thể ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của máy bơm. Mặt khác, một dây xoắn kép làm tăng lực cản thủy lực hơn.

Dòng chảy được tách thành hai dòng bằng nhau trong một vỏ xoắn kép bởi hai vùng nước cắt cách nhau 180 độ. Tổng diện tích hong của hai dây xoắn tương đương với thiết kế của một dây xoắn duy nhất có kích thước tương đương. Kết quả là, vỏ ống xoắn đôi về cơ bản là một ống xoắn đơn với cách quạt bộ chia mở rộng 180 độ từ họng ống xoắn đơn và ăn sâu vào phần khuếch tán, dẫn đến hai cuộn xoắn bằng nhau với vận tốc không đổi tại BEP của máy bơm.

Ở tốc độ dòng chảy ngoài BEP, hai phần xoắn ốc vẫn tạo ra áp suất không đồng đều xung quanh bánh công tác, nhưng chúng có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau ở mức độ lớn. Việc sử dụng hộp đàn đôi chủ yếu nhằm mục đích này.

Máy bơm xoắn ốc đôi gần như có hiệu suất thủy lực tương tự như máy bơm xoắn ốc đơn. Dựa trên các thử nghiệm, một máy bơm xoắn kép sẽ kém hiệu quả hơn từ một đến một điểm rưởi tại BEP so với một máy bơm xoắn đơn tương đương nhưng sẽ hiệu quả hơn hai điểm ở cả hai bên của BEP. Điều này có nghĩa là vỏ dây xoắn kép sẽ có hiệu quả tốt hơn một chút với vỏ dây xoắn đơn trên toàn bộ phạm vi của đường công công suất đầu.

Máy bơm cánh quạt hút kép, trục tách, trục lớn hơn với tải trọng cánh quạt hướng trục thấp hơn có nhiều khả năng có hai vòng xoắn. Các máy bơm lưu lượng thấp, nhỏ hơn không nên sử dụng vỏ bọc xoắn kép (dưới khoảng 400 gpm). Máy bơm lớn hơn là ứng viên tốt nhất cho hai van xoắn, do đó khi có sẵn và nếu ứng dụng cho phép, chúng nên được chọn cho chức năng này. Khi xử lý các hạt chẳng hạn như trong các ứng dụng nước thải, cánh quạt bộ chia của ống xoắn đôi có thể gây tắc nghẽn điều này sẽ hạn chế việc sử dụng chúng trong các ứng dụng này.

Vaned khuếch tán vỏ

Ngoài vỏ bọc đơn và đôi, vỏ bộ khuếch tán là một dạng khác của vỏ máy bơm. Nhấn vào đây để biết chúng một cách chính xác. Tua bin thẳng đứng và máy bơm nhiều tầng, cột áp cao với vỏ bộ khuếch tán có cánh van thường được sử dụng để mang lại độ tin cậy tối ưu cho máy bơm và khi hiệu suất cao là rất quan trọng. Hiệu suất cao của máy bơm khuếch tán vaned không phải là lợi ích duy nhất của nó. Bánh công tác xả vào một vòng đầu phun đồng nhất ở loại vaned, dẫn đến ứng suất hướng tâm hoàn toàn cân bằng trên bánh công tác (có nghĩa là tải trọng hướng tâm bằng không trong toàn bộ phạm vi lưu lượng).

Đường chạy của máy bơm khuếch tán có cánh van được bao quanh bởi các kênh mở rộng dần dần được tạo ra bởi các cánh dẫn hướng cố định. Cột áp vận tốc của chất lỏng thoát ra khỏi bánh công tác được chuyển dịch đầy đủ hơn thành áp suất theo kiểu vỏ bọc này so với kiểu xoắn ốc, có khả năng làm tăng hiệu suất của nó một chút. Ngoại trừ máy bơm khuếch tán cánh van, khi so sánh với máy bơm một van đơn, thường không được coi là hợp lý nếu chỉ cải thiện hiệu quả.

Các vật liệu khác nhau được sử dụng để chế tạo vỏ máy bơm là gì?

Vỏ của máy bơm được làm bằng thép không gỉ song công (50% ferrite và 50% austenite). Vì thép đúc có độ bền cao hơn khi chịu áp suất lớn hơn 16MPa, nên người ta thường tìm thấy các bộ phận chịu áp lực làm bằng thép đúc.