Theo đuổi máy bơm không rò rỉ
Nhu cầu về một máy bơm không rò rỉ trở nên cấp thiết trong thời đại hiện đại khi các máy bơm công nghiệp bắt đầu xử lý các chất lỏng nguy hiểm. Trong trường hợp có chất lỏng độc hại hoặc dễ cháy, điều cần thiết là phải bảo vệ cả con người và môi trường khỏi bất kỳ rò rỉ nào. Ngoài ra, mỗi lần rò rỉ có nghĩa là sản phẩm bị lãng phí, điều này trở nên đáng kể khi bơm các phương tiện đắt tiền, chẳng hạn như dược liệu.
Hình ảnh 1. Bơm có hộp nhồi (Hình ảnh do ITT Goulds Pumps cung cấp)
Tại sao máy bơm bị rò rỉ?
Xem xét lý do tại sao việc ngăn chặn máy bơm bị rò rỉ là một thách thức như vậy. Lấy máy bơm ly tâm thông thường làm ví dụ. Trong máy bơm này, một trục và bánh công tác được quay bởi một động cơ, nhưng động cơ này nằm bên ngoài máy bơm. Đó là nơi trục thoát ra khỏi máy bơm, đặc biệt là tại các điểm tiếp xúc giữa bộ phận quay và bộ phận tĩnh, có thể và xảy ra rò rỉ.
Hộp nhồi bông
Trong một số máy bơm, một thiết bị gọi là hộp nhồi được sử dụng để giải quyết vấn đề rò rỉ.
Hộp nhồi là một buồng nằm ở bên ngoài vỏ máy bơm, nơi trục thoát ra. Trong đó,
vật liệu làm kín — một chất đóng gói mềm — được đặt xung quanh trục.
Sử dụng một thiết bị đặc biệt (trong trường hợp đơn giản nhất là đai ốc), bao bì sau đó được nén lại, làm cho nó ép vào thành của buồng và trục, do đó ngăn chất lỏng chảy ra khỏi máy bơm.
Tuy nhiên, trục phải tiếp xúc chặt chẽ với vật liệu đóng gói để niêm phong được chặt chẽ. Điều này có thể tạo ra ma sát và dẫn đến giảm tuổi thọ.
Hình ảnh 2. Phốt cơ khí
Con dấu cơ khí
Các phần tử chính của phớt cơ khí là hai vòng: một vòng chuyển động quay theo trục và một vòng đứng yên, được gắn vào thân máy bơm bằng chốt.
Độ kín khít chống rò rỉ được tạo ra bởi sự tiếp xúc giữa các bề mặt vòng đệm, chúng tạo thành một cặp ma sát được gọi là. Để tạo tiếp xúc, vòng chuyển động được ép vào vòng cố định bằng lò xo, bộ phận lò xo hoặc ống thổi — là một vỏ bọc sóng một lớp hoặc nhiều lớp đàn hồi được làm bằng vật liệu kim loại, phi kim loại và composite. Để làm kín bổ sung, các vòng đệm thứ cấp được sử dụng, đó là các vòng chữ O làm bằng chất đàn hồi.
Khi hoạt động tốt, giữa các bề mặt ma sát sẽ xuất hiện một màng chất lỏng mỏng để đảm bảo bôi trơn và tản nhiệt. Khe hở giữa các bề mặt của chúng bằng chiều cao nhám của chúng và theo quy luật, không vượt quá một phần triệu mét. Điều quan trọng là vòng cố định không bao giờ chạm vào trục, do đó giảm mài mòn.
Lựa chọn vật liệu làm vòng đệm phù hợp không phải là một việc nhỏ. Các vòng đệm cần có đủ độ bền và khả năng chống mài mòn để chịu được các tác động của hoạt động của máy bơm và chịu được hóa chất đối với môi chất được bơm. Ngoài ra, chúng phải có khả năng chịu được nhiệt độ cao phát sinh do ma sát. Vì những lý do này, các cặp ma sát là công nghệ phức tạp đáng ngạc nhiên, đòi hỏi các nguyên tắc lý thuyết và tính toán của cơ học, nhiệt động lực học, thủy lực học và vật liệu học. Do khe hở nhỏ giữa các vòng, việc chế tạo con dấu cơ học hiện đại thực sự thuộc về công nghệ nano.
Con dấu cơ khí kép
Phốt cơ khí cặp ma sát đơn chỉ có thể giảm thiểu rò rỉ chứ không loại bỏ chúng. Để tiếp tục cố gắng loại bỏ rò rỉ, các con dấu cơ học kép đã được tạo ra. Hệ thống phụ trợ — được gọi là sơ đồ xả hoặc sơ đồ đường ống - cung cấp một chất lỏng đặc biệt, được gọi là vật cản, đến khu vực làm kín giữa hai vòng của cặp ma sát. Áp suất của nó được giữ cao hơn một chút so với áp suất của môi chất được bơm trong khu vực làm kín và bằng cách này, đạt được độ kín. Chất lỏng cản cũng thực hiện các nhiệm vụ cần thiết là loại bỏ nhiệt và bôi trơn trong trường hợp phương tiện được bơm thiếu các đặc tính để làm như vậy. Ví dụ, nước mất tính chất bôi trơn của nó ở khoảng 176 F (80 C).
Phốt đệm kép cơ học có thể loại bỏ rò rỉ chất lỏng được bơm vào bầu khí quyển. Tuy nhiên, chúng có thể tương đối đắt và khó bảo trì. Ngoài ra, ngay cả cặp ma sát được chế tạo cẩn thận nhất cũng sẽ hỏng kịp thời do mòn, vì vậy chúng cần được theo dõi và thay thế liên tục.
Khớp nối từ tính
Hình 3. Bản vẽ mặt cắt của máy bơm dẫn động mag. Trục có nam châm dẫn động làm quay hộp mực, trong đó bao gồm các nam châm dẫn động.
Do sự truyền công suất từ xa này, trục không cần đi qua vỏ, do đó không có lỗ và không thể có rò rỉ. Tuy nhiên, những máy bơm này có xu hướng đắt hơn, do chi phí của nam châm hiện đại mà chúng yêu cầu. Thông thường, chúng được làm từ các hợp kim kỳ lạ của neodymium, coban và samarium, nhưng hợp kim neodymium sắt bo (NdFeB) hiện được coi là hiệu quả hơn. Tuổi thọ sử dụng của những nam châm này có thể là hàng chục, thậm chí hàng trăm năm - thường lâu hơn tuổi thọ của chính máy bơm.
Máy bơm động cơ đóng hộp
Một tiến bộ khác đến từ sự phát triển của cơ điện và lý thuyết điện từ là máy bơm động cơ đóng hộp. Thiết bị này kết hợp chức năng của động cơ điện với chức năng của máy bơm ly tâm cổ điển. Nó tương tự như một máy bơm có từ tính khớp nối, nhưng vai trò của nam châm được thực hiện bởi các cuộn dây của stato (bộ phận cố định của động cơ điện) và rôto. Nó được gọi là "đóng hộp" vì động cơ được bảo vệ khỏi ngắn mạch bởi một xi lanh (vỏ) đặc biệt và nằm bên trong vỏ máy bơm trong chất lỏng được bơm, đồng thời bôi trơn và làm mát các ổ trục.
Hình ảnh 4. Máy bơm động cơ đóng hộp
Mômen từ các cuộn dây “khô” của stato được truyền qua vỏ bọc kín khí, do đó không có khả năng xảy ra rò rỉ.
Bởi vì máy bơm động cơ đóng hộp sử dụng ít bộ phận hơn, chúng nhỏ gọn. Tuy nhiên, vì các cuộn dây của stato và rôto được ngăn cách bởi một số vách ngăn nên hiệu suất của chúng có thể tương đối thấp. Do đó, những thiết bị này rất hữu ích nhưng lại tiêu tốn nhiều điện năng hơn.
Nỗ lực bền bỉ trong nhiều năm đã tạo ra nhiều lựa chọn khác nhau để đạt được một máy bơm không bị rò rỉ. Mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Để xác định loại nào tốt nhất cho hoạt động của bạn, các chuyên gia sẽ chọn một thiết kế tùy thuộc vào đặc tính của chất lỏng được bơm, điều kiện vận hành và hạn chế kinh tế.