Bơm nước dùng khí nén: Cấu tạo, nguyên lý, ưu điểm và ứng dụng

Bơm nước dùng khí nén là thiết bị sử dụng năng lượng từ khí nén để tạo lực hút và đẩy nước hoặc chất lỏng qua đường ống. Thay vì sử dụng động cơ điện trực tiếp như máy bơm thông thường, loại bơm này lấy khí nén từ máy nén khí để tạo chuyển động cho cơ cấu bơm.

Một trong những loại phổ biến là bơm màng khí nén, trong đó khí nén tác động luân phiên lên hai màng bơm để tạo quá trình hút và đẩy chất lỏng. Ngoài bơm màng, một số hệ thống còn sử dụng bơm piston khí nén hoặc các thiết bị nâng chất lỏng bằng khí tùy theo yêu cầu.

Bơm khí nén đặc biệt phù hợp với những môi trường mà nguồn điện không thuận tiện, có nguy cơ cháy nổ hoặc chất lỏng cần được vận chuyển trong điều kiện đặc biệt.

Cấu tạo bơm nước dùng khí  nén

Thân bơm

Thân bơm chứa buồng làm việc, các khoang khí và đường dẫn chất lỏng. Vật liệu có thể là nhựa PP, PVDF, nhôm, gang hoặc inox tùy môi trường sử dụng.

Nếu bơm nước sạch thông thường có thể sử dụng vật liệu phổ thông, còn môi trường hóa chất hoặc ăn mòn cần lựa chọn vật liệu phù hợp.

Màng bơm

Đối với bơm màng khí nén, màng bơm là bộ phận trực tiếp tạo ra sự thay đổi thể tích trong buồng bơm.

Màng thường được chế tạo từ các vật liệu như PTFE, EPDM, NBR hoặc Santoprene, tùy loại chất lỏng và nhiệt độ làm việc.

Van khí

Van khí điều khiển quá trình cấp khí nén luân phiên sang hai bên màng bơm. Khi một bên được cấp khí, màng di chuyển và tạo quá trình đẩy; sau đó van khí chuyển trạng thái để thực hiện chu kỳ tiếp theo.

Van bi và đế van

Các van một chiều ở đường hút và đường xả kiểm soát hướng di chuyển của nước. Khi áp suất trong buồng thay đổi, các van đóng mở theo chu kỳ để nước chỉ đi theo hướng từ đầu hút đến đầu xả.

Cổng hút và cổng xả

Cổng hút kết nối với nguồn nước, trong khi cổng xả kết nối với đường ống phía sau bơm.

Kích thước cổng và cách bố trí cần được tính toán phù hợp với lưu lượng và hệ thống đường ống.

Nguyên lý hoạt động của bơm nước dùng khí  nén

Với bơm màng khí nén, khí nén được đưa vào buồng khí ở một phía của màng. Áp suất khí làm màng di chuyển, khiến thể tích buồng chất lỏng thay đổi.

Khi màng di chuyển theo hướng tạo chân không tương đối, van hút mở và nước được hút vào buồng bơm. Đồng thời van xả đóng để ngăn nước chảy ngược.

Khi màng di chuyển theo chiều ngược lại, thể tích buồng giảm, van hút đóng và van xả mở, đẩy nước ra đường ống.

Hai màng hoạt động luân phiên giúp quá trình hút và đẩy được lặp lại liên tục.

Nguồn khí nén → Van khí → Màng bơm → Buồng chất lỏng → Van hút/xả → Đường ống

Ưu điểm của bơm nước dùng khí  nén

Không sử dụng động cơ điện trực tiếp

Bơm sử dụng khí nén làm nguồn năng lượng nên không cần động cơ điện gắn trực tiếp với cơ cấu bơm. Điều này giúp thiết bị phù hợp với một số môi trường mà việc sử dụng thiết bị điện cần được hạn chế.

Có khả năng tự mồi

Nhiều dòng bơm màng khí nén có khả năng tự mồi tương đối tốt. Máy có thể hút chất lỏng từ vị trí thấp hơn mà không nhất thiết phải đặt dưới nguồn chất lỏng.

Tuy nhiên, chiều cao tự mồi thực tế phải tuân theo thông số của từng model.

Có thể chạy khô trong một số điều kiện

Một số bơm màng khí nén có thể chịu được tình trạng chạy khô trong thời gian nhất định mà không gây hư hỏng nghiêm trọng như một số loại bơm điện.

Tuy nhiên, không nên cố tình để bơm chạy khô kéo dài nếu nhà sản xuất không cho phép vì vẫn có thể làm giảm tuổi thọ màng và các bộ phận chuyển động.

Phù hợp với nhiều loại chất lỏng

Tùy vật liệu màng, thân bơm và van, bơm khí nén có thể sử dụng cho nước sạch, nước thải, hóa chất, chất lỏng có độ nhớt hoặc chất lỏng chứa một lượng chất rắn nhất định.

Điều chỉnh lưu lượng tương đối đơn giản

Có thể điều chỉnh lượng khí cấp vào để thay đổi tốc độ chu kỳ của bơm, từ đó điều chỉnh lưu lượng trong một phạm vi nhất định.

Tuy nhiên, cần duy trì áp suất khí và lưu lượng khí trong giới hạn nhà sản xuất quy định.

Nhược điểm của bơm nước dùng khí nén

Nhược điểm lớn nhất là bơm cần có nguồn khí nén đủ áp suất và lưu lượng. Nếu máy nén khí không đáp ứng được nhu cầu, bơm có thể hoạt động không ổn định hoặc không đạt lưu lượng thiết kế.

Hiệu suất tổng thể của hệ thống khí nén cũng cần được xem xét vì quá trình tạo khí nén từ điện năng vốn có tổn thất năng lượng. Do đó, với hệ thống chỉ cần bơm nước thông thường và có sẵn nguồn điện, bơm điện có thể kinh tế hơn.

Bơm nước dùng khí nén được ứng dụng ở đâu?

Bơm nước trong nhà máy

Bơm khí nén có thể được sử dụng để chuyển nước giữa các bể, thoát nước tại khu vực sản xuất hoặc cấp chất lỏng cho một số công đoạn.

Ưu điểm không sử dụng động cơ điện trực tiếp giúp bơm phù hợp với những khu vực có điều kiện vận hành đặc biệt.

Bơm nước thải

Bơm màng khí nén có thể được sử dụng để vận chuyển nước thải có cặn hoặc chất rắn tùy cấu hình van và kích thước đường passage.

Khi chọn bơm cần kiểm tra kích thước chất rắn tối đa mà thiết bị cho phép đi qua.

Bơm hóa chất

Bơm khí nén được sử dụng rộng rãi trong một số hệ thống hóa chất nhờ khả năng lựa chọn vật liệu thân, màng và van theo tính chất lưu chất.

Đối với hóa chất ăn mòn, cần kiểm tra khả năng tương thích của PTFE, PP, PVDF, inox và vật liệu gioăng với hóa chất cụ thể.

Môi trường có nguy cơ cháy nổ

Do không cần motor điện trực tiếp tại vị trí bơm, một số bơm khí nén có thể phù hợp với môi trường có nguy cơ cháy nổ.

Tuy nhiên, cần phân biệt rõ bơm sử dụng khí nén với thiết bị được chứng nhận dùng trong khu vực nguy hiểm. Nếu công trình yêu cầu ATEX hoặc tiêu chuẩn chống cháy nổ cụ thể, phải lựa chọn model có chứng nhận tương ứng.

Bơm màng khí nén có dùng để bơm nước sạch không?

Có. Bơm màng khí nén hoàn toàn có thể sử dụng để bơm nước sạch nếu vật liệu và thông số của máy phù hợp.

Tuy nhiên, nếu mục đích chỉ là cấp nước sạch liên tục với lưu lượng lớn, bơm ly tâm điện thường có hiệu suất và chi phí vận hành phù hợp hơn. Bơm màng khí nén phát huy lợi thế khi hệ thống cần tính linh hoạt, khả năng tự mồi, chạy khô hoặc sử dụng trong môi trường đặc biệt.

Cách lựa chọn bơm nước dùng khí nén

Xác định lưu lượng

Lưu lượng cần xác định theo nhu cầu thực tế của hệ thống, thường tính bằng L/min hoặc m³/h.

Không nên chỉ nhìn vào lưu lượng tối đa trong catalogue mà cần xem lưu lượng thực tế tại áp suất làm việc của hệ thống.

Xác định áp suất

Cần xác định áp suất xả cần thiết và chiều cao đẩy của hệ thống. Đối với bơm màng, lưu lượng thường giảm khi áp suất xả tăng.

Do đó, cần xem đường đặc tính lưu lượng – áp suất để lựa chọn model chính xác.

Xác định nguồn khí nén

Đây là thông số đặc biệt quan trọng. Cần kiểm tra áp suất khí nén, lưu lượng khí và chất lượng khí mà máy nén có thể cung cấp.

Nếu nhiều thiết bị cùng sử dụng máy nén khí, cần tính tổng nhu cầu để tránh tình trạng sụt áp.

Lựa chọn vật liệu

Nếu bơm nước sạch, có thể lựa chọn vật liệu thông dụng. Nếu bơm nước thải, hóa chất hoặc chất lỏng ăn mòn, cần lựa chọn thân bơm, màng và van phù hợp.

Ví dụ, PTFE có khả năng kháng nhiều loại hóa chất tốt, nhưng không có nghĩa là phù hợp với mọi môi trường.

Kiểm tra kích thước chất rắn

Đối với nước thải, cần xác định kích thước chất rắn có thể đi qua bơm.

Thông số này đặc biệt quan trọng để tránh tắc nghẽn van và làm giảm hiệu suất vận hành.

Bơm nước dùng khí nén và bơm điện khác nhau thế nào?

FAQ về bơm nước dùng khí nén

Bơm nước dùng khí nén có tốt không?

Bơm khí nén là lựa chọn tốt trong những môi trường cần thiết bị linh hoạt, có khả năng tự mồi hoặc phải hạn chế việc sử dụng động cơ điện tại vị trí bơm. Bơm cũng có thể xử lý nhiều loại chất lỏng nếu lựa chọn đúng vật liệu. Tuy nhiên, nếu chỉ bơm nước sạch với lưu lượng lớn và có sẵn nguồn điện, bơm điện thường có lợi thế hơn về hiệu suất năng lượng.

Bơm màng khí nén có bơm được nước sạch không?

Có, bơm màng khí nén có thể bơm nước sạch nếu vật liệu của màng, van và thân bơm phù hợp. Tuy nhiên, dòng chảy của bơm màng có tính dao động do quá trình hút và đẩy luân phiên. Nếu hệ thống yêu cầu dòng nước ổn định với lưu lượng lớn, nên cân nhắc bơm ly tâm.

Bơm khí nén có cần máy nén khí không?

Có, bơm khí nén cần nguồn khí nén để hoạt động, thông thường được cung cấp từ máy nén khí hoặc hệ thống khí nén trung tâm. Cần bảo đảm cả áp suất và lưu lượng khí đáp ứng yêu cầu của bơm. Nếu nguồn khí không đủ, lưu lượng nước thực tế sẽ thấp hơn thông số công bố.

Bơm khí nén có chạy khô được không?

Một số bơm màng khí nén có khả năng chạy khô mà không bị hư hỏng ngay như một số loại bơm điện. Tuy nhiên, chạy khô trong thời gian dài vẫn có thể làm tăng mức độ mài mòn của màng và các bộ phận làm kín. Vì vậy, chỉ nên vận hành theo giới hạn được nhà sản xuất quy định.

Bơm nước khí nén có dùng cho nước thải được không?

Có, đây là một trong những ứng dụng phổ biến của bơm màng khí nén. Bơm có thể xử lý nước thải chứa cặn hoặc một lượng chất rắn nhất định tùy thiết kế van và kích thước passage. Khi lựa chọn cần kiểm tra kích thước chất rắn tối đa, độ nhớt và tính chất ăn mòn của nước thải.

Bơm nước dùng khí nén giá bao nhiêu?

Giá phụ thuộc vào loại bơm, lưu lượng, áp suất, vật liệu thân bơm, vật liệu màng và kích thước cổng kết nối. Bơm inox hoặc bơm sử dụng vật liệu đặc biệt thường có giá cao hơn các model nhôm hoặc nhựa thông thường. Muốn báo giá chính xác cần xác định lưu lượng, áp suất, loại nước và nguồn khí nén hiện có.

Bơm khí nén có tiết kiệm điện không?

Bản thân bơm không sử dụng điện trực tiếp, nhưng hệ thống vẫn tiêu thụ điện để vận hành máy nén khí. Do quá trình tạo và truyền khí nén có tổn thất năng lượng, tổng hiệu suất có thể thấp hơn hệ thống bơm điện trực tiếp. Vì vậy, bơm khí nén nên được lựa chọn dựa trên yêu cầu công nghệ và điều kiện môi trường thay vì chỉ dựa vào tiêu chí tiết kiệm điện.

Kết luận

Bơm nước dùng khí nén, đặc biệt là bơm màng khí nén, là giải pháp linh hoạt cho các hệ thống bơm nước, nước thải và chất lỏng trong môi trường công nghiệp. Thiết bị có ưu điểm về khả năng tự mồi, có thể chịu chạy khô ở một số dòng và không cần motor điện trực tiếp tại vị trí bơm.

Khi lựa chọn cần đặc biệt quan tâm đến lưu lượng, áp suất, áp suất và lưu lượng khí nén, vật liệu thân bơm, màng, van và đặc tính của chất lỏng. Với hệ thống chỉ bơm nước sạch thông thường, nên so sánh thêm với bơm điện để lựa chọn phương án có hiệu suất và chi phí vận hành phù hợp nhất Bơm nước dùng khí nén.