Vacuum Pump 3 Phase | Cấu tạo, nguyên lý, ứng dụng và cách chọn

Vacuum pump 3 phase hay bơm chân không 3 pha là thiết bị sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha để tạo môi trường áp suất thấp bằng cách hút không khí, hơi hoặc khí ra khỏi một hệ thống kín. Đây là dòng bơm được sử dụng phổ biến trong các dây chuyền công nghiệp nhờ khả năng vận hành ổn định, công suất lớn và phù hợp với chế độ làm việc liên tục.

So với bơm chân không một pha, vacuum pump 3  phase thường được ưu tiên trong nhà máy, xưởng sản xuất và các hệ thống tự động hóa vì nguồn điện ba pha cho phép sử dụng động cơ công suất cao hơn, đồng thời vận hành tương đối ổn định khi tải thay đổi. Tùy ứng dụng, bơm có thể sử dụng công nghệ oil rotary vane, dry vacuum, liquid ring, claw, screw hoặc các cấu hình chuyên dụng khác.

Điều quan trọng khi lựa chọn vacuum pump 3  phase là không chỉ nhìn vào công suất động cơ. Các thông số như vacuum level, pumping speed, ultimate pressure, operating pressure, loại khí cần hút và điều kiện làm việc mới quyết định thiết bị có phù hợp với hệ thống hay không.

Vacuum Pump 3  Phase là gì?

Vacuum pump 3  phase là máy bơm chân không được trang bị động cơ điện ba pha, có nhiệm vụ loại bỏ khí khỏi một không gian kín để làm giảm áp suất bên trong không gian đó. Khác với máy bơm nước tạo ra dòng chất lỏng, bơm chân không chủ yếu xử lý khí và hơi.

Nguồn điện ba pha thường được sử dụng trong môi trường công nghiệp vì có khả năng cung cấp công suất ổn định cho động cơ. Động cơ truyền chuyển động tới cơ cấu tạo chân không như rotor, cánh gạt, claw, screw hoặc bánh công tác tùy loại bơm.

Mức chân không mà máy tạo được được biểu diễn bằng nhiều đơn vị khác nhau như Pa, kPa, mbar, Torr hoặc micron. Vì vậy, khi đọc catalogue cần chú ý chính xác đơn vị. Chẳng hạn, áp suất tuyệt đối càng thấp thì mức chân không càng cao.

Một thông số khác rất quan trọng là pumping speed, thường tính bằng m³/h, L/min hoặc CFM. Đây là khả năng hút khí của bơm tại một điều kiện áp suất nhất định. Không nên đồng nhất pumping speed với tốc độ đạt chân không trong mọi hệ thống, bởi đường ống, thể tích buồng và rò rỉ đều ảnh hưởng đến thời gian hút.

Cấu tạo của vacuum pump 3  phase

Động cơ điện 3 pha

Động cơ ba pha là nguồn tạo chuyển động chính cho bơm. Khi cấp điện ba pha vào cuộn dây stator, từ trường quay được tạo ra và làm rotor quay. Chuyển động quay này được truyền tới cơ cấu bơm thông qua trục hoặc cơ cấu truyền động.

Ưu điểm của động cơ ba pha là khả năng làm việc ổn định và phù hợp với các mức công suất công nghiệp. Động cơ cũng thường có khả năng vận hành liên tục nếu được lựa chọn đúng tải và được làm mát phù hợp.

Khi lắp đặt cần đặc biệt chú ý điện áp, tần số, công suất, dòng định mức và chiều quay. Đấu sai thứ tự pha có thể khiến động cơ quay ngược chiều. Với một số loại bơm chân không, điều này có thể gây giảm hiệu suất hoặc thậm chí làm hư hỏng thiết bị.

Động cơ cũng cần được bảo vệ bằng thiết bị đóng cắt và bảo vệ quá tải phù hợp. Đối với máy công suất lớn, việc sử dụng biến tần có thể được cân nhắc nếu ứng dụng yêu cầu điều chỉnh tốc độ hoặc tối ưu mức tiêu thụ năng lượng.

Buồng bơm và cơ cấu tạo chân không

Buồng bơm là nơi diễn ra quá trình hút và nén khí. Tùy công nghệ, cấu tạo bên trong có thể rất khác nhau.

Ở rotary vane vacuum pump, rotor đặt lệch tâm trong buồng bơm và các cánh gạt trượt theo rãnh rotor. Khi rotor quay, thể tích các khoang thay đổi liên tục, tạo quá trình hút, nén và xả khí.

Ở liquid ring vacuum pump, chất lỏng tạo thành một vòng quay bên trong buồng bơm. Sự thay đổi thể tích giữa cánh rotor và vòng chất lỏng tạo ra quá trình hút khí. Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong những ứng dụng có hơi ẩm.

Với dry claw hoặc dry screw vacuum pump, cơ cấu tạo chân không không cần dầu bôi trơn trực tiếp trong buồng nén. Đây là ưu điểm đáng chú ý đối với những ngành yêu cầu khí hút sạch và hạn chế nguy cơ nhiễm dầu.

Hệ thống xả, lọc và làm mát

Sau khi khí được hút vào, khí được nén và đưa ra khỏi bơm thông qua đường xả. Một số loại bơm có bộ tách dầu, lọc dầu hoặc bộ lọc khí xả nhằm hạn chế dầu và tạp chất phát tán ra môi trường.

Hệ thống làm mát cũng rất quan trọng. Khi bơm hoạt động, công suất cơ học chuyển thành nhiệt và làm nhiệt độ thân máy tăng. Máy có thể sử dụng làm mát bằng không khí hoặc nước tùy thiết kế.

Trong môi trường công nghiệp, nên đảm bảo không gian xung quanh bơm thông thoáng và nhiệt độ môi trường nằm trong phạm vi nhà sản xuất cho phép. Nhiệt độ quá cao có thể làm giảm độ nhớt dầu, ảnh hưởng phớt và giảm tuổi thọ động cơ.

Nguyên lý hoạt động của vacuum  pump 3 phase

Quá trình hoạt động có thể khái quát thành bốn giai đoạn: hút khí – cô lập – nén – xả khí.

Khi động cơ ba pha quay, cơ cấu bơm tạo ra vùng áp suất thấp hơn áp suất trong buồng hoặc đường ống cần hút. Khí từ hệ thống đi vào cửa hút của bơm.

Sau đó, khí được giữ trong một khoang kín hoặc bán kín. Khi cơ cấu bơm tiếp tục chuyển động, thể tích khoang thay đổi khiến khí bị nén. Cuối cùng khí được đưa ra cửa xả.

Quá trình này tiếp tục lặp lại, làm lượng khí trong hệ thống giảm dần và áp suất giảm xuống.

Tuy nhiên, mức chân không thực tế không chỉ phụ thuộc vào bản thân bơm. Rò rỉ hệ thống, tốc độ thoát khí từ vật liệu, đường kính ống, chiều dài đường ống, van và nhiệt độ đều có thể ảnh hưởng đến kết quả.

Do đó, một vacuum pump có ultimate vacuum rất thấp nhưng được kết nối với hệ thống có rò rỉ lớn vẫn có thể không đạt được mức chân không mong muốn.

Các loại vacuum pump 3  phase phổ biến

Vacuum pump 3  phase cánh gạt dầu

Đây là cấu hình phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Dầu được sử dụng để bôi trơn, làm kín và hỗ trợ quá trình nén khí.

Ưu điểm của dòng này là có thể đạt mức chân không tương đối sâu, kết cấu phổ biến và phù hợp với nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, dầu có thể bị kéo theo dòng khí xả nên cần quan tâm đến bộ tách dầu và chất lượng dầu.

Loại này phù hợp với các ứng dụng như đóng gói chân không, hút chân không công nghiệp, thiết bị gia nhiệt chân không, hệ thống HVAC và một số quy trình sản xuất.

Nếu khí hút chứa nhiều hơi nước, hóa chất hoặc bụi, cần kiểm tra khả năng tương thích của bơm. Việc hút các chất không phù hợp có thể làm dầu nhanh xuống cấp hoặc gây ăn mòn các chi tiết bên trong.

Vacuum pump 3 phase khô

Bơm chân không khô không sử dụng dầu bôi trơn trực tiếp trong buồng bơm. Một số công nghệ phổ biến gồm dry claw, dry screw và dry scroll.

Ưu điểm chính là giảm nguy cơ nhiễm dầu vào dòng khí. Đây là yếu tố quan trọng trong ngành thực phẩm, dược phẩm, điện tử, đóng gói và các quy trình yêu cầu môi trường sạch.

Tuy nhiên, không nên hiểu rằng mọi bơm khô đều hoàn toàn không cần bảo dưỡng. Vòng bi, phớt, bộ lọc và các chi tiết cơ khí vẫn có giới hạn tuổi thọ. Ngoài ra, khả năng xử lý hơi nước, bụi hoặc hóa chất phụ thuộc rất lớn vào thiết kế cụ thể.

Liquid ring vacuum pump 3  phase

Bơm chân không vòng nước sử dụng chất lỏng, thường là nước, để tạo vòng chất lỏng quay trong buồng bơm.

Cấu tạo này cho phép máy xử lý tương đối tốt khí có chứa hơi ẩm và một số ứng dụng mà bơm cánh gạt dầu gặp khó khăn. Đây là lý do liquid ring vacuum pump được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp hóa chất, giấy, thực phẩm, khai thác và xử lý quy trình.

Điểm cần lưu ý là hệ thống phải quản lý chất lỏng vòng, nhiệt độ và chất lượng nước. Nếu nước tuần hoàn chứa nhiều tạp chất hoặc nhiệt độ tăng quá cao, hiệu suất bơm có thể bị ảnh hưởng.

Ứng dụng của vacuum pump 3 phase

Vacuum pump 3 phase được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất.

Trong đóng gói chân không, máy hút không khí ra khỏi túi hoặc buồng đóng gói trước khi hàn kín. Việc giảm lượng không khí giúp hạn chế quá trình oxy hóa và kéo dài thời gian bảo quản đối với một số sản phẩm.

Trong sản xuất thực phẩm, bơm chân không có thể được sử dụng cho các công đoạn hút chân không, cô đặc, sấy hoặc vận chuyển khí trong dây chuyền.

Trong ngành dược phẩm và hóa chất, chân không được sử dụng để hỗ trợ chưng cất, sấy, lọc và một số quá trình tách. Những ứng dụng này đòi hỏi phải lựa chọn vật liệu và công nghệ bơm phù hợp với hóa chất và hơi cần xử lý.

Trong HVAC, bơm chân không được sử dụng để hút ẩm và không khí không ngưng tụ khỏi hệ thống trước khi nạp môi chất lạnh. Tuy nhiên, cấu hình máy và yêu cầu chân không phải được xác định theo quy trình của hệ thống cụ thể.

Ngoài ra còn có các ứng dụng trong gia công gỗ, nâng hạ bằng chân không, ép laminate, sản xuất nhựa, điện tử và hệ thống tự động hóa.

Ưu điểm của vacuum pump 3 phase

Vacuum pump 3 phase có ưu thế rõ rệt trong môi trường công nghiệp nhờ khả năng kết hợp với động cơ công suất tương đối lớn. Máy phù hợp với các hệ thống yêu cầu thời gian vận hành dài và tải ổn định.

Nguồn điện ba pha cũng giúp thiết bị phù hợp với hạ tầng điện phổ biến trong nhà máy. Với các dây chuyền tự động hóa, bơm có thể tích hợp với tủ điều khiển, biến tần, cảm biến áp suất và PLC.

Một ưu điểm khác là có nhiều công nghệ để lựa chọn. Nếu cần chân không sâu có thể cân nhắc rotary vane; nếu cần khí sạch có thể chọn dry vacuum; nếu thường xuyên xử lý hơi ẩm có thể cân nhắc liquid ring.

Nhờ vậy, vacuum pump 3 phase có thể được thiết kế theo từng quy trình thay vì sử dụng một cấu hình duy nhất cho mọi ứng dụng.

Cách chọn vacuum pump 3 phase

Để chọn đúng máy, trước hết cần xác định mức chân không yêu cầu. Ví dụ, hệ thống chỉ cần chân không khoảng vài trăm mbar sẽ có yêu cầu hoàn toàn khác so với quy trình cần mức vài mbar hoặc thấp hơn.

Tiếp theo là xác định pumping speed. Thể tích buồng càng lớn và yêu cầu thời gian hút càng ngắn thì tốc độ bơm cần thiết càng cao.

Ngoài hai thông số trên, cần trả lời các câu hỏi:

• Khí cần hút là không khí, hơi nước hay khí hóa chất?

• Có bụi hoặc hạt rắn không?

• Có cần khí xả không dầu không?

• Máy chạy liên tục hay theo chu kỳ?

• Nhiệt độ môi trường và nhiệt độ khí hút bao nhiêu?

• Điện áp và tần số của hệ thống là bao nhiêu?

• Có yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng biến tần không?

Đặc biệt, nên lựa chọn theo đường đặc tính của bơm tại áp suất làm việc thực tế, không chỉ dựa vào thông số "ultimate vacuum" được quảng cáo.

Bảo dưỡng vacuum pump 3 phase

Bảo dưỡng phụ thuộc vào công nghệ bơm. Với bơm cánh gạt dầu, việc kiểm tra và thay dầu định kỳ là một trong những công việc quan trọng nhất. Dầu bị biến chất hoặc nhiễm hơi nước có thể làm giảm khả năng tạo chân không.

Với bơm khô, cần chú ý bộ lọc, phớt, vòng bi và tình trạng cơ cấu bơm. Với liquid ring pump, cần kiểm soát chất lượng và nhiệt độ chất lỏng vòng.

Ngoài phần bơm, động cơ ba pha cũng cần được kiểm tra dòng điện, nhiệt độ, tình trạng vòng bi và hệ thống thông gió. Nếu dòng điện tăng bất thường, máy nóng hoặc rung mạnh, cần kiểm tra tải cơ khí và tình trạng của bơm.

Một lỗi thường gặp là bơm vẫn chạy nhưng mức chân không không đạt. Nguyên nhân có thể không nằm ở máy mà nằm ở hệ thống: đường ống rò khí, van không kín, phớt hỏng, bộ lọc bị tắc hoặc hệ thống có quá nhiều hơi nước.

FAQ về vacuum pump 3 phase

Vacuum pump 3 phase khác gì bơm chân không 1 pha?

Khác biệt chính nằm ở loại động cơ và nguồn điện sử dụng. Bơm chân không một pha thường phù hợp với thiết bị nhỏ, phòng thí nghiệm hoặc các ứng dụng có công suất vừa phải. Trong khi đó, vacuum pump 3 phase thường được lựa chọn cho môi trường nhà máy và dây chuyền sản xuất cần công suất lớn hơn hoặc vận hành liên tục. Tuy nhiên, không phải cứ dùng điện ba pha là bơm sẽ tạo chân không sâu hơn. Mức chân không phụ thuộc chủ yếu vào công nghệ bơm, thiết kế buồng bơm và điều kiện vận hành.

Vacuum pump 3 phase có hút được hơi nước không?

Có thể, nhưng khả năng xử lý hơi nước phụ thuộc vào từng loại bơm. Một số liquid ring vacuum pump được thiết kế phù hợp với môi trường có nhiều hơi ẩm. Bơm cánh gạt dầu cũng có thể xử lý một lượng hơi nước nhất định nếu sử dụng đúng quy trình và có chế độ vận hành phù hợp. Nếu lượng hơi nước lớn, cần đặc biệt chú ý nguy cơ ngưng tụ trong dầu và làm giảm hiệu suất. Vì vậy, khi ứng dụng có hơi nước đáng kể, nên cung cấp thành phần khí, nhiệt độ và lưu lượng hơi cho nhà cung cấp để lựa chọn công nghệ phù hợp.

Vacuum pump 3 phase bao nhiêu kW là phù hợp?

Không thể xác định công suất chỉ từ nhu cầu chân không mà phải xem xét đồng thời mức chân không, tốc độ hút và đặc tính của bơm. Hai máy cùng công suất động cơ có thể có pumping speed và ultimate pressure rất khác nhau. Vì vậy, trước tiên cần xác định điểm làm việc của hệ thống, sau đó lựa chọn model có đường đặc tính phù hợp. Công suất động cơ chỉ là một trong các thông số dùng để kiểm tra khả năng đáp ứng của tổ máy.

Bơm chân không 3 pha có cần biến tần không?

Không phải hệ thống nào cũng cần biến tần. Nếu bơm hoạt động với tốc độ cố định và tải tương đối ổn định, có thể sử dụng khởi động trực tiếp hoặc phương pháp khởi động phù hợp với công suất động cơ. Biến tần trở nên hữu ích khi cần điều chỉnh tốc độ bơm theo nhu cầu chân không, giảm tiêu thụ điện hoặc tích hợp với hệ thống điều khiển tự động. Tuy nhiên, cần kiểm tra xem động cơ và chính loại vacuum pump có được nhà sản xuất cho phép điều khiển tốc độ bằng biến tần hay không.

Kết luận

Vacuum pump 3 phase là lựa chọn phù hợp cho nhiều hệ thống chân không công nghiệp nhờ khả năng vận hành ổn định, hỗ trợ động cơ công suất lớn và dễ tích hợp với hệ thống điều khiển tự động. Tùy môi trường làm việc có thể lựa chọn bơm cánh gạt dầu, bơm chân không khô, liquid ring hoặc các công nghệ chuyên dụng khác.

Khi lựa chọn, cần tập trung vào ultimate vacuum, pumping speed, áp suất vận hành, loại khí, hơi ẩm, chế độ làm việc và yêu cầu về độ sạch. Chọn đúng công nghệ và đúng điểm làm việc quan trọng hơn việc đơn thuần chọn máy có công suất động cơ lớn Vacuum pump 3 phase.