Xâm thực trong máy bơm: nguyên nhân, dấu hiệu và cách tránh

Có một kiểu hỏng làm thợ bảo trì bối rối: cánh bơm inox mới thay được năm tháng, tháo ra thấy mặt cánh rỗ lỗ chỗ như bị axit ăn, mép cánh mòn vẹt, trong khi nước bơm chỉ là nước sạch. Không phải hàng dởm, cũng không phải ăn mòn hoá học. Đó là xâm thực.

Xâm thực là thủ phạm phá cánh bơm nhanh nhất mà lại khó nhận ra nhất, vì nó không đến từ chất lỏng hay vật liệu, mà đến từ cách lắp đặt và vận hành. Thay cánh mới mà không sửa nguyên nhân thì cánh mới hỏng đúng như cánh cũ.

Xâm thực xảy ra như thế nào

Nước sôi ở 100°C khi áp suất bằng áp suất khí quyển. Nhưng nếu hạ áp suất xuống đủ thấp, nước sôi ở nhiệt độ thường — đó là điều xảy ra ngay trong buồng bơm.

Khi nước đi vào mắt cánh bơm, vận tốc tăng đột ngột và áp suất tụt xuống mức thấp nhất trên toàn tuyến. Nếu áp suất tại đó rơi xuống dưới áp suất hơi bão hoà của nước, một phần nước hoá hơi ngay lập tức, tạo thành hàng nghìn bong bóng nhỏ. Các bong bóng này bị cuốn theo dòng ra phía rìa cánh, nơi áp suất cao trở lại, và nổ sập vào trong.

Mỗi lần nổ sập tạo một tia nước siêu nhỏ bắn vào bề mặt kim loại với áp lực cục bộ cực lớn. Một bong bóng thì không sao. Nhưng khi hàng nghìn bong bóng nổ mỗi giây, liên tục hàng trăm giờ, kim loại bị bóc từng hạt một. Kết quả là bề mặt rỗ tổ ong, thường tập trung ở mặt sau cánh gần mắt hút — đúng chỗ áp suất thấp nhất.

Nhận biết bơm đang bị xâm thực

• Tiếng động lạ: rào rạo như bơm đang hút sỏi hoặc bi sắt. Đây là dấu hiệu đặc trưng nhất, nghe một lần là nhớ.
• Rung mạnh bất thường ở thân bơm và ống hút, kèm theo kim đồng hồ áp suất dao động liên tục thay vì đứng yên.
• Lưu lượng tụt dù động cơ vẫn chạy đủ vòng — bong bóng hơi chiếm chỗ của nước trong rãnh cánh.
• Dòng điện dao động nhẹ và thấp hơn bình thường, vì bơm đang đẩy hỗn hợp nước và hơi nhẹ hơn nước nguyên chất.
• Cánh rỗ khi tháo ra nhưng thân bơm và các chi tiết khác vẫn nguyên — dấu hiệu phân biệt với ăn mòn hoá học vốn tấn công đều cả cụm.
• Phớt cơ khí và bạc đạn hỏng sớm do rung kéo dài, thường hỏng lặp đi lặp lại ở cùng một vị trí.

NPSH: hai con số phải chênh nhau bao nhiêu

Xâm thực có hay không được quyết định bằng phép so sánh giữa hai đại lượng, cả hai đều tính bằng mét cột nước.

NPSH yêu cầu là con số của chính cái bơm, do nhà sản xuất đo và in trên đường đặc tính. Nó cho biết bơm cần dư ra ít nhất bao nhiêu mét áp tại cổ hút thì mới không xâm thực. Bơm càng lớn, vòng quay càng cao thì con số này càng lớn.

NPSH khả dụng là con số của hệ thống, do cách lắp đặt quyết định:

NPSH khả dụng = áp suất khí quyển − áp suất hơi bão hoà + chiều cao mực nước so với bơm − tổn thất ống hút

Các trị số cần nhớ: áp suất khí quyển ở mực nước biển là 10,33 m, giảm khoảng 1,2 m cho mỗi 1.000 m độ cao. Áp suất hơi bão hoà của nước phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ: ở 25°C chỉ 0,32 m, lên 60°C là 2,03 m, và tới 80°C đã là 4,83 m. Đây là lý do bơm nước nóng dễ xâm thực hơn hẳn bơm nước lạnh dù lắp đặt y hệt.

Chiều cao mực nước mang dấu dương khi bể nằm cao hơn bơm (bơm được nước tự chảy vào), mang dấu âm khi bơm phải hút lên từ bể thấp.

Quy tắc chốt: NPSH khả dụng phải lớn hơn NPSH yêu cầu ít nhất 0,5 m, và nên để biên 1 m với bơm công nghiệp chạy liên tục. Chênh sát nhau là xâm thực chờ sẵn: chỉ cần lưới lọc bẩn thêm một chút, hoặc nước nóng lên vài độ vào buổi trưa, là vượt ngưỡng.

Ví dụ: bơm hút nước 30°C từ bể thấp hơn 2,5 m, tổn thất ống hút 1,2 m. NPSH khả dụng = 10,33 − 0,43 − 2,5 − 1,2 = 6,2 m. Nếu bơm yêu cầu 4,5 m thì biên còn 1,7 m — an toàn. Nhưng nếu cùng hệ đó bơm nước 70°C (áp suất hơi 3,2 m) thì NPSH khả dụng chỉ còn 3,43 m, thấp hơn yêu cầu, và bơm chắc chắn xâm thực.

Sáu nguyên nhân hay gặp ngoài hiện trường

• Ống hút nhỏ hơn cổ hút của bơm. Lỗi phổ biến nhất, thường do thợ lắp tận dụng ống sẵn có. Ống hút luôn phải bằng hoặc lớn hơn cổ hút một cấp.
• Lưới lọc hoặc rọ hút tắc. Tổn thất ống hút tăng dần theo thời gian mà không ai để ý, tới một ngày vượt ngưỡng và bơm bắt đầu kêu.
• Đặt bơm quá cao so với mặt nước. Mùa khô bể xuống thấp là lúc lộ ra, nên hỏng thường xảy ra theo mùa.
• Quá nhiều co ngay sát cổ hút. Cần ít nhất 5 lần đường kính ống thẳng trước cổ hút để dòng chảy vào đều.
• Bơm chạy quá xa về bên phải đường đặc tính. Lưu lượng vượt thiết kế thì NPSH yêu cầu tăng vọt — đây là lý do bơm quá khoẻ so với hệ thống lại dễ xâm thực hơn bơm vừa đủ.
• Chất lỏng nóng hoặc có khí hoà tan. Nước giếng khoan mới lên, nước thải có bọt khí đều làm giảm biên an toàn.

Xử lý: tạm thời và tận gốc

Cách nhanh nhất để dừng xâm thực ngay là khoá bớt van trên đường xả, giảm lưu lượng về gần điểm thiết kế. Bơm sẽ hết kêu trong vài giây. Đây chỉ là biện pháp tạm — nó chứng minh chẩn đoán đúng chứ không sửa được gì.

Cách xử lý gốc, xếp theo thứ tự nên làm trước:

1. Vệ sinh rọ hút, lưới lọc và thay van một chiều nếu van đã kẹt hoặc đóng cặn.
2. Tăng một cấp đường kính ống hút, bỏ bớt co và van không cần thiết trên tuyến hút.
3. Hạ bơm xuống gần mặt nước hơn, hoặc nâng mực nước bể hút. Mỗi mét hạ xuống là thêm đúng một mét biên an toàn.
4. Giảm vòng quay bằng biến tần nếu hệ thống cho phép — NPSH yêu cầu giảm rất nhanh khi vòng quay giảm.
5. Đổi sang model có NPSH yêu cầu thấp hơn, hoặc dùng bơm có cánh dẫn hướng phía trước mắt hút.

Lưu ý khi làm bước 3: hạ bơm xuống thấp hơn mặt nước là cách hiệu quả nhất nhưng cũng tốn kém nhất, nên chỉ làm sau khi đã thử hết các bước rẻ hơn. Nhiều trường hợp chỉ cần thay rọ hút và bỏ hai cái co thừa là biên an toàn đã đủ trở lại.

Về cánh đã bị rỗ: nếu vết rỗ còn nông, chiều dày mép cánh còn trên khoảng 70% ban đầu và cánh chưa mất cân bằng, cánh vẫn dùng tiếp được sau khi đánh bóng và cân bằng động. Khi rỗ đã ăn thủng hoặc mép cánh mòn cụt thì nên thay: cánh mất cân bằng gây rung, và rung phá bạc đạn với phớt nhanh hơn nhiều so với tiền tiết kiệm được.

Cuối cùng, một thói quen đáng giá: lắp đồng hồ áp suất chân không trên ống hút ngay từ khi mới lắp hệ, ghi lại trị số lúc bơm còn mới. Sau này chỉ cần so con số đó là biết đường hút đã xấu đi tới đâu, trước khi tai nghe được tiếng lạo xạo đầu tiên.