Bơm thủy lực

Khi nhắc đến hệ thống thủy lực không thể không nhắc đến bơm thủy lực – một thiết bị trung tâm không thể thiếu của hệ thống này. Vậy nó có cấu tạo như thế nào? Cách thức hoạt động ra sao? Có những loại bơm nào và lựa chọn thế nào cho phù hợp? Hãy cùng chúng tôi giải đáp các thắc mắc về loại bơm này nhé!

Bơm thủy lực là gì?

Bơm thủy lực (hay còn gọi là Hydraulic Pumps) là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống thủy lực. Một loại bơm có khả năng truyền lực điều khiển năng lượng của chất lỏng chuyển động truyền đi khi chịu áp suất và biến đổi thành năng lượng cơ học. Có nghĩa là khi máy bơm hoạt động thì nó sẽ tạo ra một khoảng trống giúp đẩy một lượng chất lỏng từ bồn chứa vào đường ống sau đó sẽ chảy vào máy bơm và chảy ra đầu ra của máy bơm. Qua đó sẽ góp phần cung cấp cho dầu thủy lực và sau đó chuyển thành lực hay momen nhờ động cơ thủy lực.

Phân loại bơm thủy lực

Tuổi thọ của máy bơm sẽ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó chất lượng dầu, thời gian làm việc sẽ tác động rất lớn đến máy bơm. Vì thế mà việc lựa chọn cho mình máy bơm thủy lực phù hợp luôn là vấn đề quan tâm hàng đầu của nhiều người. Để đáp ứng nhu cầu đó, người ta phân chia máy bơm thành nhiều loại khác nhau dựa trên nhiều tiêu chí, giúp quý khách hàng dễ dàng lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu công việc của mình.

Bơm thủy lực bánh răng

Bơm thủy lực bánh răng (hay còn được gọi là bơm nhông) là loại máy bơm thủy lực khá được ưa chuộng bởi tính linh hoạt cũng như hiệu quả mà nó mang lại, thường được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Nếu khách hàng cần một loại bơm hút đẩy dầu nhớt mà áp suất và lưu lượng bé thì bơm bánh răng là một lựa chọn tuyệt vời.

Xét về cấu tạo thì bơm bánh răng có hai loại chính là bơm bánh răng ăn khớp ngoài và bơm bánh răng ăn khớp trong. Cả hai loại máy bơm bánh răng này đều cung cấp một lượng chất lỏng phù hợp với số lần quay của bánh răng.

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Cấu tạo:

Bơm bánh răng ăn khớp ngoài có hai bánh rằn thúc, đều được bố trí ở bên ngoài.

Cấu tạo của bơm bánh răng ăn khớp ngoài gồm 4 vòng bi hỗ trợ trục Rotor, đường hút dầu, trục, đường đẩy dầu, bánh răng chủ động, bị động, vỏ bơm, phớt và một số bộ phận như sau:

Nguyên lý hoạt động:

Trục bơm bắt đầu quay sẽ làm cho bánh răng chủ động quay, kéo theo đó bánh răng bị động cũng quay theo. Chất lỏng thủy lực sẽ đi vào các kẻ của bánh răng theo chiều quay, đi từ khoang hút nén sang khoang đẩy theo vòng của vỏ bơm sinh ra áp suất và chuyển năng lượng cơ khí thành năng lượng chất lỏng. Năng lượng này sẽ được tích trữ vào bình hoặc sinh ra công khi dùng nó để truyền dẫn thủy lực từ vị trí sang vị trí khác.

Ưu điểm:

Máy bơm bánh răng ăn khớp ngoài có rất nhiều ưu điểm nổi bật như:

• Kết cấu bơm khá đơn giản với ít bộ phận chuyển động.
• Có tuổi thọ cao hơn các loại bơm khác.
• Có thể bơm được các chất lỏng mạnh có tính siêu đặt, siêu nhớt.
• Có thể điều chỉnh được áp suất và lưu lượng của máy bơm.
• Dễ dàng phát hiện hư hỏng.
• Dễ tháo lắp, sửa chữa, bảo trì.
• Giá cả sản phẩm khá rẻ.

Nhược điểm:

Bên cạnh những ưu điểm thì máy bơm thủy lực bánh răng ăn khớp ngoài có những nhược điểm như:

• Phát ra tiếng ồn lớn khi hoạt động, gây ảnh hưởng đến xung quanh.
• Quá trình hoạt động kém ổn định hơn các máy bơm khác.
• Không phù hợp với áp suất được tạo ra từ máy bơm pittong hoặc tốc độ dòng chảy của máy bơm ly tâm.
• Khá khó khăn trong việc di chuyển máy bơm này.

Bơm bánh răng ăn khớp trong

Cấu tạo:

Máy bơm bánh răng ăn khớp trong cũng có hai bánh răng thúc và các bánh răng khác đều được bố trí ở bên trong. Được cấu tạo theo nguyên tắc hai bánh răng lồng vào nhau với một bánh răng quay bên trong bánh răng kia.

Bánh răng lớn (được gọi là rôto) là bánh răng có các răng chiếu vào bên trong. Bên trong hộp này có một bánh răng nhỏ hơn (bộ phận không tải) được gắn lệch tâm. Ngoài ra loại bơm này còn có vỏ bơm, trục, ống xả, miếng đệm hình lưỡi liềm và một số bộ phận khác.

Nguyên lý hoạt động của bánh răng ăn khớp trong:

Bánh răng ăn khớp trong có ba giai đoạn trong chu trình làm việc đó là làm đầy, chuyển và phân phối.

Khi trục và các bánh răng bắt đầu quay, ở phía đầu vào của máy bơm sẽ tạo ra một thể tích mở rộng để chất lỏng chảy vào các khoang. Sau đó, các chất lỏng ấy sẽ bị giữ lại bởi các răng khi các bánh răng tiếp tục quay so với vỏ máy bơm và vách ngăn. Tiếp theo, chất lỏng sẽ được di chuyển đến ống xả.

Đến khi các răng của bánh răng khớp nhau ở phía xả của máy bơm thì thể tích sẽ giảm xuống và chất lỏng bị đẩy ra ngoài dưới áp suất.

Dĩ nhiên không có chất lỏng nào được chuyển ngược lại qua tâm hay các bánh răng bởi vì chúng đã được lồng vào nhau. Dung sai gần nhau giữa các bánh răng và vỏ bơm cho phép máy bơm tạo ra lực hút ở khoang hút và ngăn chất lỏng rò rỉ trở lại từ phía khoang đẩy.

Ưu điểm:

Bơm bánh răng ăn khớp trong có những ưu điểm nổi bật sau:

• Máy bơm có kích thước nhỏ gọn nên có thể di chuyển thuận tiện và lắp đặt một cách dễ dàng.
• Được thiết kế chặt chẽ giúp cho quá trình thực hiện bơm được diễn ra liên tục và đều đặn hơn.
• Có thể xử lý được các loại chất lỏng siêu nhớ, siêu đậm đặc như mật ong, thủy tinh nóng chảy, cao su, keo,…
• Tuổi thọ máy bơm khá cao có thể hoạt động liên tục trong một thời gian dài.

Nhược điểm:

• Tốc độ quay khá chậm.
• Do cấu tạo được thiết kế kín đáo nên khó theo dõi được hoạt động bên trong của máy cũng như phát hiện được sự hỏng hóc bên trong.
• Khó tháo lắp để sửa chữa, bảo trì, bảo dưỡng.

Bơm thủy lực trục vít

Bơm thủy lực trục vít dạng xoắn hay còn được gọi ngắn gọi là bơm thủy lực trục vít. Đây chính là loại máy bơm biến thể của bơm bánh răng vì nó có góc nghiêng lớn hơn với số bánh răng ít hơn nên mới gọi là bơm trục vít. Nhờ sự biến thể này đã giúp cho chất lỏng thủy lực đi từ khoang hút sang khoang nén theo chiều trục vít mà không cần phải chèn dầu tại các chân ren. Dựa vào số lượng trục vít người ta chia bơm thành 3 loại chính là loại 1 trục, loại 2 trục và loại 3 trục.

• Loại 1 trục
• Loại 2 trục
• Loại  3 trục

Cấu tạo máy bơm

Giống như cái tên, máy bơm thủy lực trục vít được cấu tạo từ trục vít và được đặt bên trong một vỏ bơm. Máy bơm này gồm có trục vít chủ động và bị động, các bánh răng ăn khớp, đầu vào, đầu ra, thân bơm, buồng bơm. Ngoài ra còn có một số bộ phận khác như phớt, van, gioăng, motor giảm tốc, nguồn điện bơm,…

Nguyên lý hoạt động

Máy bơm thủy lực trục vít hoạt động theo nguyên lý đơn giản là xoay trục vít của nó để biến cơ năng thành năng lượng thủy lực, tạo ra áp suất bơm cao. Khác với bơm bánh răng, cả 2 trục của máy bơm đều phải quay thông qua việc sử dụng bánh răng điều phối.

Máy bơm trục vít sẽ tạo ra áp suất bằng cách truyền áp suất vào chất lỏng bên trong các khe hở. Đẩy dần dần không khí đi đến đầu ra, giúp hút chất lỏng vào bên trong bơm ở đầu vào. Lúc này, trục quay sẽ đẩy chất lỏng dần dần đến đầu ra.

Ưu điểm máy bơm

Máy bơm thủy lực trục vít có nhiều ưu điểm hơn so với các dòng máy bơm công nghiệp khác:

• Bơm vận hành êm ái, nhanh nhẹn, không gây ra tiếng ồn.
• Thiết kế đơn giản, dễ sử dụng.
• Nhờ cấu tạo chắc chắn nên nên máy bơm rất bền bỉ, ít hỏng hóc.
• Có thể bơm được các chất lỏng đặc sệt, có độ nhớt cao.
• Hiệu suất làm việc cao, có thể hoạt động ổn định, liên tục trong nhiều giờ với áp suất cao trung bình khoảng 300 – 500 bar.

Nhược điểm máy bơm

• Khả năng hút các lưu chất khá kém.

• Khi hoạt động có thể tạo ra phản lực dòng chảy khiến cho dòng chất lỏng chảy ngược trở lại.

Bơm thủy lực piston

Bơm thủy lực Piston được sử dụng rất phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp như ô tô, hàng không, hàng hải, sản xuất,…Là nguồn cung cấp năng lượng cho các loại máy móc hạng như máy xúc, máy đào, cần cẩu.

Bơm piston thường có 2 loại chính là bơm piston hướng tâm và bơm piston hướng trục.

Cấu tạo máy bơm piston

Bơm piston hướng tâm (hướng kính)

Loại bơm này có các piston ở bên trong bơm đều chuyển động hướng tâm so với trục quay rôtor. Cấu tạo của loại bơm này gồm các bộ phận như phanh hãm phớt làm kín, piston, rotor, buli khớp nối, vòng bi vành nổi, đỡ trục, bệ trượt, vỏ bơm, nắp, trục, cần điều khiển độ lệch tâm và một số bộ phận khác.

Bơm piston hướng trục

Đối với loại bơm này, các piston sẽ được lắp đặt song song với trục quay. Cấu tạo loại bơm này khá đơn giản gồm có các bộ phận như lò xo, piston, rotor, vỏ bơm, nắp cố định, đĩa nghiêng, gờ ngăn, đĩa phân phối có 2 khoang chứa dầu thiết kế hình bán nghiệt và một số bộ phận phụ khác kèm theo.

Có 2 loại hướng trục là bơm piston trục cong và bơm piston trục thẳng.

• Bơm piston trục thẳng

Bơm piston trục thẳng hay còn gọi là bơm piston đĩa nghiêng trục thẳng. Là loại bơm có các piston dịch chuyển tịnh tiến cùng phương với trục của máy bơm. Lưu lượng của bơm sẽ được thay đổi một cách dễ dàng nhờ vào việc điều chỉnh đĩa nghiêng.

• Bơm piston trục cong

Khác với loại trục thẳng, đây là loại máy bơm mà các piston bên trong sẽ chuyển động tịnh tiến lệch so với phương của trục bơm một góc alpha.

Nguyên lý hoạt động của máy bơm piston

Nguyên lý hoạt động bơm piston hướng tâm

Do cấu tạo bơm có vành nổi và rô tơ bị lệch một khoảng nên khi quay sẽ kéo theo cả piston vừa chuyển động tịnh tiến trong xi lanh vừa quay phải quay theo rô tơ. Nguyên lí hoạt động của bơm piston hướng tâm khá đơn giản gồm 2 quá trình hút và đẩy.

Đối với quá trình hút: Các piston sẽ dịch chuyển hướng ra khỏi tâm rôtor làm thể tích xilanh tăng nhưng áp suất sẽ giảm. Lượng chất lỏng sẽ được hút qua trục phân phối ở tâm rotor đến các lỗ dẫn chất lỏng đi vào trong hệ thống xilanh.

Đối với quá trình đẩy: Các piston sẽ dịch chuyển về phía dưới, bị các vành nổi ép piston chuyển động hướng tâm, làm cho lượng chất lỏng được đẩy vào trục phân phối rồi dẫn ra ngoài.

Nguyên lý hoạt động của bơm piston hướng trục

So với máy bơm piston hướng tâm thì loại máy bơm này có kích thước nhỏ hơn rất nhiều. Nhưng về kết cấu thì buồng hút và đẩy có hình bán nguyệt nên có thể chế tạo với kích thước lớn, cho phép tăng số vòng quay để lưu lượng thể tích chất lỏng bên trong xilanh lớn hơn.

Loại bơm piston hướng trục sẽ được dẫn truyền bằng các khớp hoặc sử dụng đĩa nghiêng. Piston sẽ tì vào bề mặt của đĩa nghiêng khi tham gia chuyển động tịnh tiến của piston đồng thời tham gia chuyển động quay theo trục của rotor.

Ưu điểm của máy bơm piston

• Có khả năng tự hút tốt, tạo áp suất cao giúp cho quá trình vận chuyển chất lỏng được hiệu quả hơn.
• Có thể thay đổi được dung lượng làm việc và làm giảm tổn thất lưu lượng chất lỏng.
• Bơm piston rất bền bỉ, chống va đập và chống chịu ăn mòn tốt.
• Khi làm việc với áp suất cao có thể làm giảm độ dao động xuống mức thấp nhất.
• Hiệu suất làm việc cao so với các loại bơm khác.
• Có thể hoạt động liên tục trong nhiều giờ mà không gây ra hư hỏng cho máy.
• Dải áp suất của bơm piston rộng.
• Phù hợp với những hệ thống thủy lực làm việc nặng nhọc, công suất liên tục với lưu lượng lớn.

Nhược điểm của máy bơm piston

• Máy bơm có cấu tạo khá phức tạp nên sẽ khó khăn trong việc lắp đặt cũng như trong tháo lắp để sửa chữa.
• Khối lượng và kích thước khá lớn nên khá bất tiện trong việc di chuyển máy bơm.
• Áp suất bên trong xilanh không đồng đều.
• Lưu lượng chất lỏng chưa được đồng bộ nên phải tốn thêm chi phí để mua thêm bình tích áp, bình điều áp để khắc phục.
• Không nên sử dụng máy bơm piston cho những hệ thống thủy lực vừa và nhỏ vì sẽ gây ra tình trạng dư thừa công suất, dẫn đến hư hỏng máy.
• Có giá thành sản phẩm tương đối cao so với những loại bơm khác.

Bơm thủy lực cánh gạt

Bơm cánh gạt (bơm lá) là máy bơm có tác dụng làm tăng áp suất của chất lỏng. Trung bình mỗi máy bơm sẽ có 8 đến 12 cánh gạt. Là máy bơm dịch chuyển tích cực duy trì được tốc độ dòng chảy không đổi dưới các áp suất khác nhau. Tuy nhiên nếu bạn muốn bơm các chất đặc nhớt thì bơm lá không phải là sự lựa chọn tối ưu. Hiện nay, trên thị trường có 2 loại bơm chính đó là bơm cánh gạt đơn và bơm cánh gạt kép.

Cấu tạo máy bơm thủy lực cánh gạt

Máy bơm cánh gạt gồm có các bộ phận như vỏ bơm, trục bơm, rotor, cánh gạt. đường dầu cấp vào và đường dầu đẩy ra, stato và một số bộ phận phụ khác.

Nguyên lý hoạt động bơm cánh gạt

Bơm cánh gạt hoạt động dựa theo sự chuyển động của các cánh gạt được gắn trên trục rotor. Trục xoay sẽ được thiết kế lệch tâm để đẩy các cánh quạt bám sát vào thành stator. Nhờ vào đó mà lưu lượng thể tích chất lỏng qua máy bơm sẽ được thay đổi.

Ưu điểm

• Có thể dễ dàng chỉnh được lưu lượng trong máy bơm theo yêu cầu của công việc.
• Máy vận hành ổn định, hạn chế ra tiếng ồn lớn.
• Cấu trúc máy đơn giản nên dễ dàng lắp đặt cũng như tháo lắp, sửa chữa.

Nhược điểm

• Không thích hợp với những hệ thống thủy lực cần áp suất cao.
• Xử lý các chất có độ đặc, nhớt khá kém.
• Các cánh gạt sẽ bị ăn mòn, lưu lượng bị giảm, gây ra tiếng ồn lớn nếu sử dụng máy bơm liên tục ở tốc độ cao.

Ứng dụng của bơm thủy lực

• Được sử dụng các ngành cơ khí chế tạo, xây dựng, luyện kim, dùng trong các máy móc như máy ép, máy dập, máy nghiền, máy uốn, băng tải hàng hóa, cầu trục.
• Ứng dụng trong các xưởng lắp ráp ô tô, xe cơ giới, chế biến gỗ, sản xuất giấy, hóa chất, công nghiệp nhựa,…
• Được lắp cho các công trình xử lý rác thải, các nhà máy nhiệt điện, thủy điện,…
• Đối với những loại bơm thủy lực cỡ nhỏ sẽ được ứng dụng để lắp vào cánh tay robot trong các ngành hàng không vũ trụ, linh kiện điện tử, dệt may, lắp ráp máy móc,…

Tính toán công suất để lựa chọn máy

Tiếp theo bạn cần phải tính toán được công suất bơm mình cần là bao nhiêu để lựa chọn máy bơm phù hợp, dựa vào 2 thông số là lưu lượng, áp suất để tính toán.

Lưu lượng bơm (Kí hiệu là Q)

Muốn tính chính xác lưu lượng bơm chỉ cần lấy số vòng quay của động cơ trong một thời gian nhất định, thường là 1 phút hoặc 1 giờ, đem nhân với lưu lượng riêng của bơm được cung cấp trên thân bơm hoặc tờ giấy thông tin, công thức cụ thể như sau:

Q = n x q

Trong đó:

Q là lưu lượng (m3/phút hoặc lít/phút).

n là số vòng quay (vòng/phút)

q là lưu lượng riêng được ghi trên thân bơm (cc/phút)

Áp suất (kí hiệu là P)

Đây là thông số đại diện cho khả năng tạo lực đẩy và momen cho xilanh, được tính theo công thức sau:

P = F/S với

F là lực (N)

S là tiết diện (m²)

P là áp suất có đơn vị chuẩn là N/m2, nhưng người ta thường dùng đơn vị bar, psi,…

Công suất bơm (kí hiệu là N, đơn vị Kw)

Từ hai công thức trên ta tính được công suất bơm như sau:

N = P/ (Qx612)

Một số lưu ý sau khi tính toán

Lưu lượng bơm sau khi tính cần xác định hợp lý để bơm không phải hoạt động liên tục trong nhiều giờ, vì điều đó sẽ sinh nhiệt làm giảm tuổi thọ của máy bơm.

Bạn cần phải trừ hao sai số cũng như tránh việc tụt áp sau một thời gian dài sử dụng, bằng cách tính áp suất bơm cần chọn phải cao hơn áp suất bạn tính khoảng 10% đối với bơm áp cao và 20 – 30% đối với bơm áp thấp.

Kết luận

Qua bài viết trên, chúng tôi đã giúp các bạn hiểu thêm về bơm thủy lực, các loại bơm thủy lực phổ biến cũng như cách lựa chọn máy bơm thủy lực sao cho phù hợp với nhu cầu công việc. Hi vọng với những thông tin trên sẽ giúp bạn lựa chọn cho mình những sản phẩm ưng ý, chất lượng.