Trả lời trực tiếp: Bơm định lượng là bơm thể tích: mỗi nhịp đẩy đi một thể tích do hành trình piston hoặc màng quyết định, nên lưu lượng bằng thể tích một nhịp nhân số nhịp trong một đơn vị thời gian. Đặt được lưu lượng là nhờ đặt được hai đại lượng ấy, không phải nhờ van chặn.
Nội dung thuộc chuyên trang Máy & thiết bị của cokhi.net, cụm Thiết bị xưởng — ở góc nguyên lý cơ học của cơ cấu bơm. Bài không bàn việc chọn thiết bị cho một công nghệ cụ thể, cũng không nêu trị số lưu lượng, áp suất hay sai số của bất kỳ loại bơm nào.
Vì sao bơm định lượng bắt buộc phải là bơm thể tích?
Có hai cách hoàn toàn khác nhau để đẩy chất lỏng đi. Cách thứ nhất là truyền động năng cho dòng chảy rồi để nó tự chuyển thành áp suất — đây là nguyên lý của bơm ly tâm, và hệ quả là lưu lượng ra phụ thuộc sức cản của hệ: hệ cản nhiều thì bơm đẩy được ít, hệ cản ít thì đẩy được nhiều.
Cách thứ hai là gạt đi một thể tích đã bị giam kín. Khi một buồng kín thu nhỏ lại, lượng chất lỏng trong buồng buộc phải đi ra, gần như không quan tâm phía sau cản nhiều hay ít. Đó là nguyên lý thể tích, cùng họ với cơ cấu đã mô tả ở bài bơm thủy lực, và cũng là lý do bơm thể tích đảo chiều dòng năng lượng thì thành mô tơ, như phân tích ở bài mô tơ thủy lực.
Từ đó suy ra ngay lý do của tên gọi: chỉ nguyên lý thể tích mới cho phép biết trước lượng chất lỏng đi qua mà không cần đo. Với bơm ly tâm, muốn biết lưu lượng thì phải có đồng hồ đo; với bơm thể tích, lưu lượng là thứ đặt được từ hình học của cơ cấu.
Hình học ấy có hai biến. Biến thứ nhất là thể tích một nhịp, tức tiết diện buồng nhân hành trình. Biến thứ hai là số nhịp trong một đơn vị thời gian. Chuyển động tịnh tiến qua lại để tạo hành trình thường lấy từ cơ cấu tay quay – con trượt, loại cơ cấu đã trình bày ở bài cơ cấu bốn khâu và tay quay con trượt.
Hai van một chiều làm gì trong một nhịp?
Buồng bơm chỉ có một cửa vào và một cửa ra, nhưng cả hai đều nối vào cùng một buồng. Nếu không có gì ngăn, thì khi buồng thu nhỏ chất lỏng sẽ chạy ngược ra cả cửa hút. Hai van một chiều giải quyết việc đó, và điều đáng chú ý là chúng không được điều khiển bởi bất cứ tín hiệu nào — chúng tự đóng mở theo chênh áp do chính chuyển động của buồng tạo ra. Vai trò của van một chiều trong một mạch nói chung đã được đặt cạnh các loại van khác ở bài van thủy lực theo chức năng.
Hệ quả quan trọng: độ chính xác của bơm nằm ở hai cái van chứ không nằm ở cơ cấu dẫn động. Cơ cấu dẫn động chỉ quyết định thể tích quét; phần thể tích thực sự đi được phụ thuộc việc van có đóng kịp và đóng kín hay không. Van đóng trễ, van bị cặn kê, van bị một bọt khí giữ hở — mỗi trường hợp đều trả một phần chất lỏng chảy ngược lại, và lưu lượng thực tụt xuống dưới lưu lượng đặt trong khi cơ cấu vẫn chạy y hệt.
Bọt khí đáng nói riêng. Chất lỏng gần như không nén được, còn khí thì nén được. Một buồng có lẫn khí sẽ dùng một phần hành trình để nén khí thay vì đẩy chất lỏng, nên lưu lượng giảm mà không có bộ phận nào hỏng cả. Đây là lý do cấu hình đường hút — ngập, dốc đều, không có túi khí — quan trọng ngang với bản thân cái bơm.
Màng và piston khác nhau ở chỗ nào?
| Kiểu buồng | Cách ngăn chất lỏng với cơ cấu | Điểm mạnh | Chỗ phải cẩn thận |
|---|---|---|---|
| Piston tiếp xúc trực tiếp | Bằng phớt trượt trên piston hoặc trên cần | Hành trình dứt khoát, thể tích quét ổn định | Phớt là đường rò động ra ngoài; phớt mòn thì vừa mất lưu lượng vừa rò |
| Màng ngăn | Bằng một tấm màng kẹp cứng ở mép, biến dạng theo nhịp | Không có đường rò động, buồng kín hoàn toàn | Màng là chi tiết mỏi; hành trình bị chặn bởi biến dạng cho phép của màng |
| Màng dẫn động gián tiếp qua chất lỏng đệm | Màng bị đẩy bởi một cột chất lỏng do piston nén | Màng chịu tải đều hơn, ít mỏi cục bộ | Thêm một buồng nữa phải luôn đầy; lẫn khí ở buồng đệm cũng làm sai lưu lượng |
Bảng nêu quan hệ cách ngăn cách – điểm mạnh – rủi ro cần xử; bảng không nêu trị số lưu lượng, áp suất làm việc hay sai số định lượng, vì các trị số ấy thuộc tài liệu kỹ thuật của từng thiết bị và không suy ra được từ nguyên lý.
Điểm chung của cả ba là chỗ rò rỉ chuyển từ khe hở sang chi tiết đàn hồi. Cơ chế rò theo phớt và các dạng hỏng của nó nằm ở bài gioăng và phớt làm kín; còn với màng thì hỏng lại là mỏi do số chu kỳ, nên tuổi thọ đếm bằng số nhịp chứ không đếm bằng giờ chạy.
Vì sao dòng ra là dòng xung, và xung gây hại gì?
Một nhịp gồm kỳ hút và kỳ đẩy, nên chỉ nửa chu kỳ có chất lỏng đi ra. Dòng ra vì thế không liên tục mà là một chuỗi xung: vận tốc trong ống đẩy tăng rồi giảm về không, lặp lại theo từng nhịp.
Chỗ đắt giá là cột chất lỏng trong ống có quán tính. Muốn nó tăng tốc thì phải có chênh áp, muốn nó dừng lại cũng phải có chênh áp ngược dấu — nên áp suất trong ống đẩy dao động mạnh hơn nhiều so với áp suất trung bình. Ống càng dài thì cột chất lỏng càng nặng và dao động càng lớn, đây là lý do một hệ chạy êm bỗng đập mạnh chỉ vì đường ống được kéo dài thêm.
Cách xử là chèn vào một thể tích nở ra được để nó nhận bớt phần chất lỏng của kỳ đẩy rồi nhả ra trong kỳ hút. Nguyên lý ấy giống hệt bình tích áp trong hệ khí nén đã mô tả ở bài sấy khí, lọc khí và bình tích áp: một khoang khí ngăn bằng màng, đổi thể tích để hấp thụ dao động.
Vì sao ống đẩy bị chặn lại nguy hiểm hơn ống hút bị chặn?
Vì bơm thể tích không tự giới hạn áp suất. Nó tiếp tục gạt đi đúng thể tích ấy vào một không gian không nở ra được, và áp suất tăng cho tới khi có một chi tiết nào đó nhường — thường là chi tiết yếu nhất chứ không phải chi tiết rẻ nhất. Đây là khác biệt nền tảng với bơm ly tâm, loại có điểm áp suất cực đại tự nhiên nên đóng van đẩy chỉ làm nó chạy không tải.
Ống hút bị chặn thì hỏng theo đường khác và chậm hơn: buồng không nhận đủ chất lỏng trong kỳ hút, phần thiếu biến thành khoảng trống, rồi khoảng trống ấy sập lại trong kỳ đẩy. Lưu lượng tụt trước, hỏng bề mặt đến sau. Nhóm dấu hiệu cần theo dõi định kỳ cho bơm và các thiết bị phụ trợ khác được gom ở bài bảo trì nhóm thiết bị phổ biến trong xưởng.
Câu hỏi thường gặp
Vặn nhỏ van trên đường đẩy có giảm được lưu lượng không? Không. Bơm thể tích vẫn gạt đi đúng thể tích ấy mỗi nhịp; siết van chỉ làm áp suất tăng lên chứ không làm lưu lượng giảm xuống. Muốn giảm lưu lượng thì phải giảm một trong hai biến hình học: hành trình hoặc số nhịp.
Vì sao lưu lượng thực đo được thấp hơn lưu lượng đặt trong khi bơm chạy bình thường? Vì phần thể tích quét và phần thể tích thực sự đi được là hai thứ khác nhau. Chênh lệch nằm ở chỗ van đóng trễ, van kê cặn, hoặc trong buồng có khí. Cả ba đều không tạo tiếng động bất thường, nên chúng chỉ lộ ra khi có phép đo đối chứng.
Vì sao tuổi thọ màng lại đếm theo số nhịp chứ không theo giờ chạy? Vì màng hỏng do mỏi, mà mỏi tích lũy theo số chu kỳ biến dạng. Hai bơm chạy cùng số giờ nhưng khác số nhịp mỗi phút thì đã trải qua số chu kỳ rất khác nhau, nên giờ chạy không phải đại lượng phản ánh đúng mức hao mòn của màng.