Hãy xem xét một nhà máy xử lý nước thải phải đối mặt với dòng thải có nồng độ cao và chứa nhiều chất rắn. Việc chọn cánh quạt không phù hợp có thể dẫn đến tắc nghẽn, kém hiệu quả, bảo trì thường xuyên hoặc thậm chí là hỏng toàn bộ hệ thống. Là thành phần cốt lõi của bơm ly tâm, việc lựa chọn cánh quạt quyết định trực tiếp hiệu suất, hiệu quả và tuổi thọ của bơm. Bài viết này xem xét các loại cánh quạt, ứng dụng, tiêu chí lựa chọn và cách thiết kế cánh quạt tối ưu hóa giúp tăng cường hiệu suất bơm tổng thể cho các ứng dụng truyền chất lỏng phức tạp.

Cánh quạt đóng vai trò là thành phần quay quan trọng của bơm ly tâm, chuyển đổi năng lượng cơ học từ động cơ thành động năng và năng lượng áp suất của chất lỏng. Thông qua chuyển động quay nhanh, nó tạo ra áp suất chân không để hút chất lỏng vào, sau đó sử dụng lực ly tâm để xả nó ra qua cửa xả.

Hiệu suất của cánh quạt về cơ bản tác động đến tốc độ dòng chảy, áp suất cột áp, hiệu suất và khả năng chống xâm thực của bơm. Việc hiểu rõ các loại, đặc điểm và ứng dụng của cánh quạt là rất cần thiết để lựa chọn bơm ly tâm phù hợp.

Hoạt động của bơm ly tâm dựa trên chuyển động quay của cánh quạt. Các cánh quạt được dẫn động bằng động cơ đẩy chất lỏng ra ngoài thông qua chuyển động ly tâm, tạo ra một vùng áp suất thấp ở trung tâm, hút chất lỏng qua cửa hút. Khi chất lỏng thu được năng lượng, áp suất của nó tăng lên trước khi được xả ra qua cửa xả.

Thiết kế hình học, số lượng cánh và tốc độ quay đều ảnh hưởng đến hiệu suất. Ví dụ, cánh quạt có góc cánh lớn hơn tạo ra áp suất cột áp cao hơn, trong khi cánh quạt có nhiều cánh hơn tạo ra tốc độ dòng chảy lớn hơn.

Cánh quạt được phân loại theo cấu trúc và ứng dụng:

• Định nghĩa: Các cánh được gắn trực tiếp vào moay ơ mà không có tấm chắn phía trước hoặc phía sau, đơn giản hóa việc sản xuất và làm sạch nhưng làm giảm hiệu quả.
• Ứng dụng: Các chất lỏng sạch như nước hoặc dầu nhẹ không có chất rắn—phổ biến trong các ngành công nghiệp hóa chất, xử lý nước và thực phẩm.
• Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ bảo trì, chống tắc nghẽn.
• Nhược điểm: Hiệu quả thấp hơn, không phù hợp với chất lỏng có chứa chất rắn.

• Định nghĩa: Các cánh được bao bọc hoàn toàn bởi các tấm chắn phía trước và phía sau để tăng cường độ bền và hiệu quả với khả năng xử lý chất rắn.
• Ứng dụng: Các ngành công nghiệp nước thải, giấy và khai thác mỏ đối với chất lỏng có chất rắn lơ lửng, sợi hoặc hạt.
• Ưu điểm: Hiệu quả cao, xử lý chất rắn.
• Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, bảo trì cao hơn, dễ bị tắc nghẽn.

• Định nghĩa: Các cánh chỉ có một tấm chắn phía sau cân bằng các lợi ích của cánh quạt hở và kín.
• Ứng dụng: Chất lỏng có ít chất rắn như nước có cát hoặc nước thải bị ô nhiễm nhẹ trong các hệ thống hóa chất, chế biến thực phẩm hoặc tưới tiêu.
• So sánh: Hiệu quả hơn cánh quạt hở nhưng khó bảo trì hơn.

• Định nghĩa: Các cánh lõm tạo ra một xoáy để chất rắn và sợi đi qua đặc biệt.
• Ứng dụng: Bùn có độ nhớt cao hoặc nước thải bị ô nhiễm nặng trong các hoạt động xử lý, giấy và khai thác mỏ.
• Ưu điểm: Xử lý chất rắn vượt trội, chống tắc nghẽn.
• Nhược điểm: Hiệu quả rất thấp, áp suất cột áp hạn chế.

• Định nghĩa: Các kênh dòng chảy rộng, ngắn tối ưu hóa sự đi qua của chất rắn trong khi vẫn duy trì hiệu quả vừa phải.
• Ứng dụng: Nước thải và bùn có hạt lớn trong hệ thống thoát nước đô thị, xây dựng và khai thác mỏ.

Việc lựa chọn cánh quạt phù hợp đòi hỏi phải đánh giá:

• Tính chất của chất lỏng: Độ nhớt, mật độ, hàm lượng chất rắn, tính ăn mòn.
• Nhu cầu về hiệu suất: Tốc độ dòng chảy và áp suất cột áp yêu cầu.
• Mục tiêu hiệu quả: Hiệu quả cao hơn làm giảm chi phí năng lượng.
• Các yếu tố bảo trì: Khả năng tiếp cận và tần suất thay thế.
• Cân nhắc về chi phí: Chi phí mua so với chi phí vận hành.

Các hướng dẫn chung cho thấy cánh quạt hở hoặc kín cho chất lỏng sạch, thiết kế bán hở hoặc dạng kênh cho hàm lượng chất rắn thấp và cánh quạt xoáy cho vật liệu rắn nặng hoặc vật liệu dạng sợi.

Đường kính cánh quạt ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính của bơm:

• Đường kính lớn hơn: Tăng tốc độ dòng chảy và áp suất cột áp nhưng yêu cầu công suất lớn hơn.
• Đường kính nhỏ hơn: Giảm nhu cầu về năng lượng nhưng giảm hiệu suất.

1. Tốc độ dòng chảy: Thể tích trên một đơn vị thời gian (m³/h hoặc GPM).
2. Áp suất cột áp: Khả năng nâng chất lỏng (m hoặc ft).
3. Tỷ trọng riêng: Mật độ chất lỏng so với nước.
4. Độ nhớt: Khả năng cản trở dòng chảy ảnh hưởng đến hiệu quả.
5. Nồng độ chất rắn: Hàm lượng hạt ảnh hưởng đến nguy cơ hao mòn và tắc nghẽn.

Vật liệu cánh quạt phải phù hợp với đặc tính của chất lỏng:

• Gang: Tiết kiệm cho nước và chất lỏng nói chung.
• Thép không gỉ: Chống ăn mòn đối với hóa chất mạnh.
• Đồng: Chống ăn mòn nước biển và mài mòn.
• Nhựa kỹ thuật: Nhẹ, tiết kiệm chi phí cho hóa chất nhẹ.

Chăm sóc cánh quạt đúng cách đảm bảo hoạt động đáng tin cậy:

• Kiểm tra thường xuyên để tìm dấu hiệu hao mòn, ăn mòn hoặc nứt.
• Vệ sinh để loại bỏ các mảnh vụn và cặn bám.
• Thay thế kịp thời các bộ phận bị hư hỏng.
• Cân bằng động để đảm bảo hoạt động trơn tru.

Các yếu tố bổ sung bao gồm:

• Hút đơn so với hút kép: Cửa hút kép cung cấp dòng chảy cao hơn và lực đẩy dọc trục cân bằng.
• Khả năng nâng cấp: Hầu hết các cánh quạt có thể được nâng cấp để cải thiện hiệu suất.
• Phân tích thủy lực: Việc định cỡ chính xác đòi hỏi phải khớp kích thước cánh quạt với các yêu cầu của hệ thống.

Thiết kế cánh quạt tối ưu hóa giúp tối đa hóa hiệu quả năng lượng đồng thời giảm thiểu tiêu thụ—một yếu tố quan trọng để giảm chi phí vận hành.