A. BƠM PITTING VÀ PITTÔNG TRỤ
Căn cứ vào cấu tạo và hoạt động của bơm pittông chúng ta có thể chia chúng thành các loại: bơm pittông tác dụng đơn và bơm pittông tác dụng kép, bơm sai động, bơm pittông quay…Trong đó nếu căn cứ vào tạo của pittông lại có thể phân loại là pittông thường (hình 7-1,a và 7-2,a) và pittông trụ (hình 7-1,b). Bơm pittông bơm được lưu lượng nhỏ ( từ 0,001 …250 m3/h) nhưng cột nước cao (từ 0,25…250 at)
I. Bơm pitong tác dụng đơn
Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của loại máy bơm này thể hiện ở hình (7-1,a): Pittông 2 tịnh tiến qua lại trong xy lanh 1 nhờ cơ cấu động gồm trục O, biên 5 và thanh truyền 4, con trượt. Dung tích xy lanh nằm giữa hai điểm chết của pittông bằng dung dịch chất lỏng của lần hoạt động của pittông ở điều kiện lý thuyết (không có tổn thất dung tích). Khi pittông chuyển động sang phải thì van 8 đón, van 7 mở, chất lỏng từ bể hút lên lòng xy lanh. Khi pittông đến điểm chết bên phải thì hoàn thành quá trình hút. Sau đó pittông chuyển động ngược lại thì van 7 đóng, van 8 mở, chất lỏng được đẩy lên bể 10 . Pittông đến điểm chết trái thì quá trình đẩy hoàn thành. Như vậy cứ mỗi vòng quay của trục O thì bơm thực hiện được một chu trình đẩy và hút. Khi trục O quay một góc (pi)
thì pittông dịch được một quãng 
; trong đó r – bán kính quay, 1 – độ dài thanh truyền; dấu cộng khi pittông tịnh tiến từ trái sang phải, dấu trừ sang phải, dấu trừ khi ngược lại.
Từ hai tam giác BAK và OKA ta có 
Khoảng cách hai điểm chết là S (m) gọi là khoảng chạy của pittông, đường kính trong của xy lanh là D (m), số vòng quay của trục chính là n (v/ph). Vậy lưu lượng lý thuyết của pittông tác dụng đơn là:
Pittông thường có dạng tấm tròn có kích thước đường kính ngoài lớn hơn chiều dài nhiều lần, còn pittông trụ có đường kính ngoài nhỏ hơn chiều dài của nó.
II. Bơm pittong tác dụng kép
Bơm pittông tác dụng kép có dạng (hình 7-2,a). Khi pittông chuyển từ trái qua phải thì phía trái thực hiện quá trình hút, phía phải thực hiện quá trình đẩy và ngược lại. Như vậy với mỗi vòng quay của trục chính thì bơm thực hiện được hai lần hút và hai lần đẩy. Lưu lượng lý thuyết của bơm này theo công thức:
Trong đó F, f – diện tích tiết diện ngang trong của xy lanh, diện tích tiết diện ngang trong của pittong (m2); S- quãng đường của pittong (m); n – vàng quay trục chính (v/ph).
Nhược điểm của loại bơm này chiều dài lớn, lực ép của pittông lên hai phía khác nhau, hộp chèn kín phức tạp và hay hỏng, nhiều van . Tuy nhiên ưu điểm chính của nó năng suất cao hơn loại tác dụng đơn, dòng chất lỏng ít biến động hơn (xem hình 7-2,b). Nếu bỏ qua tiết diện ngang cần pittông (f) thì từ công thức (7-4) có thể coi lưu lượng của bơm tác động kép lên gấp đôi bơm tác dụng đơn (công thức 7-3). Trong thực tế bao giờ cũng có tổn thất dung dịch do van không đóng kịp thời hoặc không kín, do hộp đệm không tốt… do vậy lưu lương thực tế nhỏ hơn trị số lý thuyết tính ở trên.
III. Bơm pittong trụ sai động
Về cất tạo bơm pittông trụ sai động gần giống bơm pittông tác dụng kép nhưng lưu lượng mà nó hút, đẩy trong mỗi chu kỳ lại giống bơm tác dụng đơn (hình 7-3). Khi pittông chuyển động sang phải, chất lỏng từ khoang B chảy vào ống đẩy với thể tích V1
Trong đó: D; d là đường kính pittông và đường kính cần (m); S- quãng chạy của pittông (m). Khi pittông chuyển từ phải về trái, chất lỏng chảy vào khoang B với thể tích V1 và đẩy vào ống thể tích (V1 – V2). Vậy mỗi chu kỳ bơm hút và được đẩy chất lỏng :
Đối với loại bơm này, nếu tiết diện ngang của cán pittông f bằng 0,5 tiết diện ngang của pittông F thì lượng chất lỏng chảy vào ống đẩy khi pittông chuyển động sang phải hay sang trái đều bằng nhau, động cơ chịu tải đều. Bơm pittông trụ sai động được dung với lưu lượng nhỏ và vừa, cột áp không lớn.
IV. Bơm pittông cần ( Hình 7 – 4 )
1- ống hút; 2- xi lanh; 3- pittông; 4 – đĩa ; 5- cần ; 6 – ống đẩy; 7 – trụ.
Để nâng nước từ giếng người ta dùng máy bơm pittông cần kết cấu thông thường hoặc loại sai động. Loại máy bơm pittông cần kết cấu thông thường ( Hình 7 – 4,a ) hoạt động như sau: Khi nâng pittông lên, van đẩy KH đóng lại, con van hút KB mở đưa nước vào xi lanh, đồng thời đưa nước vao ống đẩy 6. Khi ha pittông xuống, van KB đóng, con van KH mở đưa nước vao khống gian trên pittông, trong thời gian nay lối nước vào 6 bị đóng. Máy bơm làm việc giống như máy bơm pittông tác dụng đơn. May bơm pittông cần sai động ( Hình 7 – 4,b ) phần trên có trụ 7 đường kính lớn hơn đường kính của cần. Khi nhấc pittông, lượng nước chảy vào ống đẩy 6 bằng ( F – f ).S, ( ở đây f là diện tích của tiệt diện trụ ), còn thể tích nước hút qua van KB là FS. Khi hạ trụ 7 xuống, nước sẽ được đẩy vào ống đẩy 6 mốt lượng bằng fS. Như vậy, sau hai lần dịch chuyện thể tích nước ma bơm cấp được cho ống la V = FS.
V. Bơm pittông quay.
Bơm pittông quay là loại có cột áp rất cao và có hai loại bơm pittông quay hướng kính va pittông quay hướng trục, dùng trong công nghiệp, nguyện tắc hoạt động của nó để đơn giản ta lấy loại bơm pittông quay hướng kính để mô tả ( Hình 7 – 5, ).
Phần cố định của bơm này gồm vành trụ 1 và vách ngăn 4. Phần quay gồm rô tô 5 có tâm quay lệch tâm e với trục của vành trụ 1, các pittông 2 dịch chuyện trong các rãnh ( các xi lanh ) của 5, ống lót 3 ép vào 5 và có thể thay thế khi bị mòn. Khi rô to 5 quay theo chiều kim đồng hồ thì các pittông 2 cũng quay theo, đồng thời tịnh tiến qua lại trong xi lanh tạo ra quá trình hút và đẩy chất lỏng. Vách ngăn 4 đứng yên. Không gian trong ống lót 3 chia làm hai phần: phần trện vạch 4 là cửa hút, phần dưới là của đẩy của bơm. Khi pittông đến phần trái của đường C-C là vừa hoàn thành quá trình đẩy và bắt đầu quá trình hút, còn khi đến vị trí bên phải thì ngược lai. Quãng chạy của mỗi pittông la S = 2e. Bơm này có ưu điểm là tạo cột áp rất cao, có thể đạt đến 350 at khi vòng quay lớn n = 6500 v/ph ( dùng trong các động cợ máy bay ) và lưu lượng đồng đều; nhược điểm chính của nó là cấu tạo phức tạp và lưu lượng nhỏ ( từ 0,2 … 25 m3/h ).
B. MÁY BƠM RÔ TO VÀ BƠM XOÁY
I . Bơm rô to.
Khác với bơm pittông, bơm rô to hút và đẩy chất lỏng nhờ chuyển động quay bộ phận công tác của nó. Có nhiều loại máy bợm rô to, ở đây ta chỉ nghiên cứu bơm bánh răng, bơm trục vít, bơm vòng nước và bơm xoáy.
1. Bơm bánh răng ( Hình 7 – 6 ).
Bơm bánh răng có lưu lượng từ 0,2 … 140 m3/h và áp lực từ 4 … 25 at. Cơ cấu quay của nó có số bánh răng băng 1, 2 hoặc lớn hơn hai. Hình 7 – 6 là loại co hài bánh răng, trong đó bánh 1 là bánh dẫn động được nối với trục động cơ, truyền chuyển động quay cho bánh bị dẫn 4. Các rãnh của bánh xe 1 và 4 đưa chất lỏng từ vùng hút 5 về vùng đẩy 3. Ưu điểm của bơm bánh răng là cấu tạo đơn giản, nhược điểm là gây rung động và tiếng ồn. Nó dùng bơm chất lỏng sạch, nhiệt độ không quá 2500C, hay dùng nhất là để bơm dầu. Lưu lượng thật của bơm này có thể tính theo công thức sau đây của T.M. Bac:
2. Bơm trục vít.
Bơm trục vít có lưu lượng từ 0,3 … 800m3/h, áp lực từ 0,5 … 25 at. Bơm này làm việc êm, ổn định, tuổi thọ cao. Vì vậy nó được dùng rộng rãi trong các máy ép thuỷ lực. Nhược điểm của nó là khó chế tạo vì đòi hỏi độ chính xác cao, khó sữa chữa phục hồi.
Hình 7 – 7. Nguyên ly cấu tạo và hoạt động của bơm trục vít.
a) :1- vỏ; 2- giá đỡ; 3- cửa hút; 4- xi lanh; 5- trục vít; 6- trục cacđăng; 7,8- khớp nối; 9- hộp đệm kín; 10- đệm kín; 11- hộp chèn; 12- ống lót; 13- thân ổ đỡ; 14,16- ổ bi; 14- trục chính. b) bơm hai trục vít: 1- bánh dẫn động; 2- bánh bị dẫn; 3- thân bơm.
Bơm một trục vít ( Hình 7 – 7,a ) bơm nay có ưu điểm là bơm được cả dung dịch đặc như bùn, mật đường, hoa qụả nghiền … Chính vì vậy nó được dùng rộng rãi trong công nghiệp hoá, thực phẩm …Ngoài ra ta còn có bơm 2 trục vít (Hình 7-7,b ) hoặc 3 trục vít. Lưu lượng thật của bơm được tính theo công thức saụ:
Trong đó: D, d- đường kính đỉnh và chân của trục vít nằm giữa, dm ;
t – bước vít, dm;
n- số vòng qụay, v/ph;
n = 0,6 … 0,95 – hiệu suất chung của bơm.
Từ công thức ( 7 – 7 ) ta thấy muốn thay đổi Q của bơm vít chỉ có cách thay đổi n .
3. Bơm vòng nước.
Bơm vòng nước thuộc loại bơm thể tích. Nó thường dùng để tích nước trước khi khởi động máy bơm li tâm có hS dương, hoặc để hút khi duy trì một độ chân không nào đó trong thiết bị. Độ chân không nó tạo được từ – 0,8 … – 0,9 at. BXCT của máy bơm này đặt lệch tâm với tâm vỏ trụ. Nguyên tắc hoạt động của nó như sau: Đầu tiên đổ nước vào trong trụ ( khoảng chừng một nửa ). Khi bánh xe quay, nước sẽ bắn ra chu vi vỏ trụ tạo thành một vòng nước 7. Vòng nước này phần trên tiếp xúc với đỉnh ống lót C của BXCT, phần dưới của ống lót tạo thanh các ngăn khộng khí 1, 2, 3, 4, 5, 6. Các ngăn 1, 2, 3 là ngăn hút; các ngăn 4, 5, 6 là ngăn đẩy. Khi BXCT quay theo chiều kim đồng hồ thì thể tích các ngăn tăng dần, trong nó chân không được tạo thành, hút không khí từ ống hút qua khe cửa lưỡi liềm A vào khoang. Đồng thời thể tích các ngăn 4, 5, 6 giảm dần, không khí từ chúng bị đẩy qua cửa ra dạng lưỡi liềm B vào ống đẩy. Khi BXCT quay, một phần nước bị đẩy vào ống đẩy , do vậy để duy trì vòng nước cần liên tục bổ sung đủ nước cho bơm, đồng thời cũng cần tản nhiệt cho bơm khi nó hoạt động.
Lưu lượng không khí hoặc ga được bơm khi nhúng cánh BXCT sâu vào vòng nước một độ sâu a và đỉnh trên của ống lót tiếp xúc với vòng nước sẽ là:
4. Bơm cánh trượt.
Bơm rô to cánh trượt thường có lưu lượng từ 0,25 … 20 m3/h, áp suất từ 1,5 … 10 at. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của bơm này thể hiện ở Hình 7 – 9.
Hoạt động của bơm rô to cánh trượt như sau ( Hình 7 – 9,a ): Khi rô to quay với vòng quay đủ lớn để các cánh 1 dưới tác dụng của lực li tâm tì sát cạnh ngoài vào mặt trụ của stator 4 có lệch tâm với rôto 3 là e. Các cánh 1 vừa quay theo rôto 3 vừa dịch chuyển qua lại trong rãnh 2 của rôto 3. Khi cánh 1 bắt đầu rời vị trí I thì quá trình hút bắt đầu. Cánh 1 đến vị trí II rồi III thì quá trình hút của mỗi khoang a nằm giữa hai cánh đã hoàn thành. Khi cánh rời vị trí III thì quá trình đầy bặt đầu kết thúc khi canh đền vị trí IV.
II. Máy bơm xoáy.
Máy bơm xoáy bơm được lưu lượng từ 1 … 50 m3/h , cột nước từ 25 … 100 m. Hình 7 – 10 dưới đây trình bày cấu tạo vá nguyền ly hoạt động của máy bơm xoáy:
Cấu tạo của bơm xoắn có phần giống bơm li tâm, tuy nhiên nguyên lí làm việc lại khác, chúng dùng ma sát để hút, nén và đẩy chất lỏng. Bánh xe công tác cuả bơm xoáy có các cánh phẳng hướng kính 2 tạo nên nhưng rãnh guồng 5. Bao quanh chu vi BXCT là rãnh dẫn vòng 3 bị chia cắt của vào và ra bởi vách ngăn. Khi BXCT 1 quay các phân tử chất lỏng bị cuốn vào rãnh guồng 5, nhận thêm năng lượng, rồi lại bị lực li tâm đẩy văng trở lại vòng dẫn 3, tiếp đến lại bị cuốn vào rãnh guồng động để nhận thêm năng lượng mới … Quá trình cứ lặp đi lặp lại trên toàn đoạn đường đi của chất lỏng tạo nên dòng chuyển động xoáy. Bởi vậy so với bơm li tâm có cùng đường kính BXCT và cùng vòng quay cột nước do bơm xoáy tạo ra tăng lên 2 đến 4 lần. Cột nước của bơm xoáy được tính theo công thức sau:
Do bị tổn hao do ma sát lớn nên hiệu suất của loại máy bơm này thấp n = 25 … 48%.
C. MÁY BƠM TIA
Máy bơm tia thuộc loại bơm ma sát. Nguyên lý làm việc của nó là dùng một nguồn tia chất lỏng bên ngoài, gọi là chất lỏng công tác, truyền động năng của nó để kéo chất lỏng cần bơm. Hình 7 – 11 trình bày nguyên tắc cấu tạo và làm việc của bơm tia. Nguồn chất lỏng công tác được lấy ở trên cao, dẫn theo ống 2 qua vòi phun 5 đưa vào buồng hỗn hợp 7, cung cấp năng lượng để hút nước cần bơm từ bể hút 4 qua ống hút 1, đẩy nước lên bể tháo 3. Trong vòi 5, tốc độ chất lỏng công tác và động năng tăng, còn thế năng và áp năng bị giảm. Khi tốc độ đạt tới trị số xác định thì áp suất trong buồng hút 6 giảm nhỏ hơn áp suất không khí và xuất hiện chân không. Dưới tác dụng của chân không nước sẽ được hút lên từ bể 4 theo ống 1 vào buồng hút 6 rồi buồng hỗn hợp 7. ở trong buồng hỗn hợp, dòng chất lỏng công tác và dòng chất lỏng cần bơm trộn vào nhau, khi đó chất lỏng công tác truyền một phần năng lượng của mình cho chất lỏng cần bơm . Sau đó dòng chất lỏng hỗn hợp chuyển vào đoạn khuếch tán 8, tại đây vận tốc dòng chảy giảm dần và cột nước tĩnh tăng, dòng chất lỏng được đưa lên bể 3.
Nếu bỏ qua tổn thất cột nước thì công suất tiêu phí của bơm tia để bơm nước từ bể 4 lên bể 3 là:
Bơm tia được sử dụng rộng rãi để bơm nước từ các hố đào, dâng và vận chuyển bùn quặng, tháo nước trong thi công, tháo nước mưa, tách khí trong ống hút bơm li tâm trước khi khởi động bơm li tâm. Ưu điểm chính của máy bơm tia là kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, an toàn. Nhược điểm của nó là hiệu suất rất thấp và cột nước công tác có áp lực cao.
D. MÁY BƠM DÂNG BẰNG KHÍ NÉN.
Máy bơm dâng bằng khí nén, còn gọi là bơm sục khí, có thể dâng nước từ các lỗ khoan. Loại bơm này được sử dụng rộng rãi hơn cả là bơm nước chứa bùn cát từ các lỗ khoan trước khi đặt đặt máy bơm những li tâm, hoặc dâng nước từ lỗ khoan nếu có yêu cầu tách ga khỏi nước. Nguyên tắc hoạt động của bơm này là dùng quy tắc bình thông nhau. Hình 7 – 12, mô tả về cấu tạo của máy bơm sục khí. Khí nén được dẫn theo ống theo ống 4 vào miệng phun 2 vào ống dâng 3. Trong ống 3 nước và khí nén tạo nên hỗn hợp khí và nước ( nhũ tương ). Hố khoan đầy nước và ống dâng đầy hỗn hợp khí
và nước tạo thành những bình thông nhau. Vì tỷ trọng của hỗn hợp nhỏ hơn tỷ trọng nước, do vậy nước đẩy hỗn hợp lên mặt nước, đó cũng chính là nguyên tắc làm việc của loại máy bơm này. Nhũ tương khí nước theo đường ống sẽ được dâng lên độ cao Hdh , nếu :
Như vậy có nghĩa là chiều cao dâng nước phụ thuộc vào quan hệ tỷ trọng nước, tỷ trọng hỗn hợp khí nước và độ sâu đặt miệng phun.
Khi đặt đến mút ống 3, hỗn hợp sẽ vào bể 6, từ đây khí và nước sẽ được tách ra: phần nước sẽ theo ống 5 đến nợi dùng, còn khí sẽ thải ra ngoài theo ống 7.
Áp suất không khí cần thiết để nâng được nước là: p = 0,01 ( H – Hdh + ht ), trong đó ht là tổn thất cột áp trong ống dẫn khí ở đoạn từ máy nén khí đến miệng phun, thượng ht < 5 m .
Máy bơm dâng bằng khí nén có ưu điểm là đơn giản, an toàn, có khả năng dâng nước từ các hố đưng sâu. Nhưng nhược điểm cua no la hiểu suất rát tháp ( 20 … 25 % ) va chỉ dâng được nước ở hố sâu, điều này gây nên yêu cầu đặt sâu ống dưới mực nước động.
E. BƠM NƯỚC VA ( BƠM TA RAN ).
Bơm nước va, đó là loại bơm lợi dụng hiện tượng nước và trong đường ống áp lực để bơm nước. Hình 7 – 13 thể hiện sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loại máy bơm này. Để bơm nước từ nguồn 7 lên bể 6 ta đặt thiết bị bơm thấp hơn nguồn 7 một độ cao không dưới 1 mét và phải tháo qua bơm nước và một lưu lượng lớn hơn lưu lương cần bơm một vài lần. Trước khi máy bơm nước và làm việc, van trên đường ống cấp nước 1 đóng. Van tháo 2 do sức nặng bản thân hạ xuống và có thể xả nước từ ống cấp ra ngoài, van 3 đóng. Khi mở van trên ống 1, dưới tác dụng của cột nước H1 nước từ nguồn 7 theo ống cấp 1 bắt đầu chạy ra ngoài trời qua van 2 với vận tốc tăng. Dưới tác dụng của áp lực thủy động bên dưới, van 2 được nâng lên làm ngưng dòng nước đang chảy ra ngoài. Vận tốc dòng nước trong ống 1 đột nhiên giảm dần đến xuất hiện hiện tượng nước và thủy lực, kéo theo tăng áp đột ngột. Khi áp lực trong ống cung cấp nước vượt qua áp lực trong buồng khí 4, nắp van 3 mở và nước tràn vào. Sau đó dưới tác dụng của áp lực dư, nước từ buồng không khí 4 theo ống đẩy 5 đây lên bể 6 với cột nước H2. Áp lực trong ống cung cấp 1 bắt đầu giảm, van đẩy 3 bắt đầu đọng lại, nước từ nguồn theo đường ống 1 lại qua van va đập 2 thoát ra ngoài, và quá trình lại lặp lại từ đầu … Bơm nước và hoạt động tự động. Để an toàn làm việc của nó chiều dài ống cung cấp nước 1 cần khoảng từ 5 … 8 lần chiều cao cột nước H1.
Bơm nước và có lưu lượng từ 5 … 18 l/s và cột nước đến 150 mét.
Trên đây đã trình bày thêm nhưng loại máy bơm thông dụng trong thực tế của nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống, còn nhiều loại bơm khác chưa để cập đến, người đọc có thể tìm hiểu thêm trong các tài liệu chuyên ngành khi gặp phải ứng dụng của chúng.
