Lựa chọn cấp độ chấp nhận bơm ly tâm sử dụng trong sản xuất máy bơm chữa cháy

16/07/2021 12:00:00 SA

1. Đặt vấn đề 

Hiện nay, có nhiều dòng sản phẩm bơm nước ly tâm, được sản xuất phục vụ nhiều mục đích khác nhau như bơm thủy lợi, tưới tiêu, bơm nước thải, bơm nước công nghiệp, bơm nước sinh hoạt … Ngoại trừ trường hợp bơm sản xuất theo đơn đặt hàng riêng, các sản phẩm bơm thường được sản xuất hàng loạt theo thiết kế, để đáp ứng một hoặc nhiều mục đích sử dụng. Các đơn vị sản xuất máy bơm chữa cháy thường căn cứ theo lĩnh vực ứng dụng hoặc theo đơn đặt hàng để lựa chọn bơm, kết hợp với động cơ dẫn động chế tạo ra máy bơm phù hợp đáp ứng nhu cầu thị trường. Máy bơm sau khi sản xuất phải được kiểm tra, thử nghiệm tính năng thủy lực theo quy định để xác định các thông số tính năng cần thiết.

Việc thử nghiệm thủy lực xác nhận tốc độ dòng chảy của máy bơm, cột áp được tạo ra và có thể bao gồm công suất tiêu thụ bởi bộ phận máy bơm. Đối với máy bơm chữa cháy, thông thường phải kiểm tra tại ít nhất 05 điểm khác nhau trên đường cong hoạt động của bơm (đường đặc tính bơm), bao gồm điểm có lưu lượng cao nhất, điểm có áp suất cao nhất, điểm đạt hiệu suất cao nhất, điểm làm việc theo yêu cầu, điểm bất kỳ (trường hợp máy bơm sản xuất để đáp ứng yêu cầu sử dụng tại các công trình cụ thể theo tiêu chuẩn, quy chuẩn riêng phải thử nghiệm bổ sung theo quy định). Vì việc kiểm tra bao gồm các phép đo tốc độ dòng chảy, cột áp, công suất tiêu thụ được đo bằng các thiết bị khác nhau, kết quả kiểm tra máy bơm thực tế sẽ có sai lệch so với các giá trị tính toán, thiết kế. Ngoài ra, do sự sai khác trong quá trình sản xuất, không tồn tại hai máy bơm bất kỳ hoạt động hoàn toàn giống nhau. Tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu cung cấp, sự tinh vi trong quá trình chế tạo, mức độ sai lệch cho phép sẽ khác nhau.

Các giá trị nằm trong phạm vi giới hạn của mức độ sai lệch tạo thành dải dung sai. Dải dung sai cần được xác định trước, là căn cứ để nhà sản xuất máy bơm có thể chế tạo và lắp ráp hệ thống máy bơm một cách thích hợp và đánh giá kết quả. Việc lựa chọn dải dung sai liên quan đến nhiều yếu tố như: Ứng dụng của máy bơm, độ nhạy của hệ thống, các yêu cầu quy định, hiệu suất của máy bơm và tầm quan trọng của máy bơm trong hệ thống cụ thể.

Căn cứ các ứng dụng trong thực tiễn, để thuận tiện trong việc chế tạo và lựa chọn, các dải dung sai của bơm ly tâm được tiêu chuẩn hóa thành cấp độ chấp nhận (grade). Việc lựa chọn không đúng cấp độ chấp nhận bơm khi chế tạo máy bơm có thể dẫn đến sản phẩm sau khi chế tạo không đạt được các yêu cầu kỹ thuật hoặc có thể khiến chi phí sản xuất, thử nghiệm tăng lên đáng kể. Bài viết này nhằm nghiên cứu, trao đổi về những vấn đề nhà sản xuất, đơn vị tư vấn cần lưu ý khi lựa chọn cấp độ chấp nhận bơm để chế tạo máy bơm sử dụng trong công tác phòng cháy, chữa cháy.

2. Lựa chọn cấp độ chấp nhận

Mỗi tiêu chuẩn đều quy định các cấp độ chấp nhận khác nhau. Điều khác biệt giữa các cấp này là dải dung sai chấp nhận. Một số cấp độ chấp nhận yêu cầu dải dung sai một phía (U) và một số cấp độ yêu cầu có dải dung sai hai phía (B). Ngoài ra, còn có cấp độ chấp nhận cho các ứng dụng đặc biệt (E) với dung sai một phía. Bảng 1 liệt kê các cấp độ chấp nhận theo các tiêu chuẩn được đề cập ở trên.

Bảng 1 - Bảng các cấp độ chấp nhận hiệu suất bơm

(*) Hiệu suất được tính toán phụ thuộc vào công suất trên trục của bơm, vì vậy có thể yêu cầu mức hiệu suất tối thiểu hoặc công suất trên trục tối đa tại điểm kiểm tra, nhưng không phải cả hai

Việc lựa chọn cấp độ chấp nhận càng cao đồng nghĩa với yêu cầu dung sai chế tạo càng nhỏ. Các lý do để yêu cầu cấp chấp nhận cao hơn đối với tính năng thủy lực bao gồm:

• Các ứng dụng quan trọng đòi hỏi hiệu suất bơm chính xác;

• Yêu cầu đảm bảo máy bơm cung cấp mức lưu lượng tối thiểu hoặc cao hơn mức cần thiết để đáp ứng các yêu cầu của hệ thống. Đối với những yêu cầu này, cấp độ chấp nhận một chiều sẽ được áp dụng.

• Lựa chọn dung sai Cấp 1 đối với các các ứng dụng yêu cầu kiểm soát hiệu suất máy bơm chính xác, hoặc trong hệ thống thích hợp đòi hỏi hiệu suất của một số máy bơm phải phù hợp. Ví dụ, hệ thống bơm lắp song song dễ dàng điều khiển hơn nếu đường cong hiệu suất của chúng tương tự nhau.

• Hệ thống nhiều bơm kết hợp, trong đó mối tương quan giữa hình dạng của đường đặc tính máy bơm có ảnh hưởng đáng kể đến đường đặc tính của hệ thống.

• Máy bơm áp dụng trong hệ thống có đường đặc tính tương đối bằng phẳng.

• Các ứng dụng yêu cầu giới hạn về hiệu suất của máy bơm có để tránh việc sử dụng quá giới hạn an toàn cho các thiết bị liên quan. Ví dụ hệ thống có yêu cầu kiểm soát cột áp tối đa của máy bơm để đảm bảo an toàn cho các bể chứa và đường ống lớn.
Sơ đồ các cấp độ chấp nhận bơm tương ứng với các điều kiện ứng dụng được mô tả tại Hình 1 dưới đây.

Hình 1 - Sơ đồ các cấp độ chấp nhận tương ứng với các điều kiện ứng dụng

Trong công tác phòng cháy và chữa cháy, hiện nay các máy bơm nước chữa cháy kiểu bơm ly tâm được áp dụng dải dung sai hoạt động theo TCVN 4208:2009 - Bơm cánh - Yêu cầu kỹ thuật chung, cụ thể tại Điều 2.3 quy định Thông số làm việc cơ bản của bơm ứng với chế độ làm việc định mức phải bảo đảm theo các yêu cầu sau:

- Sai lệch lưu lượng, không vượt quá ± 6 %;

- Sai lệch cột nước, không vượt quá ± 4 %;

- Sai lệch công suất bơm, không vượt quá ± 5 %;

- Sai lệch hiệu suất bơm, không vượt quá ± 5 %;

- Hiệu suất thấp nhất của bơm, không dưới 55 %.

Đối chiếu các cấp độ chấp nhận tương ứng nêu trên, nhà sản xuất cần lựa chọn bơm đạt cấp 1B hoặc 1 E để sản xuất máy bơm chữa cháy. Tuy nhiên, thực tế hiện nay nhiều nhà sản xuất lựa chọn bơm cấp 2B hoặc có trường hợp sử dụng bơm cấp 3B để sử dụng sản xuất máy bơm chữa cháy. Thực tế các sản phẩm máy bơm sử dụng các cấp bơm này khi xuất xưởng có thể không vượt qua thử nghiệm chấp thuận tính năng thủy lực, do dải dung sai của bơm 2B là ±8% lưu lượng và ±5% cột áp, của bơm 3B là ±9% lưu lượng và ±7% cột áp, rộng hơn phạm vi dải dung sai theo yêu cầu TCVN 4208. Đối với các trường hợp như vậy, việc điều chỉnh máy bơm đảm bảo dải dung sai hoạt động sẽ tốn kém nhiều thời gian và chi phí và có thể mang lại kết quả không như mong muốn. Tổng kết lại các quá trình sản xuất, việc lựa chọn bơm cấp độ chấp nhận thấp hơn yêu cầu tạo ra một số bất lợi trong quá trình sản xuất, vận hành như sau:

*) Tăng chi phí sản xuất, ví dụ khi sử dụng cấp bơm 2B, 3B để sản xuất máy bơm chữa cháy, nhà sản xuất phải sử dụng động cơ dẫn động với công suất cao hơn so với sử dụng bơm cấp 1B hoặc 1E. Nguyên nhân do nhà sản xuất phải cố gắng đưa điểm làm việc về giới hạn dưới của dải dung sai làm việc, dẫn đến đường đặc tính trung bình được đẩy lên vị trí cao hơn tương ứng với động cơ công suất cao hơn, ví dụ về đường đặc tính của bơm cấp 2B được thể hiện tại Hình 2

Hình 2 -Ví dụ đường cong máy bơm cấp 2B thể hiện dải dung sai lưu lượng, cột áp

Việc gia tăng công suất khi sử dụng các cấp bơm khác nhau được thể hiện tại Hình 3 dưới đây, trong đó bơm 2B mức công suất tiêu thụ cao hơn đáng kể so với bơm 1B và 1E:

Hình 3 - Kiểm tra ảnh hưởng của cấp độ chấp nhận bơm đối với công suất tiêu thụ

* Tăng thời gian chế tạo: Do dải dung sai của bơm 2B lớn hơn mức yêu cầu tại TCVN 4208, trong quá trình chế tạo, nhà sản xuất cần liên tục thử nghiệm xác định đặc tính thủy lực, tính toán điều chỉnh phù hợp, thử nghiệm xác định lại sau điều chỉnh … một số trường hợp chu kỳ trên lặp lại nhiều lần liên tục mới đạt được mức yêu cầu, điều này dẫn đến thời gian hoàn thiện máy bơm kéo dài hơn;

* Tăng chi phí vận chuyển, lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, sử dụng do phải sử dụng động cơ có công suất cao hơn.

3. Tóm lại: Việc lựa chọn cấp độ chấp nhận thích hợp của bơm để sử dụng trong sản xuất, đặc biệt với ứng dụng trong công tác phòng cháy, chữa cháy có vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng thủy lực của máy bơm và hiệu quả sản xuất, chi phí vận chuyển, lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, sử dụng. Nhà sản xuất và đơn vị thiết kế, đơn vị tư vấn cần phải đánh giá tất cả các cấp độ chấp nhận có sẵn trên thị trường và căn cứ yêu cầu thiết kế, yêu cầu kỹ thuật để đưa ra quyết định sáng suốt, lựa chọn cấp bơm cho phù hợp, nhằm tối ưu hóa khi sử dụng trong công tác phòng cháy, chữa cháy.

4. Tài liệu tham khảo:

- TCVN 4208:2009 - Bơm cánh - Yêu cầu kỹ thuật chung;
- ANSI/HI 11.6 (2017) Standard for Rotodynamic Submersible Pumps for Hydraulic Performance, Hydrostatic Pressure, Mechanical and Electrical Acceptance Tests (Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu suất thủy lực, áp suất thủy tĩnh, kiểm tra chấp nhận cơ và điện cho máy bơm chìm kiểu cánh quay);
- ANSI/HI 14.6 (2016) Standard for Rotodynamic Pumps for Hydraulic Performance Acceptance Tests (Tiêu chuẩn Kiểm tra chấp nhận hiệu suất thủy lực cho máy bơm chìm kiểu cánh quay);
- ISO 9906 (2012) Rotodynamic Pumps – Hydraulic Performance Acceptance Test – Grades 1, 2, and 3 (Bơm cánh quay - Kiểm tra chấp nhận hiệu suất thủy lực - Cấp độ chấp nhận 1, 2 và 3).

Phòng 7/Cục Cảnh sát PCCC và CNCH