Cách đọc đường cong Q–H và chọn bơm song song/đối đầu (series/parallel)

Trong thiết kế – vận hành hệ thống cấp nước, tăng áp, HVAC hay sản xuất công nghiệp, “đọc đúng” đường cong Q–H (lưu lượng – cột áp) là kỹ năng quyết định việc chọn bơm đúng điểm làm việc, tránh hụt áp, thiếu lưu lượng, tốn điện, rung ồn và nhanh hỏng. Khi nhu cầu thay đổi theo thời điểm (cao điểm/ thấp điểm) hoặc khi một bơm đơn không đáp ứng, giải pháp thường gặp là ghép bơm theo kiểu nối tiếp (series) hoặc song song (parallel).

Bài viết này đi từ nền tảng đến thực hành: cách nhìn đường cong bơm, cách dựng đường cong hệ thống, cách xác định điểm làm việc, và khi nào nên chọn series/parallel, kèm các “bẫy” kỹ thuật hay gặp trong thực tế nhà thầu MEP.

Trong quá trình minh họa, mình sẽ xen kẽ ví dụ theo các dòng máy bơm nước Pentax (đặc biệt máy bơm nước công nghiệp Pentax, nhóm máy bơm nước Pentax CM EN733 và máy bơm nước Pentax CMS) để bạn dễ liên hệ thực tế; đồng thời có nhắc tới máy bơm nước Ebara, máy bơm Ebara 3M, máy bơm nước Ebara 3D ở các tình huống ứng dụng tương đương.

Cách đọc đường cong Q–H và chọn bơm song song/đối đầu (series/parallel)

1) Đường cong Q–H là gì và vì sao nhìn “sai” là chọn bơm sai?

Q–H curve (đường đặc tính lưu lượng – cột áp) mô tả quan hệ giữa:

Q (Flow): lưu lượng bơm (m³/h, L/s…)
H (Head): cột áp bơm (m)

Với bơm ly tâm, quy luật phổ biến là:

Q tăng → H giảm
Ở Q rất thấp (gần 0) → H thường đạt cột áp “đóng van/điểm chặn” (shut-off head)
Ở Q rất cao → H giảm về thấp, có thể tiến gần “run-out”

Một bơm không “tạo ra” vừa đủ Q và H theo ý muốn; nó chỉ có một điểm làm việc thực do giao điểm giữa đường cong bơm và đường cong hệ thống quyết định. Nếu bạn chỉ nhìn “H max” hoặc chỉ nhìn “Q max”, khả năng chọn sai rất cao.

Ví dụ thực tế: cùng một công suất, một model máy bơm nước Pentax CM40-200A công suất 10HP (7.5kW) có thể phù hợp cấp nước vòng tuần hoàn công nghiệp, nhưng nếu bạn đặt nó vào hệ có tổn thất đường ống lớn/độ cao địa hình lớn, điểm làm việc có thể bị đẩy về vùng Q thấp → dễ nóng, rung và hiệu suất kém.

2) Những đường cong thường có trên catalogue (đừng bỏ qua!)

Một trang catalogue/biểu đồ bơm thường có nhiều đường cong chồng lên nhau:

Q–H (cột áp theo lưu lượng)
Hiệu suất η (Efficiency) – thường có dạng “đảo ngược” và đạt cực đại ở giữa
Công suất trục P2 hoặc công suất điện P1
NPSHr (NPSH required) – yêu cầu chống xâm thực
Dải làm việc khuyến nghị, giới hạn min/max, đôi khi có “min continuous stable flow”

Nếu chỉ xem Q–H mà bỏ qua NPSH/hiệu suất/công suất, bạn có thể gặp các lỗi như:

Đủ Q–H nhưng xâm thực (cavitation)
Đủ Q–H nhưng motor quá tải
Đủ Q–H nhưng chạy lệch vùng hiệu suất → tốn điện, nóng, ồn, mau mòn

3) Đọc trục tọa độ: đơn vị, dải và bẫy “nhìn nhầm”

3.1. Lưu lượng Q

Hay gặp: m³/h, L/s, gpm.

Quy đổi nhanh:

1 L/s = 3.6 m³/h
1 m³/h = 0.2778 L/s

3.2. Cột áp H

Cột áp bơm (m) liên quan đến áp suất:

P(bar) ≈ H(m) / 10.2 (nước ~20°C)
H(m) ≈ 10.2 × P(bar)

Bẫy hay gặp: nhìn “áp suất yêu cầu 6 bar” rồi lấy H=60 m (gần đúng), nhưng quên cộng tổn thất đường ống/van/thiết bị hoặc quên trừ cột áp tĩnh hồi về bể…

4) Điểm BEP: “chỗ ngon” của bơm

BEP (Best Efficiency Point) là điểm hiệu suất cao nhất. Khi vận hành gần BEP, bơm thường:

Ít rung/ồn hơn
Nhiệt độ ổn định hơn
Tuổi thọ vòng bi/phớt tốt hơn
Điện năng tiêu thụ trên mỗi m³ nước thấp hơn

Một nguyên tắc thực dụng:

Cố gắng chọn điểm làm việc nằm quanh BEP (thường trong vùng 70–120% Q tại BEP tùy hãng/thiết kế).

Trong các bài toán tăng áp công nghiệp, nhiều đơn vị ưu tiên chọn dòng máy bơm nước công nghiệp Pentax như nhóm máy bơm nước Pentax CM EN733 (ví dụ: Máy bơm nước Pentax CM50-200A công suất 20HP (15kW), Máy bơm nước Pentax CM65-160A công suất 20HP (15kW)…) rồi “đặt” điểm làm việc sát vùng hiệu suất tốt để tối ưu vận hành lâu dài.

5) Đường cong hệ thống (System curve): mảnh ghép còn thiếu

Nếu đường cong bơm là “khả năng bơm”, thì đường cong hệ thống là “mức độ khó của đường ống + thiết bị”.

Hệ thống điển hình gồm:

Cột áp tĩnh: chênh cao, chênh áp bể kín, áp yêu cầu tại điểm dùng
Tổn thất ma sát: đường ống, cút, van, lọc, đồng hồ…
Thiết bị: chiller/heat exchanger, tháp giải nhiệt, màng lọc, vòi phun…

Một dạng mô hình phổ biến:

H_system(Q) = H_static + K × Q²

H_static: không đổi theo Q
K×Q²: tổn thất tăng theo bình phương lưu lượng

5.1. Công thức Darcy–Weisbach (dễ áp dụng)

h_f = f × (L/D) × (v² / (2g))

Trong đó:

h_f: tổn thất dọc đường (m)
f: hệ số ma sát (phụ thuộc vật liệu, Re…)
L: chiều dài ống (m)
D: đường kính trong (m)
v: vận tốc (m/s)
g: 9.81 (m/s²)

Và:

v = Q / A
A = (π × D²) / 4

5.2. Tổn thất cục bộ

h_m = ΣK × (v² / (2g))

Tổng tổn thất:

H_system = H_static + h_f + h_m

6) Cách tìm điểm làm việc: giao điểm 2 đường cong

Điểm làm việc (operating point) là nghiệm của:

H_pump(Q) = H_system(Q)

Thực tế bạn làm theo 2 cách:

Đồ thị: vẽ đường cong hệ thống lên cùng đồ thị Q–H → lấy giao điểm
Tính – lặp: giả sử Q, tính H_system(Q), đối chiếu H_pump(Q), chỉnh Q đến khi khớp

Khi đã có điểm làm việc, bạn mới kiểm tra:

NPSHa ≥ NPSHr + dự phòng
Motor không quá tải (P nằm trong giới hạn)
Điểm làm việc không rơi vào vùng cấm (Q quá thấp/ quá cao)

7) Khi nào chọn 2 bơm thay vì 1 bơm?

Bạn cân nhắc ghép bơm khi:

Một bơm đơn không đạt Q hoặc H
Muốn dự phòng N+1
Muốn chia tải theo thời điểm (1 bơm chạy thấp điểm, 2 bơm chạy cao điểm)
Muốn tăng tính linh hoạt vận hành/ bảo trì không dừng hệ

Trong thực tế, hệ tăng áp cho nhà máy thường chọn 2–3 bơm luân phiên, ví dụ dùng dòng máy bơm nước Pentax CM EN733 như Máy bơm nước Pentax CM40-160A công suất 5.5 HP (4kW) hoặc Máy bơm nước Pentax CM32-200B công suất 7.5HP (5.5kW) tùy lưu lượng – cột áp; còn các bài toán nước sạch inox/ăn mòn nhẹ có thể tham chiếu nhóm máy bơm nước Pentax CMS như Máy bơm nước Pentax CMS40C/11 hoặc Máy bơm Pentax CMS65C/22 khi yêu cầu vật liệu phù hợp.

8) Ghép bơm nối tiếp (Series): cộng cột áp, lưu lượng gần như giữ nguyên

8.1. Nguyên lý

Khi hai bơm giống nhau nối tiếp, bơm sau “nhận” nước từ bơm trước, nên cột áp tổng (ở cùng lưu lượng) xấp xỉ cộng lại:

H_series(Q) ≈ H1(Q) + H2(Q)

Nếu hai bơm giống nhau:

H_series(Q) ≈ 2 × H_single(Q)

Lưu lượng ở series không tự tăng mạnh; nó tăng/giảm tùy theo đường cong hệ thống (vì hệ thống “thấy” cột áp cao hơn nên giao điểm dịch).

8.2. Khi nào series là lựa chọn tốt?

Cần đẩy cao (độ cao địa hình lớn, bồn cao, sprinkler/đầu phun áp cao)
Đường ống dài, tổn thất ma sát lớn (K×Q² lớn)
Thiết bị yêu cầu áp chênh lớn (màng lọc, trao đổi nhiệt trở lực cao)

Ví dụ: nếu hệ cần tăng cột áp mà không tăng lưu lượng, ghép hai bơm cùng loại như Máy bơm nước Pentax CM50-250B công suất 25HP (18.5kW) theo cấu hình nối tiếp có thể là một phương án (trong điều kiện kiểm tra áp suất làm việc, giới hạn thiết bị và NPSH). Với một số dự án, người ta cũng so sánh phương án tương đương từ máy bơm nước Ebara (trong đó có các lựa chọn gần dải như máy bơm Ebara 3M hoặc máy bơm nước Ebara 3D tùy series và tiêu chuẩn) để cân đối kỹ thuật – vật tư.

8.3. Bẫy kỹ thuật khi ghép series

(1) Áp suất chịu đựng của đường ống/thiết bị
Tổng cột áp tăng → áp suất tại một số điểm có thể vượt PN/ANSI của ống, van, khớp nối, heat exchanger…

(2) NPSH xấu đi ở bơm đầu
Bơm đầu vẫn hút từ nguồn; bơm sau thường “dễ thở” hơn vì có áp vào lớn. Nếu NPSH thiếu, hệ series vẫn cavitation.

(3) Chênh lệch đặc tính giữa 2 bơm
Nếu bơm khác model/khác tình trạng (mòn cánh) → phân bố cột áp không đều, bơm yếu có thể làm “nút cổ chai”.

(4) Điều khiển và bảo vệ
Cần logic liên động: bơm sau không nên chạy nếu bơm đầu dừng (tùy cấu hình), tránh chạy khan/đảo chiều.

9) Ghép bơm song song (Parallel): cộng lưu lượng, cột áp gần như giữ nguyên

9.1. Nguyên lý

Khi hai bơm giống nhau song song, cùng “đẩy” vào header chung. Ở cùng cột áp, tổng lưu lượng xấp xỉ cộng:

Q_parallel(H) ≈ Q1(H) + Q2(H)

Nếu hai bơm giống nhau:

Q_parallel(H) ≈ 2 × Q_single(H)

Cột áp không tự tăng gấp đôi; nó thay đổi theo giao điểm với đường cong hệ thống.

9.2. Khi nào parallel là lựa chọn tốt?

Nhu cầu lưu lượng biến thiên: thấp điểm dùng 1 bơm, cao điểm dùng 2 bơm
Muốn dự phòng N+1
Hệ thống có cột áp tĩnh không quá cao, nhưng cần Q lớn ở giờ cao điểm
Các hệ cấp nước sinh hoạt, sản xuất, tưới, vòng giải nhiệt…

Ví dụ: một nhà máy có lưu lượng giờ cao điểm tăng đột biến, chọn 2 bơm song song như Máy bơm nước Pentax CM65-200B công suất 25HP (18.5kW) để chia tải, vừa linh hoạt vừa dễ bảo trì. Trong bối cảnh vật tư đa thương hiệu, phương án dùng máy bơm nước Ebara cũng thường được đặt lên bàn cân, nhất là khi hệ đã quen tiêu chuẩn dòng máy bơm nước Ebara 3D cho bơm tiêu chuẩn/đầu hút xả mặt bích.

9.3. Bẫy kỹ thuật “kinh điển” của song song

(1) “Đá nhau” do đặc tính dốc/đường cong không ổn định
Nếu đường cong bơm có vùng “hump” (gồ) hoặc đường cong hệ thống quá “phẳng” (H_static thấp, K nhỏ), bơm có thể chạy không ổn định. Một bơm có thể đẩy bơm kia vào vùng bất lợi.

(2) Lưu lượng không chia đều
Khác model, khác tốc độ, khác đường ống nhánh, khác mức mòn → bơm mạnh gánh nhiều, bơm yếu gánh ít hoặc bị “tụt”.

(3) Thiếu van một chiều từng bơm
Không có check valve riêng → bơm chạy có thể đẩy ngược qua bơm dừng, làm quay ngược, rung, nóng.

(4) Điểm làm việc khi chạy 1 bơm có thể lệch khỏi vùng tốt
Nhiều hệ song song thiết kế theo “2 bơm chạy” nhưng thực tế hay chạy “1 bơm” → phải kiểm tra cả 2 chế độ.

10) Cách “cộng đường cong” đúng: series và parallel khác nhau thế nào?

10.1. Quy tắc nhanh

Series: cộng H tại cùng Q
Parallel: cộng Q tại cùng H

10.2. Cách làm thực hành (không cần phần mềm)

Bước 1: lấy vài điểm Q đặc trưng (hoặc H đặc trưng) từ đường cong catalogue
Bước 2: lập bảng cộng theo quy tắc series/parallel
Bước 3: vẽ lại đường cong tổng và tìm giao điểm với H_system

Ví dụ “cộng series” (dễ hình dung):

Ở Q = 50 m³/h, bơm 1 cho H = 40 m, bơm 2 cho H = 40 m
→ H_total = 80 m tại Q = 50 m³/h

Ví dụ “cộng parallel”:

Ở H = 40 m, bơm 1 cho Q = 50 m³/h, bơm 2 cho Q = 50 m³/h
→ Q_total = 100 m³/h tại H = 40 m

11) Dựng nhanh đường cong hệ thống để quyết định series hay parallel

Bạn không cần tính siêu chi tiết ngay từ đầu. Chỉ cần ước lượng đúng “hình dạng”:

Nếu H_static lớn (chênh cao/áp yêu cầu lớn), đường cong hệ thống “nâng lên cao” → thường nghiêng về series (cần H).
Nếu H_static nhỏ nhưng K×Q² tăng nhanh khi Q lớn (đường ống dài, nhiều thiết bị), có thể:
- cần parallel nếu mục tiêu là tăng Q
- hoặc cần bơm khác dòng (cánh/đường kính) nếu cả H lẫn Q đều thiếu

Một mẹo: chọn 2 điểm Q (Q1 và Q2), ước lượng H_system tại 2 điểm, rồi nội suy K:

H_system(Q) = H_static + K × Q²

K ≈ (H_system(Q2) – H_system(Q1)) / (Q2² – Q1²)

12) Luật đồng dạng (Affinity laws): thay tốc độ VFD khác với ghép bơm

Rất nhiều hệ hiện nay dùng biến tần. Điều quan trọng: “giảm tốc” không giống “ghép song song”.

Với bơm ly tâm (xấp xỉ):

Q ∝ n
H ∝ n²
P ∝ n³

Trong đó n là tốc độ quay.

Giảm tốc → H giảm mạnh theo bình phương, công suất giảm theo lập phương (tiết kiệm điện rất tốt)
Ghép song song → tăng khả năng Q ở cùng H (nhưng không chắc tiết kiệm nếu chạy sai điểm)

Khi nào ưu tiên VFD?

Hệ biến thiên lưu lượng lớn theo thời gian
Muốn áp ổn định, giảm búa nước, giảm số lần đóng mở van điều tiết
Muốn tối ưu điện năng trong vận hành dài hạn

Khi nào ghép bơm vẫn cần dù có VFD?

Nhu cầu Q cực đại vượt xa 1 bơm
Cần dự phòng N+1
Cần chia tải để bơm không chạy quá xa vùng khuyến nghị

13) Ví dụ 1: Chọn song song để tăng lưu lượng giờ cao điểm

Bài toán:

Một xưởng sản xuất có nhu cầu:

Bình thường: 60 m³/h ở 35 m
Cao điểm: 110–120 m³/h ở 35–40 m

Tư duy chọn:

Cột áp yêu cầu không quá cao, biến thiên Q lớn
Phương án hợp lý: 2 bơm song song, chạy luân phiên + chạy đồng thời giờ cao điểm

Bạn có thể hình dung chọn 2 bơm cùng dòng máy bơm nước Pentax CM EN733 như:

Máy bơm nước Pentax CM40-200B công suất 7.5HP (5.5kW) hoặc
Máy bơm nước Pentax CM50-160A công suất 10HP (7.5kW)

Sau đó kiểm tra:

Chạy 1 bơm: điểm làm việc có nằm gần vùng hiệu suất tốt không?
Chạy 2 bơm: có đạt 110–120 m³/h không?
Lắp check valve từng bơm, cân bằng đường ống nhánh, bố trí cảm biến áp/flow đúng vị trí

Trong các hệ tương đương, nhiều chủ đầu tư cũng cân nhắc máy bơm nước Ebara theo dải tiêu chuẩn, đặc biệt khi hệ đã quen với lựa chọn máy bơm nước Ebara 3D hoặc máy bơm Ebara 3M trong danh mục vật tư.

14) Ví dụ 2: Chọn nối tiếp để tăng cột áp cho tuyến đường dài/đẩy cao

Bài toán:

Cần 50 m³/h nhưng tổng cột áp yêu cầu lên tới 85–95 m do:

Chênh cao lớn + tổn thất đường ống dài

Tư duy chọn:

Mục tiêu chính là H, Q không cần tăng
Phương án hợp lý: 2 bơm nối tiếp (series) hoặc 1 bơm dòng “head cao” hơn

Ví dụ cấu hình series với 2 bơm cùng loại trong nhóm máy bơm nước công nghiệp Pentax như:

Máy bơm nước Pentax CM50-250C công suất 20HP (15kW) (tùy đường cong thực tế)
hoặc phối hợp các model tương đương để đạt vùng vận hành tốt.

Khi ghép series, bắt buộc rà soát:

PN của ống/van/thiết bị
Áp suất tại các điểm yếu (lọc, đồng hồ, khớp nối)
NPSH tại bơm đầu (đặc biệt nếu hút bể hở, đường hút dài)

15) Chọn bơm song song nhưng vẫn “thiếu nước”: thường sai ở đâu?

Đường cong hệ thống bị đánh giá thấp
Thiếu tổn thất cục bộ, quên thiết bị, quên hệ số bám cặn theo thời gian.
Lắp nhánh song song không cân
Một bơm có đường ống ngắn hơn, ít co hơn → gánh nhiều hơn, bơm kia “lười”.
Không có check valve/van cân bằng
Bơm dừng bị dòng chảy đẩy ngược, gây tụt áp và rung.
Điểm làm việc bị đẩy ra ngoài vùng ổn định
Đặc biệt với hệ H_static thấp, dễ xảy ra hiện tượng không ổn định khi chạy 2 bơm.

16) Chọn bơm nối tiếp nhưng lại “ồn và mau hỏng”: thường sai ở đâu?

Bơm đầu bị thiếu NPSH → xâm thực
Nghe như “sỏi trong bơm”, phớt hỏng nhanh, cánh rỗ.
Áp suất tổng vượt khả năng thiết bị
Van/khớp/thiết bị bị rò, rung, hoặc hỏng do quá áp.
Điều khiển sai trình tự
Bơm sau chạy khi bơm trước chưa ổn định, hoặc dừng không đúng logic → búa nước.
Hai bơm không đồng đều
Một bơm mòn cánh/khác model, làm phân bố cột áp không hợp lý.

17) Checklist chọn series/parallel cho kỹ sư hiện trường

17.1. Checklist chung

Xác định Q, H yêu cầu theo 3 mức: min – normal – peak
Dựng H_system (ít nhất dạng H_static + KQ²)
Tìm điểm làm việc trên Q–H
Kiểm tra η, P, NPSH, vùng ổn định
Kiểm tra min flow, max flow, run-out, shut-off

17.2. Nếu chọn song song (parallel)

Có check valve riêng từng bơm
Đường ống nhánh tương đương (chiều dài, số co, DN)
Cân nhắc điều khiển theo áp/flow, có luân phiên
Kiểm tra cả chế độ 1 bơm và 2 bơm

17.3. Nếu chọn nối tiếp (series)

Kiểm tra áp suất lớn nhất toàn tuyến (PN/ANSI)
Kiểm tra NPSH cho bơm đầu
Trình tự khởi động/dừng và chống búa nước
Đồng bộ đặc tính 2 bơm (cùng model, cùng tình trạng)

18) Một vài tình huống ứng dụng điển hình

18.1. Booster cấp nước công nghiệp

Nhu cầu Q biến thiên theo ca sản xuất → song song + luân phiên là “xương sống”
Dòng bơm tiêu chuẩn mặt bích như máy bơm nước Pentax CM EN733 thường phù hợp vì dễ bảo trì, sẵn phụ tùng

18.2. Tuyến cấp nước đường dài/đẩy lên cao

Khi H yêu cầu lớn → nối tiếp có thể hiệu quả
Nhưng luôn cân nhắc phương án bơm 1 cấp mạnh hơn hoặc bơm đa tầng nếu bài toán thiên về head

18.3. Nước sạch inox/ăn mòn nhẹ

Cân nhắc vật liệu thủy lực: nhóm máy bơm nước Pentax CMS (ví dụ Máy bơm nước Pentax CMS32C/5.5, Máy bơm Pentax CMS50C/18.5) tùy điều kiện chất lỏng và tiêu chuẩn dự án

18.4. Hệ đa thương hiệu

Trong nhiều dự án, hồ sơ có thể xuất hiện đồng thời máy bơm nước Pentax, máy bơm nước Ebara, với các lựa chọn thuộc nhóm máy bơm Ebara 3M hoặc máy bơm nước Ebara 3D để tương thích tiêu chuẩn/đồng bộ vật tư. Dù chọn hãng nào, nguyên tắc Q–H và hệ thống vẫn là nền tảng bắt buộc.

19) Kết luận: chọn series hay parallel là chọn “hình dạng bài toán”

Nếu bài toán thiếu cột áp (H) → nghiêng về nối tiếp (series), vì H cộng lại theo Q.
Nếu bài toán thiếu lưu lượng (Q) và có nhu cầu biến thiên → nghiêng về song song (parallel), vì Q cộng lại theo H.
Dù chọn kiểu nào, bạn luôn phải:
- Dựng đường cong hệ thống
- Tìm điểm làm việc thật
- Kiểm tra NPSH, công suất, vùng ổn định, min/max flow
- Thiết kế ống – van – điều khiển đúng cách

Nếu bạn muốn, bạn có thể đưa mình Q/H mục tiêu + chiều dài ống + DN dự kiến + chênh cao + số lượng van/cút chính, mình sẽ giúp bạn phác nhanh H_system, gợi ý chọn song song hay nối tiếp, và minh họa cách “cộng đường cong” để ra quyết định rõ ràng (vẫn theo đúng các dòng máy bơm nước công nghiệp Pentax bạn đang dùng).

Sign up for Newsletter