Nguyên lý cấu tạo máy bơm định lượng

Máy bơm định lượng là một loại máy bơm chuyên dụng, được thiết kế để cung cấp một lượng chất lỏng chính xác với tốc độ ổn định vào một hệ thống. Những máy bơm này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như xử lý nước, hóa chất, thực phẩm, dược phẩm, và nhiều lĩnh vực khác, nơi yêu cầu độ chính xác cao trong việc đo lường và bơm chất lỏng.

I. Cấu tạo chi tiết của máy bơm định lượng

1. Động cơ (Motor):

• Chức năng: Cung cấp năng lượng cho máy bơm hoạt động.
• Chi tiết: Động cơ của máy bơm định lượng thường là loại động cơ điện, có thể là động cơ một chiều (DC) hoặc xoay chiều (AC), tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Động cơ được kết nối với bộ truyền động và có thể được điều khiển bởi các mạch điện tử để điều chỉnh tốc độ và hiệu suất bơm.

2. Bộ truyền động (Drive Mechanism):

• Chức năng: Truyền năng lượng từ động cơ đến đầu bơm, chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động cơ học cần thiết để bơm chất lỏng.
• Chi tiết: Có nhiều loại cơ cấu truyền động khác nhau, phổ biến nhất là:
  • Trục vít (Screw): Sử dụng vít và đai ốc để tạo chuyển động tiến lùi cho màng bơm hoặc piston.
  • Bánh răng (Gear): Sử dụng bộ truyền động bánh răng để tăng cường và điều chỉnh lực truyền từ động cơ.
  • Cam (Cam): Cơ cấu cam chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tiến lùi.

3. Đầu bơm (Pump Head):

• Chức năng: Là phần chính của máy bơm thực hiện việc di chuyển chất lỏng.
• Chi tiết: Đầu bơm thường bao gồm:
  • Màng bơm (Diaphragm): Màng làm bằng cao su, Teflon, hoặc các vật liệu đặc biệt khác có độ bền cao, chịu được hóa chất. Màng bơm di chuyển lên và xuống nhờ chuyển động của bộ truyền động, tạo ra áp suất để hút và đẩy chất lỏng.
  • Piston: Trong một số thiết kế khác, thay vì sử dụng màng bơm, bơm có thể sử dụng piston. Piston di chuyển trong một xi lanh, đẩy chất lỏng ra khỏi buồng bơm khi di chuyển về phía trước và hút chất lỏng vào khi di chuyển về phía sau.
  • Van hút và van xả (Suction Valve và Discharge Valve): Các van này kiểm soát dòng chảy của chất lỏng, cho phép chất lỏng chỉ đi theo một chiều. Van hút mở khi màng bơm hoặc piston tạo ra áp suất âm (hút), và van xả mở khi tạo ra áp suất dương (đẩy).

4. Buồng chứa chất lỏng (Liquid Chamber):

• Chức năng: Là nơi chứa chất lỏng trong suốt quá trình bơm.
• Chi tiết: Buồng chứa chất lỏng là một phần không gian được giới hạn bởi màng bơm hoặc piston. Khi màng bơm di chuyển, thể tích của buồng này thay đổi, tạo ra áp suất hút hoặc đẩy chất lỏng vào và ra khỏi bơm.

5. Bộ điều khiển (Controller):

• Chức năng: Điều khiển và điều chỉnh hoạt động của máy bơm, đặc biệt là lưu lượng, tần số, và thời gian bơm.
• Chi tiết: Bộ điều khiển có thể là loại cơ học (dùng nút vặn, cần gạt) hoặc loại điện tử (sử dụng màn hình kỹ thuật số, bộ điều khiển lập trình logic – PLC). Chức năng của bộ điều khiển bao gồm thiết lập tốc độ động cơ, điều chỉnh lưu lượng bơm, và lập trình các chu kỳ bơm tự động.

6. Cảm biến và bộ phận bảo vệ (Sensors and Safety Components):

• Chức năng: Đảm bảo an toàn và bảo vệ cho máy bơm trong quá trình hoạt động.
• Chi tiết: Các cảm biến (như cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng, cảm biến nhiệt độ) giúp giám sát hoạt động của máy bơm và cung cấp dữ liệu để điều chỉnh phù hợp. Các bộ phận bảo vệ như van xả áp, bộ ngắt khẩn cấp giúp ngăn ngừa quá tải, quá nhiệt hoặc tình trạng bơm khô.

II. Nguyên lý hoạt động của máy bơm định lượng

Máy bơm định lượng hoạt động dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích trong buồng bơm để tạo áp suất hút và đẩy chất lỏng. Quá trình này diễn ra theo các bước sau:

1. Chu kỳ hút (Suction Stroke):

• Khi động cơ hoạt động, màng bơm hoặc piston di chuyển ra xa khỏi buồng chứa chất lỏng, làm tăng thể tích buồng.
• Sự gia tăng thể tích tạo ra áp suất âm trong buồng, khiến van hút mở ra và chất lỏng từ nguồn cung cấp được hút vào buồng chứa.

2. Chu kỳ đẩy (Discharge Stroke):

• Khi màng bơm hoặc piston di chuyển về phía buồng chứa, thể tích trong buồng giảm, tạo ra áp suất dương.
• Áp suất này khiến van hút đóng lại và van xả mở ra, đẩy chất lỏng ra khỏi buồng bơm vào đường ống dẫn.

3. Chu kỳ định lượng (Metering Cycle):

• Bộ điều khiển sẽ kiểm soát tần số và độ dài của chu kỳ hút và đẩy, từ đó xác định chính xác lượng chất lỏng được bơm trong mỗi chu kỳ.
• Thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ và chuyển động của màng bơm hoặc piston, máy bơm định lượng có thể bơm một lượng chất lỏng chính xác theo yêu cầu.
• Đây là điểm khác so với các loại máy bơm khác, ví dụ như bơm ly tâm Pentax được thiết kế chỉ tối ưu để bơm lưu lượng lớn.

III. Ưu điểm và hạn chế của máy bơm định lượng

1. Ưu điểm:

• Độ chính xác cao: Máy bơm định lượng có khả năng cung cấp một lượng chất lỏng rất chính xác, phù hợp cho các ứng dụng cần độ chính xác cao.
• Linh hoạt: Có thể bơm được nhiều loại chất lỏng, bao gồm các chất có độ nhớt khác nhau, hóa chất ăn mòn, hoặc chất lỏng có tính chất đặc biệt.
• Điều chỉnh dễ dàng: Có thể điều chỉnh lưu lượng và tần số bơm dễ dàng thông qua bộ điều khiển.

2. Hạn chế:

• Chi phí đầu tư cao: Do yêu cầu về độ chính xác và chất lượng cao, máy bơm định lượng thường có giá thành cao hơn so với các loại máy bơm khác.
• Bảo trì phức tạp: Để duy trì độ chính xác, máy bơm định lượng cần được bảo trì và kiểm tra định kỳ, nhất là khi làm việc với các chất ăn mòn hoặc có tính chất đặc biệt.
• Giới hạn về lưu lượng: Máy bơm định lượng thường không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu lưu lượng rất lớn, do giới hạn về công suất và thiết kế.

IV. Ứng dụng của máy bơm định lượng

• Xử lý nước: Dùng để bơm các hóa chất xử lý như clo, axit, kiềm, chất chống cáu cặn, chất khử trùng.
• Công nghiệp hóa chất: Bơm các loại hóa chất trong quá trình sản xuất, pha trộn.
• Dược phẩm và thực phẩm: Bơm các chất lỏng như hương liệu, dung dịch, thuốc thử trong sản xuất thuốc và thực phẩm.
• Nông nghiệp: Sử dụng để bơm phân bón lỏng, hóa chất bảo vệ thực vật với liều lượng chính xác.

Với các tính năng và đặc điểm trên, máy bơm định lượng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, nơi yêu cầu sự chính xác và độ tin cậy cao trong việc bơm các chất lỏng đặc thù.