Kiểm tra khi tốc độ bơm suy giảm

Tốc độ bơm chân không suy giảm tại hiện trường thường bị coi ngay là “bơm không ổn rồi”, nhưng sau khi thực tế tháo bơm ra, tỷ lệ phát hiện bơm không có vấn đề không thấp: khí đi vào từ chỗ khác, hoặc tốc độ bơm căn bản không truyền tới buồng. Đi theo thứ tự “trước tiên phân loại triệu chứng, sau đó đo dữ liệu, cuối cùng tháo máy”, trong hai ba giờ có thể thu hẹp phạm vi về một điểm.

Một, trước tiên chia triệu chứng thành hai loại

Các triệu chứng khác nhau chỉ ra nguyên nhân hoàn toàn khác nhau, hỏi rõ một câu có thể giảm một nửa đường vòng:

Triệu chứng	Căn cứ đánh giá	Hướng đến
Áp suất giới hạn không đạt	Sau khi đóng van, giá trị áp ổn định cao hơn áp suất giới hạn của bơm	Tốc độ rò, khí có thể ngưng tụ, dầu, khả năng giới hạn của bản thân bơm
Đạt được nhưng hút chậm	Giá trị áp ổn định bình thường, thời gian hút dài hơn trước	Tốc độ bơm hiệu dụng giảm: đường ống, lọc, trở lực cục bộ, rò trong bơm

Đối chiếu cột áp suất giới hạn của bơm: V0025A đến V0100 tắt ballast khí 0.1 mbar, bật ballast khí 0.5 mbar; V0160 đến V0302 tắt ballast khí 0.1 mbar (V0250, V0302 là 0.5 mbar); V630B tắt ballast khí ≤8×10⁻² mbar; 2V80 tắt ballast khí 4×10⁻⁴ mbar. Giá trị áp ổn định kẹt ở 0.08 mbar mà bơm là V0160, trước tiên đừng nghi bơm, hãy tính tải khí.

Hai, làm phương pháp tăng áp trước, chi phí tiết kiệm hơn

Đóng van nạp khí, cách ly buồng với bơm, ghi lại đường cong áp suất tăng theo thời gian. Tốc độ rò theo

Q = ΔP · V / t

Thay vào: buồng V = 2 m³, trong 300 s áp suất tăng từ 0.02 mbar lên 0.17 mbar, ΔP = 0.15 mbar, thì Q = 0.15 × 2 ÷ 300 × 1000 = 1 mbar·L/s.

Ảnh hưởng của tốc độ rò ở mức này lên V0160 hãy tính qua một lần: 160 m³/h đổi ra 44.4 L/s, chỉ riêng khoản rò khí đã nâng áp suất lên 1 ÷ 44.4 ≈ 0.023 mbar. Nói cách khác, bản thân bơm có thể đạt 0.1 mbar, nhưng hệ thống mãi dừng ở quanh 0.12 mbar, điều chỉnh thế nào cũng không xuống được.

Cùng một phép tính cũng có thể dùng ngược lại để định độ chính xác kiểm tra rò: một chiếc 2V80 (74 m³/h, khoảng 20.6 L/s) cần ổn định ở 1×10⁻³ mbar, giới hạn tốc độ rò cho phép là 1×10⁻³ × 20.6 ≈ 0.02 mbar·L/s, nhỏ hơn 1 mbar·L/s ở trên 48 lần. Mức này phương pháp tăng áp không phân biệt được, phải dùng phương pháp khí đánh dấu: ISO 20485:2017 quy định hai cách làm (kiểm tra rò chân không khi khí đi vào và kiểm tra rò bằng tăng áp khi khí đi ra), tiêu chuẩn trong nước tương ứng là GB/T 40335-2021, thực hiện theo phương thức sửa đổi được chấp nhận. Tốc độ quét của súng phun phải chậm, quét nhanh sẽ bỏ sót điểm rò nhỏ.

Đọc đường cong tăng áp có một điều kiện tiên quyết: đoạn vừa đóng van tăng nhanh là do thoát khí bề mặt và khí dư, phải đợi đường cong vào đoạn tuyến tính rồi mới lấy độ dốc, nếu không “tốc độ rò” tính ra sẽ là tốc độ thoát khí.

Ba, dùng đường cong hút để suy ngược tốc độ bơm hiệu dụng

Phương pháp tăng áp đã loại trừ rò, phần còn lại là tốc độ bơm. Quan hệ cơ bản của thời gian hút là

t = (V / S) · ln(p₁ / p₂)

Vẫn trên buồng 2 m³ xét một chiếc V0160 (danh nghĩa 160 m³/h): từ 1013 mbar hút xuống 10 mbar, t = (2 ÷ 160) × 3600 × ln(101.3) ≈ 208 s, ba phút rưỡi.

Hiện trường đo thực tế cùng đoạn này mất 210 s, nhìn qua còn được; nhưng đo là đoạn từ 100 mbar đến 10 mbar, giá trị lý thuyết chỉ có 104 s. Thay giá trị đo thực tế vào

S_eff = (V / t) · ln(p₁ / p₂)

tức là chỉ còn 49% tốc độ bơm danh nghĩa. Bơm đang quay, áp suất đang giảm, nhưng tốc độ bơm mà phía buồng nhận được giảm một nửa — lúc này cần kiểm tra là “giữa cửa bơm và buồng đã mất cái gì”, không phải cánh gạt của bơm.

Bốn, độ dẫn dòng đường ống: tính phần tốc độ bơm bị mất thành con số

Tốc độ bơm hiệu dụng, tốc độ bơm của bơm, độ dẫn dòng nối tiếp ba phần:

1/S_eff = 1/S_p + 1/C

Biết S_eff = 79 m³/h, S_p = 160 m³/h, suy ngược C:

C = (S_eff · S_p) / (S_p - S_eff)

Sau đó lấy kích thước thực tế để đối chiếu. DN50 (đường kính trong 5 cm), ống thẳng 4 m, hai khuỷu 90° quy đổi theo 20 lần đường kính ống tổng cộng 2 m chiều dài tương đương, tổng chiều dài tương đương 6 m. Độ dẫn dòng của ống tròn dài trong dòng chảy nhớt

Thay d = 0.05 m, L = 6 m: ở 100 mbar C ≈ 1.4×10⁴ L/s, ở 10 mbar khoảng 1.4×10³ L/s, ở 1 mbar là 142 L/s, ở 0.1 mbar chỉ còn 14.2 L/s. Trong dòng phân tử đổi sang C = 12.1 × d³ / L (d, L lấy cm, kết quả L/s), DN50, dài 600 cm tính ra chỉ còn 2.5 L/s.

Kết quả đối chiếu rất trực tiếp: độ dẫn dòng lý thuyết của đường ống quanh 10 mbar ở mức 5×10³ m³/h, độ dẫn dòng tương đương đo thực tế chỉ có 156 m³/h, lệch hơn một cấp độ lớn — vấn đề không nằm ở đường kính ống, mà ở một chỗ có trở lực cục bộ. Xếp theo xác suất: van bi chưa mở hết, lõi lọc đầu vào bám bụi, ống mềm bị áp suất âm hút bẹp, van một chiều kẹt ở trạng thái mở một nửa, đường kính trong ống xếp nhỏ hơn cửa bơm một cấp. Đoạn này cũng là điểm dễ bị bỏ qua khi lắp đặt, cửa nạp khí của V0160 là G2″, chỗ nối ống bị giảm đường kính, tức là làm cửa vào bị thu nhỏ vô ích.

Nhân tiện giải thích một loại phản hồi hiện trường khác: “hút xuống dưới 1 mbar là chậm đi”. Đây không phải ảo giác, ở 0.1 mbar độ dẫn dòng của cùng ống DN50 này chỉ có 51 m³/h, bơm có lớn hơn cũng bị đường ống chặn lại. Sau khi xác nhận đường ống không vấn đề mới kiểm tra bơm: mức dầu và loại dầu, dầu có bị nhũ hóa không, lọc đầu vào có tắc không, cánh gạt và lá van xả có mòn không, lõi tách sương dầu có tắc không (áp suất ngược phía xả tăng sẽ làm tốc độ bơm giảm suốt cả đoạn), cao su khớp nối có bị trượt không. Tốc độ quay cũng phải kiểm tra: cùng một chiếc bơm ở 50Hz và 60Hz có tốc độ bơm khác nhau (V0160 là 160 / 190 m³/h), nhưng một số model không phù hợp với khu vực 60Hz, trước khi đổi tần số hoặc xuất khẩu phải xác nhận với nhà máy cấu hình động cơ và tốc độ quay, không thể quy đổi trực tiếp theo catalogue.

Năm, bơm không vấn đề, đường ống cũng không vấn đề, thì xét môi chất

Với điều kiện làm việc có hơi nước, hơi dung môi, bơm có thể mang khí đi, nhưng thành phần có thể ngưng tụ sẽ tích tụ trong dầu bơm, dầu vừa nhũ hóa, áp suất giới hạn và tốc độ bơm cùng giảm. Cách xử lý loại điều kiện làm việc này là bật ballast khí: cái giá được ghi rõ trên catalogue — V0025A đến V0100 tắt ballast khí 0.1 mbar, bật ballast khí 0.5 mbar, V630B từ ≤8×10⁻² thành ≤0.7 mbar. Sau khi bật ballast khí áp suất giới hạn kém đi là do thiết kế như vậy, không thuộc về hư hỏng; lúc này nên xem thời gian hút và tình trạng dầu, không lấy áp suất giới hạn làm tiêu chí nữa. Chu kỳ thay dầu của bơm kín dầu xác định theo điều kiện làm việc, cách đánh giá cụ thể xem thêm Bơm chân không bao lâu thay dầu một lần.

Sáu, tổng hợp thứ tự kiểm tra

Ghi lại dữ liệu hiện trường: thể tích buồng, áp suất mục tiêu, thời gian hút, giá trị áp ổn định, loại dầu và giờ vận hành.
Tính tốc độ rò bằng phương pháp tăng áp, so với giá trị cho phép; vượt thì dùng phương pháp khí đánh dấu để xác định điểm.
Suy ngược tốc độ bơm hiệu dụng từ đường cong hút, so với tốc độ bơm danh nghĩa.
Suy ngược độ dẫn dòng tương đương, so với độ dẫn dòng lý thuyết tính theo đường kính ống, phán đoán là vấn đề đường kính ống hay trở lực cục bộ.
Kiểm tra độ mở van, lõi lọc, ống mềm, van một chiều.
Kiểm tra bản thân bơm: dầu, lọc, cánh gạt, áp suất ngược phía xả.
Kiểm tra lại việc chọn model đặt ở phía sau — nếu S_eff đo thực tế luôn lệch một khoảng so với nhu cầu điều kiện làm việc, dùng công cụ tính chọn bơm tính lại theo thể tích buồng và thời gian hút, đừng thêm tiền trên model cũ để đổi sang bơm lớn hơn một cỡ.

Giá trị của thứ tự này nằm ở chỗ mỗi bước đều có con số, có thể tách “tốc độ bơm không ổn” thành “tốc độ rò bao nhiêu, độ dẫn dòng bao nhiêu, bơm còn bao nhiêu”. Khi thông số không khớp, trước tiên xem giá trị catalogue của bơm cánh gạt quay kín dầu một cấp V0160–V0302 và bơm cánh gạt quay kín dầu hai cấp 2V80 / 2V275, rồi quay lại câu hỏi thường gặp đối chiếu tiêu chí chọn model.

Bài đọc liên quan

Giải đáp câu hỏi thường gặp

Khi tốc độ bơm suy giảm, nên kiểm tra bơm trước hay đường ống trước?

Kiểm tra đường ống và tốc độ rò trước. Lấy V0160 làm ví dụ, danh nghĩa 160 m³/h, đo thực tế từ 100 mbar đến 10 mbar mất 210 s, suy ngược tốc độ bơm hiệu dụng chỉ còn 79 m³/h, độ dẫn dòng tương đương 156 m³/h; trong khi ống DN50 cùng kích thước ở 10 mbar có độ dẫn dòng lý thuyết ở mức 5000 m³/h, lệch một cấp độ lớn cho thấy trở lực nằm ở chi tiết cục bộ, trước khi tháo bơm hãy kiểm tra van và lõi lọc.

Phương pháp tăng áp đo được 1 mbar·L/s có tính là lớn không?

Tùy tốc độ bơm. 1 mbar·L/s đi với tốc độ bơm hiệu dụng 44.4 L/s sẽ nâng áp suất lên 0.023 mbar, với điều kiện làm việc 0.1 mbar còn chịu được; nhưng 2V80 cần làm việc ở 1×10⁻³ mbar, tốc độ rò cho phép chỉ 0.02 mbar·L/s, cùng tốc độ rò này vượt giới hạn 48 lần, phải dùng phương pháp khí đánh dấu để xác định vị trí.

Sau khi bật ballast khí, áp suất giới hạn kém hơn, có phải bơm hỏng không?

Không phải. V0025A đến V0100 tắt ballast khí 0.1 mbar, bật ballast khí 0.5 mbar; V630B từ ≤8×10⁻² mbar thành ≤0.7 mbar, đây là giá trị thiết kế sau khi ballast khí chia dòng. Điều kiện làm việc có khí có thể ngưng tụ nên đánh giá theo thời gian hút và tình trạng dầu, không lấy áp suất giới hạn làm tiêu chí.

Hút xuống dưới 1 mbar rõ ràng chậm hơn, có phải tốc độ bơm không đủ không?

Phần nhiều là do đường ống. Ống DN50, chiều dài tương đương 6 m ở 0.1 mbar có độ dẫn dòng khoảng 51 m³/h, khi vào dòng phân tử tính theo C = 12.1×d³/L chỉ còn 2.5 L/s, bơm có lớn hơn cũng bị chặn. Trước tiên rút ngắn chiều dài ống, tăng đường kính trong, rồi mới xem xét thay bơm.