Đặt thông số của 2V80 và V0100 cạnh nhau, phản ứng đầu tiên của nhiều người là không đáng: động cơ của cả hai máy bơm đều là 3 kW, bơm một cấp V0100 có tốc độ hút 100 m³/h, bơm hai cấp 2V80 chỉ có 74 m³/h. Tốc độ hút nhỏ hơn, công suất như nhau, dựa vào đâu để chọn loại hai cấp.
Câu trả lời nằm ở một dòng khác trong bảng thông số — chân không tới hạn. V0100 là 0.1 mbar, 2V80 là 4×10⁻⁴ mbar. Giữa hai con số này không phải chênh lệch một chút dự phòng, mà là hai bậc độ lớn, và cũng quyết định có những công đoạn mà bơm một cấp không thể vào được.
1. Khác nhau ở đâu về kết cấu
Bơm một cấp chỉ có một khoang làm việc: nạp khí, nén, xả, hoàn thành một lần. Chân không tới hạn bị giới hạn bởi tỷ số nén mà cấp cuối cùng có thể tạo ra, cộng thêm ảnh hưởng của van xả, rò rỉ qua khe hở, áp suất hơi bão hòa của dầu bơm; đạt 0.1 mbar đã thuộc mức của kết cấu một cấp thông thường.
Bơm hai cấp là hai khoang mắc nối tiếp, khí trước tiên được cấp thứ nhất nén đến một áp suất trung gian, rồi vào cấp thứ hai nén tiếp và xả ra. Tỷ số nén mà mỗi cấp phải chịu nhỏ đi, ảnh hưởng tương đối của rò rỉ và dòng chảy ngược theo đó giảm xuống, áp suất có thể đạt ở đầu cuối thấp hơn nhiều. 2V80 khi tắt ballast khí đạt 4×10⁻⁴ mbar, 2V275 là 5×10⁻⁴ mbar.
Cái giá cũng trực tiếp: cùng một công suất phải dẫn động hai cấp, ở giữa còn thêm một bộ kênh giữa các cấp, nên tốc độ hút danh nghĩa ở 50Hz chỉ còn 74 m³/h (2V80). Tử số là tổn thất hiệu suất của nén hai cấp, mẫu số là tổn thất cơ khí tăng thêm.
2. Sự khác biệt giữa hai máy bơm
| Hạng mục | 2V80 (hai cấp) | V0100 (một cấp) |
|---|---|---|
| Tốc độ hút danh nghĩa 50/60Hz | 74 / 90 m³/h | 100 / 110 m³/h |
| Chân không tới hạn (tắt ballast khí) | 4×10⁻⁴ mbar | 0.1 mbar |
| Chân không tới hạn (mở ballast khí) | 5×10⁻³ mbar | 0.5 mbar |
| Công suất động cơ | 3 kW | 3.0 kW |
| Cửa nạp / cửa xả | ISO40(KF40) / NW25(KF25) | G1 1/4" / G1 1/4" |
| Độ ồn | 70 dB | Xem nhãn model |
| Lượng dầu | 5 L | 2 L |
| Trọng lượng | 125 kg | 75 kg |
Trong bảng, dòng đáng xem kỹ là dòng mở ballast khí. Bơm một cấp V0100 sau khi mở ballast khí có chân không tới hạn giảm xuống 0.5 mbar, bơm hai cấp 2V80 khi mở ballast khí vẫn còn 5×10⁻³ mbar. Khi hút vật liệu có hơi nước, có dung môi, ballast khí phải mở trong thời gian dài, áp suất mà hai loại bơm giữ được chênh nhau trọn hai bậc độ lớn. Điểm này trong các công đoạn sấy, khử khí, hút sơ bộ vật liệu ẩm có ý nghĩa hơn giá trị tới hạn khi tắt ballast khí.
3. Một ví dụ tính: khoang 1.2 m³ hút đến 5×10⁻² mbar
Giả sử một lò xử lý nhiệt, thể tích thực của khoang là 1.2 m³ (không tính chỗ chiếm bởi đồ gá), công đoạn yêu cầu hút đến 5×10⁻² mbar, nhịp độ yêu cầu đạt mức trong 20 phút.
Dùng cách ước tính theo tốc độ hút không đổi thường dùng ở giai đoạn hút thô:
t = (V / S) × ln(P₁ / P₂)
trong đó V là thể tích khoang, S là tốc độ hút danh nghĩa của bơm (m³/s), P₁ lấy áp suất khí quyển 1013 mbar, P₂ là áp suất mục tiêu.
2V80, tốc độ hút ở 50Hz 74 m³/h = 0.0206 m³/s:
Hằng số thời gian V/S = 1.2 / 0.0206 ≈ 58.4 s Tỷ số áp suất ln(1013 / 0.05) ≈ 9.92 t ≈ 58.4 × 9.92 ≈ 579 s, khoảng 9.6 phút
V0100 tính theo cùng công thức, tốc độ hút 0.0278 m³/s, hằng số thời gian 43.2 s, kết quả khoảng 7.1 phút — tính ra được, nhưng tiền đề là bơm đến được 5×10⁻² mbar. Chân không tới hạn của nó là 0.1 mbar, áp suất mục tiêu này nó không giữ được, nửa sau của công thức không có ý nghĩa.
Xem thêm phần dự phòng. Ước tính trên giả định tốc độ hút không đổi, khoang không rò rỉ, thành trong không nhả khí; trong thực tế cả ba điều này đều không đúng. Trong kỹ thuật, để dư khoảng 1.5 lần thì tương đối chắc: thời gian hút thực tế của 2V80 rơi vào 14~15 phút, vẫn nằm trong cửa sổ 20 phút; nếu khoang có lớp cách nhiệt, diện tích bề mặt đồ gá lớn, hoặc bản thân vật liệu có khí, hệ số này phải nâng lên, phần dư 20 phút sẽ không còn nhiều.
Cùng một lò nếu ở mức 4 m³, hằng số thời gian của 2V80 không đủ dùng, đổi sang 2V275 (255 m³/h, 7.5 kW, 5×10⁻⁴ mbar): hằng số thời gian 56.5 s, giá trị lý tưởng khoảng 9.3 phút, để dư 1.5 lần thì khoảng 14 phút.
4. Công đoạn nào đáng dùng loại hai cấp
- Áp suất mục tiêu thấp hơn 0.1 mbar. Đây là ngưỡng cứng, kết cấu một cấp không đạt tới, không có chỗ để bàn.
- Cần mở ballast khí trong thời gian dài. Hút vật liệu ẩm, hút dung môi, hút phụ phẩm phản ứng, loại hai cấp khi ở trạng thái ballast khí vẫn giữ được mức 10⁻³ mbar, loại một cấp chỉ đến 0.5 mbar.
- Nhạy với dầu hồi lưu. Hai cấp nối tiếp, tỷ số nén mỗi cấp phải chịu nhỏ, gradient áp suất giữa các cấp và phía xả thoải hơn, đường hồi dầu khi dừng máy ngắn hơn so với loại một cấp. Ở nơi yêu cầu độ sạch khoang cao, điểm này ảnh hưởng đến tỷ lệ thành phẩm nhiều hơn chân không tới hạn.
- Cần nền sâu hơn rồi ghép bơm Roots. Cấp tăng áp Roots có thể khuếch đại tốc độ hút, nhưng áp suất tới hạn của bơm sơ cấp quyết định áp suất thấp nhất mà cả cụm có thể đạt. Bơm sơ cấp dừng ở 0.1 mbar, bơm Roots có lớn đến đâu cũng không xuống được.
5. Công đoạn nào không cần dùng loại hai cấp
- Giữ chân không, gắp chuyển, đóng gói, gắn chip — những trường hợp chỉ dùng từ vài chục đến vài trăm mbar, mức 0.1 mbar của loại một cấp đã vượt xa nhu cầu;
- Dây chuyền có lượng bụi lớn, chu kỳ bảo trì ngắn, kết cấu hai cấp có khối lượng tháo kiểm tra lớn, lượng dầu 5 L so với 2 L, chi phí thay dầu cũng cao hơn;
- Không gian và tải trọng tại chỗ bị hạn chế. 2V80 nặng 125 kg, V0100 là 75 kg, khung máy và đệm giảm chấn phải tính lại theo trọng lượng.
6. Ba điều dễ bỏ qua khi lắp đặt phụ trợ
- Không thể ghép tạm phần kết nối. Cửa nạp của 2V80 là ISO40(KF40), V0100 là ren G1 1/4", đường ống và van phải cấu hình lại theo cỡ miệng, đừng dùng ống chuyển cỡ để nối gượng; tổn thất áp suất của đoạn chuyển cỡ trong giai đoạn hút thô là tổn thất tốc độ hút thực sự.
- Khí xả phải dẫn ra ngoài. Cửa xả của bơm hai cấp là NW25(KF25), nhỏ hơn cửa nạp nhiều; áp suất ngược đầu xả cao lên thì chân không tới hạn sẽ kém đi, đường kính và chiều dài ống xả phải tính theo lưu lượng xả.
- Khu vực 60Hz phải xác nhận trước. 2V80 ở 60Hz có tốc độ hút 90 m³/h, nhưng một số model không phù hợp với khu vực 60Hz; trước khi đặt hàng dự án xuất khẩu phải xác nhận nguồn điện và model tương thích.
Quay lại câu hỏi ban đầu: 4×10⁻⁴ mbar có đáng không, không xem bảng thông số bên nào có số lớn hơn, mà xem áp