Máy bơm bị xâm thực: 7 nguyên nhân và cách xử lý

Máy bơm bị xâm thực có thể phát ra tiếng lạo xạo, rung mạnh, giảm lưu lượng và làm rỗ bề mặt cánh bơm. Muốn xử lý đúng cần kiểm tra đồng thời mực nước hút, đường ống, lưu lượng và điều kiện NPSH của hệ thống.

Máy bơm bị xâm thực là gì?

Xâm thực xảy ra khi áp suất cục bộ trong dòng chất lỏng giảm xuống đủ thấp để hình thành các bong bóng hơi. Khi các bong bóng này di chuyển sang vùng có áp suất cao hơn, chúng sụp vỡ nhanh và tạo ra các xung lực nhỏ liên tục tác động lên bề mặt cánh bơm.

Quá trình kéo dài có thể dẫn đến:

• tiếng ồn
• rung
• giảm cột áp
• giảm lưu lượng
• giảm hiệu suất
• xói rỗ cánh bơm
• giảm tuổi thọ thiết bị.

Vì vậy, xâm thực không chỉ là vấn đề tiếng ồn mà còn phản ánh điều kiện hút hoặc điểm vận hành của hệ thống đang không phù hợp.

5 dấu hiệu máy bơm có thể đang bị xâm thực

Xâm thực thường tạo ra một số biểu hiện khá đặc trưng trong quá trình vận hành. Tuy nhiên, không nên chỉ dựa vào một dấu hiệu riêng lẻ mà cần đối chiếu đồng thời tiếng ồn, độ rung, lưu lượng và tình trạng cánh bơm.

Tiếng kêu lạo xạo

Một dấu hiệu thường gặp là tiếng kêu giống như có sỏi hoặc cát va đập bên trong thân bơm. Âm thanh thường tăng lên khi lưu lượng tăng hoặc mực nước phía hút giảm.

Máy bơm rung mạnh hơn bình thường

Xâm thực làm dòng chảy qua cánh không ổn định và có thể khiến độ rung tăng.

Tuy nhiên, rung cũng có thể do:

• lệch tâm
• ổ bi
• móng máy
• mất cân bằng cánh
• đường ống truyền rung.

Do đó không nên chỉ dựa vào rung để kết luận xâm thực.

Lưu lượng hoặc cột áp giảm

Khi bong bóng hơi xuất hiện trong vùng dòng chảy qua cánh, khả năng truyền năng lượng của bơm bị ảnh hưởng. Kết quả có thể là lưu lượng hoặc cột áp thấp hơn trạng thái vận hành bình thường.

Thông số vận hành dao động

Áp suất, lưu lượng và độ rung có thể không ổn định dù tốc độ motor không thay đổi.

Cánh bơm xuất hiện vết rỗ

Xâm thực kéo dài có thể tạo các vùng rỗ nhỏ, bề mặt giống tổ ong trên cánh hoặc các khu vực chịu tác động mạnh của dòng chảy. Đây là dấu hiệu cần kiểm tra toàn bộ điều kiện vận hành thay vì chỉ sửa hoặc thay cánh. 

7 nguyên nhân khiến máy bơm bị xâm thực

Xâm thực thường không xuất phát từ một nguyên nhân duy nhất. Phần lớn trường hợp liên quan tới điều kiện hút, tổn thất đường ống hoặc điểm vận hành của bơm thay đổi so với thiết kế ban đầu.

1. Mực nước phía hút xuống quá thấp

Đây là nguyên nhân rất thường gặp tại trạm bơm lấy nước từ:

• sông
• hồ
• kênh
• bể chứa.

Khi mực nước nguồn giảm, điều kiện hút của máy bơm trở nên bất lợi hơn. Có thể hình dung: Mực nước giảm → chiều cao hút tăng → áp suất tại đầu hút giảm→ NPSHA giảm → nguy cơ xâm thực tăng.

Tình trạng này đặc biệt cần chú ý vào mùa khô khi mực nước sông, hồ hoặc kênh xuống thấp. Nếu máy bơm chỉ bắt đầu xuất hiện tiếng ồn và rung khi nguồn nước giảm, cần ưu tiên kiểm tra cao trình mực nước trước.

2. Máy bơm đặt quá cao so với nguồn nước

Vị trí lắp đặt máy bơm ảnh hưởng trực tiếp tới điều kiện hút. Nếu tâm bơm nằm quá cao so với mặt nước, bơm phải làm việc với chiều cao hút lớn hơn. Khi đó áp suất ở cửa hút có thể giảm và làm giảm NPSHA của hệ thống.

Nếu điều kiện công trình cho phép, phương án bố trí bơm thấp hơn hoặc đảm bảo cột nước dương phía hút có thể cải thiện đáng kể điều kiện vận hành. Tuy nhiên, thay đổi cao trình bơm phải được đánh giá dựa trên toàn bộ thiết kế trạm chứ không chỉ nhằm xử lý riêng hiện tượng xâm thực.

3. Tổn thất đường ống hút quá lớn

Ngay cả khi mực nước nguồn vẫn bình thường, máy bơm vẫn có thể thiếu NPSH nếu tổn thất trên đường hút quá lớn.

Một số nguyên nhân:

• đường ống hút quá dài
• đường kính ống nhỏ
• nhiều co cút
• nhiều phụ kiện
• van mở chưa hết
• lưới chắn rác bị tắc
• rọ hút bám bẩn
• cặn tích tụ trong đường ống.

Khi lưu lượng tăng, tổn thất đường ống cũng tăng theo. Do đó có những hệ thống vận hành bình thường ở lưu lượng thấp nhưng bắt đầu xuất hiện xâm thực khi tăng công suất.

Khi kiểm tra nên đi từ: cửa lấy nước → lưới rác → đường hút → van → phụ kiện → cửa vào bơm.

4. Máy bơm đang chạy với lưu lượng quá lớn

Lưu lượng thực tế có ảnh hưởng lớn tới điều kiện hút.

Khi lưu lượng tăng:

• vận tốc trong đường hút tăng;
• tổn thất ma sát tăng;
• áp suất cửa hút có thể giảm;
• yêu cầu NPSH của bơm cũng thay đổi theo điểm vận hành.

Một dấu hiệu rất đáng chú ý là: Máy bơm chạy êm ở lưu lượng thấp nhưng bắt đầu kêu và rung khi tăng lưu lượng.

Trong trường hợp này cần kiểm tra lại điểm vận hành trên đường đặc tính của bơm thay vì chỉ tập trung vào tình trạng cơ khí.

5. Nhiệt độ chất lỏng tăng cao

Nhiệt độ ảnh hưởng tới áp suất hơi của chất lỏng. Khi nhiệt độ tăng, điều kiện hình thành bong bóng hơi có thể xuất hiện sớm hơn. Do đó cùng một hệ thống bơm, điều kiện chống xâm thực có thể thay đổi khi nhiệt độ chất lỏng thay đổi đáng kể.

Đây là yếu tố đặc biệt cần lưu ý trong các hệ thống bơm nước nóng hoặc chất lỏng có nhiệt độ biến động.

6. Máy bơm vận hành quá xa điểm làm việc phù hợp

Máy bơm không nên chỉ được đánh giá theo tiêu chí “vẫn chạy được”. Mỗi máy có một vùng vận hành phù hợp xung quanh điểm hiệu suất tốt nhất – BEP. Nếu bơm làm việc quá xa vùng này, dòng chảy bên trong bánh công tác có thể xuất hiện:

• tuần hoàn cục bộ;
• tách dòng;
• tải thủy lực không đều;
• rung;
• tiếng ồn;
• xâm thực cục bộ.

ANSI/HI 9.6.3:2024 hiện có hướng dẫn riêng về vùng vận hành của bơm roto động, trong khi ANSI/HI 9.6.1:2024 tập trung vào NPSH Margin.

Vì vậy, khi xâm thực xuất hiện sau khi thay đổi lưu lượng hoặc tốc độ bơm, cần kiểm tra lại operating point thay vì chỉ kiểm tra đường hút.

7. Điều kiện dòng chảy tại buồng hút không phù hợp

Đối với các trạm bơm lớn, hình dạng buồng hút và dòng nước tới máy bơm cũng rất quan trọng.

Một số tình trạng cần chú ý:

• độ ngập cửa hút không đủ;
• dòng nước tới bơm không đều;
• xuất hiện xoáy mặt nước;
• không khí bị hút vào;
• rác làm thay đổi dòng chảy;
• bố trí nhiều bơm gây ảnh hưởng lẫn nhau.

Khi dòng nước tới cửa hút không ổn định, máy bơm có thể vừa rung, vừa hút khí và xuất hiện các hiện tượng giống xâm thực. Vì vậy cần đánh giá cả điều kiện thủy lực của buồng hút.

NPSHA và NPSHR liên quan gì tới xâm thực?

NPSH là thông số rất quan trọng khi đánh giá khả năng xảy ra xâm thực. TCVN 8639:2023 hiện là tiêu chuẩn còn hiệu lực về thử nghiệm các thông số cơ bản của máy bơm ly tâm, hỗn lưu và hướng trục sử dụng trong trạm bơm công trình thủy lợi; tiêu chuẩn này đã thay thế TCVN 8639:2011.

NPSHA

NPSHA là phần NPSH mà hệ thống thực tế có thể cung cấp tại đầu hút máy bơm.

Nó chịu ảnh hưởng bởi:

• mực nước nguồn;
• cao trình máy bơm;
• áp suất môi trường;
• nhiệt độ chất lỏng;
• tổn thất đường hút;
• lưu lượng vận hành.

NPSHR

NPSHR là mức NPSH yêu cầu của máy bơm tại điều kiện vận hành nhất định và thường được thể hiện trên dữ liệu hoặc đường đặc tính của nhà sản xuất. Không chỉ cần NPSHA lớn hơn NPSHR Một cách hiểu đơn giản thường gặp là: NPSHA > NPSHR. Nhưng trong thiết kế và đánh giá vận hành thực tế còn cần xem xét NPSH Margin.

ANSI/HI 9.6.1:2024 đưa ra hướng dẫn về NPSH Margin cho bơm roto động và nhấn mạnh khoảng dự phòng cần được xác định theo ứng dụng, đặc tính bơm và điều kiện hệ thống. Margin không đủ có thể liên quan tới tiếng ồn, rung, suy giảm hiệu suất và độ tin cậy.

Do đó không nên chỉ thấy NPSHA cao hơn NPSHR một lượng rất nhỏ rồi kết luận hệ thống chắc chắn vận hành tốt.

Máy bơm rung và kêu có chắc là xâm thực?

Không. Đây là bước chẩn đoán rất quan trọng.

Hiện tượng	Nguyên nhân nghi ngờ	Ưu tiên kiểm tra
Kêu như có sỏi, lưu lượng giảm	xâm thực	mực nước, NPSH, đường hút
Rung nhưng lưu lượng ổn định	cơ khí	alignment, ổ bi, móng
Có nhiều bọt khí hoặc mất mồi	hút khí	đường hút, flange, độ ngập
Chỉ kêu khi tăng lưu lượng	thiếu NPSH	Q, NPSHR, tổn thất hút
Chỉ xảy ra khi mực nước giảm	NPSHA thấp	cao trình mực nước
Cánh xuất hiện rỗ mạnh	xâm thực kéo dài	cánh + điều kiện hút

Đặc biệt phải phân biệt giữa xâm thực và hút khí. Không khí đi vào đường hút cũng có thể gây:

• tiếng kêu;
• rung;
• giảm lưu lượng;
• vận hành không ổn định.

Nhưng nguyên nhân và hướng xử lý khác với cavitation.

Quy trình kiểm tra máy bơm nghi bị xâm thực

Thay vì tháo máy bơm ngay, nên kiểm tra theo trình tự.

Bước 1: Kiểm tra mực nước hút

So sánh mực nước hiện tại với:

• thời điểm máy bơm vận hành bình thường;
• cao trình thiết kế;
• yêu cầu độ ngập cửa hút.

Bước 2: Kiểm tra đường hút

Kiểm tra:

• lưới chắn rác;
• rọ hút;
• van;
• co;
• đường ống;
• các điểm có khả năng tắc nghẽn.

Bước 3: Kiểm tra khả năng hút khí

Quan sát:

• flange;
• khớp nối;
• gioăng;
• vị trí cửa hút;
• vortex trên mặt nước.

Bước 4: Xác định lưu lượng hiện tại

Cần biết bơm đang chạy ở bao nhiêu lưu lượng chứ không chỉ biết motor đang chạy.

Bước 5: Xác định NPSHA

Dựa trên điều kiện thực tế của hệ thống hút.

Bước 6: Đối chiếu với NPSHR

Lấy NPSHR tại đúng điểm lưu lượng đang vận hành từ dữ liệu của nhà sản xuất.

Bước 7: Kiểm tra NPSH Margin và điểm vận hành

Nếu margin nhỏ hoặc bơm đang chạy quá xa vùng làm việc phù hợp, cần xem xét điều chỉnh hệ thống.

Cách xử lý máy bơm bị xâm thực

Không có một giải pháp duy nhất cho mọi trường hợp.

Nếu do mực nước hút thấp

Có thể cần:

• tăng độ ngập;
• điều chỉnh thời điểm vận hành;
• giảm lưu lượng phù hợp;
• đánh giá lại cao trình bố trí bơm.

Nếu do tổn thất đường hút

Kiểm tra và xử lý:

• lưới rác;
• van;
• đường ống bị tắc;
• đường kính ống;
• số lượng phụ kiện;
• cấu hình đường hút.

Nếu do lưu lượng quá lớn

Cần đưa bơm về vùng vận hành phù hợp theo đường đặc tính và yêu cầu của hệ thống. Không nên tùy tiện đóng van phía hút để “chữa” xâm thực vì việc tăng thêm tổn thất phía hút có thể làm điều kiện NPSH xấu hơn.

Nếu do hút khí

Cần xử lý:

• điểm rò
• khớp nối
• flang
• vortex
• độ ngập cửa hút
• hình dạng dòng chảy vào bơm.

Nếu do bơm chọn không phù hợp

Cần đánh giá lại:

• lưu lượng thiết kế
• cột áp
• tốc độ
• NPSHR
• BEP
• vùng vận hành.

Trong một số trường hợp, xử lý triệt để cần thay đổi cấu hình bơm chứ không chỉ sửa đường ống.

Khi nào cần dừng máy bơm để kiểm tra?

Nên dừng và kiểm tra khi:

• tiếng cavitation tăng mạnh
• rung vượt mức bình thường
• lưu lượng giảm rõ rệt
• cột áp dao động
• motor có dấu hiệu quá tải
• cánh đã xuất hiện hư hỏng
• bơm mất mồi
• hiện tượng ngày càng nghiêm trọng.

Không nên tiếp tục vận hành kéo dài khi máy bơm đã có dấu hiệu xâm thực rõ rệt vì hư hỏng bề mặt cánh có thể tiếp tục phát triển.

Làm sao hạn chế xâm thực tái diễn?

Cần theo dõi đồng thời cả máy bơm và hệ thống.

Nên kiểm tra định kỳ:

• mực nước hút
• lưu lượng
• áp suất hút
• áp suất đẩy
• độ rung
• lưới chắn rác
• đường ống
• điểm vận hành
• tình trạng cánh bơm.

Đặc biệt tại các trạm bơm lấy nước từ sông hoặc hồ, nên lưu lại mối quan hệ giữa: mực nước nguồn – lưu lượng bơm – độ rung – áp suất hút. Dữ liệu này giúp phát hiện sớm thời điểm điều kiện hút bắt đầu trở nên bất lợi.

Kết luận

Máy bơm bị xâm thực không chỉ xuất phát từ bản thân máy bơm mà thường liên quan trực tiếp tới toàn bộ hệ thống hút.Quan trọng nhất là phân biệt đúng xâm thực với rung cơ khí và hút khí trước khi đưa ra phương án xử lý. Thay vì chỉ sửa cánh bơm sau khi bị rỗ, cần đánh giá lại NPSHA, NPSHR, NPSH Margin và điểm vận hành để xử lý nguyên nhân gốc.

PENSTOCK cung cấp các giải pháp thiết bị và cơ khí cho trạm bơm, hệ thống lấy nước, đường ống và công trình thủy lợi, hỗ trợ kiểm tra điều kiện vận hành và các sự cố liên quan đến hệ thống bơm.