Mối quan hệ giữa áp suất đầu vào/đầu ra của bơm và cột áp

Công thức cốt lõi (Công thức quan trọng nhất)

Cột áp (H) = (Áp suất đầu ra của bơm - Áp suất đầu vào của bơm) / (Mật độ chất lỏng × Gia tốc trọng trường)

Được biểu thị bằng các ký hiệu:

H = (P2 - P2) / (ρ × g)

Ở đâu:

H: Cột áp do máy bơm tạo ra, được đo bằng mét (m).

P₂: Áp suất tuyệt đối tại mặt bích đầu ra của bơm, thường được tính bằng Pascal (Pa).

P₁: Áp suất tuyệt đối tại mặt bích đầu vào của bơm, thường được tính bằng Pascal (Pa).

ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng được bơm, tính bằng kilogam trên mét khối (kg/m³). Đối với nước ở nhiệt độ phòng, ρ ≈ 1000 kg/m³.

g: Gia tốc trọng trường, xấp xỉ 9,81 m/s².

Giải thích các khái niệm chính

Đầu là gì?

Không phải chiều cao: Cột áp không chỉ đơn thuần là chiều cao nâng vật lý. Nó là một khái niệm năng lượng, biểu thị tổng năng lượng cơ học được truyền cho một đơn vị trọng lượng chất lỏng bởi máy bơm. Đơn vị của nó là mét (m), có thể được hiểu là chiều cao lý thuyết mà máy bơm có thể nâng chất lỏng lên.

Không phụ thuộc vào môi chất: Cột áp là thông số hiệu suất của chính máy bơm. Cùng một máy bơm, ở cùng tốc độ, sẽ tạo ra cùng một giá trị cột áp (H) cho dù nó bơm nước, dầu hay chất lỏng khác. Tuy nhiên, công suất tiêu thụ và áp suất tạo ra sẽ khác nhau.

Áp suất là gì?

Áp suất là lực trên một đơn vị diện tích. Áp suất đo được ở đầu ra của bơm phản ánh một cách trực quan độ lớn của lực đẩy của nó.

Liên quan mật thiết đến môi trường: Theo công thức P = ρ × g × H, áp suất (P) do bơm tạo ra phụ thuộc trực tiếp vào mật độ (ρ) của chất lỏng. Bơm chất lỏng có mật độ cao hơn (như dầu) sẽ tạo ra áp suất lớn hơn ở cùng một cột áp.

Sự khác biệt cốt lõi và mối liên hệ

Cột áp là nguyên nhân, áp suất là kết quả. Đặc tính của bơm quyết định cột áp mà nó có thể cung cấp. Cột áp này, tác động lên chất lỏng có mật độ xác định, cuối cùng biểu hiện thành sự chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra.

Hãy coi cột áp như định mức khả năng của bơm, và áp suất như hiệu ứng tạo ra khi khả năng đó tác động lên một vật thể cụ thể (một loại chất lỏng nhất định).

Ví dụ ứng dụng (Sử dụng nước, đơn giản hóa với ρ ≈ 1000 kg/m³, g ≈ 10 m/s²)

Giả sử máy bơm có cột áp 100 mét.

Tính toán sự chênh lệch áp suất mà nó tạo ra:

ΔP = ρ × g × H = 1000 kg/m³ × 10 m/s² × 100 m = 1.000.000 Pa = 1 MPa ≈ 10 bar

Điều này có nghĩa là nếu áp suất đầu vào là áp suất khí quyển (0 bar đo được), thì áp suất đo được ở đầu ra sẽ vào khoảng 10 bar.

Trưởng bộ phận dự toán tại công trường:

Nếu bạn đo tại chỗ và thấy đồng hồ đo áp suất đầu ra của bơm hiển thị 0,8 MPa (8 bar), và đồng hồ đo áp suất đầu vào hiển thị 0,1 MPa (1 bar).

Khi đó, hiệu áp suất ΔP = 0,8 - 0,1 = 0,7 MPa = 700.000 Pa.

Tính cột áp: H = ΔP / (ρ × g) = 700.000 / (1000 × 10) = 70 mét.

70 mét là cột áp hiệu dụng mà máy bơm thực sự cung cấp trong điều kiện hoạt động hiện tại.

Lưu ý quan trọng

Phải sử dụng áp suất tuyệt đối để tính toán: Về lý thuyết, P₁ và P₂ trong công thức là áp suất tuyệt đối. Tuy nhiên, trong thực tế kỹ thuật, khi cả áp suất đầu vào và đầu ra đều được đo bằng đồng hồ đo áp suất sử dụng cùng một chuẩn tham chiếu (thường là áp suất khí quyển tại địa phương), việc sử dụng hiệu số áp suất đo được sẽ cho kết quả hoàn toàn chính xác. Tức là, H = (Áp suất đo tại đầu ra - Áp suất đo tại đầu vào) / (ρ × g).

Áp suất đầu vào phải vượt quá yêu cầu NPSH: Nếu áp suất đầu vào (P₁) quá thấp, chất lỏng sẽ bốc hơi bên trong bơm, gây ra hiện tượng xâm thực, làm hư hỏng nghiêm trọng bơm. Áp suất hút dương thực yêu cầu (NPSHr) trên đường cong hiệu suất của bơm là thông số quan trọng cần thiết để đảm bảo P₁ đủ cao.

Điện trở hệ thống quyết định điểm vận hành: Áp suất đầu ra thực tế của bơm trong hệ thống đường ống được xác định bởi điểm giao nhau của đường cong lưu lượng - cột áp của bơm và đường cong điện trở của hệ thống đường ống. Bơm điều chỉnh lưu lượng đầu ra cho đến khi cột áp mà nó tạo ra bằng chính xác điện trở cần thiết cho hệ thống ở lưu lượng đó (bao gồm độ chênh lệch độ cao, ma sát đường ống, điện trở van, v.v.).