bơm màng là gì? Ưu điểm và nguyên lý vận hành trong công nghiệp

bơm màng khí nén là gì? Ưu điểm và nguyên lý vận hành trong công nghiệp
1. Giới thiệu chung về bơm màng khí nén (AODD Pump)
Bơm màng vận hành bằng khí nén, tên tiếng Anh là AODD Pump, là một loại bơm dịch chuyển tích cực sử dụng khí nén làm nguồn năng lượng để bơm dung dịch. Dòng bơm AODD vận hành dựa trên cơ chế chuyển động qua lại của cặp màng bơm, được kết nối với nhau qua trục dẫn động.
Khí nén được cung cấp để tác động lên màng bơm, nguyên lý hoạt động của bơm màng tạo ra sự chênh lệch áp suất giúp hút và đẩy chất lỏng mà không xảy ra tiếp xúc trực tiếp giữa khí và lưu chất, từ đó giúp đảm bảo an toàn và tính vệ sinh trong quá trình vận hành.
Dòng bơm AODD rất được ưa chuộng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp yêu cầu mức độ ổn định lớn và khả năng bơm nhiều loại lưu chất khác nhau.
Trong ngành thực phẩm – đồ uống, bơm màng khí nén được ứng dụng để vận chuyển các chất nhạy cảm như nước sốt, các sản phẩm từ sữa hoặc nước trái cây mà không ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm.
Trong lĩnh vực hóa chất, bơm AODD phù hợp cho việc xử lý các chất ăn mòn hoặc nguy hiểm như các loại axit mạnh, dung dịch kiềm.
Bên cạnh đó, trong lĩnh vực xử lý nước thải, bùn thải, bơm AODD giúp bơm chuyển chất thải công nghiệp một cách ổn định, hạn chế tình trạng nghẹt bơm. Tầm quan trọng của thiết bị này nằm ở khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, nơi các loại bơm thông thường nhanh xuống cấp hoặc không đảm bảo an toàn.
Ưu điểm cốt lõi của bơm AODD bao gồm: Không sử dụng điện năng, giúp tránh nguy cơ chập điện hoặc cháy nổ trong môi trường dễ cháy; có thể chạy khô an toàn (dry-run capability), phù hợp cho những hệ thống vận hành không liên tục; khả năng tự mồi cao (tự hút), có thể hút chất lỏng từ độ sâu lên đến 8–9 mét mà không cần mồi thủ công; và chống cháy nổ (chống nổ), nhờ vận hành bằng khí nén, không dùng motor điện.
Chính những đặc tính này làm cho bơm màng khí nén trở thành lựa chọn hàng đầu trong nhiều ngành công nghiệp yêu cầu cao.
2. Cấu tạo cơ bản của bơm màng khí nén
Để làm rõ cơ chế vận hành, cần nắm vững các chi tiết quan trọng của máy bơm màng khí nén. Cấu tạo của dòng bơm này không quá phức tạp nhưng hiệu quả, tập trung vào việc phân tách hoàn toàn khí nén và chất lỏng để ngăn ngừa nhiễm bẩn.
Thân bơm (Body):
Là bộ phận bao che chính chứa chất lỏng được bơm, được chế tạo từ các vật liệu bền bỉ như nhựa (PP, PVDF), nhôm, inox (thép không gỉ) hoặc gang. Việc lựa chọn vật liệu được quyết định bởi loại chất lỏng: inox phù hợp hóa chất có tính ăn mòn cao, nhựa cho thực phẩm để đáp ứng tiêu chuẩn an toàn vệ sinh.
Màng bơm (Diaphragm):
Được xem là trái tim của bơm, bao gồm hai màng linh hoạt nằm ở hai bên thân bơm, được làm từ các chất liệu như Teflon (PTFE) cho tính kháng hóa chất cao, Santoprene (Santo) cho độ bền cơ học, Buna-N (Nitrile) cho các chất lỏng gốc dầu, hoặc cao su Neoprene cho chất lỏng thông thường. Bộ phận này chịu trách nhiệm tạo lực để vận chuyển lưu chất mà không cho phép khí nén tiếp xúc với lưu chất.}
Bộ van khí (Air Valve):
Được ví như “bộ não” của máy bơm, bộ phận này phân phối khí nén giữa hai khoang khí. Thông thường đây là van piston hoặc van spool, hoạt động tự động để chuyển hướng dòng khí, giúp đảm bảo chu kỳ hoạt động liên tục mà không yêu cầu tác động từ bên ngoài.}
Bi và Đế (Ball/Seat):
Là cụm van một chiều, bao gồm viên bi (có thể làm từ inox, nhựa kỹ thuật hoặc cao su) và đế (seat) để đảm bảo độ kín. Có 4 cụm bi và đế: hai ở cổng hút và 2 tại cửa xả, giúp ngăn chặn dòng chảy ngược và định hướng hướng chất lỏng.}
Trục kết nối:
Là một trục cứng liên kết hai màng bơm, giúp đảm bảo khi một màng di chuyển ra ngoài, màng kia sẽ bị kéo vào trong, tạo chuyển động đồng bộ trong hoạt động của bơm.}
3. Nguyên lý làm việc chi tiết (Hoạt động theo 2 chu kỳ)
Bơm màng khí nén hoạt động dựa trên nguyên lý chênh áp của khí nén và chuyển động qua lại của hai màng đàn hồi.
Chu kỳ 1: Hút bên trái – Đẩy bên phải
Khí nén được cấp vào khoang khí của màng phải
Màng bơm phía phải bị đẩy ra ngoài → tạo áp lực đẩy chất lỏng ra cửa xả
Cùng lúc đó, trục liên kết tác động kéo màng phía trái di chuyển vào trong
Buồng chất lỏng phía trái tạo vùng áp suất thấp → hút lưu chất từ đầu hút đi vào
Chu kỳ thứ hai: Đẩy trái – Hút phải
Van khí tự động đảo chiều, cấp khí nén sang khoang khí bên trái
Màng bên trái đẩy chất lỏng ra đường xả
Màng bên phải thu vào, tạo lực hút chất lỏng mới
Hai chu kỳ này diễn ra liên tục, giúp bơm hoạt động ổn định và không cần động cơ điện.

4. Nguyên lý làm việc của van một chiều (Bi & Đế)
Trong quá trình bơm vận hành:
Bi được nâng lên khi chất lỏng được hút vào
Bi tự động đóng khi màng bơm thực hiện hành trình đẩy
Cơ chế vận hành thông minh này cho phép:
5. Những yếu tố tác động đến hiệu quả hoạt động bơm
Hiệu suất của bơm màng khí nén bị chi phối vào nhiều nhân tố kỹ thuật, nên được kiểm soát tốt để đạt được lưu lượng bơm và cột áp yêu cầu.
Áp lực khí nén cấp vào:
Yếu tố này được xem là thông số cốt lõi quyết định hiệu suất của bơm. Khi áp lực khí tăng (ví dụ từ 4 đến 7 bar) sẽ làm tăng lưu lượng bơm và cột áp, tuy nhiên cũng kéo theo việc tăng mức tiêu thụ khí nén. Sự tương quan này tương đối theo đường thẳng: khi áp suất khí tăng gấp 2 có thể làm lưu lượng tăng lên khoảng 1.5–2 lần, phụ thuộc vào loại bơm. Tuy nhiên, cần tránh vượt quá giới hạn cho phép để tránh hư hỏng màng bơm.
Độ nhớt của chất lỏng:
Chất lỏng có độ nhớt cao (ví dụ như dầu đặc hoặc bùn) sẽ khiến giảm chu kỳ chuyển động của màng, từ đó dẫn đến suy giảm lưu lượng đầu ra. Máy bơm màng khí nén có khả năng chất lỏng có độ nhớt lên đến 10.000 centipoise, tuy nhiên cần lựa chọn vật liệu màng và bi phù hợp để tránh kẹt bi.
Tiết diện đường ống:
Hệ thống ống đầu hút và đầu xả phải đủ lớn để tránh hiện tượng “thắt nút cổ chai” (cavitation), dẫn đến suy giảm lưu lượng bơm và tăng tiếng ồn. Chẳng hạn, với máy bơm kích thước 1 inch, ống dẫn nên tối thiểu 1 inch để duy trì dòng chảy mượt mà.
6. Ứng dụng công nghiệp thực tế dựa trên nguyên lý
Nhờ khả năng vận hành linh hoạt, máy bơm màng khí nén được ứng dụng rộng rãi ở nhiều ngành sản xuất:
Ứng dụng bơm hóa chất ăn mòn: hóa chất dạng axit, kiềm, dung môi công nghiệp (trang bị màng PTFE và thân nhựa chống ăn mòn)
Bơm cho lĩnh vực thực phẩm và đồ uống: sữa, siro, nước sốt (vật liệu inox đáp ứng yêu cầu an toàn thực phẩm)
Bơm bùn và chất thải: bùn đặc, nước thải có hạt rắn (có khả năng chịu mài mòn cao)
7. Tổng kết và khuyến nghị bảo dưỡng
Máy bơm màng khí nén sở hữu cơ chế hoạt động đơn giản nhưng cực kỳ hiệu quả, không cần điện, đảm bảo an toàn cao, linh hoạt và ổn định trong nhiều điều kiện khắc nghiệt.
Khuyến nghị bảo dưỡng:
Rà soát màng bơm định kỳ để ngăn ngừa rò rỉ khí hoặc chất lỏng
Bảo dưỡng bi và đế bi để đảm bảo van một chiều vận hành chính xác
Nên dùng nguồn khí nén sạch và khô để nâng cao tuổi thọ cụm van khí nén
Nếu được vận hành và bảo trì đúng cách, bơm màng khí nén có thể làm việc liên tục trong suốt thời gian sử dụng với chi phí vận hành rất thấp.