Bơm thủy lực Piston là gì? cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao?

Bơm thủy lực piston là thiết bị quan trọng trong hệ thống thủy lực, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ khả năng tạo áp suất cao và hoạt động ổn định. Để sử dụng hiệu quả, cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động, các loại bơm piston, ưu nhược điểm, cách tính lưu lượng – công suất và cách chọn bơm phù hợp với từng ứng dụng.

Xem thêm: Ký hiệu các loại van thuỷ lực

Bơm thủy lực Piston là gì?

Bơm thủy lực piston là thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng thủy lực, hoạt động nhờ một hoặc nhiều piston tạo áp suất trong hệ thống. Khi piston chuyển động, dầu thủy lực được nén và đẩy qua các ống dẫn, giúp truyền lực để vận hành các cơ cấu máy móc.

Cấu tạo bơm thuỷ lực Piston

Bơm thủy lực piston gồm nhiều chi tiết cơ khí chính xác, được thiết kế nhằm tạo áp suất cao và lưu lượng ổn định. Dưới đây là các bộ phận cơ bản trong cấu tạo của bơm piston:

1. Thân bơm (vỏ bơm)

Là phần bao bọc toàn bộ các chi tiết bên trong, thường được làm từ kim loại chắc chắn như gang hoặc thép đúc.

Có khả năng chịu áp lực và nhiệt độ cao trong quá trình vận hành.

2. Piston (pít-tông)

Là bộ phận chuyển động tịnh tiến trong xi lanh để hút và đẩy dầu thủy lực.

Mỗi piston có nhiệm vụ tạo ra một chu trình hút và nén áp suất trong buồng bơm.

3. Xy lanh (cylinder block)

Gồm nhiều lỗ khoan hình trụ chứa piston.

Khi trục quay hoạt động, piston bên trong xy lanh di chuyển nhịp nhàng để tạo dòng chất lỏng áp suất cao.

4. Đĩa nghiêng (swash plate) (chỉ có ở bơm piston hướng trục)

Điều chỉnh hành trình của piston.

Góc nghiêng của đĩa càng lớn thì lưu lượng và áp suất của bơm càng cao.

5. Trục truyền động (drive shaft)

Truyền mô-men quay từ động cơ đến xy lanh bơm, làm piston chuyển động hút và đẩy dầu.

6. Van hút và van xả

Kiểm soát chiều dòng chảy của dầu thủy lực.

Van hút cho phép dầu đi vào buồng bơm khi piston đi xuống, van xả mở khi piston đẩy dầu ra ngoài.

7. Bạc đạn và vòng làm kín

Giúp giảm ma sát, bảo vệ các bộ phận chuyển động và ngăn dầu rò rỉ ra ngoài.

Nguyên lý hoạt động của Bơm thủy lực Piston

Giống như các loại bơm định lượng dạng thể tích khác, bơm thủy lực piston hoạt động dựa trên cơ chế giãn nở và nén của buồng chứa chất lỏng. Khi piston chuyển động qua lại trong xi lanh, nó tạo ra áp suất và lực hút để đẩy chất lỏng đi theo một chiều nhất định thông qua hệ thống van.

Chuyển động của piston thường được tạo ra bởi động cơ điện, động cơ đốt trong hoặc các nguồn năng lượng cơ khác. Một số dòng bơm piston đơn giản có thể vận hành bằng tay, bằng gió hoặc dòng nước chảy.

Cấu hình bơm piston

Bơm piston có thể có một hoặc nhiều piston, mỗi piston kết hợp với một hệ thống van một chiều (van kiểm tra) để kiểm soát hướng dòng chảy.

Ví dụ:

• Bơm song công sử dụng 2 piston và 2 bộ van kiểm tra.
• Bơm triplex có 3 piston, tăng hiệu suất và ổn định áp suất hơn.

Hoạt động đơn và kép

• Bơm piston đơn (single-acting): Chỉ sử dụng một bên của piston để hút và đẩy chất lỏng.
• Bơm piston kép (double-acting): Sử dụng cả hai mặt của piston, giúp tạo ra dòng chảy liên tục và hiệu quả cao hơn.

Cơ chế nén và xả

• Khi piston di chuyển về một phía, nó tạo áp suất trong khoang bơm, đẩy chất lỏng qua van xả.
• Khi piston di chuyển ngược lại, khoang giãn nở tạo lực hút, kéo chất lỏng vào qua van hút.

Sự đóng/mở tuần tự của van hút và van xả giúp chất lỏng di chuyển đúng hướng và liên tục trong hệ thống.

Phân loại các bơm thủy lực Piston

Có rất nhiều loại máy bơm piston và thiết kế bơm pít tông, nhưng tất cả chúng đều sử dụng ít nhất một piston di chuyển trong một xi lanh kín. Các loại thiết kế cụ thể bao gồm máy bơm trục piston và hướng trục.

Bơm piston hướng trục (Axial Piston Pump)

Bơm piston hướng trục là loại bơm trong đó các piston chuyển động song song với trục quay của bơm. Khi trục truyền động quay, các piston tịnh tiến theo hướng trục, tạo ra áp suất và đẩy dầu thủy lực ra ngoài.

Loại bơm này có độ ổn định cao, hiệu suất tốt, thường dùng trong máy công cụ, thiết bị chính xác và các hệ thống cần điều khiển áp suất chặt chẽ.

Bơm piston trục thẳng

• Các piston được bố trí thẳng hàng với trục quay.
• Tạo áp lực cao và vận hành ổn định.
• Phù hợp với thiết bị công nghiệp nặng và hệ thống yêu cầu áp suất lớn.

Bơm piston trục cong (Bent Axis)

• Trục piston được thiết kế nghiêng so với trục quay.
• Kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao.
• Phù hợp với không gian lắp đặt hạn chế và ứng dụng yêu cầu độ bền cao.

Bơm piston hướng kính (Radial Piston Pump)

Bơm piston hướng kính có piston sắp xếp xung quanh trục trung tâm và di chuyển theo hướng vuông góc với trục quay.

Loại bơm này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu lưu lượng lớn và áp suất cao, như trong máy ép thủy lực, công nghiệp khai khoáng hoặc các hệ thống nâng hạ tải trọng lớn.

Ưu và nhược điểm của máy bơm thuỷ lực Piston

Ưu điểm của bơm piston áp cao

• Bơm piston áp cao được đánh giá cao bởi nhiều ưu điểm nổi bật, phù hợp với hệ thống thủy lực công suất lớn, làm việc liên tục:
• Đa dạng chủng loại: Có nhiều loại như bơm piston hướng trục, hướng kính, piston cong… giúp người dùng dễ dàng lựa chọn theo nhu cầu.
• Điều chỉnh dung tích linh hoạt: Có thể thay đổi lưu lượng để đáp ứng yêu cầu công việc khác nhau.
• Hiệu suất vượt trội: So với bơm nhông, bơm lá, bơm piston có hiệu suất cao hơn, đặc biệt khi làm việc ở áp suất lớn.
• Tổn thất chất lỏng thấp: Giúp tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì.
• Ít dao động chất lỏng: Khi vận hành ở áp suất cao, chất lỏng trong hệ thống thủy lực dao động rất nhỏ.
• Phù hợp với hệ thống tải nặng: Bơm lý tưởng cho các hệ thống hoạt động liên tục, tải lớn và áp suất cao.
• Khả năng hút tốt, bền bỉ: Thiết kế với vật liệu chống ăn mòn như inox, thép cứng… giúp bơm hoạt động ổn định, ít hư hỏng.
• Dải áp suất làm việc rộng: Phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau.

Nhược điểm của bơm piston

• Tuy sở hữu nhiều ưu điểm, bơm piston vẫn tồn tại một số hạn chế cần lưu ý:
• Giá thành cao: So với các loại bơm khác, bơm piston có chi phí đầu tư lớn hơn, đặc biệt là các dòng cao cấp.
• Cấu tạo phức tạp: Nhiều chi tiết nhỏ khiến việc lắp đặt, sửa chữa và bảo dưỡng đòi hỏi kỹ thuật cao.
• Kích thước cồng kềnh: Trọng lượng lớn gây khó khăn khi lắp đặt ở những không gian hẹp hoặc cần di chuyển.
• Áp suất, lưu lượng chưa đồng đều: Thường cần sử dụng thêm bình tích áp để ổn định áp suất và lưu lượng.
• Không phù hợp với hệ thống nhỏ: Bơm dễ gây lãng phí công suất nếu sử dụng cho hệ thống quy mô vừa và nhỏ.
• Chi phí bảo trì cao: Dù lưu lượng không lớn nhưng chi phí vận hành và bảo dưỡng tương đối tốn kém, nhất là với hệ thống dùng nhiều bơm.

Ứng dụng của bơm thủy lực piston trong công nghiệp

Bơm piston thường được ứng dụng trong hệ thống thủy lực để cung cấp năng lượng cho máy móc hạng nặng như máy xây dựng, máy ép, cần cẩu. Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng trong các thiết bị nhỏ hơn như máy phun sơn nhờ khả năng kiểm soát lưu lượng chính xác.

Loại bơm này có thể được mở rộng cho các ngành công nghiệp quy mô lớn như khai thác dầu khí, sản xuất công nghiệp và tự động hóa. Các biến thể hiện đại, bao gồm bơm piston hướng trục và hướng kính, còn được áp dụng trong các lĩnh vực công nghệ cao, nơi yêu cầu hiệu suất cao và độ chính xác trong kiểm soát dòng chất lỏng.

Cách chọn bơm thủy lực Piston đúng kỹ thuật

Bơm piston thủy lực là lựa chọn ưu tiên trong các hệ thống có yêu cầu áp suất cao trên 100 bar, đặc biệt trong nhà máy công nghiệp, hệ thống truyền động thủy lực và thiết bị cơ giới. Mỗi bơm piston đều có lưu lượng riêng – là lượng dầu được bơm ra trong mỗi vòng quay. Từ đó, người dùng có thể dễ dàng tính toán công suất bơm dựa trên áp suất làm việc và tốc độ quay của động cơ truyền động.

Một trong những ưu điểm nổi bật của bơm piston là khả năng thay đổi lưu lượng linh hoạt, giúp người vận hành điều chỉnh công suất phù hợp với nhu cầu thực tế, tránh tình trạng tiêu tốn năng lượng dư thừa. Khi lưu lượng vượt quá nhu cầu của cơ cấu chấp hành, chỉ cần thay đổi góc nghiêng của đĩa nghiêng, thể tích làm việc trong mỗi chu trình sẽ giảm, kéo theo lưu lượng thực tế và áp suất trung bình giảm theo.

Hướng dẫn chọn bơm piston phù hợp

Để đảm bảo hệ thống vận hành ổn định và hiệu quả, người dùng nên lựa chọn bơm piston có thông số tối đa phù hợp với điều kiện làm việc, bao gồm:

• Áp suất làm việc (tối thiểu – tối đa)
• Lưu lượng bơm
• Thể tích riêng
• Tốc độ quay
• Loại động cơ dẫn động
• Chế độ vận hành của hệ thống

Ngoài ra, lựa chọn sản phẩm từ các thương hiệu uy tín là yếu tố quan trọng giúp đảm bảo chất lượng, độ bền và hiệu suất ổn định lâu dài của bơm piston trong điều kiện làm việc thực tế.

Xem thêm: Nguyên lý hoạt động của van thuỷ lực