Bơm hút chân không (Vacuum Pump) là gì? Cấu tạo, Phân loại, Nguyên lý & Ứng dụng

Bơm hút chân không là gì?

Khái niệm bơm hút chân không

Bơm hút chân không (hay Vacuum Pump) là một thiết bị cơ học chuyên dụng, hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi thể tích, nhằm mục đích loại bỏ liên tục các phân tử khí, hơi nước, và các chất bay hơi khác ra khỏi một không gian giới hạn, kín.

Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một môi trường có áp suất thấp hơn rất nhiều so với áp suất khí quyển (101.325 Pa hay 760 Torr), được gọi là môi trường chân không.

Các đơn vị đo độ chân không phổ biến bao gồm:

• Pascal (Pa) / Kilopascal (kPa): Đơn vị SI, thường dùng trong kỹ thuật.
• Millibar (mbar): Đơn vị thường gặp nhất trong bơm công nghiệp. 1 bar = 1000 mbar.
• Torr: Đơn vị truyền thống, 1 Torr xấp xỉ 133.32 Pa.

Chức năng & mục đích sử dụng

Chức năng cốt lõi của bơm hút chân không là tạo ra và duy trì độ chân không ổn định cho quy trình sản xuất hoặc nghiên cứu. Mục đích sử dụng chi tiết bao gồm:

• Loại bỏ tạp chất: Hút sạch không khí, khí trơ và hơi ẩm (độ ẩm) ra khỏi các hệ thống nhạy cảm (như hệ thống lạnh, thiết bị bán dẫn) để ngăn chặn phản ứng hóa học hoặc sự cố kỹ thuật.
• Hỗ trợ công đoạn sản xuất: Tạo lực hút mạnh mẽ để cố định vật liệu (kẹp giữ CNC), hỗ trợ quá trình đúc khuôn, sấy khô nhanh (sấy chân không) hoặc chưng cất ở nhiệt độ thấp.
• Bảo quản và đóng gói: Loại bỏ oxy trong bao bì (đóng gói chân không) để làm chậm quá trình oxy hóa và phân hủy thực phẩm.
• Nghiên cứu & Y tế: Cung cấp môi trường áp suất cực thấp cho các thiết bị phân tích phức tạp (như kính hiển vi điện tử) và các ứng dụng hút dịch trong y tế.

Cấu tạo bơm hút chân không

Cấu tạo của một chiếc bơm hút chân không rất đa dạng theo từng công nghệ, nhưng các thành phần cơ bản sau luôn đóng vai trò chủ chốt:

Thân bơm (Housing)

Được chế tạo từ vật liệu có độ bền cơ học cao như gang đúc hoặc hợp kim nhôm, thân bơm không chỉ là lớp vỏ bảo vệ mà còn là buồng chứa và định vị chính xác các chi tiết quay (rotor, cánh gạt), đảm bảo độ kín khít và chịu được áp suất nén lớn.

Buồng nén & khoang hút

Là không gian nơi thể tích được thay đổi liên tục. Khoang hút là nơi kết nối với hệ thống cần tạo chân không. Buồng nén là nơi khí bị ép lại và áp suất tăng lên đến mức đủ để van xả mở ra, tống khí thải ra ngoài.

Động cơ truyền động

Hầu hết là động cơ điện, cung cấp mô-men xoắn để làm quay rotor. Trong các bơm công nghiệp lớn, động cơ thường được kết nối với bơm qua khớp nối mềm để giảm rung động và bảo vệ động cơ.

Cánh gạt / Cánh quạt / Màng bơm

Đây là “trái tim” của bơm, quyết định nguyên lý hoạt động:

• Cánh gạt (Vane): Thường làm từ vật liệu composite chịu nhiệt (carbon) hoặc kim loại. Chúng trượt ly tâm để duy trì tiếp xúc với thành buồng, tạo ra các khoang kín có thể tích thay đổi.
• Cánh quạt/Rotor: Trong bơm trục vít hoặc Root, sự đồng bộ và độ chính xác của rotor quyết định hiệu suất bơm và khả năng hoạt động không dầu.
• Màng bơm (Diaphragm): Được làm từ cao su tổng hợp hoặc PTFE, màng ngăn cách cơ chế truyền động khỏi buồng khí, đảm bảo khí hút hoàn toàn không bị nhiễm bẩn bởi dầu.

Van một chiều & van xả

• Van một chiều (Check Valve): Cực kỳ quan trọng, nó tự động đóng lại khi bơm ngừng hoạt động, ngăn chặn dầu chân không hoặc không khí bên ngoài trào ngược vào hệ thống chân không.
• Van xả (Exhaust Valve): Là van áp suất, chỉ mở ra khi áp suất khí nén trong buồng vượt quá áp suất khí quyển.

Dầu chân không (với bơm vòng dầu)

Dầu chân không chuyên dụng phải có độ nhớt và áp suất hơi bão hòa cực thấp. Nó đảm nhận vai trò:

1. Làm kín: Trám kín hoàn toàn khe hở giữa cánh gạt và thân bơm, giúp đạt độ chân không sâu.
2. Bôi trơn: Giảm ma sát và mài mòn các chi tiết chuyển động.
3. Làm mát: Tản nhiệt sinh ra do ma sát và nén khí.

Bộ lọc khí – lọc dầu – tách sương dầu

Đây là các chi tiết tiêu hao, cần thay thế định kỳ:

• Bộ lọc khí đầu vào (Inlet Filter): Ngăn chặn bụi và hạt lớn xâm nhập, bảo vệ cánh gạt và buồng bơm khỏi hư hỏng.
• Lọc dầu (Oil Filter): Giữ dầu sạch, loại bỏ cặn bẩn kim loại.
• Tách sương dầu (Oil Mist Filter): Đặt ở cửa xả, có tác dụng ngưng tụ và tách các hạt dầu li ti bay hơi trong khí xả, đảm bảo khí thải thân thiện hơn với môi trường và hồi dầu về bơm.

Nguyên lý hoạt động của bơm hút chân không

Nguyên lý chung

Nguyên lý hoạt động chung của bơm hút chân không thể tích (Positive Displacement Pump) là sự thay đổi thể tích tuần hoàn của khoang công tác để di chuyển khí từ vùng áp suất thấp (cửa hút) sang vùng áp suất cao (cửa xả).

Chu trình hút – nén – xả

1. Hút (Intake): Khoang công tác mở rộng tối đa, tạo ra thể tích lớn nhất và áp suất thấp nhất. Khí từ hệ thống bên ngoài di chuyển vào theo chênh lệch áp suất.
2. Nén (Compression): Khoang công tác bị đóng kín và thể tích bắt đầu giảm (do sự quay của rotor hoặc chuyển động của piston/màng). Khí bên trong bị nén, áp suất tăng dần.
3. Xả (Exhaust): Khi áp suất khí nén vượt quá áp suất khí quyển một chút (thường lớn hơn 1 bar), van xả mở ra và khí được tống ra ngoài.

Nguyên lý hoạt động theo từng công nghệ

Bơm hút chân không vòng dầu (Oil rotary vane)

Dầu đóng vai trò làm kín tuyệt đối, cho phép bơm đạt được độ chân không sâu. Khi rotor quay, lực ly tâm đẩy các cánh gạt (Vanes) trượt ra, ép sát vào thành buồng. Dầu lấp đầy các khe hở siêu nhỏ, tạo ra sự cách ly gần như hoàn hảo giữa cửa hút và cửa xả.

Bơm hút chân không không dầu (Oil-free)

Thường sử dụng vật liệu tự bôi trơn (như carbon) cho cánh gạt hoặc thiết kế buồng bơm không tiếp xúc (như bơm trục vít khô). Do không có dầu làm kín, độ chân không tối đa thường thấp hơn bơm vòng dầu, nhưng ưu điểm tuyệt đối là không tạo ra khí thải nhiễm dầu.

Bơm hút chân không vòng nước (Water ring)

Nước là chất lỏng công tác. Cánh quạt (Impeller) đặt lệch tâm quay tạo ra vòng nước đồng tâm với thân bơm. Giữa vòng nước và cánh quạt hình thành các khoang có thể tích thay đổi. Do nước có khả năng làm mát và hòa tan hơi nước tốt, loại bơm này rất lý tưởng cho môi trường ẩm ướt, nhiều hơi bẩn.

Bơm hút chân không dạng màng (Diaphragm pump)

Sử dụng màng chắn đàn hồi chuyển động qua lại do cơ chế tay quay. Màng ngăn cách khí với cơ cấu truyền động, đảm bảo khí thải tinh khiết. Loại này chỉ tạo được chân không thô hoặc trung bình nhưng rất bền bỉ và không cần bảo trì dầu mỡ.

Bơm hút chân không trục vít (Screw vacuum pump)

Sử dụng hai trục vít quay ngược chiều với khoảng hở cực nhỏ, đẩy khí từ cửa hút sang cửa xả. Nếu là loại khô (Dry Screw), không có dầu hoặc nước trong buồng nén, cho phép đạt độ chân không sâu và tốc độ bơm lớn, ít bảo trì.

Bơm hút chân không cánh gạt (Vane pump)

Loại này bao gồm cả bơm vòng dầu và bơm cánh gạt khô. Điểm mấu chốt là các cánh gạt trượt bên trong rotor lệch tâm.

Phân loại bơm hút chân không

Việc phân loại chi tiết giúp xác định lựa chọn đầu tư tối ưu.

Phân loại theo nguyên lý

Công nghệ	Độ chân không (Max)	Dải áp suất tiêu biểu	Ứng dụng nổi bật
Bơm vòng dầu	Sâu	0.001 mbar đến 0.01 mbar	Đóng gói, sấy, nghiên cứu.
Bơm không dầu	Trung bình – Thấp	10 mbar đến 100 mbar	Y tế, CNC, in ấn, phòng thí nghiệm.
Bơm vòng nước	Trung bình	30 mbar đến 100 mbar	Công nghiệp hóa chất, giấy, nhựa.
Bơm chân không trục vít	Rất sâu (Dry)	0.0001 mbar đến 0.01 mbar	Bán dẫn, công nghiệp nặng.
Bơm chân không màng	Trung bình – Thô	1 mbar đến 100 mbar	Lọc hóa chất, chưng cất.

Phân loại theo số cấp

Bơm 1 cấp (Single Stage)

Quá trình nén khí chỉ diễn ra một lần. Dễ sản xuất, chi phí thấp, được sử dụng cho các ứng dụng chỉ cần độ chân không thô hoặc trung bình (lớn hơn 1 mbar).

Bơm 2 cấp (Two Stages)

Khí được nén qua hai giai đoạn liên tiếp. Sau khi nén sơ cấp, khí được đưa vào buồng thứ cấp để nén tiếp, giúp giảm áp suất cuối cùng xuống rất sâu (dưới 0.1 mbar), thường dùng cho phòng thí nghiệm hoặc sửa chữa hệ thống lạnh cần độ sạch cao.

Phân loại theo ứng dụng

Bơm chân không công nghiệp

Bao gồm các bơm công suất lớn (trục vít, vòng dầu) dùng cho các hệ thống yêu cầu tốc độ bơm cao và hoạt động liên tục (24/7), như trong ngành đúc, luyện kim.

Bơm chân không phòng thí nghiệm

Yêu cầu độ sạch tuyệt đối (Oil-free), độ ổn định áp suất và khả năng chống ăn mòn (chịu hóa chất). Thường là bơm màng, bơm cánh gạt khô.

Bơm chân không điều hòa / điện lạnh

Là các bơm vòng dầu 2 cấp nhỏ gọn, tập trung vào việc loại bỏ hơi ẩm đến mức thấp nhất, tránh tạo axit trong hệ thống lạnh.

Bơm chân không cho CNC

Sử dụng bơm cánh gạt khô hoặc bơm vòng nước để tạo lực kẹp nhanh và mạnh trên bàn máy gia công.

Phân loại theo công suất

Phân loại	Công suất điển hình	Ứng dụng
Mini	Dưới 250W (12V – 24V DC)	Thiết bị y tế cá nhân, máy lấy mẫu khí cầm tay.
Trung bình	0.75kW – 2.2kW (1 HP – 3 HP)	Máy đóng gói, phòng thí nghiệm cỡ vừa, xí nghiệp nhỏ.
Công nghiệp lớn	3kW – 11kW trở lên	Hệ thống chân không trung tâm, nhà máy lớn.

Thông số kỹ thuật quan trọng cần biết

Lưu lượng (m³/h, L/min)

Đại diện cho Tốc độ bơm (Pumping Speed). Đây là thể tích khí tối đa mà bơm có thể hút được trong một đơn vị thời gian. Thông số này quyết định thời gian cần thiết để đạt được độ chân không mong muốn trong hệ thống.

Độ chân không (bar, Pa, mbar)

Chính xác hơn là Áp suất cuối cùng tuyệt đối (Ultimate Absolute Pressure). Đây là mức áp suất thấp nhất mà bơm có thể đạt được. Thông số này cần được đối chiếu trực tiếp với yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng (ví dụ: đóng gói thực phẩm cần 1-10 mbar, trong khi sấy chân không có thể cần dưới 1 mbar).

Công suất động cơ

Đơn vị kW hoặc HP. Công suất càng lớn, tốc độ bơm càng nhanh, nhưng đồng thời chi phí điện năng và chi phí đầu tư ban đầu cũng cao hơn.

Kích thước – trọng lượng

Quan trọng cho các hệ thống di động hoặc lắp đặt trong không gian chật hẹp.

Áp suất nén

Áp suất tối đa mà bơm có thể nén và xả khí ra ngoài. Với hầu hết bơm công nghiệp, áp suất xả là áp suất khí quyển.

Loại dầu sử dụng

Đảm bảo chọn đúng loại dầu chân không chuyên dụng (ví dụ: dầu tổng hợp, dầu khoáng) với độ nhớt phù hợp (ISO VG 46, 68, 100) để tối ưu hiệu suất làm kín và tuổi thọ bơm.

Ứng dụng của bơm hút chân không

Trong công nghiệp

Máy CNC – gia công gỗ

Bơm chân không khô (cánh gạt khô, vòng nước) tạo lực giữ 1-3 tấn/m² để cố định phôi, đảm bảo độ chính xác tuyệt đối khi cắt và khắc.

Hút – giữ – kẹp sản phẩm

Sử dụng tay gắp chân không (Vacuum Grippers) kết hợp với bơm để tự động hóa việc di chuyển các tấm vật liệu lớn (kính, đá granite, tấm kim loại) trong các dây chuyền robot.

Đóng gói chân không (thực phẩm)

Ứng dụng trong máy đóng gói công suất lớn, kéo dài thời hạn sử dụng cho thịt, cá, rau củ bằng cách loại bỏ oxy gây hỏng.

Sấy – nung – đúc

• Sấy chân không: Giảm nhiệt độ bay hơi của nước, cho phép sấy các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ (dược phẩm, thực phẩm, gỗ) nhanh hơn.
• Đúc kim loại: Hút chân không trong khuôn đúc để loại bỏ bọt khí, tạo ra sản phẩm đúc với độ đặc và độ tinh khiết cao.

Hệ thống hút chân không trung tâm

Thiết lập một hệ thống lớn, thường sử dụng bơm trục vít, cung cấp chân không cho hàng chục điểm sử dụng khác nhau trong một tòa nhà hoặc một khu vực sản xuất.

Trong điện lạnh – HVAC

Hút chân không điều hòa

Là bước bắt buộc trước khi nạp gas mới. Quá trình hút phải đạt độ chân không sâu (thường dưới 1 Torr) để đảm bảo loại bỏ 100% hơi ẩm, tránh hiện tượng tắc nghẽn hoặc ăn mòn hệ thống lạnh.

Hệ thống lạnh công nghiệp

Sử dụng bơm công suất lớn để hút chân không các kho lạnh quy mô lớn, đường ống dẫn môi chất dài, đảm bảo hệ thống vận hành bền bỉ.

Trong phòng thí nghiệm

Lọc chân không

Đẩy nhanh tốc độ lọc và tách pha trong hóa học và sinh học.

Máy phân tích – thiết bị y tế

Bơm chân không siêu sạch được sử dụng trong các thiết bị nhạy cảm như GC-MS (Sắc ký khí – Khối phổ), máy ly tâm, và các hệ thống tạo chân không trong phòng sạch.

Trong y tế

Hệ thống hút dịch – hút khí

Thiết lập hệ thống chân không trung tâm trong bệnh viện để cung cấp lực hút liên tục cho các phòng mổ, phòng cấp cứu để hút dịch cơ thể, hoặc dùng cho các thiết bị hỗ trợ hô hấp.

Ưu điểm & Nhược điểm của từng loại bơm

Loại bơm	Ưu điểm chi tiết	Nhược điểm chi tiết
Bơm vòng dầu	– Độ chân không sâu nhất (tới 0.001 mbar). – Giá thành đầu tư ban đầu thấp. – Hoạt động êm ái, ít rung động.	– Cần bảo trì dầu/lọc thường xuyên. – Nguy cơ ô nhiễm dầu nếu quy trình xử lý khí thải kém.
Bơm không dầu	– Chi phí bảo trì thấp hơn (không cần thay dầu). – Khí xả sạch, lý tưởng cho môi trường sạch.	– Độ chân không không sâu bằng vòng dầu. – Cánh gạt carbon mòn nhanh hơn cánh gạt kim loại (tạo bụi carbon).
Bơm vòng nước	– Khả năng chịu hơi nước, bụi bẩn, nhiệt độ cao vượt trội. – An toàn cháy nổ cao (chịu được khí dễ cháy).	– Chỉ đạt chân không trung bình (lớn hơn 30 mbar). – Tiêu hao nước và cần hệ thống tuần hoàn, làm mát phức tạp.
Bơm màng	– Hoàn toàn không dầu, chống hóa chất và ăn mòn tốt. – Dễ bảo trì, chỉ cần thay màng.	– Lưu lượng nhỏ, tốc độ bơm chậm. – Độ chân không thô hoặc trung bình.
Bơm trục vít	– Độ chân không sâu, tốc độ bơm lớn, hoạt động khô (Dry Screw). – Chi phí vận hành thấp (ít tiêu hao).	– Chi phí đầu tư ban đầu rất cao. – Cần hệ thống làm mát hiệu quả.

Cách chọn bơm hút chân không phù hợp

Dựa theo ứng dụng

Đây là tiêu chí quan trọng nhất:

1. Chân không sạch/Y tế/Phòng thí nghiệm: Bơm không dầu (màng, cánh gạt khô, trục vít khô).
2. Chân không sâu/Công nghiệp nặng: Bơm vòng dầu 2 cấp hoặc bơm trục vít.
3. Chân không bẩn/Ẩm ướt/Hóa chất: Bơm vòng nước.

Dựa theo công suất

Phải tính toán dung tích của buồng chân không và thời gian mong muốn đạt được áp suất cuối cùng. Công thức đơn giản: T xấp xỉ V / S, trong đó V là thể tích buồng, S là tốc độ bơm (lưu lượng).

Dựa theo độ chân không yêu cầu

Kiểm tra độ chân không cuối cùng (Ultimate Pressure) của bơm phải luôn thấp hơn áp suất yêu cầu của quy trình ít nhất 10-20% để đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.

Dựa theo thương hiệu & chi phí vận hành

Cân nhắc Total Cost of Ownership (TCO) bao gồm: chi phí mua ban đầu, chi phí điện năng tiêu thụ, chi phí bảo trì (dầu, lọc) và tuổi thọ trung bình của các bộ phận tiêu hao.

Các lỗi thường gặp & cách khắc phục

Bơm hút chân không bị yếu

Nguyên nhân chi tiết:

1. Dầu: Dầu đã cũ, bị nhiễm bẩn (nước, hóa chất), hoặc mức dầu quá thấp.
2. Lọc: Lọc dầu, lọc khí hoặc lọc tách sương dầu bị tắc nghẽn.
3. Hệ thống: Rò rỉ khí tại mặt bích, đường ống hút, hoặc van.
4. Linh kiện: Cánh gạt bị mòn quá mức hoặc bị kẹt. Khắc phục: Thay dầu, thay toàn bộ bộ lọc. Dùng dung dịch bọt xà phòng kiểm tra các điểm nối ống.

Bơm không lên áp

Nguyên nhân chi tiết:

1. Van một chiều: Hỏng hoặc kẹt ở trạng thái mở.
2. Động cơ: Đấu dây sai, làm bơm quay ngược chiều (đặc biệt với bơm 3 pha).
3. Hư hỏng nghiêm trọng: Rotor hoặc cánh gạt bị gãy. Khắc phục: Kiểm tra hướng quay của động cơ. Thay thế van một chiều.

Bơm chạy nóng – kêu to

Nguyên nhân chi tiết:

1. Bôi trơn: Thiếu dầu (làm tăng ma sát) hoặc dầu có độ nhớt sai.
2. Cơ khí: Hỏng vòng bi (bạc đạn) hoặc khớp nối.
3. Nén quá mức: Bơm hoạt động liên tục ở áp suất gần cuối trong thời gian dài mà không được làm mát đầy đủ. Khắc phục: Thay vòng bi mới, kiểm tra và thay dầu đúng loại.

Bơm bị trào dầu

Nguyên nhân chi tiết:

1. Mức dầu: Nạp dầu quá mức quy định (vượt quá vạch Max).
2. Tách dầu: Lọc tách sương dầu bị tắc hoàn toàn, tạo áp suất ngược trong buồng dầu.
3. Tải nặng: Hút lượng hơi nước hoặc dung môi quá lớn. Khắc phục: Điều chỉnh mức dầu, thay ngay lọc tách sương dầu.

Hướng dẫn bảo trì – thay dầu

• Thời gian: Duy trì lịch bảo trì định kỳ (theo giờ hoạt động) và thay dầu ngay lập tức nếu dầu đổi màu, có mùi lạ hoặc bị đục (nhiễm nước).
• Quy trình:
  1. Khởi động bơm cho ấm (khoảng 5 phút).
  2. Tắt bơm và xả hết dầu cũ qua van xả.
  3. Lắp lại van xả và nạp dầu mới từ từ qua cửa nạp, theo dõi mức dầu trên kính thăm (Oil Sight Glass), đảm bảo dầu nằm ở giữa vạch Min và Max.
  4. Đồng thời thay thế lọc dầu và lọc tách sương dầu (nếu có).

Servo Dynamics Engineering: Nhà phân phối hàng đầu về Giải pháp Tự động hóa Công nghiệp tại Việt Nam

Với hơn một thập kỷ kinh nghiệm trong lĩnh vực phân phối và cung cấp giải pháp, Servo Dynamics Engineering tự hào là đối tác tin cậy hàng đầu tại Việt Nam, chuyên cung cấp các loại bơm hút chân không chính hãng từ các thương hiệu hàng đầu thế giới.

Chúng tôi không chỉ cung cấp các sản phẩm chất lượng cao mà còn mang đến giải pháp tích hợp cho hệ thống tự động hóa công nghiệp, đảm bảo hiệu suất tối ưu và chi phí vận hành cạnh tranh nhất cho doanh nghiệp của bạn. Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để được tư vấn chuyên sâu và tìm kiếm giải pháp bơm chân không phù hợp nhất với nhu cầu sản xuất của bạn.