Các Loại Bơm Cánh Gạt Và Ứng Dụng Thực Tế

Bơm cánh gạt là một trong ba dòng bơm phổ biến nhất bên cạnh bơm piston và bơm bánh răng. Với đặc điểm hoạt động êm, lưu lượng ổn định, bơm cánh gạt được ứng dụng rộng rãi trong máy công cụ, dây chuyền sản xuất và các thiết bị yêu cầu độ chính xác cao.

Bơm cánh gạt là gì?

Bơm cánh gạt (Vane pump) là loại bơm thể tích, trong đó các cánh gạt trượt trong các rãnh của roto, khi quay sẽ tạo ra các khoang có thể tích thay đổi để hút và đẩy dầu thủy lực.

Ưu điểm của loại bơm này là dòng chảy dầu êm, ít dao động, thích hợp cho các hệ thống điều khiển chính xác hoặc cần giảm tiếng ồn, chẳng hạn như máy ép nhựa, máy CNC, máy dập hoặc trạm thủy lực công nghiệp.

3 dòng bơm phổ biến nhất trong hệ thống thủy lực

Cấu tạo của bơm cánh gạt

Một bơm cánh gạt điển hình bao gồm các bộ phận chính:

• Thân bơm: Bảo vệ và định vị toàn bộ cụm bơm, thường được làm bằng gang hoặc thép chịu lực.
• Roto: Trục trung tâm có các rãnh để gắn cánh gạt.
• Cánh gạt: Các phiến mỏng, trượt ra vào theo chuyển động quay để chia tách buồng dầu.
• Vòng cam: Có biên dạng lệch tâm so với roto, tạo ra sự thay đổi thể tích giữa các buồng.
• Cửa hút và cửa xả: Giúp dầu đi vào và ra khỏi khoang bơm.
• Phớt và bạc đỡ: Làm kín và giảm ma sát, đảm bảo hiệu suất bơm.

Tùy theo thiết kế, bơm có thể là cánh gạt đơn hoặc cánh gạt đôi – loại đôi thường được dùng trong các hệ thống có yêu cầu lưu lượng lớn hoặc có hai mạch dầu riêng biệt.

Mặt cắt cấu tạo của bơm

Nguyên lý hoạt động của bơm cánh gạt

Nguyên lý làm việc của bơm cánh gạt dựa trên sự thay đổi thể tích giữa các khoang dầu khi roto quay lệch tâm trong vòng cam:

• Khi roto quay, các cánh gạt trượt ra ngoài nhờ lực ly tâm và áp suất dầu, áp sát vào mặt trong của vòng cam.
• Ở vùng lệch tâm mở rộng, thể tích giữa hai cánh gạt tăng lên, tạo chân không, hút dầu từ cửa hút vào.
• Khi roto quay sang phía lệch tâm hẹp, thể tích giảm dần, ép dầu ra ngoài qua cửa xả.
• Chu trình này lặp lại liên tục, tạo dòng chảy dầu đều đặn, áp suất ổn định.

Đặc điểm nổi bật là dòng dầu ra ít dao động, giúp hệ thống vận hành êm hơn so với hoặc piston.

Nguyên lý hoạt động của bơm dựa trên sự thay đổi thể tích giữa các khoang

Các loại bơm cánh gạt phổ biến

Bơm cánh gạt được phân loại dựa trên cấu tạo (gồm bơm đôi, bơm đơn) và chức năng điều khiển lưu lượng (lưu lượng cố định và lưu lượng thay đổi)

Bơm cánh gạt đơn

Đây là loại bơm đơn giản nhất, gồm một cụm rôto lắp lệch tâm trong vỏ bơm. Các cánh gạt trượt ra, vào trong rãnh rôto và một cam ring tạo ra buồng hút – nén.

Đặc điểm:

• Lưu lượng cố định và ổn định, ít dao động.
• Ít chi tiết, dễ bảo trì – giá thành hợp lý.
• Hoạt động êm hơn bơm bánh răng, nhưng lực và áp suất thấp hơn bơm piston.
• Phù hợp hệ thống vừa và nhỏ, không yêu cầu lưu lượng biến thiên liên tục.

Ứng dụng điển hình:

• Máy công nghiệp nhẹ.
• Hệ thống thủy lực trung bình (80–150 bar).
• Máy mài, máy chạy dầu tuần hoàn, bộ nguồn nhỏ gọn.

Bơm cánh gạt đôi

Loại này gồm hai cụm bơm tích hợp trong cùng một thân, lắp đồng trục.

Đặc điểm:

• Cho hai lưu lượng độc lập: một lưu lượng lớn – một lưu lượng nhỏ.
• Có thể dùng để cấp dầu cho hai mạch thủy lực khác nhau, không phụ thuộc nhau.
• Tăng hiệu suất hệ thống, giảm số lượng bơm trong cụm nguồn.
• Dễ dàng tạo chế độ tiết kiệm năng lượng: lưu lượng lớn dùng để chạy nhanh, lưu lượng nhỏ dùng để ép/giữ áp.

Ứng dụng:

• Máy ép nhựa, máy dập kim loại.
• Hệ thống cần chuyển từ chạy nhanh sang chạy chậm.
• Các bộ nguồn có mạch điều khiển kép.

Bơm cánh gạt lưu lượng cố định

Bơm tạo lưu lượng không thay đổi, dù áp suất tăng hay giảm (trong giới hạn làm việc).

Đặc điểm:

• Cấu tạo đơn giản, giá thấp, tuổi thọ cao.
• Lưu lượng ổn định dễ thiết kế hệ thống.
• Không có khả năng tự điều chỉnh tốn năng lượng hơn nếu tải thay đổi.
• Thường dùng kết hợp van điều áp hoặc van xả tải để giảm công suất.

Ứng dụng:

• Hệ thống yêu cầu lưu lượng không đổi.
• Tấm nâng, thang thủy lực, hệ thống tuần hoàn dầu.
• Máy móc công nghiệp nhẹ – trung bình.

Bơm cánh gạt lưu lượng thay đổi

Một dòng bơm thay đổi lưu lượng nổi tiếng từ Rexroth

Xem thêm: 

 

Trong loại này, độ lệch tâm giữa roto và stator có thể thay đổi thông qua bộ điều chỉnh áp hoặc bộ điều chỉnh lưu lượng. Nhờ vậy bơm tự động thay đổi lưu lượng dầu ra theo áp suất hoặc nhu cầu tải.

Đặc điểm:

• Tiết kiệm năng lượng vì chỉ cấp dầu theo nhu cầu thực tế.
• Giảm nhiệt độ dầu, tăng tuổi thọ hệ thống.
• Duy trì áp suất ổn định, phản hồi nhanh.
• Vận hành êm và ít rung hơn so với bơm bánh răng.

Ứng dụng:

• Máy ép nhựa, máy đúc, máy dập.
• Hệ thống yêu cầu áp suất ổn định và tiết kiệm điện.
• Các dây chuyền sản xuất tự động, máy CNC cỡ vừa.

Ứng dụng thực tế

Nhờ đặc tính êm, ổn định và hiệu suất cao, bơm cánh gạt được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

• Máy công cụ và dây chuyền sản xuất: Cung cấp áp suất ổn định cho hệ thống ép, kẹp, hoặc điều khiển.
• Máy ép nhựa, máy dập kim loại: Giúp hệ thống hoạt động chính xác, giảm dao động lực.
• Thiết bị nâng hạ, xe công nghiệp: Như xe nâng, máy chấn, máy ép gỗ.
• Trạm thủy lực công nghiệp: Cung cấp nguồn thủy lực cho máy CNC, máy cắt hoặc dây chuyền tự động.

Bơm cánh gạt đặc biệt phù hợp với các ứng dụng cần tiếng ồn thấp hoặc hoạt động liên tục trong nhà xưởng kín.

So sánh bơm cánh gạt với bơm piston và bơm bánh răng

Ba loại bơm phổ biến trong hệ thống thủy lực – bơm cánh gạt, bơm bánh răng, và bơm piston – đều có những ưu thế riêng, tùy thuộc vào yêu cầu về áp suất, lưu lượng và độ chính xác.

So với bơm bánh răng

Bơm bánh răng có cấu tạo đơn giản hơn, giá thành rẻ, chịu được điều kiện khắc nghiệt và phù hợp với hệ thống áp suất thấp đến trung bình.
Tuy nhiên, nhược điểm của bơm bánh răng là dòng dầu ra không đều, tiếng ồn lớn và dễ mòn nếu dầu không sạch.

Trong khi đó, bơm cánh gạt cho lưu lượng ổn định, hoạt động êm, hiệu suất cao hơn, nhưng yêu cầu dầu sạch và điều kiện vận hành ổn định hơn. Do đó, bơm cánh gạt thường được sử dụng ở các máy công cụ hoặc hệ thống điều khiển chính xác, nơi tiếng ồn cần được hạn chế.

Mặt cắt cấu tạo của bơm bánh răng và cánh gạt

Xem thêm: 

So với bơm piston

Bơm piston có thể làm việc ở áp suất rất cao (lên tới 350–700 bar) và hiệu suất cao, thích hợp cho máy ép lớn, hệ thống thủy lực trong các nhà máy, máy công trình hạng nặng.
Tuy nhiên, nhược điểm là giá thành cao, cấu tạo phức tạp, bảo dưỡng khó hơn và nhạy cảm với chất lượng dầu.

Trong khi đó, bơm cánh gạt có áp suất làm việc trung bình (khoảng 140–210 bar), chi phí hợp lý hơn, hoạt động êm và dễ bảo trì. Vì vậy, nó là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng công nghiệp tầm trung hoặc dân dụng cao cấp.

Bơm cánh gạt là sự lựa chọn cân bằng giữa hiệu suất, độ êm và chi phí đầu tư, nằm giữa bơm bánh răng và bơm piston về đặc tính kỹ thuật. Khi lựa chọn bơm, người dùng nên xem xét yêu cầu áp suất, độ sạch dầu và điều kiện vận hành, để chọn đúng loại giúp hệ thống hoạt động tối ưu, tiết kiệm năng lượng và tăng tuổi thọ thiết bị.