Thiết kế cánh gạt ly tâm bên trong Bơm chân không cho máy chưng cất quay model 2XZ-6C
Trong hệ thống máy chưng cất quay (rotary evaporator), bơm chân không model 2XZ-6C đóng vai trò tạo áp suất thấp giúp dung môi sôi ở nhiệt độ thấp hơn, bảo vệ mẫu và tăng hiệu suất tách. Trọng tâm quan trọng trong thiết kế của bơm 2XZ-6C chính là cụm cánh gạt ly tâm bên trong buồng bơm. Cấu tạo và nguyên lý của cánh gạt quyết định trực tiếp khả năng hút, độ sâu chân không và độ ổn định của hệ thống chưng cất.
Dưới đây là phân tích chi tiết thiết kế cánh gạt ly tâm trong bơm chân không dùng cho máy chưng cất quay model 2XZ-6C.
1. Vị trí và vai trò của cánh gạt trong buồng bơm
Cánh gạt (vane) được lắp trong rãnh của rôto, nằm bên trong buồng bơm dạng trụ lệch tâm. Khi bơm hoạt động:
Cánh gạt trượt ra – vào theo rãnh rôto
Tạo ra các khoang kín có thể tích thay đổi
Thực hiện chu trình hút khí từ máy chưng cất quay, nén và xả ra môi trường
Cánh gạt chính là bộ phận “làm việc” trực tiếp để tạo chân không, đảm bảo áp suất trong bình bay hơi (bình cầu) đủ thấp để dung môi sôi ở nhiệt độ cài đặt.
2. Hình dạng và cấu trúc cơ bản của cánh gạt ly tâm
Cánh gạt trong bơm 2XZ-6C thường có:
Dạng tấm mỏng, hình chữ nhật, dài theo hướng bán kính
Hai cạnh dài tương đối phẳng, làm việc với thành buồng bơm
Hai đầu cánh được vát hoặc bo nhẹ để giảm ma sát và tránh cấn
Độ dày đủ cứng để không cong vênh nhưng vẫn nhẹ để đáp ứng nhanh khi quay tốc độ cao
Trong mỗi cấp bơm thường có 2 cánh gạt gắn lệch 180° trên rôto, giúp quá trình hút – nén diễn ra liên tục, dòng khí ổn định, rất phù hợp với yêu cầu hút đều và êm của máy chưng cất quay.
3. Nguyên lý ly tâm của cánh gạt trong bơm 2XZ-6C
Nguyên lý ly tâm là “trái tim” của hoạt động cánh gạt:
Khi rôto quay ở tốc độ cao, lực ly tâm tác dụng lên cánh gạt
Cánh bị đẩy trượt ra ngoài, áp sát vào thành buồng bơm
Lớp dầu chân không giữa cánh và vách tạo màng làm kín
Khoang khí giữa hai cánh và vỏ bơm trở thành buồng hút hoặc buồng nén tùy vị trí quay
Nhờ lực ly tâm, cánh luôn ôm sát thành buồng bơm, đảm bảo:
Hút khí từ bình chưng cất nhanh và đều
Giảm rò rỉ khí, tạo chân không sâu hơn
Hạn chế dao động áp suất, giúp quá trình chưng cất ổn định
4. Vật liệu chế tạo cánh gạt – phù hợp môi trường chưng cất quay
Do bơm thường làm việc với hơi dung môi như ethanol, methanol, aceton… nên cánh gạt cần:
Chịu được môi trường dầu chân không có thể lẫn hơi dung môi
Chịu mài mòn do ma sát liên tục với buồng bơm
Ổn định kích thước khi nhiệt độ tăng
Vì vậy, vật liệu cánh thường là:
Graphite composite
Carbon/graphite được liên kết với nhựa chịu nhiệt
Ưu điểm:
Tự bôi trơn tốt
Trọng lượng nhẹ, giảm lực quán tính
Không nứt dễ dàng khi chịu nhiệt hoặc va đập nhẹ
Tương thích với dầu chân không và môi trường có hơi dung môi ở nồng độ thấp
5. Thiết kế rãnh chứa cánh gạt trên rôto
Rãnh cánh gạt được gia công chính xác, đảm bảo:
Khe hở vừa đủ để cánh trượt mượt, không kẹt
Không quá rộng khiến cánh bị lắc, gây rung và mòn không đều
Bề mặt rãnh phẳng, giảm ma sát với thân cánh
Góc rãnh phù hợp hướng lực ly tâm, giúp cánh luôn “ép” đúng hướng vào thành buồng
Với model 2XZ-6C dùng cho máy chưng cất quay, thiết kế này giúp bơm:
Khởi động êm
Duy trì lực hút ổn định trong suốt quá trình cô quay kéo dài
Hạn chế rung, giảm ảnh hưởng đến thiết bị thí nghiệm xung quanh
6. Tương tác giữa cánh gạt – dầu chân không – buồng bơm
Cánh gạt không làm việc một mình, mà kết hợp với dầu chân không và buồng bơm:
Dầu tạo màng làm kín giữa mép cánh và vách buồng
Dầu bôi trơn bề mặt cánh, giảm ma sát
Dầu giúp tản nhiệt cục bộ tại vùng tiếp xúc
Trong ứng dụng chưng cất quay, hơi dung môi dễ ngưng tụ trong dầu, nên:
Thiết kế cánh gạt phải chịu được dầu có thể bị loãng nhẹ
Đảm bảo vẫn duy trì được độ kín cho đến khi dầu được thay hoặc tái sinh
Gas ballast (nếu sử dụng) hỗ trợ đẩy bớt hơi dung môi, bảo vệ cánh và dầu
7. Đặc điểm thiết kế cánh gạt phục vụ riêng cho máy chưng cất quay
Khi dùng cho máy chưng cất quay, bơm 2XZ-6C cần:
Hút êm, ít rung → bảo vệ thủy tinh và thiết bị
Đạt chân không vừa đủ sâu → dung môi sôi ở nhiệt độ thấp nhưng không quá “sôi bùng”
Duy trì chân không ổn định suốt thời gian dài
Thiết kế cánh gạt ly tâm hỗ trợ các yêu cầu này nhờ:
Tạo dòng hút liên tục, không dao động mạnh
Đảm bảo buồng bơm ít rò khí, giảm dao động áp suất trong bình chưng
Cho phép vận hành liên tục với tải hơi dung môi vừa phải khi kết hợp gas ballast và thay dầu định kỳ
8. Lưu ý vận hành để bảo vệ cánh gạt trong ứng dụng chưng cất quay
Để cánh gạt bền và giữ hiệu quả hút:
Không để bơm hút trực tiếp hơi dung môi đậm đặc ở nhiệt độ quá cao
Sử dụng bẫy lạnh (cold trap) hoặc bình ngưng trước bơm nếu chưng cất dung môi dễ bay hơi nhiều
Thay dầu định kỳ khi dầu đổi màu hoặc có mùi dung môi mạnh
Tránh chạy bơm ở áp suất khí quyển quá lâu (khi chưa đóng hệ chưng cất)
Những lưu ý này giúp cánh gạt không bị mòn sớm, không kẹt do cặn dung môi, và bơm luôn đạt chân không phù hợp cho chưng cất quay.
Kết luận
Thiết kế cánh gạt ly tâm bên trong bơm chân không model 2XZ-6C là yếu tố then chốt giúp bơm đáp ứng tốt yêu cầu làm việc cùng máy chưng cất quay: hút ổn định, chân không đủ sâu, vận hành êm và bền. Hình dạng tấm mỏng, vật liệu graphite composite, rãnh rôto chính xác và sự kết hợp với dầu chân không đã tạo nên một cơ cấu cánh gạt hiệu quả, phù hợp cho môi trường phòng thí nghiệm và các ứng dụng cô quay dung môi. Hiểu rõ thiết kế này cũng giúp người vận hành lựa chọn chế độ làm việc, bảo trì và thay dầu đúng cách để bảo vệ cánh gạt và toàn bộ bơm.
