Bơm vệ sinh, còn được gọi là bơm vô trùng, được phân loại dựa trên môi trường ứng dụng. Chúng được thiết kế đặc biệt nhằm vận chuyển các sản phẩm cuối cùng tiếp xúc trực tiếp với cơ thể con người, phục vụ các ngành công nghiệp dược phẩm, sữa, đồ uống, thực phẩm, mỹ phẩm, phụ gia thực phẩm và hóa chất tinh khiết.
Tùy theo tính đa dạng của môi chất cần xử lý, dưới đây là 10 loại bơm vệ sinh phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trong các dây chuyền chế biến.
Bơm ly tâm
Nguyên lý hoạt động: Bơm ly tâm được phân thành hai dạng: bơm một cấp và bơm nhiều cấp. Trước khi khởi động, buồng bơm của bơm ly tâm một cấp phải được đổ đầy chất lỏng. Khi bánh công tác quay với tốc độ cao, chất lỏng thu được vận tốc nhờ lực ly tâm. Chất lỏng có vận tốc cao này sau đó đi qua kênh xoắn ốc mở rộng, nơi áp suất động (vận tốc) được chuyển đổi thành áp suất tĩnh. So với loại một cấp, bơm ly tâm nhiều cấp được trang bị hai hoặc nhiều bánh công tác trở lên. Thiết kế này cho phép bơm hấp thụ và tăng áp chất lỏng ở từng cấp liên tiếp, nâng cột áp chất lỏng lên mức cao hơn đáng kể. Người dùng có thể tăng hoặc giảm số lượng cấp bánh công tác để đạt được cột áp mong muốn.
Ưu điểm: Cấu trúc đơn giản và gọn nhẹ, chiếm diện tích lắp đặt nhỏ, trọng lượng nhẹ, khả năng chế tạo tốt, chi phí thấp, khả năng tự mồi xuất sắc, độ nhạy thấp đối với sự nhiễm bẩn của môi chất, dải tốc độ làm việc rộng, khả năng chịu tải va đập cao, bảo trì dễ dàng và độ tin cậy vận hành rất cao.
Nhược điểm: Lực hướng kính không cân bằng, độ dao động lưu lượng cao, mức độ ồn gia tăng, hiệu suất năng lượng thấp hơn so với bơm thể tích dương ở môi chất có độ nhớt cao, khả năng thay thế linh kiện giữa các mẫu thấp, khó sửa chữa khi đã mài mòn, và không thể sử dụng như bơm thể tích thay đổi được.
Bơm tự mồi
Nguyên lý hoạt động: Trước khi khởi động, buồng bơm phải được đổ đầy nước (hoặc giữ lại nước bên trong từ lần vận hành trước). Khi bật máy, bánh công tác quay với tốc độ cao, đẩy nước trong các kênh bánh công tác vào buồng xoắn ốc. Quá trình này tạo ra chân không tại cửa hút, mở van một chiều ở đầu hút. Không khí trong ống hút được hút vào bơm, di chuyển qua các kênh bánh công tác đến mép ngoài và bị đẩy ra ngoài.
Đặc tính vận hành: Khe hở cực kỳ nhỏ giữa thân bơm và bánh công tác đảm bảo khả năng hút vượt trội. Đường ống hút có khả năng loại bỏ không khí và vận chuyển liên tục các sản phẩm chứa khí hòa tan. Các bơm này kết hợp cấu trúc gọn nhẹ, vận hành êm ái, hiệu suất cao và tuổi thọ dài cùng yêu cầu bảo trì thấp.
Bơm hai trục vít (bơm chuyển dịch song song)
Nguyên lý hoạt động: Thường được gọi là bơm chuyển dịch song song, hệ thống này sử dụng một cặp trục vít đặc biệt, ăn khớp chính xác với nhau. Trong quá trình quay, hai trục vít ăn khớp chặt chẽ với nhau và sát khít với thành buồng trong. Sự tương tác này tạo thành một loạt các buồng kín động học, nằm song song trong không gian. Chuyển động quay liên tục đẩy vật liệu tiến về phía trước theo hướng quy định, tạo ra dòng chảy ổn định, có áp suất cao và không dao động.
Đặc tính vận hành: Thiết kế mô-đun tiết kiệm đáng kể diện tích lắp đặt và loại bỏ hoàn toàn các góc chết bên trong, do đó rất thích hợp cho cả vận chuyển sản phẩm lẫn các quy trình CIP/SIP tự động (làm sạch tại chỗ / tiệt trùng tại chỗ). Vì các roto được thiết kế riêng biệt không bao giờ tiếp xúc trực tiếp, nên gần như không xảy ra mài mòn cơ học, đảm bảo tuổi thọ vận hành exceptionally dài. Bơm hỗ trợ điều chỉnh tốc độ, vận hành thuận – nghịch và khả năng chạy khô. Bơm vượt trội trong việc trộn đều và vận chuyển ổn định các vật liệu không đồng nhất (như hỗn hợp khí – lỏng hoặc rắn – lỏng), thích nghi với dải độ nhớt rộng mà không gây suy giảm do cắt cắt, đồng thời dễ dàng xử lý các chất lỏng chứa hạt rắn kích thước lớn.
Bơm bánh răng
Nguyên lý hoạt động: Bơm bánh răng vệ sinh sử dụng cơ chế ăn khớp của hai bánh răng quay (một bánh dẫn và một bánh bị dẫn) bên trong thân bơm có độ kín khít cao. Khi hai bánh răng tách rời nhau ở phía cửa hút, chúng tạo ra chân không để hút chất lỏng vào bơm. Chất lỏng bị giữ kín trong các khoang giữa các răng bánh răng và thân bơm, di chuyển dọc theo chu vi đến phía cửa xả. Khi các răng ăn khớp trở lại ở phía cửa xả, chất lỏng bị ép ra ngoài.
Ưu điểm: Thiết kế cực kỳ gọn nhẹ và đơn giản, chiếm diện tích nhỏ, khả năng tự mồi xuất sắc, tạo ra dòng chảy ổn định và không dao động, hiệu suất cao khi xử lý môi chất có độ nhớt cao, vận hành được theo hai chiều, và có thể sử dụng cho các ứng dụng định lượng chính xác.
Nhược điểm: Tạo lực cắt cao hơn so với bơm cánh gạt hoặc bơm hình sin, độ nhạy cao đối với các hạt rắn hoặc hạt mài mòn gây mài mòn nội bộ nhanh chóng, khe hở nhỏ làm tăng nguy cơ dính bám nếu vận hành khô, và có thể phát ra tiếng ồn ở tốc độ vận hành cao.
Bơm trục vít (bơm buồng tiến triển)
Nguyên lý hoạt động: Các biến thể phổ biến bao gồm bơm trục vít đơn (bơm buồng tiến triển) và bơm trục vít đôi. Bơm trục vít đơn chỉ có một trục vít quay bên trong stator đàn hồi. Khi động cơ truyền mô-men xoắn tới trục bơm, trục vít vừa quay quanh trục riêng vừa lăn dọc theo bề mặt trong của lớp lót stator, tạo thành các buồng kín dịch chuyển liên tục. Đối với bơm trục vít đôi, một trục vít chủ động quay để truyền động cho trục vít còn lại; môi chất bị giữ kín trong các buồng ăn khớp và được đẩy theo phương trục hướng tới cửa xả trung tâm.
Ưu điểm: Khả năng hút xuất sắc với khả năng tự mồi đáng tin cậy; tạo ra dòng chảy đều đặn, liên tục với độ rung và độ ồn thấp; ít nhạy cảm hơn với khí hòa tan và tạp chất nhỏ so với các loại bơm quay khác; tính linh hoạt cao trong phạm vi rộng các loại môi chất và độ nhớt.
Nhược điểm: Kích thước vật lý lớn đòi hỏi diện tích lắp đặt đáng kể; dung sai chế tạo và lắp ráp trục vít rất nghiêm ngặt; hiệu suất tương đối nhạy cảm với những thay đổi đột ngột về độ nhớt môi chất; trục vít và stator chịu mài mòn cơ học theo thời gian và yêu cầu thay thế định kỳ; không thể thay đổi chiều quay tự do và bắt buộc phải vận hành theo hướng thiết kế sẵn.
Bơm cánh gạt quay
Nguyên lý hoạt động: Các bơm này tạo lực hút thông qua chuyển động đồng bộ và ngược chiều của hai cánh gạt không bao giờ tiếp xúc với nhau. Khi các cánh gạt quay, chúng hút vật liệu vào buồng bơm. Vỏ roto được chia thành nhiều khoang nhỏ. Khi một khoang đầy môi chất, khoang liền kề sẽ lập tức kín lại, tạo thành một quá trình chuyển dịch tuần hoàn liên tục.
Ưu điểm: Hoàn toàn phù hợp để vận chuyển môi chất có độ nhớt cao và các sản phẩm nhạy cảm với lực cắt; có cửa hút kích thước rất lớn để dễ dàng xử lý các vật liệu bán rắn; thiết kế quay ngược chiều không tiếp xúc đảm bảo sản phẩm không bị nén ép hay hư hại trong quá trình vận chuyển; vận hành ở tốc độ quay thấp nhằm bảo toàn cấu trúc vật lý và thành phần hóa học của môi chất.
Nhược điểm: Hiệu quả thấp khi vận chuyển môi chất có độ nhớt thấp; khe hở nội bộ cố định khiến mài mòn giữa roto và vỏ bơm theo thời gian làm giảm nhanh hiệu suất bơm; vẫn có thể gây ứng suất cắt đáng kể lên các vật liệu cực kỳ nhạy cảm; không thích hợp cho môi chất chứa các hạt rắn cứng và có tính mài mòn cao.
Bơm màng
Nguyên lý hoạt động: Trong quá trình vận hành, cơ cấu tay quay – thanh truyền do động cơ điều khiển làm piston chuyển động tịnh tiến. Chuyển động này truyền lực qua chất lỏng làm việc (thường là dầu) bên trong xi-lanh thủy lực tới một màng đàn hồi, khiến màng uốn cong qua lại để hút và đẩy chất lỏng qua các van một chiều.
Ưu điểm: Lý tưởng để xử lý các môi chất hóa học không ổn định hoặc dễ bay hơi cao; cách ly tuyệt đối giữa các vật liệu nguy hiểm hoặc ăn mòn với môi trường bên ngoài; thiết kế gọn nhẹ, di động và không yêu cầu nền móng cố định, do đó đặc biệt dễ dàng và tiết kiệm chi phí khi triển khai làm thiết bị vận chuyển di động.
Nhược điểm: Áp suất xả bị giới hạn bởi nguồn khí nén hoặc cơ cấu truyền động (thường không vượt quá 6 bar); gây rung động đường ống và tiếng ồn rõ rệt, đặc biệt ở lưu lượng cao; màng có tuổi thọ ngắn hơn và dễ bị hỏng do mỏi hơn so với các hệ thống chuyển dịch song song; lưu lượng thường khiêm tốn, giới hạn phạm vi ứng dụng vào các hệ thống cục bộ quy mô nhỏ.
Bơm cắt cao (bơm nhũ hóa)
Nguyên lý hoạt động: Còn được gọi là bơm nhũ hóa, các đơn vị vệ sinh này tích hợp chức năng phân tán, đồng nhất, nhũ hóa và trộn. Chúng được trang bị cụm roto – stator quay với tốc độ cực cao trong buồng kín chặt. Chuyển động nhanh này tạo ra lực va đập cơ học mạnh, lực cắt thủy lực và lực ma sát tiếp tuyến. Gia công tiên tiến và hợp kim đặc chủng đã xử lý bề mặt cho phép các cấu trúc răng này phá vỡ, đồng nhất và trộn các hạt vật chất xuống mức vi mô.
Đặc tính vận hành: Tất cả các chi tiết tiếp xúc với môi chất đều được chế tạo từ thép không gỉ cao cấp 316L. Bơm tạo ra vận tốc cắt và lực cắt cực kỳ cao. Được trang bị đồng thời từ 5 đến 8 hệ thống đồng nhất dòng thẳng, bơm đảm bảo khả năng phân tán và nhũ hóa ổn định ở tốc độ cao mà không gặp tình trạng mài mòn thiết bị nội bộ nghiêm trọng.
Bơm hình sin
Nguyên lý hoạt động: Bơm hình sin là một loại bơm thể tích dương quay. Bơm được trang bị roto hình sin độc đáo hoạt động đồng bộ với cổng gạt thay thế được. Sự tương tác này vận chuyển nhẹ nhàng môi chất qua bơm mà không gây dao động hay va chạm phá hủy. Hồ dáng sóng của roto đảm bảo bốn buồng dịch chuyển riêng biệt được hình thành và xả ra trong mỗi vòng quay đầy đủ. Chuyển động êm ái, liên tục này đẩy chất lỏng tiến về phía trước như một làn sóng nhẹ nhàng.
Đặc tính vận hành: Thiết kế gọn nhẹ tiết kiệm diện tích lắp đặt quý giá; gần như không gây bất kỳ tác động hay lực phá hủy nào lên môi chất nhạy cảm hoặc nhạy cảm với lực cắt trong quá trình vận chuyển; hỗ trợ lưu lượng lớn và xử lý với lực cắt thấp; dòng chảy ít dao động ngăn ngừa rung động đường ống và đảm bảo việc cấp liệu, xả hệ thống diễn ra ổn định, trật tự, giúp bơm mồi hoặc xả hệ thống nhanh hơn đáng kể. Tùy theo môi trường công nghiệp cụ thể, bơm có thể đáp ứng cả nhu cầu xử lý vệ sinh và xử lý công nghiệp nặng.
Bơm chân không Roots
Nguyên lý hoạt động: Được dẫn động bởi sự quay ngược chiều liên tục của hai cánh gạt đối xứng, khí được hút từ cửa vào vào khoảng không gian kín giữa các roto và thân bơm, sau đó được đẩy tới cửa xả. Vì buồng này hoàn toàn kín sau khi hút, khí không chịu nén hoặc giãn nở bên trong buồng bơm chính. Tuy nhiên, khi đầu mút roto vượt qua mép cửa xả, khí có áp suất cao hơn từ phía xả tràn ngược vào buồng, gây ra sự gia tăng đột ngột về áp suất trước khi khí được đẩy hoàn toàn ra ngoài.
Đặc tính vận hành: Đạt tốc độ bơm cực lớn trên dải áp suất rộng; thời gian khởi động nhanh để sẵn sàng vận hành ngay lập tức; độ bền cao đối với bụi và hơi nước có trong khí hút; không yêu cầu bôi trơn bên trong buồng bơm, đảm bảo môi trường chân không hoàn toàn không chứa dầu; mức độ rung thấp nhờ cân bằng động roto xuất sắc; tổn thất ma sát cơ học thấp dẫn đến tiêu thụ công suất tối thiểu, diện tích lắp đặt nhỏ gọn và chi phí bảo trì định kỳ rất thấp.
