Máy bơm làm việc trong hệ thống chung thường ở chế độ ổn định. Tuy vậy đôi khi cũng xảy ra sự làm việc không ổn định. Hậu quả của sự không ổn định ấy chính là lưu lượng, cột áp bị biến đổi tuần hoàn và thường kèm theo nước va trong mạng lưới. Vì sự ổn định của toàn hệ thống bơm, không cho phép bơm làm việc ở chế độ không ổn định.
Điều kiện để bơm làm việc ổn định trong mạng lưới
Cho đặc tính đường ống có Hhh > H0 và cắt đường đặc tính của bơm ở hai điểm: A ở nhánh hướng xuống, B ở nhánh hướng lên (Hình 2.35). Cả hai điểm đều có các điều kiện cân bằng về năng lượng của hệ thống bơm-mạng lưới. Nếu điểm làm việc nằm ở nhánh hướng xuống, sự cân bằng sẽ là ổn định; nếu nằm ở nhánh hướng lên thì sự cân bằng có thể sẽ không ổn định. Giả sử do độ giảm tức thời của cột áp, lưu lượng tại mỗi điểm làm việc tăng lên một lượng ΔQ.
Tại A khi lưu lượng trong hệ thống tăng lên một lượng ΔQA sẽ có giá trị
ΔH=Hô - H>0
Sự thiếu hụt năng lượng H do bơm cấp vào hệ thốn so với năng lượng yêu cầu Hô chỉ có thể được bù lại bằng động năng của khối chất lỏng chuyển động trong hệ thống. Vì thế, vận tốc củ khối chất lỏng bị giảm, lưu lượng cũng giảm đến giá trị cân bằng QA, vị trí cân bằng được khôi phục
Tại B khi lưu lượng của hệ thống tăng lên một lượng ΔQB sẽ có giá trị
ΔH=Hô - H<0
Sự thừa năng lượng do bơm cấp H so với năng lượng yêu cầu Hô sẽ làm tăng động năng của khối chất lỏng chuyển động trong hệ thống. Do vậy, vận tốc của khối chất lỏng tăng, lưu lượng tăng lên, hệ thống tiếp tục lệch khỏi vị trí cân bằng ở điểm B
Tại A và B khi lưu lượng giảm đi một lượng ΔQ thì hiện tượng xảy ra ngược lại. Tại A hệ thống cũng tự khôi phục được vị trí cân bằng, còn tại B hệ thống vẫn tiếp tục rời khỏi vị trí cân bằng. Như vậy, khi điểm làm việc nằm trên nhánh hướng xuống của đường đặc tính thì bơm sẽ làm việc ổn định, còn nằm trên nhánh hướng lên thì không ổn định.
Tuy nhiên cũng có trường hợp hệ thống làm việc ổn định tại nhánh hướng lên của đường đặc tính bơm, nếu có Hô > Hhh Trường hợp này, đặc tính đường ống chỉ cắt đường đặc tính bơm tại một điểm ( hình 2-36) mà sự xáo động lưu lượng ΔQB dương sẽ tương ứng với giá trị dương của ΔH=Hô - H và ngược lại. Như vậy, điều kiện làm việc ổn định của bơm trong hệ thống đường ống là dấu của ΔH phải dương khi sự nhiễu loạn của lưu lượng là dương và ngược lại. Điều kiện đó có thể viết dưới dạng toán học như sau:
Khảo sát chế độ làm việc không ổn định trong trường hợp đơn giản: Khi bơm làm việc riêng lẻ trong mạng lưới có đài. Nước được bơm lên đài rồi từ đài chảy vào trong mạng lưới. Cho lưu lượng chảy vào mạng lưới Q1 < Qk ( lưu lượng tại tiếp điểm K của đặc tính đường ống với đường đặc tính máy bơm)
Trong vùng từ lưu lượng=0 cho đến lưu lượng QK ta có các bất đẳng thức
Bơm làm việc không ổn định. Vì vậy lưu lượng của bơm Q sẽ khác lưu lượng Q1 Bơm sẽ làm việc khi Q=0 hoặc Q>QK
Giả sử ban đầu bơm làm việc với lưu lượng QA mà
QA > QK > Q1
Do lưu lượng của bơm lớn hơn lưu lượng cấp vào mạng lưới nên mực nước trên đài nâng dần lên tức là Hhh của đặc tính đường ống tăng lên.
Vì vậy đặc tính đường ống được nâng dần lên song song với chính nó và điểm làm việc của bơm sẽ lùi dần về phía có lưu lượng nhỏ. Từ sau điểm A, đường đặc tính bơm sẽ cắt đường đặc tính đường ống tại hai điểm.
Theo điều kiện Q>Q1 mực nước trong bể vẫn tiếp tục dâng lên, điểm làm việc của bơm vẫn lùi dần về phía có lưu lượng nhỏ cho đến khi đường đặc tính của bơm tiếp xúc với đường đặc tính đường ống tại K. Do quán tính của chất lỏng, mực nước trong bể vẫn tiếp tục dâng lên. Đường đặc tính đường ống nâng lên vượt quá đường đặc tính bơm. Khi đó cột áp yêu cầu của mạng lưới đường ống lớn hơn cột áp làm việc của máy bơm. Bơm ngừng cấp nước vào mạng lưới và chuyển sang làm việc ở chế độ không tải. Khi đó cũng xuất hiện hiện tượng chảy ngược của nước từ đài về bể hút qua bơm cho đến khi cột nước hình học của đường ống giảm xuống bằng cột áp Ho của bơm khi Q=0. Ngay khi cột áp Hhh bắt đầu nhỏ hơn Ho bơm lại tiếp tục làm việc cho lưu lượng ứng với điểm làm việc A1 .Do lưu lượng của bơm lớn hơn lưu lượng cấp vào mạng lưới Q1 nên hiện tượng trên lại xảy ra và cứ lặp đi lặp lại như thế gọi là hiện tượng làm việc không ổn định của máy bơm trong hệ thống
Trong trường hợp đang xét, khi Q1 <QK thì sự làm việc của bơm bao giờ cũng là không ổn định. Nhánh hướng lên của đường đặc tính bơm có các chế độ làm việc không ổn định trừ trường hợp Hhh < H0. Sự làm việc không ổn định của bơm gây nhiều tác hại như đã nêu trên. Để tránh tình trạng làm việc không ổn định, khi sử dụng nên chọn những bơm mà đường đặc tính chỉ có 1 chiều dốc.