Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kích thước và kết cấu của bộ phận hướng dòng đến hiệu suất của bơm chìm hướng trục ở việt nam

Xuất phát từ nhu cầu của sản xuất và đời sống về máy bơm chìm hướng trục phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp và chống úng ngập, đề tài luận án tiến sỹ kỹ thuật đã được đề xuất ” Nghiên c

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN MINH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC

VÀ KẾT CẤU CỦA BỘ PHẬN HƯỚNG DÒNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA

BƠM CHÌM HƯỚNG TRỤC Ở VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN MINH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC

VÀ KẾT CẤU CỦA BỘ PHẬN HƯỚNG DÒNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA

BƠM CHÌM HƯỚNG TRỤC Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án tiến sỹ, tôi rất may mắn và vinh dự nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của hai nhà khoa học là GS TS Nguyễn Thế Mịch và PGS.TS Nguyễn Văn Bày Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ có hiệu quả của hai thày

Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến các thày, cô trong Bộ môn Máy và tự động thủy khí, Viện cơ khí động lực, trường đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xin cảm ơn đến anh em đồng nghiệp nói chung và anh em đồng nghiệp trong Trung tâm nghiên cứu tư vấn cơ điện và xây dựng nói riêng đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu và công tác

Tôi xin chân thành cảm ơn đến tập thể lãnh đạo, anh em nhân viên kỹ thuật, công nhân của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương, Công ty CP chế tạo điện cơ Hà Nội đã giúp

đỡ tận tình trong quá trình thực hiện luận án và có nhiều góp ý, hỗ trợ rất quý báu về thiết

kế, chế tạo cũng như thử nghiệm các máy mẫu trong luận án tiến sỹ của tôi

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ông, bà, bố mẹ, anh em trong gia đình tôi, đặc biệt là người vợ và con gái nhỏ yêu quý của tôi đã nhẫn nại, chịu nhiều khó khăn, thiệt thòi luôn luôn bên cạnh tôi để động viên, khuyến khích cho tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án tiến sỹ này

Nguyễn Minh Tuấn

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án tiến sỹ này là của riêng tôi Các kết quả, số liệu của luận án

là trung thực và chưa được ai công bố trên bất kỳ tài liệu nào

GS TS Nguyễn Thế Mịch

PGS.TS Nguyễn Văn Bày

Nguyễn Minh Tuấn

Trang 5

ns – Số vòng quay đặc trưng (không thứ nguyên)

Z1 - Số lá cánh bánh công tác của máy bơm (không thứ nguyên)

Z2 – Số lá cánh hướng dòng (không thứ nguyên)

Ntr - Công suất trục (kW)

Nđc- Công suất động cơ (kW)

Ntl – Công suất thủy lực (kW)

ηb - Hiệu suất bơm (%)

ηđc- Hiệu suất động cơ (%)

ηll - Hiệu suất lưu lượng (%)

ηck- Hiệu suất cơ khí (%)

ηtl - Hiệu suất thủy lực (%)

ηch – Hiệu suất cánh hướng (%)

ηbx,ch – Hiệu suất bánh công tác và cánh hướng dòng (%)

ηh,d – Hiệu suất ống hút và ống đẩy (%)

ηlprofin – Hiệu suất lưới profin lá cánh (%)

Trang 6

Vz - Vận tốc hướng trục trước và sau bánh công tác (m/s)

V1 – Vận tốc lối vào bộ phận hướng dòng (m/s)

V2 – Vận tốc tại miệng ra bộ phận hướng dòng (m/s)

db- Đường kính bầu bánh công tác (m)

d

b – Tỷ số bầu (không thứ nguyên)

D1- Đường kính vào bánh công tác (m)

D3- Đường kính miệng ra bộ phận hướng dòng (m)

D4- Đường kính bầu của bộ phận hướng dòng (m)

kγloe – Hệ số tổn thất do góc loe γloe (không thứ nguyên)

kθ , θ – Hệ số tổn thất do góc loe θ (không thứ nguyên)

k1 – Hệ số tỷ lệ tổn thất cột áp (không thứ nguyên)

k2 – Hệ số cột áp lý thuyết (không thứ nguyên)

Rtb – Bán kính trung bình tiết diện prôfin cánh bánh công tác (m)

αb, αm – Góc đặt cánh ở tiết diện bầu và mép ngoài (độ)

l/t – Độ mau lưới cánh (không thứ nguyên)

ω – Vận tốc góc của trục bơm (rad/s)

U – Vận tốc vòng trước và sau lưới cánh (m/s)

ζ – Hệ số xâm thực (không thứ nguyên)

Kε – Hệ số vận tốc kinh tuyến (không thứ nguyên)

hx - Tổn thất năng lượng tương đối trong bánh công tác (không thứ nguyên)

ΔH – Tổng tổn thất thủy lực trong máy bơm chìm hướng trục (m)

Σhw – Tổng tổn thất thủy lực trong máy bơm hướng trục thông thường (m)

hγloe - Tổn thất do góc loe bộ phận hướng dòng (m)

Trang 7

- Tổn thất thủy lực tại ống dẫn và ống tháo ở dạng tương đối (không thứ nguyên)

hprofin – Tổn thất thủy lực do profin lá cánh (m)

Г’ - Giá trị của các thông số hình dạng

Г1 - Giá trị của các thông số hình dạng khi xét đến chiều dày tổn thất mạch động δ**

λ - Hệ số cản trong chuyển động rối của chất lỏng trong ống (không thứ nguyên)

v0 – Vận tốc trung bình của dòng chảy trong tiết diện (m/s)

vmax – Vận tốc ở trục (m/s)

r – Bán kính ống (m)

f1 – Diện tích tiết diện vào của ống (m2)

f2 – Diện tích tiết diện ra của ống (m2)

s = f2/f1 – Độ mở ống (không thứ nguyên)

ξ – Hệ số cản phần loe (không thứ nguyên)

ξtp – Hệ số cản toàn phần (không thứ nguyên)

χd và χt - Hệ số chuyển giá trị của hệ số tổn thất thủy lực cục bộ ζ (không thứ nguyên)

Xp – Lực cản

Yp- Lực nâng

tgλ - Chất lượng nghịch đảo của profin

tgλbx - Chất lượng nghịch đảo của profin lưới cơ bản

dp/dx - Đại lượng của građiên áp lực

Trang 8

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- HPMC - Công ty cổ phần Chế tạo bơm Hải Dương

- Bộ KH&CN - Bộ Khoa học và công nghệ

- CP - Cổ phần

- HTCĐ – Hướng trục chìm đứng

- KHCN: Khoa học công nghệ

- NXB – Nhà xuất bản

- NCKH – Nghiên cứu khoa học

- PTNT – Phát triển nông thôn

- BHBG – Biến hình bảo giác

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

1 Bảng 2.1 Xây dựng đường dòng đẳng tốc trong mặt phẳng kinh tuyến 28

2 Bảng 2.2 Xây dựng đường dòng đẳng thế trong mặt phẳng kinh tuyến 31

3 Bảng 2.3 Giá trị hệ số tổn thất cho phần loe đối với các rãnh có hình dạng tiết

4 Bảng 2.4 Kết quả tính toán lý thuyết hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục

5 Bảng 2.5 Các kích thước cơ bản của bộ phận hướng dòng với các trường hợp

6 Bảng 2.6 Kết quả tính toán lý thuyết hiệu suất máy bơm chìm với các trường

8 Bảng 4.2 Bảng kết quả hiệu chỉnh thông số kỹ thuật máy bơm chìm hướng trục 124

9 Bảng 4.3 Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 2.600-4,5 126

10 Bảng 4.4 Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 3.300 - 3 127

11 Bảng 4.5 Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 2.400-4,5 128

12 Bảng 4.6 Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục (Z1 = 4, Z2 = 5) 130

13 Bảng 4.7 Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 3.300 - 3

Trang 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

4 Hình 1.4 Kết cấu tổ máy bơm chìm – động cơ điện chìm của hãng Sverdmash

5 Hình 1.5 Kết cấu máy bơm chìm hướng trục DAF 48-19012 (N=190kW,

8 Hình 1.8 Sơ đồ miền tính toán cánh hướng dòng máy bơm chìm tại

10 Hình 1.10 Mô hình 3D máy bơm chìm hướng trục phục vụ thoát nước thải 10

11 Hình 1.11 Phân bố áp suất trên bề mặt cánh hướng dòng bơm nước thải 11

12 Hình 1.12 Sự tác động hạt rắn gây mài mòn cánh hướng dòng bơm nước thải 11

13 Hình 1.13 Mô hình 3D và hình ảnh thực tế máy bơm chìm bơm nước biển 12

14 Hình 1.14 Mô hình 3D CFD kết hợp giữa bánh công tác và bộ phận hướng dòng 12

Trang 11

19 Hình 1.19 Véc tơ vận tộc trong hệ thống dẫn dòng máy bơm kiểu GV-IMP 14

24 Hình 2.2 Tam giác vận tốc của dòng chảy trong cánh hướng dòng bơm

26 Hình 2.4 Sơ đồ phần dẫn dòng bơm hướng trục chìm và xây dựng đường dòng

27 Hình 2.5 Phân bố vận tốc theo đường dòng đẳng tốc trong mặt phẳng

28 Hình 2.6 Sơ đồ xây dựng đường dòng đẳng thế trong mặt phẳng kinh tuyến 30

31 Hình 2.9 Phân bố vận tốc theo đường dòng đẳng thế trong mặt phẳng kinh tuyến 32

32 Hình 2.10 Dựng profin cánh hướng trên mặt phẳng BHBG bằng phương pháp

33 Hình 2.11 Sơ đồ BHBG mặt nón sang mặt trụ trải ra trên mặt phẳng 33

35 Hình 2.13 Lưới thẳng các profin và tam giác vận tốc của dòng chất lỏng ở lối

37 Hình 2.15 Vòng khép kín bao profin để xác định lưu số vận tốc bao quanh profin

38 Hình 2.16 Kết cấu phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục và máy bơm

39 Hình 2.17 Phân bố vận tốc theo tiết diện trong các dòng chảy rối nhanh dần và

Trang 12

40 Hình 2.18 Profin vận tốc ở những tiết diện khác nhau của phần loe

41 Hình 2.19 Sơ đồ tính toán tổn thất thủy lực qua hệ thống dẫn dòng máy bơm

chìm hướng trục có góc loe cánh hướng mở dần γloe

48

48 Hình 2.26 Kết cấu bộ phận hướng dòng máy bơm hướng trục thông thường có

49 Hình 2.27 Mối quan hệ giữa ηb = f (γloe ) xác định bằng lý thuyết 59

54 Hình 3.1 Lựa chọn thông số đầu vào để tính toán bánh công tác bằng phần

55 Hình 3.2 Lựa chọn kết cấu phần dẫn dòng và thông số đầu vào phần cánh hướng dòng để mô phỏng bằng phần mềm Pumpal 69

57 Hình 3.4 Lựa chọn kết cấu bánh công tác, bộ phận hướng dòng của máy bơm

58 Hình 3.5 Mô phỏng trường véc tơ vận tốc dòng chảy qua hệ thống dẫn dòng

59 Hình 3.6 Phân bố trường vận tốc của dòng chảy (từ tiết diện gốc đến tiết diện

biên) trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục đứng có ns =600 77

60 Hình 3.7 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục có ns = 600 78

Trang 13

61 Hình 3.8 Lựa chọn kết cấu hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục có ns = 900 79

62 Hình 3.9 Mô phỏng trường véc tơ vận tốc dòng chảy trong hệ thống cánh máy

biên) trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục đứng có ns =900 79

64 Hình 3.11 Đường cong quan hệ giữa hiệu suất của bơm và lưu lượng ηb,2 = f (Q)

65 Hình 3.12 Lựa chọn kết cấu bánh công tác, bộ phận hướng dòng của máy bơm chìm hướng trục có ns = 1.000 81

66 Hình 3.13 Mô phỏng trường véc tơ vận tốc dòng chảy qua hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục có ns =1.000 81

67 Hình 3.14 Trị số của trường vận tốc dòng chảy qua hệ thống cánh (từ tiết diện

gốc đến tiết diện biên) máy bơm chìm hướng trục có ns = 1.000 81

68 Hình 3.15 Đường cong quan hệ giữa hiệu suất của bơm và lưu lượng ηb,3 = f (Q)

70 Hình 3.17 Trị số của trường vận tốc dòng chảy qua hệ thống cánh (từ tiết diện

gốc đến tiết diện biên) máy bơm chìm hướng trục có ns = 1.200 83

71 Hình 3.18 Trị số vận tốc dòng chảy qua hệ thống cánh máy bơm chìm hướng

72 Hình 3.19 Đường cong quan hệ giữa hiệu suất của bơm và lưu lượng

73 Hình 3.20 Lựa chọn kết cấu bánh công tác, bộ phận hướng dòng của máy bơm chìm hướng trục có ns = 1.400 85

74 Hình 3.21 Mô phỏng trường vận tốc dòng chảy qua hệ thống cánh máy bơm

75 Hình 3.22 Góc véc tơ vận tốc dòng chảy qua hệ thống cánh máy bơm chìm

biên) trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục đứng có ns = 1400 86

ηb,5 = f (Q), trường hợp số vòng quay đặc trưng ns = 1.400 86

78 Hình 3.25 Lựa chọn kết cấu bánh công tác, bộ phận hướng dòng của máy bơm chìm hướng trục có Z1 =3, Z2 = 8 89

79 Hình 3.26 Mô phỏng trường vec tơ vận tốc trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục có Z1 =3, Z2 = 8 (từ tiết diện bầu đến tiết diện biên ngoài lá cánh) 90

Trang 14

80 Hình 3.27 Mô phỏng giá trị độ lớn vận tốc dòng chảy trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục có Z1 =3, Z2 = 8 (tại tiết diện ½ lá cánh) 90

81 Hình 3.28 Mô phỏng góc của véc tơ vận tốc dòng chảy trong hệ thống cánh máy

bơm chìm hướng trục có Z1 =3, Z2 = 8 (tại tiết diện ½ lá cánh) 90

82 Hình 3.29 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục có Z1 =3, Z2 = 8 90

84 Hình 3.31 Mô phỏng giá trị độ lớn vận tốc dòng chảy trong hệ thống cánh máy

85 Hình 3.32 Mô phỏng góc của véc tơ vận tốc dòng chảy trong hệ thống cánh máy

86 Hình 3.33 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục có Z1 = 4, Z2 = 5 92

87 Hình 3.34 Mô phỏng trường vec tơ vận tốc trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục có Z1 =4, Z2 = 7 93

88 Hình 3.35 Mô phỏng trường vận tốc trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng

89 Hình 3.36 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục có Z1 = 4, Z2 = 7 94

91 Hình 3.38 Mô phỏng trường véc tơ vận tốc dòng chảy trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục có Z1 =5, Z2 = 9 95

92

Hình 3.39 Phân bố trường vận tốc của dòng chảy (từ tiết diện gốc đến tiết diện

biên) trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục đứng

có Z1 =5, Z2 = 9

95

95 Hình 3.42 Mô phỏng trường véc tơ vận tốc dòng chảy trong hệ thống cánh máy

biên) trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục đứng có Z1 =2, Z2 = 3 97

98 Hình 3.45 Lựa chọn kết cấu phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng γloe,1 = 760 99

Trang 15

biên) trong hệ thống cánh máy bơm chìm hướng trục đứng có γloe,1 = 760 100

100 Hình 3.47 Dòng chảy qua phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục có góc loe

cánh hướng γloe,1 = 760 (tại vị trí ½ lá cánh)

100

101 Hình 3.48 Sự biến đổi của góc dòng chảy qua bộ phận dẫn dòng có góc loe cánh

hướng γloe,1 = 760 (tại vị trí ½ lá cánh)

100

102 Hình 3.49 Đường cong quan hệ giữa hiệu suất và lưu lượng của bơm

ηb,1 = f (Q), trường hợp góc loe cánh hướng γloe,1 = 760 101

103 Hình 3.50 Lựa chọn kết cấu phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục có góc

105 Hình 3.52 Dòng chảy qua phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng γloe,2 = 600 (tại vị trí tiết diện gốc) 102

106 Hình 3.53 Sự biến đổi của góc dòng chảy qua bộ phận dẫn dòng có góc loe cánh

ηb,2 = f (Q), trường hợp góc loe bầu bộ phận cánh hướng γloe,2 = 600 103

108 Hình 3.55 Kết cấu bộ phận dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,4 = 300 104

109

Hình 3.56 Trường vận tốc dòng chảy qua bộ phận dẫn dòng (từ tiết diện gốc đến

tiết diện biên) của máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng

γloe,4 = 300

104

111 Hình 3.58 Kết cấu bộ phận dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,5 = 200 106

113 Hình 3.60 Véc tơ vận tốc dòng chảy qua bộ phận dẫn dòng của máy bơm chìm

hướng trục có góc loe cánh hướng γloe,5 = 200 (tại tiết diện gốc của lá cánh) 106

114 Hình 3.61 Đường cong quan hệ giữa hiệu suất của bơm và lưu lượng ηb,5 = f

115 Hình 3.62 Lựa chon kết cấu phần dẫn dòng máy bơm hướng trục thông thường

116 Hình 3.63 Phân bố trường vận tốc trong hệ thống dẫn dòng máy bơm hướng trục thông thường trường, hợp góc loe cánh hướng γloe,6 = 00 108

Trang 16

117 Hình 3.64 Véc tơ vận tốc trong hệ thống dẫn dòng máy bơm hướng trục thông

thường, trường hợp góc loe cánh hướng γloe,6 = 00 (tại vị trí mặt cắt R2) 108

119 Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm bơm của Công ty CP chế tạo bơm

120 Hình 4.2 Sơ đồ lắp đặt tổng thể hệ thống thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục

121 Hình 4.3 Hệ thống thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục của Công ty CP chế

122 Hình 4.4 Hệ thống máy tính tại phòng điều hành trung tâm hệ thống thử nghiệm bơm của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương 125

123 Hình 4.5 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục (ns = 600, γloe = 420) 126

124 Hình 4.6 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục HTCĐ3.300-3

125 Hình 4.7 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục (ns = 1.400, γloe = 420) 128

126 Hình 4.8 Tổng hợp quan hệ giữa ηb = f(ns) xác định bằng thực nghiệm và lý

129 Hình 4.11 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục (γloe = 760, ns =900) 132

130 Hình 4.12 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 3.300 - 3

Trang 17

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Lời mở đầu 1

Chương 1 Tổng quan 4

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm chìm trên thế giới và ở Việt Nam 4

1.2 Đánh giá về nghiên cứu máy bơm chìm trên thế giới và ở Việt Nam 19

1.3 Kết luận chương 1 22

Chương 2 Cơ sở lý thuyết dòng chảy trong bơm hướng trục và ảnh hưởng của th ng số ch thước ết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất của máy bơm chìm

hướng trục 24

2.1 Cơ sở lý thuyết dòng chảy trong máy bơm hướng trục và bơm chìm

hướng trục 24

2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán lưới các profin và đường đặc tính của bơm

hướng trục 33

2.3 Lý thuyết về hiệu suất máy bơm và vấn đề tổn thất trong bơm hướng trục 36

2.4 Lý thuyết tính toán hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục 41

2.5 Ứng dụng kết quả nghiên cứu lý thuyết để tính toán hiệu suất máy bơm chìm hướng trục 53

Chương 3: Khảo sát đánh giá sự ảnh hưởng của một số thông số ch thước, kết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất của bơm hướng trục chìm bằng mô

phỏng số 67

3.1 Tổng quan về chương trình phần mềm mô phỏng dòng chảy thủy lực

trong bơm 67

3.2 Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục 76

3.2.1 Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của số vòng quay đặc trưng đến hiệu suất của bơm chìm hướng trục 76

3.2.2 Khảo sát đánh giá sự ảnh hưởng của số lá cánh đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục 88

3.2.3 Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của của góc loe bộ phận hướng dòng đến hiệu suất bơm chìm hướng trục 98

3.2.4 Kết luận chương 3 110

Trang 18

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm m hình máy bơm chìm hướng trục 111

4.1 Giới thiệu hệ thống thử nghiệm máy bơm của Công ty CP chế tạo bơm

Hải Dương 111

4.1.1 Các hệ thống thử nghiệm máy bơm hiện có tại Việt Nam 111

4.1.2 Giới thiệu chung về hệ thống thử nghiệm máy bơm của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương 111

4.2 Xác định sai số đo 114

4.3 Xây dựng quy trình thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục 118

4.3.1 Các bước thực hiện trong quy trình thử nghiệm máy bơm chìm

hướng trục 118

4.3.2 Số liệu tính toán 120

4.3.3 Xây dựng đường đặc tính 122

4.3.4 Đánh giá kết quả thử nghiệm 123

4.4 Vấn đề thiết bị đo và phương pháp hiệu chỉnh số liệu thử nghiệm 123

4.4.1 Vấn đề thiết bị đo 123

4.4.2 Phương pháp hiệu chỉnh số liệu 123

4.5 Tổng hợp các kết quả thử nghiệm và phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu

thực nghiệm 125

4.5.1 Thử nghiệm xác định ảnh hưởng của số lá cánh bánh công tác, cánh hướng dòng đến đặc tính năng lượng của máy bơm chìm hướng trục 126

4.5.2 Thử nghiệm xác định ảnh hưởng của góc loe γloe bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục 129

4.5.3 Thử nghiệm xác định ảnh hưởng của số vòng quay đặc trưng trong máy bơm chìm hướng trục 132

4.7 Kết quả và bàn luận 136

Kết luận và kiến nghị 139

Tài liệu tham khảo

Danh mục các c ng trình đã c ng bố của luận văn

Phụ lục

Trang 19

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong điều kiện phát triển nhanh của các ngành cơ khí, điện, điện tử, các quốc gia trên thế

giới đã đạt nhiều thành tựu khoa học công nghệ trong lĩnh vực các máy bơm chìm – động cơ

điện chìm Đến nay, loại sản phẩm công nghệ tiên tiến này của các hãng bơm lớn như ABS

(Đức), Flygt (Thụy điển), EBARA (Nhật Bản) đã đạt đến mức độ hoàn thiện cao và được

xuất khẩu đi khắp thế giới với nhu cầu sử dụng ngày một tăng Trong khi đó, các sản phẩm

máy bơm chìm – động cơ điện chìm ở Việt Nam mới dừng lại ở dạng sản phẩm của các đề tài

nghiên cứu và dự án sản xuất thử nghiệm; vẫn chưa có sản phẩm máy bơm chìm - động cơ

điện chìm nào đạt chất lượng cao và sản xuất theo quy mô hàng hóa phục vụ nhu cầu thực tế [11,13]

Hiện nay, ngoài nhu cầu phục vụ cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp, nhu cầu cần

bơm lượng nước lớn chống úng ngập cho các địa phương ven biển, đồng bằng sông Cửu Long

với chiều cao chênh lệch địa hình không nhiều ∆Z=(1-3)m và ảnh hưởng của thủy triều cũng

rất cần thiết Các địa phương vùng đồng bằng sông Hồng với chênh lệch địa hình phổ biến

∆Z=(4-5)m đòi hỏi phải có các tổ máy bơm chìm, trong đó, có các máy bơm chìm hướng trục

nhằm khắc phục tình trạng hở trõ bơm trong mùa cạn và ngập động cơ trong mùa mưa Các tổ

máy bơm chìm nhập khẩu có giá thành cao, không chủ động được thiết bị thay thế, sửa chữa

nếu có hư hỏng xảy ra Điều này đòi hỏi phải nhanh chóng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các

tổ máy bơm chìm trong nước với chất lượng tốt và giá thành hạ, đảm bảo khả năng tự thay thế,

sửa chữa phụ tùng không phụ thuộc vào chuyên gia nước ngoài Thực tế sử dụng các tổ máy

bơm chìm nhập khẩu cho thấy, vấn đề thiết kế, chế tạo được các máy bơm chìm ly tâm hoặc

hỗn lưu, không có gì khác biệt nhiều so với các máy bơm ly tâm, hỗn lưu thông thường

(động cơ kéo bơm được làm mát bằng không khí và đặt trên cạn) Trong khi đó, các máy bơm

chìm hướng trục, do kết cấu phần dẫn dòng có khác biệt khá lớn so với máy bơm hướng trục

thông thường, đặc biệt là bộ phận hướng dòng – với góc loe của phần bầu cánh lớn hơn rất

nhiều Các sản phẩm máy bơm chìm – động cơ điện chìm của các đề tài nghiên cứu, dự án sản

xuất thử nghiệm được thực hiện tại Việt Nam bước đầu đã cho thấy góc loe bầu cánh lớn của

bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục (trục đứng và trục ngang) có ảnh hưởng

không nhỏ đến hiệu suất làm việc của bơm Nói chung, thực tế đã chỉ rõ rằng, phải nghiên cứu

bài bản và chuyên sâu về kích thước hình học và kết cấu của bộ phận hướng dòng máy bơm

chìm hướng trục Làm sáng tỏ vấn đề này sẽ tạo cơ sở để thiết kế, chế tạo phần dẫn dòng tốt

nhất cho các máy bơm chìm hướng trục các loại công suất khác nhau Điều đó sẽ cho phép

tránh được những rủi ro, tiết kiệm được thời gian và sức lao động của các doanh nghiệp khi

Trang 20

thiết kế, chế tạo các tổ máy bơm chìm hướng trục công suất lớn phục vụ nhu cầu trong nước

và hướng tới xuất khẩu [12,14]

Xuất phát từ nhu cầu của sản xuất và đời sống về máy bơm chìm hướng trục phục vụ tưới

tiêu trong nông nghiệp và chống úng ngập, đề tài luận án tiến sỹ kỹ thuật đã được đề xuất

” Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kích thước và kết cấu của bộ phận hướng dòng

đến hiệu suất của bơm chìm hướng trục ở Việt Nam” nhằm góp phần từng bước phát triển sản

phẩm máy bơm chìm – động cơ điện chìm do Việt Nam thiết kế, chế tạo phục vụ nhu cầu

trong nước, nâng cao thị phần bơm chìm nội địa, có khả năng cạnh tranh được sản phẩm cùng

loại với các nước trong khu vực và trên thế giới

2 Mục tiêu của đề tài

a) Về lý luận

Đóng góp cho khoa học chuyên ngành các phương pháp tính toán, thiết kế bộ phận hướng

dòng máy bơm chìm hướng trục với sự thay đổi thông số hình học, kết cấu của bơm

b) Về thực tiễn

Cung cấp cơ sở khoa học trong công tác thiết kế, lựa chọn góc loe hợp l của bộ phận

hướng dòng máy bơm chìm hướng trục với số vòng quay đặc trưng thông dụng và số lá cánh

hướng dòng điển hình

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Từ thực tế thiết kế, chế tạo và sử dụng các máy bơm chìm hướng trục phục vụ sản xuất

nông nghiệp cho thấy, kết cấu của máy bơm chìm hướng trục có đặc điểm là bộ phận hướng

dòng được gắn trực tiếp với động cơ điện chìm qua bầu của bộ phận hướng dòng, do đó, kích

thước vỏ động cơ điện chìm làm cho bầu của bộ phận hướng dòng có góc loe lớn hơn nhiều so

với phần bầu của bộ phận hướng dòng máy bơm hướng trục thông thường Nghiên cứu sự

khác biệt này chính là nghiên cứu ảnh hưởng của trị số góc loe bộ phận hướng dòng máy

bơm chìm hướng trục tác động đến hiệu suất của bơm Phạm vi nghiên cứu của luận án là

nghiên cứu ảnh hưởng của góc loe bầu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất bơm với các trị số

của số vòng quay đặc trưng thông dụng và số lá cánh hướng dòng điển hình của bơm chìm

hướng trục

4 Ý nghĩa hoa học

a) Về lý thuyết

Đánh giá được sự ảnh hưởng của trị số góc loe bầu bộ phận hướng dòng máy bơm hướng

trục đến hiệu suất của bơm, từ đó, xác định các phương pháp tính toán, thiết kế cho bộ phận

hướng dòng , nhằm nâng cao hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục

Trang 21

b) Về thực tiễn

Cung cấp cho các nhà thiết kế các thông tin cần thiết, trên cơ sở đó, có thể lựa chọn được thông số hình học ( góc loe bầu cánh hướng dòng) hợp l khi thiết kế bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục

5 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết với thực nghiệm, đồng thời, dùng phần mềm mô phỏng để nghiên cứu, đánh giá sự ảnh hưởng của trị số góc loe bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục đến hiệu suất của bơm với các trị số số vòng quay đặc trưng thông dụng và

số lá cánh hướng dòng điển hình của bơm đang được sử dụng tại Việt nam

6 Điểm mới của luận án

+ Đánh giá được sự ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục đến hiệu suất của bơm, từ đó, xác định phương pháp tính toán thiết kế phần dẫn dòng nói chung và bộ phận hướng dòng nói riêng, nhằm nâng cao hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục

+ Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đạt được về ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu góc loe bộ phận hướng dòng với số vòng quay đặc trưng thông dụng và số lá cánh hướng dòng điển hình của máy bơm chìm hướng trục,luận án đã đề xuất phương pháp lựa chọn, tính toán trong công tác thiết kế bộ phận hướng dòng nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm bộ phận hướng dòng nói riêng và máy bơm chìm hướng trục nói chung, đóng góp tốt cho thực tế sản xuất

Đặc điểm nổi bật của luận án là tập trung nhiều hơn về phần nghiên cứu thực nghiệm với các máy bơm chìm hướng trục trong phòng thí nghiệm

7 Cấu trúc của luận án

Nội dung chính của luận án gồm Lời mở đầu và 4 chương: Chương 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm chìm trên thế giới và ở Việt Nam; Chương 2

Cơ sở lý thuyết dòng chảy trong bơm hướng trục và ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục; Chương 3 Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục bằng mô phỏng số; Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình máy bơm chìm hướng trục Kết quả đạt được, bàn luận và kết luận, kiến nghị

Trang 22

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm chìm trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo v sử dụng máy bơm chìm trên thế giới 1.1.1.1 Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo v sử dụng máy bơm chìm trên thế giới

Cùng với sự phát triển nhanh của ngành cơ khí - điện nói chung, các máy bơm chìm - động cơ điện chìm đã được chú đầu tư nghiên cứu từ những năm 1920-1930 và đạt kết quả tốt vào những năm 1940–1950 phục vụ cho nhiều nhu cầu mục đích khác nhau: tưới tiêu trong nông nghiệp, bơm nước thải và cấp nước cho công nghiệp, sinh hoạt Ở các nước công nghiệp phát triển, vấn đề nghiên cứu, chế tạo và sử dụng máy bơm chìm - động cơ điện chìm đã được quan tâm nhiều và đạt đến trình độ cao như sản phẩm của hãng Flygt( Thụy Điển), ABS, EMU, KSB (Đức), Omega (Tây Ban Nha), EBARA, Toshiba (Nhật), Huyndai, Sumjung, Daijin (Hàn Quốc), Energomash (Nga) [10,29,37, 38]

Ngày nay, hàng vạn máy bơm chìm-động cơ điện chìm với các chủng loại: ly tâm, hướng trục, hỗn lưu kiểu trục đứng, trục ngang…có công suất N = (0,1–5.000) kW, cột áp H=(1-500) m, lưu lượng Q = (0,1-30.000) m3/h đã được thiết kế, chế tạo và sử dụng rộng rãi trong sản xuất, đóng góp quan trọng vào sự phát triển của các ngành nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải…[12,20,37]

Các thiết bị nêu trên vẫn đang được các nước trên thế giới, đặc biệt là các nước có nền công nghiệp phát triển và các nền kinh tế mới nổi, tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để ngày một nâng cao về số lượng cũng như chất lượng sản phẩm, phù hợp với nhiều điều kiện làm việc và các nhu cầu khác nhau…

Có thể tham khảo một số sản phẩm máy bơm chìm – động cơ điện chìm với kết cấu đặc trưng của các hãng khác nhau trên thế giới [19,20,21]: Hãng ABS (Đức) – hình 1.1, hãng Flygt (Thụy Điển) – hình 1.2, hãng EBARA (Nhật Bản) – hình 1.3 và hãng Dai Jin (Hàn Quốc) – hình 1 4

Trang 23

bộ phận hướng nhỏ (γloe < 450)

Flygt của Thụy Điển cũng là một trong

các hãng bơm chìm có uy tín và chất lượng

cao trên thế giới Sản phẩm của hãng đã được

đầu tư nghiên cứu từ những năm 1950, đến

nay, đã đạt được nhiều thành công và đã cung

cấp cho hầu khắp các nước trên thế giới

Cũng như ABS, động cơ điện chìm của Flygt

được thiết kế, chế tạo với đường kính nhỏ

nhằm mục đích làm giảm góc loe của bộ phận

hướng dòng Theo đo đạc thực tế và tham

khảo các tài liệu liên quan đối với dòng máy

bơm chìm hướng trục đứng của Flygt, góc loe

của bộ phận hướng dòng của hãng này tương

Trang 24

Ở châu Á, Nhật Bản là nước duy

nhất trong nhóm G7, có công nghệ chế

tạo các sản phẩm máy bơm chìm nói

chung và máy bơm chìm hướng trục nói

riêng, đạt trình độ tương tự như ở các

nước G7 khác Sản phẩm máy bơm

chìm hướng trục của Nhật bản, trong

đó, tiêu biểu là của hãng EBARA, có

kết cấu nhỏ gọn, hợp l Động cơ điện

chìm lắp với các máy bơm chìm

thường có kích thước nhỏ về chiều

ngang, góc loe của bộ phận hướng dòng

cũng nằm trong giới hạn chung

nhiều thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu,

chế tạo các loại máy bơm cho nhiều mục đích

khác nhau Hiện nay, Tập đoàn Sverdmash là

một trong những hãng sản xuất bơm lớn nhất

của Nga Hãng đã có quan hệ tốt với Việt

nam, đã chuyển giao nhiều công nghệ tiên

tiến trong thiết kế, chế tạo máy bơm, trong đó

có máy bơm chìm kiểu giếng sâu cho Việt

nam Máy bơm chìm – động cơ điện chìm

của Sverdmash đã chế tạo đạt lưu lượng

20.000m3/h, công suất động cơ điện chìm tới

1.000 kW

Hãng Sverdmash hiện nay chủ yếu sản

xuất các loại máy bơm chìm với công suất

lớn phục vụ nhu cầu tưới tiêu đòi hỏi lưu

lượng lớn Các máy bơm chìm hướng trục

của Nga thường có góc loe bộ phận hướng

dòng (γloe = (400 - 500)

Hình 1.4 Kết cấu tổ máy bơm chìm – động cơ điện chìm của hãng Sverdmash (Nga)

Trang 25

Hàn Quốc cũng là một trong các nước đầu tư rất lớn về nghiên cứu phát triển các sản

phẩm máy bơm chìm nói chung và máy bơm chìm hướng trục nói riêng Hiện nay, có nhiều

hãng chế tạo máy bơm Một trong những hãng nổi tiếng về chế tạo bơm của Hàn Quốc là

Daijin.Với phương châm học hỏi, chuyển giao công nghệ của các nước tiên tiến, trong đó, chủ

yếu là Nga và Nhật Bản, các hãng bơm của Hàn Quốc thường có kết cấu tương tự như đối với

các sản phẩm của hai nước này Tuy nhiên, trong điều kiện công nghệ của Hàn Quốc, các tổ

máy bơm chưa thực sự nhỏ gọn như đối với các nước G7 Góc loe của các loại máy bơm chìm

hướng trục của hãng DaiJin nói riêng và của các hãng khác ở Hàn Quốc nói chung, thường có

góc loe bộ phận hướng dòng (γloe < 500), điều này được thể hiện rõ qua mặt cắt tổng thể máy

bơm hướng trục chìm của hãng DaiJin (Hàn Quốc – hình 1.5) [12,18].Thông số kỹ thuật của tổ

máy bơm chìm hướng trục DAF 48-19012: Công suất động cơ điện chìm: N = 190 kW, số

vòng quay: n = 590v/ph, lưu lượng tính toán: Qtt = 8.160m3/h, cột nước thiết kế: Htk = 5,7m

Với thông số kỹ thuật đã cho,

xác định được số vòng quay đặc

trưng của máy bơm là: ns ≈ 878

Hiệu suất máy bơm tại điểm

thiết kế: ηbtk ≈ 74,5% (với hiệu suất

động cơ điện chìm ηđc,max = 89%)

Theo hình 1.11, có thể xác định

các kích thước cơ bản của bộ phận

hướng dòng máy bơm chìm hướng

hướng dòng)

Máy bơm chìm hướng trục của hãng DaiJin được chế tạo theo gam (với số vòng quay đặc

trưng và kết cấu tương tự cho các tổ máy bơm với công suất khác nhau) với các sai lệch về

kích thước hình học trong điều kiện cho phép

Đối với máy bơm chìm công suất N=190kW, hiệu suất máy bơm ηb = 74,5% thực sự chưa

cao (máy bơm hướng trục thông thường công suất tương đương (N > 180kW) do Việt Nam

Trang 26

chế tạo có hiệu suất bơm ηb ≥ 78 %) Tuy nhiên, hãng DaiJin là một trong những hãng bơm có

uy tín với các sản phẩm xuất khẩu đi nhiều nước trên thế giới và được thị trường các nước công nghiệp phát triển chấp nhận ( Nhật, Mỹ, Singapor…)

Bên cạnh các nước có nền công nghiệp tiên tiến, Trung Quốc là quốc gia có ngành chế tạo máy bơm phát triển nhanh Hiện nay, Trung Quốc có nhiều công ty tự thiết kế, chế tạo các loại máy bơm chìm hướng trục đứng và hướng trục ngang kiểu capsul (tiêu biểu là Công ty Cam Tuyền (Thiên Tân), Công ty Khải Tuyền và Công ty YATHAI) [15,16,26] Công ty Cam Tuyền đã chế tạo bơm capsul đạt công suất N=800kW, Q=30.000m3/h (hình 1.6) Hình 1.7 giới thiệu một loại bơm capsul của Công ty Khải Tuyền

Hình 1.6 Bơm capsul của Công ty Cam

Tuyền (Trung Quốc) Hình 1.7 Bơm capsul của Công ty Khải Tuyền

(Trung Quốc)

Đối với Trung Quốc, các máy bơm chìm hướng trục được thiết kế, chế tạo với kết cầu thường lớn hơn khá nhiều so với sản phẩm cùng loại của các nước công nghiệp phát triển Qua nghiên cứu và khảo sát một số loại máy bơm chìm hướng trục của các hãng chế tạo bơm chìm Trung Quốc cho thấy, góc loe bộ phận hướng dòng thường được lấy với giá trị γloe =( 45o– 550

) Chính vì góc loe của bộ phận hướng dòng lớn, do đó, khi thử nghiệm thực tế, các máy bơm chìm hướng trục của Trung Quốc thường có hiệu suất thấp hơn so với sản phẩm cùng loại của các hãng bơm tiên tiến của các nước Đức, Thụy Điển,Nga, Hàn Quốc, Nhật Bản…

Từ phân tích nêu trên, cho thấy rằng, sản phẩm máy bơm chìm - động cơ điện chìm hướng trục của các nước trên thế giới đã chế tạo với nhiều loại thông số kỹ thuật khác nhau nhằm đáp ứng các điều kiện làm việc, nhu cầu sử dụng trong các ngành kinh tế kỹ thuật và

phục vụ nhu cầu sinh hoạt

Các hãng sản xuất máy bơm chìm trên thế giới khác nhau có các kết cấu phần dẫn dòng khác nhau, đặc biệt, đối với máy bơm chìm hướng trục, tùy theo điều kiện công nghệ của từng hãng sản xuất sẽ có kích thước hình học chi tiết hướng dòng phù hợp Những nước công nghiệp phát triển có xu hướng chế tạo động cơ điện chìm với kích thước nhỏ hơn so với sản phẩm cùng loại của những nước đang phát triển, từ đó, dẫn đến góc loe của bầu bộ phận

Trang 27

hướng dòng cũng sẽ nhỏ hơn Tuy nhiên, các máy bơm chìm hướng trục của các nước trên thế giới đều có bộ phận hướng dòng với góc loe hạn chế (γloe, max < 600)

Ngoài ra, đối với các máy bơm chìm hướng trục, theo kinh nghiệm của các nước, cho thấy, nên tập trung nghiên cứu tính toán, thiết kế phần dẫn dòng, trong đó, có bộ phận hướng dòng, với số vòng quay đặc trưng ns = (600-1.200) [19,20,21]

1.1.1.2 Tình hình nghiên cứu máy bơm chìm hướng trục

Sản phẩm máy bơm chìm nói chung, trong đó có các máy bơm chìm hướng trục, đã được các hãng bơm lớn của các nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu, phát triển đa dạng về chủng loại với các thông số kỹ thuật cũng như kích thước hình học, kết cấu phù hợp, đáp ứng các điều kiện làm việc trong thực tế sản xuất Tuy nhiên, hiện nay có rất ít hãng công bố các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của thông số kích thước và kết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm [13,14,18]

a) Tại Trung Quốc

Năm 2009, tại Hội thảo kỹ thuật chất lỏng (ASME 2009 Fluids Engineering Division Summer Meeting) diễn ra tại bang Cororado (Mỹ), nhóm tác giả Bin Chen, Lanjin Zhang, Kewei Zhang và Guangjie Peng ( Trung quốc), đã công bố kết quả sử dụng phần mềm

mô phỏng với công cụ CFD và kết quả thí nghiệm về hiệu suất máy bơm chìm hướng trục khi tính toán thiết kế cánh hướng dòng máy bơm chìm hỗn lưu bằng phương pháp mới trong bài báo về nghiên cứu cánh hướng dòng máy bơm chìm [18] ( hình 1.8)

Trong bài báo này, nhóm tác giả đã sử dụng phần mềm mô phỏng thủy lực thương mại Star – CD để mô phỏng dòng chảy trong bơm và phân tích hiệu suất thủy lực Mô hình máy bơm chìm được nhóm tác giả lựa chọn để nghiên cứu có công suất động cơ điện chìm N = 14

kW và số vòng quay n = 1.450 v/ph Mô hình bơm được lựa chọn trình bày tại hình 1.9

Hình 1.8 Sơ đồ miền tính toán cánh

hướng dòng máy bơm chìm tại Trung Quốc Hình 1.9 Mô hình bơm của Trư ng Đại học Thanh Hoa, Bắc Kinh

Trang 28

Nhóm tác giả đã phân tích sự khác nhau giữa bộ phận hướng dòng của máy bơm chìm hỗn lưu và máy bơm hỗn lưu thông thường là trị số góc loe (góc khuyếch tán) của bầu bộ phận hướng dòng máy bơm chìm lớn hơn nhiều so với máy bơm thông thường Các tác giả cũng giải thích về một số nguyên nhân làm cho hiệu suất máy bơm chìm hỗn lưu với góc loe lớn thấp hơn máy bơm hỗn lưu cùng loại với góc loe nhỏ hơn, đồng thời, đã đưa ra kết quả nghiên cứu về hiệu suất thủy lực của máy bơm đạt được bằng mô phỏng số và bằng thực nghiệm Bài báo trình bày phương pháp thiết kế mới cho cánh hướng dòng có thể giúp cho hiệu suất thủy lực tăng thêm 5% Cánh hướng dòng là yếu tố ảnh hưởng khá nhiều đến hiệu suất thủy lực của bơm chìm kiểu hỗn lưu

Tuy nhiên, bài báo mới chỉ để cập đến vấn đề phương pháp thiết kế mới cho cánh hướng dòng với một vài giá trị số vòng quay đặc trưng, sau đó, thử nghiệm nhằm kiểm chứng mức độ chính xác của kết quả mô phỏng mà không đề cập đến giá trị góc loe của bộ phận hướng dòng Cũng liên quan đến vấn đề nghiên cứu cánh hướng dòng máy bơm chìm, năm 2015, tại Hội nghị quốc tế về điện tử và kỹ thuật năng lượng (PEEE 2015) nhóm tác giả H.M Zhang và L.X Zang thuộc khoa kỹ thuật cơ khí – trường đại học khoa học và công nghệ Côn Minh, Trung Quốc, đã công bố kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng số về vấn đề mài mòn của hạt rắn trong máy bơm chìm hướng trục phục vụ bơm nước thải trong bài báo:” Nghiên cứu mô phỏng số sự mài mòn cánh hướng dòng trong máy bơm chìm hướng trục[36]

Nhóm tác giả đã sử dụng code OpenFOAM

với công cụ CFD để mô phỏng sự mài mòn cánh

hướng dòng trong máy bơm chìm hướng trục Với

các thông số kỹ thuật của máy bơm mô hình để

nghiên cứu như sau:

- Lưu lượng tính toán: Qtt= 0,981m3/h

Mô hình máy bơm chìm hướng trục trong bài

báo được lựa chọn trình bày trên hình 1.10

Kết quả mô phỏng bằng phần mềm sử dụng

công cụ CFD về sự tác động hạt rắn gây mài mòn

cánh hướng dòng được trình bày trên hình 1.11 và

hình 1.12

Hình 1.10 Mô hình 3D máy bơm chìm hướng trục phục vụ thoát nước thải

Trang 29

Hình 1.11 Phân bố áp suất trên bề mặt cánh hướng dòng bơm nước thải

Hình 1.12 Sự tác động hạt rắn gây m i mòn cánh hướng dòng bơm nước thải (a Độ m i mòn của hạt rắn phân bố trên cánh hướng dòng, b Thể tích cát (hạt rắn) phân

bố trên cánh hướng dòng)

Nhóm tác giả đã giải thích rằng, trong nước thải có chứa cả các hạt rắn mà cụ thể ở nghiên cứu trong bài báo này, hạt rắn được đề cập đến là cát Bơm chìm hướng trục sử dụng thoát nước thải làm việc ở chế độ dòng hai pha (nước – cát)

Kết quả mô phỏng đã chỉ rõ, tỷ lệ mài mòn của hạt rắn phần phía dưới (lưng cánh) của cánh hướng dòng lớn hơn so với phần trên cánh hướng (phần bụng cánh) Thông qua OpenFoam có thể mô phỏng đạt kết quả tốt Bài báo công bố kết quả nghiên cứu về sự mài mòn của cánh hướng dòng máy bơm chìm hướng trục dưới tác động của hạt rắn trong bơm nước thải

b) Tại Na Uy

Năm 2005, tại Hội nghị chuyên đề quốc tế về công nghệ sử dụng máy bơm, nhóm tác giả Adrea Hosy, Sigve Gjerstad và Jostein Smaamo ( Na Uy), đã công bố kết quả nghiên cứu

Trang 30

trong bài báo “ Thiết kế và phát triển các máy bơm điện chìm dùng cho lưu lượng lớn (Design and development electric submersible pumps for large capacities)” [24]

Trong bài báo này, nhóm tác giả sử dụng mô hình bơm hỗn lưu với thông số kỹ thuật:

Mô hình 3D của máy bơm và hình ảnh thực tế trình bày trên hình 1.13

Hình 1.13 Mô hình 3D và hình ảnh thực tế máy bơm chìm dùng cho bơm nước biển

Nhóm tác giả đã sử dụng công cụ CFD để mô phỏng dòng chảy trong máy bơm (hình 2.14)

Trang 31

Theo kết quả đạt được từ nhóm tác giả công bố, với các thông số kỹ thuật máy bơm chìm

đã được chọn, tại điểm có công suất trục Ntr = 800kW, hiệu suất của máy bơm chìm theo mô phỏng số có thể đạt trên 80% (máy bơm hỗn lưu với cánh hướng dòng và cánh bánh công tác phù hợp) (hình 2.16)

Tại Na Uy, đã có những công trình nghiên cứu về nâng cao hiệu suất của máy bơm chìm với công suất lớn, lưu lượng lớn Tuy nhiên, trên thực tế, chưa có cá nhân và tập thể nào công

bố kết quả nghiên cứu về phương pháp tính toán, xác định sự ảnh hưởng của một số thông số

kỹ thuật của cánh hướng dòng máy bơm chìm đến đặc tính năng lượng của bơm

c) Tại Ucraina

Năm 2004, nhóm tác giả gồm Anatoliy A Yevtushenko, Alexey N Kochevsky, Natalya

A Fedotova (Đại học tổng hợp Ki ép, Ucraina) đã công bố công trình nghiên cứu của mình trên bài báo [35] Máy bơm chìm hướng trục kiểu GV-IMP đã sử dụng bộ phận cánh hướng dòng với góc loe (góc khuyếch tán lớn) Mô hình nghiên cứu được nhóm tác giả lựa chọn thể hiện trên hình 1.16

Hình 1.16 Mặt cắt kinh tuyến máy bơm hướng trục kiểu GV - IMP

Một số thông số kỹ thuật của máy bơm chìm mô hình với phần dẫn dòng được nhóm tác giả sử dụng là:

- Đường kính bánh công tác: D1 = 180mm

- Số lá cánh bánh công tác: Z1 = 4

- Số lá cánh hướng dòng: Z2 = 5

- Góc bộ phận hướng dòng: γloe = 240

Công trình nghiên cứu với 03 giá trị tỷ số bầu cánh: d b = 0,28; 0,39 và 0,5

Nhóm tác giả đã sử dụng phần mềm CFX – TASCflow với sự hỗ trợ của CFD để mô phỏng dòng chảy trong máy bơm chìm hỗn lưu (hình 1.17)

Trang 32

Hình 1.17 Giao diện phần mềm mô ph ng CFX – TASCflow

Cũng tương tự như các phần mềm mô phỏng khác, nhóm tác giả tiến hành chia lưới để

mô phỏng dòng chảy thủy lực trong bộ phận hướng dòng (hình 1.18)

Hình 1.18 Chia lưới cho cánh

hướng dòng máy bơm kiểu GV – IMP

Hình 1.19 Véc tơ vận tộc trong hệ thống dẫn dòng

máy bơm kiểu GV-IMP

Thông qua mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng, nhóm tác giả rút ra một số kết luận sau:

- Trường hợp tỷ số bầu là 0,28, dòng chảy ngược lại phía sau cánh hướng dòng không tồn tại

- Dòng xoáy sau những bánh công tác kiểu hỗn lưu phụ thuộc nhiều vào lưu lượng của

bơm Tại điểm lưu lượng tính toán, các xoáy còn lại được tạo ra bởi cánh hướng dòng phía sau

bánh công tác Tại khu vực lưu lượng thấp, bánh công tác buộc dòng chảy xoáy quanh trục

- Phân bố vận tốc hướng trục sau bánh công tác cũng phụ thuộc vào tỷ số bầu(hình 1.19)

Từ một số kết luận nêu trên cho thấy, nhóm tác giả công bố kết quả nghiên cứu vấn đề ảnh

hưởng của tỷ số bầu cánh đến đặc tính năng lượng của máy bơm hỗn lưu với bộ phận hướng

dòng có góc loe khác nhau

d) Tại M

Các nhà khoa học Mỹ đã công bố một số kết quả nghiên cứu về máy bơm chìm hướng trục

với các kết cấu khác nhau của bộ phận hướng dòng [28 Các chương trình phần mềm thiết kế

các bơm chìm nói chung, bơm chìm hướng trục nói riêng, được xây dựng dựa trên cơ sở l

thuyết tính toán của các tài liệu khác nhau, phổ biến nhất là các tài liệu của Stepanoff A J.,

[32,33] Ảnh hưởng của các thông số kích thước và kết cấu bộ phận hướng dòng trong máy

bơm chìm hướng trục không phải là vấn đề mới ở nước ngoài Hiện nay, các máy bơm hướng

Trang 33

trục nói chung và máy bơm chìm hướng trục nói riêng của các hãng bơm trên thế giới, đảm bảo đáp ứng hầu hết các nhu cầu sản xuất, đời sống sinh hoạt với chất lượng tốt Các hãng

đã nghiên cứu về ảnh hưởng của góc loe bộ phận hướng dòng cũng như các thông số kỹ thuật khác đến hiệu suất máy bơm chìm Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu không được công bố rộng rãi ( trên thực tế, chỉ có một vài công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của góc loe bầu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất các máy bơm chìm hỗn lưu), do đó, phạm vi sử dụng, phương pháp tính toán, lựa chọn kích thước hình học và kết cấu hợp lý của góc loe bộ phận hướng dòng vẫn là bí quyết của các hãng chế tạo máy bơm chìm trên thế giới

1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy bơm chìm ở Việt Nam

Việt Nam là nước có nền nông nghiệp truyền thống, đến nay, đã vươn lên đứng thứ 2 thế giới về xuất khẩu gạo Kinh tế nông nghiệp được xem là một trong những yếu tố chủ đạo để phát triển đất nước Vấn đề ứng dụng các thiết bị cơ điện phục vụ sản xuất nông nghiệp luôn được quan tâm, trong đó, có các tổ máy bơm nói chung và máy bơm chìm nói riêng phục vụ công tác tưới tiêu, chống hạn và chống úng ngập

Đến nay, đã có nhiều đơn vị trong nước tập trung vào nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy bơm phục vụ nhu cầu tưới tiêu trong nước như Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Trường Đại học thủy lợi Hà Nội, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Viện Nghiên cứu cơ khí, Tổng Công ty cơ điện - xây dựng nông nghiệp và thủy lợi ( nay là Tổng Công ty cơ điện xây dựng – CTCP) đã thiết kế, chế tạo các sản phẩm máy bơm truyền thống (máy bơm hướng trục, ly tâm, hỗn lưu) sử dụng động cơ điện thông thường Các tổ máy bơm chìm - động cơ điện chìm được các đơn vị chuyên ngành trong nước nêu trên bước đầu quan tâm nghiên cứu từ đầu những năm 2000

Đơn vị đi tiên phong cho công tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các động cơ điện chìm và máy bơm chìm ở nước ta là Trung tâm nghiên cứu, tư vấn cơ điện và xây dựng (REMECO) thuộc Tổng Công ty cơ điện xây dựng – CTCP Trung tâm REMECO đã thực hiện một số đề tài theo Nghị định thư, các đề tài và dự án SXTN cấp Nhà nước, cấp Bộ quản lý về nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy bơm chìm và động cơ điện chìm Trung tâm REMECO đã hợp tác với các đơn vị sản xuất trong nước (Công ty CP chế tạo điện cơ Hà Nội, Công ty CP chế tạo máy điện Việt Nam Hungary, Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương, Công ty cơ khí thủy lợi Hải Dương ), các hãng bơm chìm lớn trên thế giới: ABS, EMU (Đức), Daijin (Hàn Quốc), EXTREN (Hungary) trong lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy bơm chìm - động cơ điện chìm Các sản phẩm máy bơm chìm - động cơ điện chìm của Trung tâm REMECO nghiên cứu, chế tạo trong nước với công suất N = 37,55 và 75 kW bước đầu ứng dụng thành công vào thực tế tưới tiêu cho nông nghiệp tại một số địa phương : Yên Dũng (Bắc Giang), Đông Sơn (Thanh Hóa), Cẩm Thủy (Thanh Hóa), Quỹ Độ (Nam Định) được người sử dụng đánh giá cao và chấp nhận tiếp tục mở rộng phạm vi ứng dụng Trung tâm đã công bố một số kết quả đạt được trên các tạp chí khoa học công nghệ ở trong nước

Thời gian qua, Viện bơm và thiết bị thủy lợi thuộc Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam cũng

đã triển khai nghiên cứu về máy bơm chìm hướng trục đứng và hướng trục ngang kiểu capsul theo các đề tài cấp Nhà nước và cấp Bộ Nông nghiệp và PTNT quản lý Tuy vậy, các kết quả

Trang 34

nghiên cứu đạt được còn ít công bố trên các tạp chí và ấn phẩm khoa học trong nước

Năm 2014, GS.TS Lê Danh Liên, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước [9], đã trình bày rất chi tiết về phương pháp tính toán, thiết kế profin các lá cánh bánh công tác và cánh hướng dòng máy bơm chìm cột nước thấp Tác giả cũng đã trình bày quy trình và phương pháp tính toán, xác định các tổn thất thủy lực, tổn thất lưu lượng cũng như tổn thất chung của bơm chìm hướng trục Máy bơm chìm hướng trục ngang kiếu capsul của đề tài lắp với động cơ điện chìm nhập của Trung Quốc có công suất 75 kw Máy bơm có góc loe bầu cánh hướng dòng γloe,2 = 550 Đây là trị số góc loe khá lớn, do vậy, ảnh hưởng đến tình hình thủy lực trong bơm nói riêng và hiệu suất thủy lực của bơm nói chung [6]

Trung tâm nghiên cứu, tư vấn cơ điện và xây dựng cũng đã thực hiện thành công đề tài nghiên cứu và dự án SXTN cấp Bộ Nông nghiệp và PTNT quản lý về máy bơm chìm hướng trục ngang kiểu capsul cỡ nhỏ công suất (5-7,5) kW Các sản phẩm nghiên cứu của Trung tâm

đã được ứng dụng đạt kết quả tốt vào thực tế sản xuất, (hình 1.20 và 1.21) [12,13,14] Là chủ nhiệm nhiều đề tài, dự án sản xuất thử nghiệm cấp Nhà nước, cấp Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, cấp thành phố Hà nội quản l về vấn đề máy bơm chìm, động cơ điện chìm, trong đó, có máy bơm chìm hướng trục các năm( 2.000 - 2015) [10,11,12,13], PGS.TS Nguyễn Văn Bày đã đúc kết được nhiều kinh nghiệm và kết luận cần thiết trong công tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm, vận hành sử dụng cũng như các vấn đề liên quan đến ứng dụng vào thực tế sản xuất các loại máy bơm chìm, đặc biệt, máy bơm chìm hướng trục Kết quả nghiên cứu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và theo dõi sự hoạt động của các máy bơm chìm hướng trục cho thấy, nhiều yếu tố, thông số kỹ thuật của bơm chìm hướng trục, trong đó, thông số kích thước và kết cấu của bộ phận hướng dòng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất máy bơm Đó là sự khác biệt lớn nhất và quan trọng nhất giữa bộ phận hướng dòng máy bơm hướng trục thông thường và bơm chìm hướng trục Đây cũng chính là vấn đề kỹ thuật cần phải đầu tư nghiên cứu

Hình 1.20 Các tổ máy bơm chìm - động

cơ điện của REMECO

Hình 1.21 Tổ máy bơm chìm trục ngang kiểu capsul của REMECO

Trang 35

Bên cạnh các đơn vị nghiên cứu nêu trên, Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương (thuộc

Tổng Công ty CP thiết bị điện Việt Nam, Bộ Công thương) đã được Bộ Khoa học và công

nghệ và Bộ Công thương giao cho thực hiện Dự án KHCN (giai đoạn 2013-2017) về “Nghiên

cứu thiết kế hoàn thiện công nghệ, chế tạo máy bơm đặc thù và bơm công suất lớn phục vụ

nhu cầu trong nước và xuất khẩu”, trong đó có đề tài nghiên cứu máy bơm chìm hướng trục

trục đứng công suất 200kW và máy bơm chìm hướng trục ngang (kiểu capsul) công suất

110kW Hiện nay, đề tài đang được thực hiện, kết quả chưa được công bố chính thức trên các

ấn phẩm, tạp chí ở trong nước cũng như trên thế giới

Cho đến nay, trong chừng mực nào đó, ngành chế tạo bơm Việt Nam đã làm chủ được

công nghệ thiết kế, chế tạo và đưa vào thực tế sản xuất một số máy bơm ly tâm, hỗn lưu chìm

và máy bơm chìm hướng trục đứng công suất đến 75 kW, lưu lượng đến 4.000 m3

/h và tiến tới thiết kế, chế tạo các tổ máy bơm chìm với công suất lớn hơn (110 - 200 kW), nhằm thay thế

hàng nhập khẩu, tăng khả năng nội địa hóa máy bơm chìm do Việt Nam sản xuất

Hiện nay, ngoài nhu cầu phục vụ cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp, nhu cầu cần

bơm lượng nước rất lớn phục vụ chống úng ngập cho các địa phương ven biển, đồng bằng

sông Cửu Long với chiều cao chênh lệch địa hình không nhiều ∆Z = (1-4) m và ảnh hưởng của

thủy triều cũng rất cần thiết Các địa phương vùng đồng bằng sông Hồng với chênh lệch địa

hình phổ biến ∆Z = (4-5) m đòi hỏi phải có các tổ máy bơm chìm hướng trục đứng và máy

bơm chìm hướng trục ngang (kiểu capsul) công suất lớn Tuy nhiên, do kết cấu phần dẫn dòng

của máy bơm chìm hướng trục có khác biệt khá lớn so với máy bơm hướng trục thông thường,

đặc biệt, bộ phận hướng dòng với góc loe lớn hơn rất nhiều so với góc loe của chi tiết bầu bộ

phận hướng dòng trong bơm hướng trục thông thường

Tại trường Đại học bách khoa Hà nội đã có nhiều luận án tiến sỹ nghiên cứu về máy bơm

hướng trục, trong đó cần chú luận án của tác giả Bùi Quốc Thái nghiên cứu sâu về ảnh

hưởng các thông số kết cấu cánh hướng dòng bơm hướng trục đến đặc tính làm việc của

bơm.Kết quả nghiên cứu của đề tài đã xác định được rằng, các thông số độ mau của dãy cánh

hướng dòng (L/T), số lá cánh (Z2), góc đặt cánh, khoảng cách vị trí giữa cánh bánh công tác và

cánh hướng dòng (χ) ít nhiều đều có ảnh hưởng đến hiệu suất và đặc tính làm việc của bơm [1,2]

Tiếp thu những kết quả nghiên cứu nêu trên, trong luận án, tác giả lấy khoảng cách giữa

mép ra lá cánh bánh công tác và mép vào cánh hướng dòng máy bơm chìm hướng trục mô

hình là χ = 20mm để nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố (số lá cánh hướng dòng, số

vòng quay đặc trưng và góc loe bộ phận hướng dòng) Trong đó, tác giả đi sâu vào nghiên cứu

ảnh hưởng của góc loe bộ phận hướng dòng đến đặc tính năng lượng (hiệu suất) của bơm, còn

các yếu tố khác (số lá cánh, số vòng quay đặc trưng) của máy bơm chìm hướng trục, tác giả

không nghiên cứu sâu cơ sở lý thuyết vì các vấn đề này đã được các tác giả đề cập trong rất

nhiều tài liệu trước đó mà chỉ nghiên cứu bằng mềm phần mềm mô phỏng kết hợp thử nghiệm

thực tế để làm sáng tỏ ảnh hưởng của số lá cánh hướng dòng, số vòng quay đặc trưng đến hiệu

suất của máy bơm chìm hướng trục

Trang 36

Thực tế từ các đề tài nghiên cứu khoa học, dự án SXTN về máy bơm chìm hướng trục công suất vừa và nhỏ (2,2-75)kW cho thấy, điều này ảnh hưởng khá nhiều đến hiệu suất làm việc của tổ máy bơm chìm hướng trục (trục đứng và trục ngang) Nói chung, kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và thực tế đã chỉ rõ rằng, phải nghiên cứu bài bản và chuyên sâu về các thông số kích thước và kết cấu của bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục Làm sáng tỏ vấn đề này sẽ tạo cơ sở để thiết kế, lựa chọn phần dẫn dòng tối ưu nhất cho các máy bơm chìm hướng trục công suất lớn hơn Điều đó sẽ cho phép tránh được những rủi

ro, tiết kiệm được thời gian và sức lao động của các doanh nghiệp khi thiết kế, chế tạo các tổ máy bơm chìm hướng trục (trục đứng và trục ngang) công suất lớn với chất lượng, hiệu suất cao hơn, phục vụ nhu cầu trong nước và hướng tới xuất khẩu [12,13,14]

Để giải quyết vấn đề phức tạp và cấp bách nêu trên, cần có sự hợp tác phối hợp chặt chẽ giữa các đơn vị nghiên cứu chuyên sâu (Đại học bách khoa Hà Nội, Đại học Thủy lợi, Đại học

Mỏ - Địa chất ), các viện nghiên cứu (Viện nghiên cứu cơ khí, Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam ) và các công ty sản xuất (Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương, Công ty CP chế tạo điện

cơ Hà Nội, Tổng Công ty cơ điện và xây dựng )

Trong các đơn vị nghiên cứu chuyên sâu nêu trên, trường Đại học Bách khoa Hà Nội được xem là nơi tập trung nhiều nhà khoa học uy tín ở nhiều lĩnh vực, chuyên ngành, trong đó

có chuyên ngành Máy và tự động thủy khí Bản thân Nghiên cứu sinh cũng là Thạc sỹ chuyên ngành Máy và thiết bị thủy khí được đào tạo tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nhiều tài liệu chuyên sâu về cơ sở l thuyết tính toán, thiết kế, máy bơm, l thuyết cánh, l thuyết về truyền động thủy động , do các cán bộ chuyên ngành của trường đại học bách khoa Hà nội và các đơn vị khác biên soạn và công bố đã cung cấp nhiều kiến thức, thông tin cần thiết cho những người quan tâm [3,9,5,7,17]

Có thể thống kê một số loại máy bơm chìm – động cơ điện chìm hướng trục đứng và hướng trục ngang do Việt Nam sản xuất đã được công bố với các kết cấu và thông số kỹ thuật trình bày qua hình 1.22 Thông số kỹ thuật tổ máy HTCĐ 1900-4 đạt được: N = 37kW, n = 980v/ph, H = (2 – 5)m, Q = (1.500 – 2.500)m3/h; các máy bơm chìm hướng trục HTCN 5.750 – 4,3 ( 110 kW) , HTCĐ 8.300-5,5) (200 kW )) Từ một số sản phẩm máy bơm chìm – động

cơ điện chìm hướng trục (trục đứng và trục ngang) đã được các đơn vị trong nước nghiên cứu

và thử nghiệm nêu trên, cho thấy, về cơ bản, hiệu suất của các tổ máy do Việt Nam sản xuất

chưa cao (η < 79 %) Đặc biệt, với những tổ máy bơm chìm có số vòng quay lớn (số vòng

quay đặc trưng ns cao (ns>1.000)) thường cho hiệu suất thấp

Trên thực tế, bản thân nghiên cứu sinh cũng tham gia tính toán, thiết kế, thử nghiệm nhiều loại máy bơm chìm hướng trục khác nhau, do đó, có thể nhận định ban đầu rằng, đối với máy bơm chìm – động cơ điện chìm có số vòng quay của động cơ điện chìm thấp, nghĩa là, số vòng quay đặc trưng ns thấp (ns =(600-1000)) và góc loe chi tiết bầu bộ phận hướng dòng càng nhỏ (thông thường γloe < 600) thì sẽ cho hiệu suất của tổ máy bơm cao hơn, máy bơm làm việc ổn định hơn (ví dụ, máy bơm chìm hướng trục DAF 48-19012 (N=190 kW, n=590v/ph) của hãng DaiJin – Hàn Quốc sử dụng γloe = 470)

Trang 37

Vấn đề này cần được nghiên cứu một

cách bài bản nhằm xác định được sự ảnh

hưởng của các thông số kỹ thuật (góc loe cánh

hướng dòng, số lá cánh bánh công tác, số lá

cánh hướng dòng, số vòng quay đặc trưng)

đến hiệu suất của các tổ máy bơm chìm

hướng trục

Từ phân tích nêu trên, để có thể làm sáng

tỏ những mối liên hệ của các thông số kỹ

thuật máy bơm hướng trục chìm đến đặc tính

năng lượng của chúng, nghiên cứu sinh đã đề

xuất thực hiện đề tài luận án tiến sỹ và trường

Đại học Bách khoa Hà Nội là cơ sở đào tạo

Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương là đơn vị

thử nghiệm, ứng dụng kết quả nghiên cứu của

1.2 Đánh giá về nghiên cứu máy bơm chìm trên thế giới và ở Việt Nam

a) Tác giả đã tổng kết, đánh giá sơ bộ sự ảnh hưởng của các thông số kích thước hình học

và kết cấu của bộ phận hướng dòng đến hiệu suất làm việc của máy bơm chìm hướng trục thông qua phân tích tổng quan các sản phẩm máy bơm chìm hướng trục trên thế giới và ở Việt Nam Như đã phân tích ở các phần trên, điểm khác biệt lớn nhất giữa máy bơm chìm hướng trục và máy bơm hướng trục thông thường là ở máy bơm chìm hướng trục có góc loe của bầu

bộ phận hướng dòng lớn hơn nhiều, các yếu tố khác: số lá cánh hướng dòng, chiều cao lá cánh, số vòng quay đặc trưng được tính toán, lựa chọn tương tự như đối với máy bơm hướng trục thông thường Nghĩa là, sơ bộ có thể nhận định rằng, hiệu suất của bơm chìm hướng trục chịu ảnh hưởng rất lớn của trị số góc loe bộ phận hướng dòng Ngoài ra, số vòng quay đặc trưng và số lá cánh hướng dòng của bơm cũng có ảnh hưởng đến hiệu suất máy bơm chìm

Trang 38

hướng trục, tuy nhiên, với mức độ khác nhau và ảnh hưởng ít hơn nhiều so với trị số góc loe

Do đó, luận án sẽ tập trung đi sâu nghiên cứu về thông số kích thước hình học và kết cấu của

bộ phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm , cụ thể là thông số góc loe của bầu bộ phận hướng dòng Vấn đề nêu trên sẽ được tác giả nghiên cứu và trình bày cụ thể trong nội dung luận án

b) Trên thế giới hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về máy bơm chìm, tuy nhiên, các tác giả mới công bố các nghiên cứu về ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của phần dẫn dòng đến hiệu suất chủ yếu của máy bơm chìm hỗn lưu có số vòng quay đặc trưng ns =

500 Chưa có tài liệu công bố chính thức nào về việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kích thước và kết cấu bộ phận hướng dòng của máy bơm chìm hướng trục đến hiệu suất máy bơm làm việc trong môi trường nước bình thường

c) Từ một số kết quả đã đạt được về thông số hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục của các hãng trên thế giới và ở Việt Nam, ví dụ, tổ máy bơm chìm hướng trục đứng công suất lớn tới N = 190 kW ( bơm chìm DAF 48-19012 của hãng DaiJin –Hàn Quốc) cũng chỉ đạt hiệu suất ηb = 74,5%, như vậy, so với máy bơm hướng trục thông thường công suất tương đương thì hiệu suất máy bơm chìm hướng trục là thấp hơn Tuy nhiên, máy bơm chìm vẫn được sử dụng rất rộng rãi ở các nước trên thế giới, thậm chí, theo thống kê, ở Malaixia đã sử dụng tới 90% các tổ máy bơm chìm thay cho các máy bơm thông thường [10, 11,12, 13,14 Điều này cho thấy, mặc dù so với máy bơm thông thường cùng loại, hiệu suất tổ máy bơm chìm thấp hơn nhưng chúng vẫn được sử dụng để thay thế máy bơm hướng trục thông thường Điều nay

có thể được lý giải về những ưu điểm và đánh giá hiệu quả kinh tế sơ bộ của máy bơm chìm như sau:

* Hiệu quả kinh tế của máy bơm chìm

Ưu điểm nổi bật của các tổ máy bơm chìm so với các tổ máy bơm lắp với động cơ thông thường là sử dụng tốt trong điều kiện mực nước bể hút đặt tại vị trí có mực nước thay đổi lớn, nhanh và đột ngột Kết cấu đặc trưng của các tổ máy bơm chìm cho phép bánh công tác được lắp trực tiếp với trục động cơ điện chìm, không cần trục trung gian hay khớp nối như các tổ máy bơm thông thường, do vậy, các tổ máy bơm chìm - động cơ điện chìm trong quá trình làm việc không gây tiếng ồn và rung động nhỏ Chính điều đó cũng làm cho tuổi thọ của

tổ máy bơm chìm cao hơn các tổ máy bơm thông thường, giảm chi phí cho việc thay thế, sửa chữa các chi tiết

Những năm 2009, 2011 và 2016, đã có những đợt úng ngập nghiêm trọng tại các tỉnh miền Trung, đã làm cho hàng ngàn tổ máy bơm trục ngang và trục đứng thông thường bị ngập sâu dưới nước tới (3-4) m (thậm chí, trong đợt ngập ở miển Trung vào tháng 10/2016, có nhiều nơi ngập tới 6m) trong thời gian dài, làm hỏng hoàn toàn các động cơ điện, gây tổn thất

Trang 39

quá lớn cho sản xuất, thiệt hại về thiết bị rất đáng kể Tình trạng này có thể tiếp tục xảy ra đối với nhiều địa phương trên phạm vi cả nước, nếu chúng ta vẫn sử dụng các loại bơm truyền thống Nếu sử dụng các máy bơm chìm thay thế thì chắc chắn sẽ khắc phục tốt tình hình nêu trên Rõ ràng, các máy bơm chìm đem lại hiệu quả cao đối với các địa phương thường xuyên

có hiện tượng úng ngập do mưa bão, biến đổi khí hậu

Các tổ máy bơm chìm, do động cơ được đặt chìm dưới nước và được làm mát trực tiếp bằng nước trong quá trình làm việc cho phép các tổ máy bơm hoạt động liên tục 24/24 mà không lo quá nhiệt động cơ Chính điều này đem lại hiệu quả cao trong tưới tiêu, cũng góp phần tăng năng suất trong sản xuất nông nghiệp, tiêu nước kịp thời khi xảy ra ngập úng Chi phí cho vận hành sử dụng các máy bơm chìm thấp hơn nhiều so với các tổ máy bơm thông thường trong điều kiện mực nước bể hút thay đổi nhiều, nhanh đột ngột Đặc biệt, với các tổ máy bơm chìm không phải chi phí để mua các thiết bị phụ trợ (van đáy, các loại máy bơm chân không (BCK8, BCK200 )) phục vụ công tác mồi nước trước khi đưa tổ máy bơm vào hoạt động như các tổ máy bơm hướng trục trục ngang thông thường

Đặc điểm làm việc và kết cấu đơn giản của các tổ máy bơm chìm cho phép giảm chi phí trong công tác quản l vận hành dễ triển khai các hệ thống tự động hóa, công tác bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên, bảo dưỡng định kỳ so với tổ máy bơm thông thường

* Hiệu quả kinh tế của công trình trạm lắp máy bơm chìm

Các tổ máy bơm chìm được đặt chìm hoàn toàn dưới nước tại bể hút Vì vậy, nhà trạm lắp máy bơm chìm hết sức đơn giản Thậm chí không cần nhà trạm

Hệ thống tủ điện điều khiển tổ máy bơm chìm được thiết kế cho phép lắp đặt ngoài trời cũng là yếu tố cho phép không cần xây nhà trạm quản l

Đối với các tổ máy bơm chìm công suất lớn cần có công trình trạm để lắp đặt, bảo quản các thiết bị, đòi hỏi phải xây dựng nhà trạm thì nhà trạm cũng rất đơn giản Kích thước nhà trạm nhỏ gọn về chiều ngang và chiều dọc, thấp về chiều cao Điều này làm giảm chi phí xây dựng nhà trạm của các tổ máy bơm chìm (chỉ bằng 60% so với nhà trạm của các tổ máy bơm thông thường)

Đặc biệt, đối với các thành phố, khu đô thị, khi nhà trạm cho các máy bơm chìm đơn giản sẽ cho phép đảm bảo mỹ quan đô thị (có thể lắp các tổ máy bơm chìm trên các tường cánh của cống điều tiết nước nay phía dưới đường giao thông…)

Qua các phân tích hiệu quả kinh tế về máy bơm chìm và công trình trạm cho thấy, tuy giá thành thiết bị (máy bơm chìm - động cơ điện chìm) cao hơn so với máy bơm thông thường, nhưng chi phí xây dựng nhà trạm lại thấp hơn nhiều, do vậy, về tổng thể, sử dụng các máy bơm chìm sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn

Trang 40

d) Đối với l thuyết về máy cánh nói chung và máy bơm nói riêng, đến nay, về cơ bản

đã được các nhà khoa học hoàn thiện khá đầy đủ Do đó, về phương pháp tính toán, thiết kế các chi tiết chính về kết cấu thủy lực (lá cánh bánh công tác, cánh hướng dòng…), hiện nay, chủ yếu vẫn sử dụng các phương pháp thiết kế truyền thống Hơn nữa, với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ thông tin, đã có nhiều phần mềm mô phỏng thủy lực chuyên dụng dùng cho thiết kế các loại máy bơm Các phần mềm này đã được ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực của máy thủy lực và đạt được nhiều thành tựu lớn, đảm bảo độ chính xác cao khi so với kết quả thực nghiệm

Ở Việt Nam, do điều kiện kinh tế còn nhiều khó khăn, vấn đề chi phí cho bản quyền của các phần mềm còn rất lớn, do đó, việc nghiên cứu tiếp cận chuyên sâu các phần mềm mô phỏng chuyên dụng còn nhiều hạn chế Hơn nữa, sự hiểu biết của các cán bộ kỹ thuật chuyên ngành của Việt nam vấn đề máy bơm chìm nói chung và bơm chìm hướng trục nói riêng, còn rất hạn chế Do đó, trong phạm vi luận án, tác giả chỉ sử dụng phần mềm mô phỏng như một công cụ để kiểm chứng kết quả l thuyết đạt được và so sánh với kết quả của mô hình vật l sau khi đo đạc thực nghiệm mà không để cập sâu đến thuật toán và l thuyết ứng dụng Hơn nữa, với đặc thù của máy cánh dẫn, vấn đề thử nghiệm tại phòng thí nghiệm là rất quan trọng

Từ kết quả thí nghiệm, có thể xem xét, đánh giá và điều chỉnh lại kết cấu của phần dẫn dòng nhằm đạt được thông số kỹ thuật theo yêu cầu Mục đích xa hơn của luận án là xuất phát từ nhu cầu thực tế về sử dụng máy bơm chìm hướng trục ở các địa phương thuộc đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long (thường sử dụng các máy bơm chìm có cột nước thấp, lưu lượng lớn)

để tưới tiêu trong nông nghiệp và chống úng ngập, do đó, cần tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy bơm chìm hướng trục có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu trên Như vậy, luận án sẽ tập trung nhiều cho phần thử nghiệm tại phòng thí nghiệm các mẫu bơm, trên cơ sở đó, sẽ phân tích và lựa chọn được mẫu bơm chìm hướng trục với kích thước và kết cấu hợp l nhất của phần dẫn dòng, trong đó, quan trọng là bộ phận hướng dòng (bộ phận có sự khác biệt rất lớn giữa máy bơm chìm hướng trục và máy bơm hướng trục thông thường)

Định dạng
Số trang	185
Dung lượng	3,81 MB