Đề xuất sử dụng máy bơm có cột nước phù hợp thay thế máy bơm dã chiến tại tỉnh hưng yên

Qua một thời gian chạy thử nghiệm cho thấy ưu điểm hơn các loại máy bơm thông thường về: suất đầu tư xây dựng phần xây lắp và thiết bị giảm, công trình trạm bơm đơn giản, cơ cấu truyền

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Đề xuất sử dụng máy bơm có cột nước phù hợp thay thế máy bơm dã chiến tại tỉnh Hưng Yên” được hoàn thành tại Trường Đại

học Thủy lợi với sự giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo, của các đồng nghiệp và bạn bè

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Lưu Văn Quân, người hướng dẫn khoa học đã rất chân tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn: Ban Giám hiệu, các thầy cô giáo trong Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, các thầy giáo cô giáo các bộ môn – Trường Đại học Thủy lợi Xin chân thành cảm ơn đến các cơ quan đoàn thể, đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ và góp những ý kiến quý báu trong luận văn này

Cuối cùng xin cảm tạ tấm lòng của những người thân trong gia đình, đã tin tưởng động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này Do đề tài giải quyết vấn đề mới mẻ, cũng như thời gian và tài liệu thu thập chưa thực sự đầy đủ, luận văn chắc chắn không thể tránh khỏi các thiếu sót, tác giả rất mong nhận được sự thông cảm, góp ý chân tình của các thầy cô và đồng nghiệp quan tâm tới vấn đề này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, … tháng … Năm 2019

Tác giả:

Sikhone KHATKHAM

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả luận văn xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và những kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào, dưới bất kỳ hình thức nào và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác Việc tham khảo, trích dẫn các nguồn tài liệu đã được ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Sikhone KHATKHAM

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 8

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 8

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 2

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2

IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 8

V KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC 9

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về sử dụng máy bơm và trạm bơm 4

1.1.1.Trên thế giới 4

1.1.2 Ở Việt Nam 6

1.2 Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan 8

1.2.1.Trên thế giới 8

1.2.2 Ở Việt Nam 12

1.3 Tổng quan về máy bơm dã chiến tại tỉnh Hưng Yên 16

1.3.1 Đánh giá hiện trạng các trạm bơm dã chiến 16

1.3.2 Đánh giá chung tình hình phục vụ tưới, tiêu 17

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LỰA CHỌN MÁY BƠM PHÙ HỢP 19

2.1 Tính toán cột nước cho máy bơm 19

2.1.1 Tính toán mực nước bể hút 19

2.1.2 Mực nước bể xả 20

2.1.3 Tính toán các cột nước 22

2.2 Phương pháp chọn máy bơm, động cơ 25

2.2.1 Chọn máy bơm 25

2.2.2 Chọn động cơ cho máy bơm 26

2.2.3 Các thiết bị phụ 27

2.3 Chọn loại nhà máy bơm 27

2.3.1 Nhà máy bơm kiểu buồng ướt 28

2.3.2 Nhà máy bơm móng tách rời 34

2.3.3 Nhà máy bơm cho máy bơm cột nước thấp 36

2.4 Phương pháp tính chi phí đầu tư xây dựng 37

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG CHỌN MÁY BƠM CÓ CỘT NƯỚC PHÙ HỢP THAY THẾ CHO

TRẠM BƠM DÃ CHIẾN TẠI HƯNG YÊN 41

3.1 Cột nước địa hình và khả năng ứng dụng máy bơm cột nước thấp 41

3.1.1.Đánh giá về cột nước địa hình cho tưới 41

3.1.2.Đánh giá về cột nước địa hình cho tiêu 42

3.1.3.Đánh giá về khả năng ứng dụng máy bơm cột nước thấp 43

3.2 Chọn trạm bơm điển hình 45

3.2.1 Nguyên tắc chọn trạm bơm điển hình 45

3.2.2 Lựa chọn trạm bơm điển hình 45

3.3 Tính toán các thông số 46

3.3.1 Trạm bơm Quang Trung 46

3.3.2 Trạm bơm Cống Tảo C 47

3.4 Đề xuất các phương án máy bơm 47

3.4.1 Trạm bơm Quang Trung 47

3.4.2 Trạm bơm Cống Tảo C 55

3.5 So sánh và lựa chọn 62

3.5.1 Đánh giá chi phí đầu tư xây dựng giữa các loại máy bơm 62

3.5.2 Đánh giá chi phí quản lý hàng năm 64

3.5.2.1 Chi phí sửa chữa hằng năm 64

3.5.2.2 Chi phí tiền lương Ctl 66

3.5.2.3 Chi phí điện năng hàng năm 67

3.5.2.4 Chi phí khác Ck 70

3.5.2.5 Tổng chi phí quản lý vận hành hàng năm 70

3.5.3 Đánh giá hiệu quả đầu tư xây dựng và vận hành 71

1 KẾT LUẬN 75

2 KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 80

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Bố trí nhà trạm loại bơm chìm cột nước thấp 11

Hình 1.2 Máy bơm cột nước thấp kiểu Gatepump 11

Hình 1.3 Hình ảnh máy bơm cột nước thấp 16

Hình 3.1 Sơ đồ lắp đặt máy bơm HĐ 4000 – 2 48

Hình 3.2 Sơ đồ lắp đặt máy bơm HĐ 3700 – 1,5 – 22KW lắp trên cánh cống 56

Hình PL1 Bản đồ quy hoạch tiêu tỉnh Hưng Yên 81

Hình PL2 Bản đồ quy hoạch tưới tỉnh Hưng Yên 82

Hình PL3: Bản đồ hiện trạng công trình và phân vùng tưới (Nguồn: Viện Kỹ thuật tài nguyên nước) 83

Hình PL4: Bản đồ hiện trạng công trình và phân vùng tiêu 84

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các máy bơm cột nước thấp thông dụng của Liên Xô cũ 9

Bảng 1.2 Một số bơm loại 0Π7 của Liên Xô cũ có ns = 1000v/ph 10

Bảng 1.3 Các bơm loại GATEPUMP của hãng MIZOTA Nhật 10

Bảng 3.2 Thống kê tổng chi phí xây dựng và chi phí thiết bị (GXD+TB) 63

Bảng 3.3 Bảng tính chi phí sửa chữa thường xuyên (Csctx) 65

Bảng 3.4 Bảng tính chi phí sửa chữa lớn (Cscl) 66

Bảng 3.6:Bảng thống kê diện tích tưới tiêu và thông số chạy máy của các trạm bơm 68

Bảng 3.9: Công suất tiêu thụ khi làm việc với cột nước thiết kế N (kW) 68

Bảng 3.10 Tổng lượng điện tiêu thụ hàng năm (kwh) 69

Bảng 3.12 Bảng tính chi phí khác (Ck) 70

Bảng 3.13 Bảng tính tổng chi phí quản lý vận hành hàng năm (Cqlvh) 70

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT

TNHH MTV Trách nhiệm hữu hạn một thành viênFAO Tổ chức lương thực thế giới

BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn

TT-BXD Thông tư- Bộ xây dựng

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Tỉnh Hưng Yên thuộc đồng bằng Bắc Bộ có địa hình bằng phẳng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Hệ thống thủy lợi của tỉnh do Công ty TNHH MTV khai thác công trình thủy lợi tỉnh Hưng Yên quản lý toàn bộ công tác tưới, tiêu nội đồng trên địa bàn 10 huyện, thành phố của toàn tỉnh Hưng Yên, quản lý vận hành 688 trạm bơm, trong đó có 478 trạm bơm tưới, 62 trạm bơm tiêu và 148 trạm bơm tưới tiêu kết hợp; hơn 1.195km kênh trục liên huyện và kênh dẫn nước tưới, tiêu chính làm nhiệm vụ tưới, tiêu nước phục vụ dân sinh, sản xuất nông nghiệp và các ngành kinh tế khác trong tỉnh

Hầu hết trạm bơm dã chiến đều sử dụng các loại máy bơm có cột nước từ 3m đến 6m, máy bơm trục ngang, lưu lượng từ 540m3/h đến 2500m3/h, công suất động cơ lắp đặt

từ 22kw đến 37kw Hiện tại, tình trạng làm việc của các máy bơm dã chiến này rất kém, hiệu suất thấp, làm việc thực tế lưu lượng chỉ đạt khoảng 45% đến 60% công suất, mặt khác chất lượng máy đang hư hỏng nhiều do không được tu sửa, bảo dưỡng kịp thời hoặc tu sửa, bảo dưỡng không đúng quy trình Đa phần chủng loại máy là máy bơm li tâm được sản xuất từ những năm 1960 – 1970 công nghệ cũ nên lượng tổn thất điện năng hàng năm rất lớn, không còn phụ tùng thay thế Do vậy, thời gian tới nhu cầu thay thế hàng loạt máy bơm cho các trạm bơm này

Công ty cơ khí điện Hải Dương đã thiết kế, chế tạo loại máy bơm cột nước thấp và lắp đặt cho 15 vị trí tính đến cuối năm 2017 Qua một thời gian chạy thử nghiệm cho thấy

ưu điểm hơn các loại máy bơm thông thường về: suất đầu tư xây dựng (phần xây lắp

và thiết bị) giảm, công trình trạm bơm đơn giản, cơ cấu truyền động giữa động cơ và máy bơm bằng dây cua roa nên chạy êm, cột nước máy bơm thiết kế chế tạo phù hợp với cột nước thực tế yêu cầu đã hạn chế lãng phí năng lượng do bơm thừa cột nước và tiết kiệm được 60% đến 75% so với công suất làm việc của máy bơm truyền thống Thực hiện Nghị quyết số 12/NQ/TU, ngày 21/3/2013 của Ban Thường vụ Tỉnh ủy tỉnh Hưng Yên về nâng cao hiệu lực, hiệu quả quản lý Nhà nước; tăng cường giải quyết, xử

lý hiệu quả tình trạng vi phạm, lấn chiếm công trình thuỷ lợi trên địa bàn tỉnh, đến năm

2017 bàn giao xong 484 trạm bơm dã chiến và hệ thống công trình nội đồng do các xã quản lý về Công ty quản lý

Xuất phát từ thực tế kể trên đề tài “Đề xuất sử dụng máy bơm có cột nước phù hợp thay thế máy bơm dã chiến tại tỉnh Hưng Yên” là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn

cao

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu giải pháp sử dụng máy bơm cột nước thấp thay thế các trạm bơm dã chiến trên địa bàn tỉnh Hưng Yên

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Tổng quan về sử dụng máy bơm và trạm bơm, tổng quan các nghiên cứu có liên quan Tổng quan và đánh giá hiện trạng các trạm bơm dã chiến tại tỉnh Hưng Yên

Nêu cơ sở lựa chọn máy bơm phù hợp về cột nước, giá trị xây dựng và thiết bị, chi phí điện năng tiêu thụ

Áp dụng tính toán lựa chọn máy bơm nước phù hợp trên cho một trạm bơm dã chiến điển hình

Phương pháp kế thừa, thu thập tài liệu: Thu thập số liệu của các trạm bơm đã lắp đặt thử nghiệm, thu thập tài liệu địa hình cho địa bàn tỉnh Hưng Yên, kế thừa những nghiên cứu trước đó về máy bơm cột nước thấp

Phương pháp khảo sát thực tế: Tiến hành khảo sát thực tế vận hành các trạm bơm thử

nghiệm, khảo sát ý kiến người sử dụng, …

Phương pháp chuyên gia: Thăm dò, hỏi ý kiến các chuyên gia có hiểu biết sâu rộng về lĩnh vực máy bơm và trạm bơm

Phương pháp phân tích: Kết quả tính toán, số liệu thu thập được từ thực tế

V KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

Đánh giá hiện trạng các trạm bơm dã chiến trên địa bàn tỉnh Hưng Yên

Nghiên cứu đặc tính của máy bơm cột nước thấp

Đánh giá sơ bộ khả năng ứng dụng máy bơm cột nước thấp trên địa bàn tỉnh Hưng Yên

Đề xuất giải pháp sử dụng máy bơm cột nước thấp thay thế những trạm bơm dã chiến

đã xuống cấp trên địa bàn tỉnh Hưng Yên

Nêu tính toán sơ bộ chọn máy và hình thức lắp đặt

là cơ cấu nâng nước cổ đại bằng bánh xe nâng chiều cao cột nước khoảng 3 - 4 m và lưu lượng lớn nhất đạt 8 - 10m3/h, có nguyên lý hoạt động và cấu tạo tương tự các guồng nước hay bánh xe nước đang còn được sử dụng ở các suối trên vùng cao ngày nay

Từ hệ thống gầu múc đến các cối xay chạy bằng sức nước, đến thế kỷ XVI Ơle đã đề xuất lý thuyết dòng tia để tính toán thiết kế máy bơm ly tâm, đến thế kỷ XVIII đã sản xuất thành công máy bơm ly tâm và có động cơ (hơi nước, đốt trong) có số vòng quay cao đáp ứng cho máy bơm ly tâm Cuối thế kỷ XIX các viện sỹ Giucốpski và Tráp lư ghin (nga) đã đề xuất lý thuyết khí động lực học của cánh đổt nền móng cho việc xây dựng phương pháp tính toán các lá cánh bánh công tác bơm cánh dẫn (bơm ly tâm và bơm hướng trục) tiếp đó, Prôskura và Vazơnhesenski (nga) đã sáng tạo ra lý thuyết vũ dòng chảy bao quanh hệ thống cánh dẫn, góp phần hoàn chính lý thuyết về máy bơm

Sau đó, các nhà bác học và kỹ sư Nga, Đức, Mỹ đã tiếp tục công bố nhiều kết quả nghiên cứu về quan hệ giữa số cánh hữu hạn và đặc tính thủy lực, lý thuyết tính toán lá cánh và hàng loạt vấn đề quan trọng khác Họ đã có những đóng góp rất lớn cho sự phát triển của ngành chế tạo máy bơm Tuy nhiên, tình hình thủy lực trong phần dẫn dòng máy bơm cánh dẫn (trong đó có bơm hướng trục) là rất phức tạp Các thông số

kỹ thuật của bơm nay vẫn được xác định bằng phương pháp thực nghiệm, bởi vì xác định bằng tính toán lý thuyết thường cho sai số khá lớn so với thực từ

Những thập kỷ cuối cùng của thế kỷ XX được chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của ngành chế tạo máy bơm với sự hoàn thiện đáng kể các phương pháp thiết kế phần dẫn

dòng máy bơm ly tâm, bơm hỗn lưu và bơm hướng trục Đã có sự mở rộng đáng kể phạm vi sử dụng các máy bơm kiểu hướng trục nhằm đáp ứng nhu cầu lưu lượng lớn Các công trình nghiên cứu được tập trung theo hướng nâng cao công suất của mỗi tổ máy Hiện nay, Nga đã sản xuất được máy bơm hướng trục cỡ lớn với lưu lượng đạt tới 70 m3/s (250.000 m3/h) tương ứng với cột nước H = 15 ~ 25m Cùng với xu thế tăng công suất mỗi máy bơm là tăng số vòng quay đặc trưng (hệ số tỷ tốc của bơm) nhằm đạt tới ns = 2.500 ~ 3.000 v/ph đối với các bơm hướng trục; nâng cao đặc tính năng lượng, đặc tính xâm thực và độ bền của máy với chất lượng tốt, giảm ồn và rung động Ngoài ra, các nước công nghiệp phát triển rất chú ý tới việc xây dựng các tiêu chuẩn nhà nước, tiêu chuẩn quốc tế về các lĩnh vực phù hợp với từng loại bơm tương ứng Hàng loạt vấn đề về vật liệu mới, kết cấu mới của bơm cũng như các phương tiện tính toán máy tính với các chương trình phần mềm rất lớn thuận tiện cho thiết kế, kiểm tra, các thiết bị đo hiện đại cho độ chính xác cao và sử dụng các hệ thống điều khiển tự động đã được quan tâm và áp dụng cho công nghệ thiết kế, công nghệ chế tạo cũng như lắp đặt và vận hành sử dụng máy bơm

Ngành chế tạo máy bơm tại các nước G7 cũng đạt được những thành tựu lớn Với hàng trăm hãng, công ty, các trường đại học, các viện nghiên cứu đã cho ra đời mỗi năm hàng vạn máy bơm các loại với công suất mỗi tổ máy đạt tới 50.000 kw, đường kính bánh công tác máy bơm hướng trục 4,5 m cột nước bơm tới 25m Các máy bơm hướng trục cỡ lớn thường có loại trục đứng và trục ngang Nói chung, bơm hướng trục công suất lớn kiểu trục đứng có ưu việt là tiết kiệm được diện tích sàn lắp đặt máy, tháo lắp đảm bảo độ chính xác khi lắp trục dài và trọng lượng lớn, trọng lượng riêng của máy và tải trọng từ dòng chảy được truyền qua gối đỡ, bệ đỡ và qua nền nhà máy được phân bố đều hơn cũng như cho phép đạt hiệu suất của máy cao hơn do sử dụng ống hút kiểu thẳng

Các máy bơm hướng trục công suất lớn được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như phục vụ cấp nước cho công nghiệp (nhiệt điện, thuỷ điện ở các nhà máy tích năng bơm tua bin hai chiều, điện nguyên tử …), tưới tiêu trong nông nghiệp, vận chuyển nước từ vùng này sang vùng khác cấp nước sinh hoạt của thành phố, cụm dân cư…

Ở một số nước có ngành chế tạo máy bơm phát triển như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc… đã nghiên cứu, thiết kế chế tạo nhiều máy bơm nói chung và bơm hướng trục nói riêng công suất lớn đạt chất lượng tốt, đáp ứng các nhu cầu của nền kinh tế mỗi nước và tham gia xuẩt khẩu sang các nước khác trên thế giới

Các nước như Singapo, Thái Lan, Malayxia, Indonexia đã có nhiều công ty liên doanh với nước ngoài nghiên cứu, thiết kế và chế tạo rất nhiều kiểu bơm, kể cả các máy bơm công suất tới hàng ngàn ki-lô-oát, lưu lượng đạt tới 72.000 m3/h

Hiện nay, trên thế giới đã thiết kế, chế tạo cũng như đang sử dụng khoảng 1.500 loại bơm khác nhau Máy bơm luôn giữ vị trí vô cùng quan trọng, tham gia vào hầu hết các ngành kỹ thuật của các nền kinh tế trên thế giới, kể cả phục vụ trong ngành hàng không vũ trụ và quân sự

1.1.2 Ở Việt Nam

Nhu cầu nước của Việt Nam hiện nay chưa lớn và chủ yếu là nhu cầu phục vụ nông nghiệp Trong những thập kỷ tới, nhu cầu nước cho công nghiệp, du lịch và đời sống sinh hoạt sẽ tăng lên nhanh chóng Sử dụng nước một cách hợp lý là vấn đề có ý nghĩa chiến lược lớn đảm bảo đủ nước và bảo vệ môt trường sinh thái

Ngoài các hệ thống hồ đập, kênh dẫn… phục vụ cấp nước, các thiết bị máy bơm đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp và đời sống dân sinh Theo Tổng cục thống kê và Bộ nông nghiệp & PTNT, hiện nay, trên phạm vi cả nước đang

sử dụng tới trên 250.000 máy bơm các loại cho nông nghiệp Các ngành công nghiệp, giao thông… cũng cần tới hàng trăm ngàn máy bơm với rất nhiều chủng loại khác nhau Việt Nam hiện có khoảng hơn 3.500 trạm bơm điện với khoảng 15.000 máy bơm, trong đó có tới 300 máy bơm hướng trục cỡ lớn với công suất mỗi máy đạt từ

200 ~ 500KW, lưu lượng từ 8.000 ~ 36.000 m3/h Hàng loạt trạm bơm lớn được quy hoạch, đang và sẽ được xây dựng nhằm cấp nước phục vụ nông nghiệp, phục vụ các vùng dân cư đô thị hay thoát nước thành phố Các loại cây công nghiệp: cà phê, chè, mía, bông, cũng như các đồng cỏ sân gold… đang sử dụng máy bơm cho việc tưới nước

Hàng năm, lượng điện tiêu thụ dùng cho máy bơm nước phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp chiếm tới 70 ~ 80% tổng lượng điện sử dụng trong nông thôn Do vậy, vấn đề nghiên cứu sâu nhằm thiết kế, chế tạo và áp dụng được các loại bơm nước phù hợp với cột nước yêu cầu và độ bền tốt, hiệu suất cao là vấn đề rất bức xúc trong nông nghiệp nhằm giảm năng lượng tiêu thụ, giảm chi phí đầu vào, tăng hiệu quả trong sản xuất, góp phần nâng cao đời sống người dân và tiết kiệm được ngoại tệ nhập khẩu

Ngành chế tạo bơm của Việt Nam cũng đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Máy bơm nước phục vụ nông nghiệp là một trong số không nhiều sản phẩm cơ khí mà Việt Nam tự nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt và sử dụng đã từng bước đẩy lùi hàng ngoại nhập Tại Việt Nam có lực lượng cán bộ khoa học kỹ thuật được đào tạo tốt ở nhiều nước trên thế giới, có khả năng hoàn thành tốt công tác thiết kế, xây dựng các công trình trạm bơm đầu mối và quản lý vận hành hệ thống trạm bơm có quy mô lớn Tại Việt Nam có các cơ sở sản xuất máy bơm cỡ lớn như Công ty chế tạo bơm Hải Dương, Công ty chế tạo bơm Ebara, Công ty cơ khí Hà Nội, Công ty cơ khí Cẩm Phả (Quảng Ninh), Công ty cơ khí Duyên Hải (Hải Phòng), Công ty cơ khí Thái Bình Máy bơm nước phục vụ nông nghiệp là sản phẩm có nhu cầu về số lượng và chất lượng chủ yếu đã được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt ở trong nước Các sản phẩm bơm do Việt Nam sản xuất nói chung có thể cạnh tranh với hàng nhập ngoại về chất lượng nhưng giá bán chỉ bằng 60 ~ 80% so với giá bơm của nước ngoài Một số bơm cỡ lớn N > 300KW hay các bơm có chức năng đặc biệt (bơm hoá chất, khai thác mỏ) phần lớn phải nhập Nếu được đầu tư và chỉ đạo tốt có thể nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ở trong nước

Hàng trăm máy bơm nước công suất lớn N = 200 ~ 500 kW đã được lắp đặt và sử dụng ở Việt Nam Tuy nhiên, Việt Nam mới sản xuất tốt các máy bơm công suất N =

200 kW, Q = 8000 m3/h Các bơm cỡ lớn hơn đều phải nhập khẩu từ nước Nga, Hungary, Bungary, Rumany, Những năm vừa qua, ngành nông nghiệp đã nhập một

số bơm trục nghiêng cỡ lớn với công suất N = 132 kW (bơm của Úc cho trạm bơm Liểu Trì - Vĩnh Tường – Vĩnh Phúc), N = 160 kW (bơm của ấn Độ cho trạm bơm Thanh Điềm – Mê Linh – Vĩnh Phúc) các bơm chìm cỡ lớn của Đức N = 320 kW cho

trạm bơm Đại Định – Vĩnh Tường – Vĩnh Phúc, bơm chìm N = 300 kW của Hàn Quốc cho trạm bơm Phù Sa – Hà Tây (nay là Hà Nội)

Những máy bơm hướng trục cỡ lớn lắp tại các trạm bơm phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp từ những năm 60 ~ 70 đến nay vẫn đang hoạt động nhưng hiệu quả của máy đã giảm nhiều, cần được sửa chữa lớn hoặc thay thế

Hiện nay, các đơn vị nghiên cứu và chế tạo bơm đã xây dựng cơ sở vật chất với các thiết bị đo chuyên ngành cơ điện hiện đại (Mỹ, Nhật, Đức, Ý, Nga ) có độ chính xác cao, sử dụng thuận tiện Cán bộ kỹ thuật trục tiếp chỉ đạo thử nghiệm kiểm tra các thông số kỹ thuật của các thiết bị cơ điện tại trạm bơm với công suất mỗi máy N = 10 – 320 kW và đạt kết quả tốt Thiết bị đo hiện nay có thể đo đạc với độ chính xác cao tại hiện trường các máy bơm lưu lượng Qmax  50.000 m3/h Đây là lĩnh vực đã được đầu tư mạnh không những về cơ sở vật chất mà còn chú ý đào tạo bồi dưỡng kiến thức cho cán bộ chuyên ngành với sự giúp đỡ của các cơ quan cấp trên cũng như các hãng bơm nước ngoài

1.2 Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan

1.2.1.Trên thế giới

Ở các nước công nghiệp phát triển, máy bơm được chú ý đầu tư nghiên cứu, chế tạo và

áp dụng vào sản xuất phục vụ nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng, giao thông từ những năm 1940 ~ 1950 Ngành công nghiệp chế tạo máy bơm trên thế giới đã đạt được nhiều thành tựu trong nghiên cứu lý thuyết cơ bản, thiết kế chế tạo và đã áp dụng vào sản xuất khoảng 1500 loại máy bơm

Về máy bơm cột nước thấp thường là máy bơm hướng trục, cho đến nay có rất ít nghiên cứu và chế tạo Bơm hướng trục cột nước thấp hiện nay, được hiểu là các loại bơm có cột nước dưới 5m

Cho đến nay, máy bơm cột nước thấp có cột nước thiết kế dưới 3m, lưu lượng lớn mà

có tỷ tốc cao hơn 1000v/ph mới chỉ được nghiên cứu và sản xuất tại một số nước có trình độ cao về cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế và công nghệ chế tạo

Bảng 1.1 Các máy bơm cột nước thấp thông dụng của Liên Xô cũ

Đặc biệt có một gam bơm của Liên Xô cũ đã nghiên cứu thành công với ns = 1000v/ph, đó là gam bơm OΠ7 Thông số kỹ thuật của một số bơmOΠ7 được thống kê trong bảng 1.2

Ở Nhật đã xuất hiện nhiều đề tài nghiên cứu bơm cột nước thấp tỷ tốc cao và kết cấu dạng Gatepump Một trong những hãng đi đầu trong việc nghiên cứu và sản xuất các loại máy bơm cột nước thấp có tỷ tốc cao là hãng MIZOTA.Các sản phẩm được công

bố năm 2004 của hãng mang tên GATEPUMP Thông số của các loại bơm này có thể xem ở bảng 1.3.Những bơm này đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế, đặc biệt cho lĩnh vực tiêu thoát nước

Về công trình trạm bơm, ngoài các dạng trạm bơm trục đứng với kết cấu khối tảng cho các máy bơm lớn, các loại kết cấu trạm bơm treo, trạm bơm chìm, trạm bơm nhiều tầng, trạm bơm có bể xả tách rời rất nhiều loại hình công trình trạm bơm đã được nghiên cứu và ứng dụng với tính chất ngày càng đơn giản, tiện lợi và hiện đại

Bảng 1.2 Một số bơm loại 0Π7 của Liên Xô cũ có ns = 1000v/ph

(m 3 /h)

H (m)

n (v/ph)

η (%)

Công suất N(kw)

Bảng 1.3 Các bơm loại GATEPUMP của hãng MIZOTA Nhật

Có một vài dạng kết cấu lắp bơm trên cánh van, lắp bơm trong cống (hình 1.1) qua đê

đã được người Nhật nghiên cứu và ứng dụng

Hình 1.1 Bố trí nhà trạm loại bơm chìm cột nước thấp

Hình 1.2 Máy bơm cột nước thấp kiểu Gatepump Hầu như các Hãng sản xuất bơm có uy tín của các nước công nghiệp phát triển đều quan tâm nghiên cứu và phát triển máy bơm chìm các loại Các Hãng nổi tiếng với các

sản phẩm máy bơm chìm - động cơ chìm như: Flygt (Thụy Điển), ABS, Mona (Đức), Ômega (Tây Ban Nha), Kubota, EBARA, Hitachi (Nhật), Nga, Huynđai (Hàn Quốc), các hãng bơm của Pháp, Hungary, Anh

1.2.2 Ở Việt Nam

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt máy bơm hướng trục đứng tỉ tốc cao (đề tài cấp Bộ), TS Nguyễn Văn Bày, 1999 Sản phẩm của đề tài là bản vẽ kỹ thuật cho các nhà máy chế tạo bơm: nhà máy chế tạo bơm Hải Dương, Cơ khí Thái Bình, Cơ khí Thống Nhất, Cơ khí thủy lợi Hải Dương và Cơ khí điện thủy lợi (đã chế tạo 500 máy bơm)

Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm hướng trục đứng cỡ nhỏ lưu lượng lớn phục vụ tưới tiêu vùng đồng bằng ven biển (Dự án SXTN cấp Bộ quản lý), TS Nguyễn Văn Bày, 2000.Đã kết hợp với Công ty cơ khí Thái Bình chế tạo, lắp hơn 1.000 tổ máy bơm cho toàn tỉnh Thái Bình, Nam Định, Thanh Hoá , Hà Nội Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy bơm dòng chéo cột áp cao lắp với hệ thống phao nổi phục vụ khu vực có mực nước bể hút dao động lớn (Đề tài cấp Bộ), PGS.TS Nguyễn Văn Bày, 2004 Kết quả đã xuất khẩu cho tỉnh Hủa Phăn (Lào) 08 tổ máy, lắp cho thành phố HCM 02 hệ thống phao nổi kèm theo 04 tổ bơm dòng chéo chạy bằng động cơ điezel

Hợp tác nghiên cứu máy bơm chìm công suất lớn phục vụ nông nghiệp (Đề tài và Dự

án SXTN về bơm chìm (37,55,75) kw cấp Nhà nước), PGS.TS Nguyễn Văn Bày,

2007 Đã lắp 07 tổ máy bơm chìm cho trạm bơm Se Đình, Lập Thạch, Vĩnh Phúc ,trạm bơm Cống bún, Yên Dũng, Bắc Giang, trạm bơm Qũy Độ, Ý Yên, Nam Định và trạm bơm Đông Nam, Đông Sơn, Thanh Hóa

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị bơm trục vít, công nghệ để hút và xử lý nước thải phục vụ cho các làng nghề (Đề tài cấp Nhà nước), PGS.TS Nguyễn Văn Bày,

2006 Đã lắp đặt 02 tổ máy bơm trục vít cho nhà máy đường Hòa Bình – Hòa Bình và làng nghề Bắc Ninh

Đã lắp đặt 02 tổ máy bơm trục vít cho nhà máy đường Hòa Bình – Hòa Bình và làng nghề Bắc Ninh, PGS.TS Nguyễn Văn Bày, 2006 Đã lắp đặt 04 tổ máy cho trạm bơm

Cống Bún, huyện Yên Dũng, Bắc Giang và trạm bơm Đông Nam, huyên Đông Sơn, Thanh Hóa

Hoàn thiện công nghệ, chế tạo máy bơm hướng trục cỡ lớn Q = 36.000 m3/h, PGS.TS Nguyễn Văn Bày, 2006 Đã lắp đặt 01 tổ máy bơm hướng trục đứng (500 kw, 36.000

m3/h) cho trạm bơm Cốc Thành, Vụ Bản, Nam Định

Hoàn thiện thiết kế và công nghệ chế tạo máy bơm hỗn lưu công suất N = (75-110) kw phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp, PGS.TS Nguyễn Văn Bày, 2006 Đã lắp đặt 04

tổ máy bơm hỗn lưu công suất N = (75-110) kw cho trạm bơm Cự Lĩnh, Kim Sơn, Ninh Bình và trạm bơm B4-10, Triệu Sơn, Thanh Hóa

Hoàn thiện thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành máy bơm chìm hướng trục cột nước thấp công suất (37-75)kW phục vụ tưới tiêu cho nông nghiệp và cấp nước sinh hoạt,

KS Phạm Ngọc Quang, 2010.Lắp đặt 03 tổ máy bơm chìm công suất 37kW tại trạm bơm Đông Nam – Đông Sơn – Thanh Hóa

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo tổ máy bơm chìm - động cơ điện chìm kiểu giếng sâu để hút nước ngầm với độ sâu (50-70)m phục vụ cấp nước sinh hoạt và tưới cây công nghiệp, TS Đỗ Huy Cương, 2010 Đã lắp đặt 01 tổ máy bơm chìm giếng sâu công suất 11kW phục vụ cấp nước sinh hoạt tại trường Quân sự Quân khu III – Chí Linh, Hải Dương

Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo máy bơm chìm - động cơ điện chìm (trục đứng

và trục ngang) cỡ nhỏ, công súất (5-7,5) kw kiểu caspul và máy bơm hướng trục đứng động cơ điezel công suất 20 mã lực di động, phục vụ tưới tiêu cho nông nghiệp và chống úng ngập cục bộ, ThS Nguyễn Minh Tuấn, 2014 Đã lắp đặt 02 tổ máy bơm chìm công suất 7,5 kW, Q = 370m3/h, H=3m tại trạm bơm Cầu Đúc Nhỏ, Q Thủ Đức,

Tp HCM

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo tổ máy bơm chìm trục đứng và trục ngang công suất trên 100 kw, phục vụ nông nghiệp và chống úng ngập ( Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước thuộc dự án KHCN cấp Nhà nước), KS Nguyễn Trọng Nam, 2016 Đã lắp đặt 01 tổ máy bơm hướng trục chìm trục ngang công suất 110kW, Q = 5750m3/h,

H = 5,0m tại trạm bơm Dốc Bùng, Hải Dương và 01 tổ máy bơm hướng trục chìm trục

đứng công suất 200kW, Q = 8.000m3/h, H = 5,5m tại trạm bơm Văn Giang, Hưng Yên

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo lắp đặt máy bơm chìm động cơ điện chìm cỡ nhỏ kiểu di động có thể lắp với động cơ diezel phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp và chống úng ngập cục bộ ở các khu đô thị và vùng trồng cây ăn trái tập trung ( Đề tài nghiên cứu cấp cơ sở do Bộ NN&PTNT quản lý) ThS Nguyễn Minh Tuấn, 2010.Đã lắp đặt 01 tổ máy bơm chìm hướng trục ngang công suất 7,5kW, Q= 1000m3/h, H = 2m cho Công

ty TNHH MTV Sông Chu – Thanh Hóa

Hoàn thiện thiết kế và công nghệ chế tạo tổ máy bơm chìm - động cơ điện chìm trục đứng phục vụ tưới tiêu cho nông nghiệp và chống úng ngập cho thành phố (Dự án SXTN cấp Thành phố do Sở KHCN Hà Nội quản lý) PGS.TS Nguyễn Văn Bày,

2014 Đã lắp đặt 01 tổ máy bơm chìm hướng trục đứng công suất 55kW, Q = 3.300m3/h, H = 3m tại trạm bơm Vạn Phúc, xã Vạn Kim, huyện Mỹ Đức, Hà Nội

Đề tài cấp Bộ NN: "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy bơm hướng trục ngang, chìm kiểu Capsule, tỷ tốc cao lưu lượng từ 5000m3/h – 7000m3/h” Sản phần của đề tài là thiết kế, chế tạo máy bơm hướng trục ngang, chìm, kiểu Capsule tỷ tốc cao, lưu lượng

từ 5000m3/h- 7000m3/h có chất lượng tương đương và giá thành thấp hơn so với sản phẩm nhập ngoại

Đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp Nhà nước về bơm thủy lợi lưu lượng lớn: Nghiên cứu thiết kế và thử nghiệm mô hình bơm hướng trục loại 20000m3/h và 36000m3/h, TS Phạm Văn Thu, 1996 Sản phẩm chế tạo được 01 máy bơm N = 500kW, Q = (20.000 ~ 36.000)m3/h lắp đặt tại trạm bơm Cổ Đam – Nam Định

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành bơm cột nước thấp, lưu lượng lớn để chống ngập cho các thành phố ven biển (Đề tài NCKH cấp Nhà nước), TS.Phạm Văn Thu, 2014 Sản phẩm chính của Đề tài: Bơm mô hình MH12: Q=1500 m3/h, H=3,2m, n=1450v/ph, N= 20,004kW, D=350mm, hiệu suất = 75%; Bơm HT12000-3: Q = 12.000 m3/h, H=3m, N=150kW, n =490v/ph

Những năm qua công tác nghiên cứu và chế tạo máy bơm trong nước cũng có nhiều thành quả Ngoài những loại bơm thông dụng phục vụ cho tưới tiêu nông nghiệp, chúng ta đã nghiên cứu chế tạo thành công nhiều loại bơm mới: Bơm hút sâu, bơm

chìm, bơm có công suất lớn, bơm đặc biệt dùng trong công nghiệp khai khoáng, tiêu thoát nước thành phố hay các khu công nghiệp

Năm 1990 Viện Nghiên cứu Khoa học Thuỷ lợi đã nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công một loại máy bơm 18HT140 có cột nước H = 3m; Q = 2000m3/h; N = 30Kw để

sử dụng tưới tiêu nội đồng cho khu vực đồng bằng Bắc Bộ và Bắc Khu bốn cũ, các bơm này mới chỉ dừng ở kết cấu hướng trục trục đứng dạng cổ điển lắp đặt vào nhà trạm theo dạng treo, hiệu suất bộ dẫn dòng mới đạt được 60%

Công ty sản xuất bơm lớn nhất trong nước là Công ty cổ Phần chế tạo bơm Hải Dương sản xuất được nhiều loại bơm, trong đó loại máy bơm có cột nước thấp nhất là 3m với lưu lượng từ 800 -1200m3/h (HTĐ800-3; HTĐ900-3; HTĐ1200-3) và có một loại có

H = 2,5m nhưng lưu lượng nhỏ Q =700m3/h (HTĐ700-2.5)

Năm 2010 Viện Bơm và Thiết bị Thuỷ lợi triển khai đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành bơm cột nước thấp, lưu lượng lớn để chống ngập cho các thành phố ven biển” Đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế, chế tạo loại máy bơm hướng trục dạng kết cấu hở, tỷ tốc cao ns = 1400v/ph, H = 3m, Q=12.000m3/h, η= 75%, ký hiêụ là HT1200-3 để chế tạo lắp đặt chống ngập cho các thành phố ven biển

Hầu hết các nghiên cứu trong nước về máy bơm tập trung vào loại máy bơm có cột nước lớn hơn 3,0m, chỉ duy nhất một nghiên cứu của ThS Nguyễn Minh Tuấn đã nghiên cứu máy bơm có cột nước 2,0m nhưng sản phẩm chỉ dừng lại là lắp đặt 01 tổ máy bơm chìm hướng trục ngang công suất 7,5kW, Q= 1000m3/h, H = 2m cho Công

ty TNHH MTV Sông Chu – Thanh Hóa mà chưa sản xuất lắp đặt thêm để kiểm chứng Những sản phẩm của đề tài đều có ý nghĩa khoa học nhưng tính ứng dụng vào thực tiễn chưa cao và chưa có máy bơm cột nước thấp với giá thành hợp lý Do vậy loại máy bơm cột nước thấp do Công ty cơ khí điện Hải Dương (hình 1.3) chế tạo đã được

áp dụng cho 15 trạm tại Hưng Yên bước đầu cho thấy vốn đầu tư thấp và chi phí điện năng giảm đáng kể so với các loại máy bơm truyền thống

Hình 1.3 Hình ảnh máy bơm cột nước thấp

1.3 Tổng quan về máy bơm dã chiến tại tỉnh Hưng Yên

1.3.1 Đánh giá hiện trạng các trạm bơm dã chiến

Hiện tại Công ty TNHH MTV Khai thác Công trình thủy lơi tỉnh quản lý toàn bộ công tác tưới tiêu nội đồng trên địa bàn 10 huyện, Thành phố của toàn tỉnh Hưng Yên.Trước tháng 5/2016 Công ty quản lý 179 trạm bơm có nhiệm vụ tiêu cho 85% diện tích của các tỉnh bằng động lực và 60% diện tích tưới, 40% diện tích tưới còn lại do các trạm bơm dã chiếm các địa phương quản lý (trạm bơm dã chiến không bơm tiêu – chỉ tưới thuần túy – tiêu do Công ty đảm nhiệm) Thực hiện số 12/NQ/TU, ngày 21/3/2013 của Ban Thường vụ Tỉnh ủy về nâng cao hiệu lực, hiệu quả quản lý Nhà nước; tăng cường giải quyết, xử lý hiệu quả tình trạng vi phạm, lấn chiếm công trình thuỷ lợi trên địa bàn tỉnh; Đến nay các huyện, thành phố đã bàn giao Trạm bơm dã chiến về Công ty với tổng số trạm bơm dã chiến: 688 trạm Những thuận lợi, khó khăn khi tiếp chuyển các trạm bơm dã chiến từ xã quản lý về Công ty quản lý

Thuận lợi: Đội ngũ cán bộ kỹ thuật của Công ty có trình độ cao, có kinh nghiệm vận

hành nhiều trạm bơm Về phối hợp làm việc của các công trình trong hệ thống tốt hơn

vì hiện nay công ty đã quản lý công trình tưới – tiêu từ đầu mối về mặt ruộng Về tài chính, Công ty có kinh phí để sửa chữa kịp thời những hư hỏng như: phần móng, điện, cáp tải điện, nhà trạm, kênh dẫn, hố hút, kênh tưới, các cống điều tiết, trang bị bảo hộ như ủng, găng tay các điện, dụng cụ sửa chữa như: kìm, cờ lê, tua-vít, cho người lao

động, đào tạo chứng chỉ vận hành Về địa hình bằng phẳng, hệ thống kênh mương tương đối hoàn chỉnh

Khó khăn: Hưng Yên là một trong các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng, chịu ảnh

hưởng nhiều của vấn đề hạ mực nước mùa kiệt trên sông Hồng và ảnh hưởng bất thường của thời tiết do biến đổi khí hậu Trong vài năm gần đây nhiều trạm bơm không làm việc được so mực nước xuống quá thấp (trơ trõ) và nhiều trạm bơm tiêu phải làm việc trong điều kiện cột nước địa hình rất thấp nhưng vẫn phải bơm lên cao rồi đổ xuống khiến điện năng tiêu thụ lớn Ngoài ra còn nhiều khó khăn khác như: Lưu vực tưới, tiêu của 688 trạm bơm dã chiến khá độc lập, nằm rải rác và diện tích rất nhỏ nên việc bố trí nhân lực quản lý và vận hành rất khó khăn Bên cạnh đó thời gian đóng mở các trạm bơm này phụ thuộc vào lịch của công ty, của xí nghiệp và của cụm, như vậy sẽ không chủ động bằng các trạm bơm khi thuộc các hợp tác xã Trong khi đó người dân sử dụng nước đòi hỏi tính chủ động, tính linh hoạt để đáp ứng ngay nhu cầu tưới tiêu cho họ như thời gian các trạm bơm này thuộc các hợp tác xã

Hầu hết máy bơm dã chiến là máy bơm li tâm trục ngang được sản suất những năm

1960 – 1970 với công nghệ cũ nên khan hiếm phụ tùng thay thế và đã hết niên hạn sử dụng Hiện tại máy bơm và động cơ đã xuống cấp đồng loạt, hiệu suất làm việc thấp, tốn nhiều điện, việc thay thế sửa chữa chỉ mang tính chắp vá Nếu cải tạo hết sẽ đòi hỏi kinh phí rất lớn mà tỉnh không bố trí được

1.3.2 Đánh giá chung tình hình phục vụ tưới, tiêu

a Về tưới:

Cơ bản hệ thống tưới tương đối hoàn chỉnh từ đầu mối đến mặt ruộng nhưng việc tưới chưa được chủ động hoàn toàn do phụ thuộc vào mực nước sông, kênh và chất lượng công trình lấy nước như trạm bơm, cống đầu mối Thời gian gần đây mực nước sông Hồng ngày càng xuống thấp kéo theo mực nước trên hệ thống Bắc Hưng Hải giảm theo khiến nhiều trạm bơm nhỏ dọc các trục kênh, sông Bắc Hưng Hải không đủ mực nước để vận hành Lúc này việc vận hành tưới rất khó khăn nên phải huy động máy bơm dã chiến, sử dụng tối đa lượng nước có trong hồ ao trong lưu vực, tận dụng nước hồi quy, thậm chí còn bơm ngược… Đặc biệt khó khăn cấp nước cho vùng bãi ngoài

đê sông Hồng và sông Luộc, từ huyện Văn Giang tới huyện Phù Cừ, với tổng diện tích đất tự nhiên là hơn 22,2 nghìn ha, trong đó diện tích đất nông nghiệp có hơn 4,7 nghìn

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LỰA CHỌN MÁY BƠM PHÙ HỢP

Chọn máy bơm phù hợp sẽ làm việc ổn định với suất đầu tư thấp, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ và quản lý vận hành đơn giản Để lựa chọn máy bơm phù hợp cần tính toán các thông số đầu đúng với thực tế, chọn loại máy bơm thích hợp có yêu cầu kết cấu nhà trạm bơm đi kèm đơn giản với chi phí xây dựng thấp và chi phí mua sắm thiết bị

rẻ Ngoài ra, việc quản lý vận hành máy bơm không quá phức tạp và không tốn kém trong quá trình thay thế, sửa chữa

2.1 Tính toán cột nước cho máy bơm

Mực nước bể hút lớn nhất (Zbhmax):

Hoặc Zbhmax = Giá trị được khống chế bởi cống khi trạm bơm đặt trong đê

Mực nước bể hút nhỏ nhất (Zbhmin):

Trong đó:

htt là tổn thất cột nước từ sông vào đến bể hút của trạm bơm (tổn thất qua cống lấy nước và tổn thất trên kênh dẫn)

Theo Bảng 3 – Mức đảm bảo phục vụ công trình thủy lợi của QCVN 05:2012/BNNPTNT thì công trình tưới cấp IV có tần suất Ptk = 75% còn lại tần suất 85% Mực nước kiểm tra theo Bảng 6 – mực nước khai thác thấp nhất của QCVN 04-05:2012/BNNPTNT thì đối với công trình cấp nước có tần suất kiểm tra Pkt=95% cho tất cả các cấp

04-b Trạm bơm tiêu

Bể hút của trạm bơm tiêu là phía đồng nên mực nước được tính toán như sau:

Mực nước bể hút thiết kế (Zbhtk):

Zbhtk = Ao + ho - ikLk - hc; (m) (2.3)

Trong đó:

Ao: Cao trình mặt ruộng tiêu đại diện

ho: Lớp nước lớn nhất duy trì trên mặt ruộng, thường chọn ho= 0,1 m

ikLk: Tổng tổn thất dọc đường từ điểm đại diện về bể hút của trạm bơm

hc: Tổng tổn thất cục bộ do những công trình trên kênh từ điểm đại diện đi về bể hút Mực nước bể hút lớn nhất (Zbhmax):

hoặc đã xây dựng trạm nhưng do mất điện không chạy được Mực nước bể hút lớn nhất chọn giá trị lớn nhất từ tài liệu điều tra khảo sát và thu thập được (tương ứng mực nước lớn nhất từng xuất hiện tại vị trí xây dựng trạm bơm)

Mực nước bể hút nhỏ nhất (Zbhmin):

Là mực nước đảm bảo khi tiêu với mực nước đó thì không làm ảnh hưởng đến việc canh tác, nuôi trồng thuỷ sản và các nhu cầu khác trong khu vực cần tiêu

Trong đó:

Zbhtk: Cao trình mực nước bể hút thiết kế

htrữ: Chiều sâu có thể tiêu trữ của ao, hồ, kênh mương; Chiều sâu tiêu trữ được tính toán dựa trên điều kiện cụ thể của từng hệ thống kênh, ao hồ trong lưu vực

Ao: Cao trình mặt ruộng tưới đại diện

ho: Lớp nước lớn nhất duy trì trên mặt ruộng, thường chọn ho= 0,1 m

ikLk: Tổng tổn thất dọc đường từ điểm đại diện về bể hút của trạm bơm

hc: Tổng tổn thất cục bộ do những công trình trên kênh từ điểm đại diện đi về bể hút Mực nước bể xả lớn nhất (Zbxmax):

Trong đó:

Zdkx là cao trình đáy kênh xả; tính theo công thức Zdkx = Zbxtk – htkkx (htkkx là độ sâu nước trong kênh xả ứng với lưu lượng thiết kế)

Mực nước bể hút nhỏ nhất (Zbxmin):

htt là tổn thất cột nước từ bể xả của trạm bơm ra đến sông (tổn thất qua cống xả nước

và tổn thất trên kênh xả)

Theo Bảng 3 – Mức đảm bảo phục vụ công trình thủy lợi của QCVN 05:2012/BNNPTNT thì công trình tiêu cấp IV có tần suất Ptk = 10% ~ 20%, chọn an toàn với tần suất 10% Mực nước kiểm tra theo Mục 8.6 của QCVN 04-05:2012/BNNPTNT thì đối với trạm bơm tiêu mực nước kiểm tra có tần suất Pkt = 5% cho tất cả các cấp

04-2.1.3 Tính toán các cột nước

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8423 : 2010 Công trình thủy lợi – Trạm bơm tưới, tiêu nước – Yêu cầu thiết kế công trình thủy công Các loại cột nước được tính toán như sau:

a Cột nước thiết kế

Cột nước trong tiêu chuẩn này tất cả đều được hiểu là chiều cao cột nước Cột nước thiết kế trạm bơm là chiều cao cột nước yêu cầu bơm đối với máy bơm lựa chọn lắp đặt Cột nước thiết kế trạm bơm được xác định theo công thức:

HTK = hđh + htt ; (m) (2.11) Trong đó:

HTK là cột nước thiết kế trạm bơm, tính bằng m;

hđh là cột nước định hình, tính bằng m;

htt là cột nước tổn thất, tính bằng m (bao gồm tổn thất qua ống hút máy bơm, ống đẩy

và các thiết bị trên đường ống)

Chiều cao cột nước địa hình (hđh) là độ chênh mực nước ở bể xả và bể hút của trạm bơm Trong thực tế các mực nước này thường thay đổi theo thời gian bơm nước Cột nước địa hình được xác định theo các trường hợp cụ thể sau:

Đối với trạm bơm nhỏ, có thể lấy hđh bằng độ chênh giữa mực nước bể xả lớn nhất và mực nước bể hút nhỏ nhất;

Đối với trường hợp tổng quát phải xác định cột nước địa hình bình quân (hđhbq) theo các công thức sau:

Khi lưu lượng bơm không thay đổi:

t Q

t h Q

Trong đó:

hđhbq là cột nước địa hình bình quân của trạm bơm, tính bằng m;

Qi là lưu lượng của trạm bơm trong mỗi thời kỳ bơm nước, tính bằng m3/s;

hi là cột nước địa hình ứng với mỗi kỳ bơm nước, tính bằng m;

ti là thời gian ứng với từng thời kỳ bơm nước có lưu lượng Qi và chiều cao cột nước địa hình hi, đơn vị tính là ngày

Các trị số Qi, hi, ti xác định theo biểu đồ tổng hợp các quá trình lưu lượng, mực nước (bể hút và bể xả) theo thời gian của trạm bơm Các đường quá trình này được xác định qua tính toán thủy nông, thủy văn và thủy lực của năm điển hình với tần suất thiết kế quy định

Cột nước tổn thất (htt) được tính theo công thức:

htt = hd + hc; (m) (2.14) Trong đó:

hd là cột nước tổn thất dọc đường theo chiều dài ống hút và ống đẩy, tính bằng m;

hđ = (2 m đến 3 m) trên 1 km chiều dài đường ống;

hc = 0,75 m đến 1,00 m nếu trạm bơm lấy nước ở kênh hoặc hồ chứa;

hc = 1,0 m đến 1,5 m nếu trạm bơm lấy nước ở sông

Trong thực tế hiện nay, cần tính tới tổn thất cục bộ ở lưới chắn rác do ảnh hưởng của rác trên các hệ thống kênh mương của hệ thống thủy lợi Mức tổn thất này phải đánh giá qua khảo sát thực tế và lựa chọn ở mức dao động từ 0,3m đến 0,8m tùy thuộc vào lượng rác thường có ở trên kênh mương nguồn cấp nước của trạm bơm

Từ hđhbq và htt sơ bộ đã chọn trên, tính được HTK trạm bơm (và cũng là HTK máy bơm)

Có lưu lượng và cột nước thiết kế trạm bơm sẽ sơ bộ chọn được máy bơm, đường ống

và các thiết bị trên đường ống Tiến hành tính toán lại htt để kiểm tra xem các thông số

kỹ thuật của máy bơm chọn đã phù hợp chưa, nếu không phải chọn lại máy bơm cho đến khi phù hợp

b Cột nước lớn nhất

Hmax = hdhmax + htt ; (m) (2.15) Trong đó:

Hmax là cột nước bơm lớn nhất, tính bằng m;

htt là cột nước tổn thất, tính bằng m (bao gồm tổn thất qua ống hút máy bơm, ống đẩy

và các thiết bị trên đường ống) chọn như trong công thức (2.14)

b Cột nước nhỏ nhất

Trong đó:

Hmin là cột nước bơm nhỏ nhất, tính bằng m;

htt là cột nước tổn thất, tính bằng m (bao gồm tổn thất qua ống hút máy bơm, ống đẩy

và các thiết bị trên đường ống) chọn như trong công thức (2.14)

Xác định cột nước địa hình lớn nhất và cột nước địa hình nhỏ nhất (chênh lệch lớn nhất và nhỏ nhất giữa mực nước bể xả và bể hút) để kiểm tra máy bơm làm việc ở vùng hiệu suất thấp, có xuất hiện khi thực và động cơ có quá tải không

Cột nước địa hình lớn nhất bằng hiệu số giữa mực nước lớn nhất ở bể tháo (bể xả) với mực nước nhỏ nhất bể hút trong năm thiết kế thủy văn tương ứng Cột nước địa hình lớn nhất dùng để tìm cột nước bơm lớn nhất khi kiểm tra máy bơm hoạt động ở vùng hiệu suất thấp, có khi thực xuất hiện và quá tải của động cơ

Cột nước địa hình nhỏ nhất được xác định bằng hiệu số mực nước thấp nhất ở bể tháo với mực nước lớn nhất ở bể hút trong quá trình làm việc của năm thiết kế thủy văn tương ứng Cột nước địa hình nhỏ nhất cũng được dùng để xác định cột nước bơm nhỏ nhất và cũng để kiểm tra máy bơm và động cơ như trên

d Tính cột nước cho máy bơm cột nước thấp

Do máy bơm cột nước thấp có cách lắp đặt trực tiếp trên cánh van hoặc trên cống mà không phải nối thêm ống đẩy nên cột nước tổn thất nhỏ hơn nhiều so với cách tính cho máy bơm khác Theo khuyến cáo của đơn vị chế tạo, sản xuất máy bơm là Công ty có khí điện Hải Dương thì tổng tổn thất (hCNT

tt) khi tính cột nước máy bơm chỉ từ 0,3m

đến 0,5m tùy loại máy bơm và cách lắp đặt cụ thể

Cột nước thiết kế: Htk = Zbxtk - Zbhtk + hCNTtt ; (m) (2.19)

Cột nước lớn nhất: Hmax = Zbxmax - Zbhmin + hCNTtt; (m) (2.20)

Cột nước nhỏ nhất: Hmin = Zbxmin - Zbhmax + hCNTtt; (m) (2.21)

Trong đó:

Zbxtk là mực nước bể xả thiết kế (m);

Zbhtk là mực nước bể hút thiết kế (m);

2.2 Phương pháp chọn máy bơm, động cơ

2.2.1 Chọn máy bơm

a Các yêu cầu khi chọn máy bơm

Khi chọn máy bơm phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đáp ứng yêu cầu về lưu lượng và cột nước có nghĩa là tổng lưu lượng của các máy bơm lắp đặt trong trạm phải xấp xỉ bằng lưu lượng trạm bơm yêu cầu khi các máy bơm làm việc với cột nước thiết kế

- Chất lượng cơ khí tốt nhằm tăng tuổi thọ và hiệu suất cao

- Sản xuất hàng loạt nhằm giá thành rẻ và dễ thay thế, sửa chữa

- Có khả năng chống khí thực tốt

- Công trình nhà trạm yêu cầu đơn giản

- Phù hợp với trình độ vận hành của công nhân của đơn vị sử dụng

b.Chọn số lượng máy bơm

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8423: 2010 Công trình thủy lợi – Trạm bơm tưới, tiêu nước – Yêu cầu thiết kế công trình thủy công Số lượng máy bơm trong trạm bơm được chọn như sau:

Căn cứ vào các biểu tra đường đặc tính cột nước, lưu lượng và công suất của các chủng loại máy bơm do các hãng chế tạo bơm giới thiệu để chọn máy bơm Số tổ máy phải là ít nhất và phù hợp với biểu đồ dùng nước (hoặc tiêu nước) Số tổ máy tối ưu trong các trạm bơm thủy nông từ 3 đến 8 máy Số tổ máy có thể được chọn lớn hơn nếu như:

- Không có loại máy bơm nào lớn hơn;

- Thời gian đưa các tổ máy vào vận hành kéo dài hơn 10 năm;

- Các tính toán kinh tế - kỹ thuật khẳng định hợp lý của việc chọn nhiều tổ máy hơn;

- Trong trạm bơm phải đặt các máy bơm có cột nước khác nhau (cấp nước cho các khu vực khác nhau)

- Số máy bơm trong trạm bơm nên là bội số của 2 hoặc 3 để dễ dàng hợp nhất các ống áp lực

Các trạm bơm tưới có lưu lượng nhỏ hơn 0,4 m3/s và công suất nhỏ hơn 15 kW khi có luận chứng riêng có thể đặt một tổ máy, khi đó trong kho của trạm bơm hoặc trong khu trung tâm cần có tổ máy dự phòng để có thể lắp đặt thay thế trong trường hợp cần thiết

Thực tế chọn số lượng máy bơm tùy thuộc vào lưu lượng trạm bơm, loại máy bơm sẵn

có để mua sắm lắp đặt và yêu cầu vận hành để chọn số lượng máy bơm sao cho tổng lưu lượng bơm của các máy bơm khi làm việc với cột nước thiết kế xấp xỉ với lưu lượng yêu cầu của trạm bơm, trạm bơm có thể vận hành theo các cấp lưu lượng yêu cầu

b Chọn máy bơm thiết kế

Sau khi sơ bộ chọn được số máy bơm sẽ tính toán được lưu lượng một máy Dựa vào lưu lượng một máy và cột nước thiết kế chọn được một vài máy bơm Tiến hành so sánh về kỹ thuật và kinh tế giữa các loại máy bơm đã chọn ở trên để chọn được máy bơm thiết kế

2.2.2 Chọn động cơ cho máy bơm

Chọn động cơ kéo máy bơm phải đảm bảo thỏa mãn các điều kiện sau:

- Kiểu trục động cơ trùng kiểu trục máy bơm như: trục đứng, trục ngang, …

- Số vòng quay của động cơ và máy bơm phải đảm bảo sự sai khác nhỏ hơn 5%

n

nn

nđc là số vòng quay của động cơ (v/ph);

nb là số vòng quay của máy bơm (v/ph);

Công suất định mức động cơ phải lớn hơn công suất yêu cầu max của máy bơm Nđc>

tdong b

b b ycMax

η η

H Q 81 9 K

=

Trong đó:

K : Hệ số an toàn, chọn trong khoảng K = 1,05  1,1

Qb, Hb : Lưu lượng và cột nước của máy bơm Với máy bơm hướng trục Hb tính bằng cột nước lớn nhất và với máy bơm ly tâm Hb tính bằng cột nước nhỏ nhất, Qb được xác định bằng cách tra trên đường đặc tính (Q~H) ứng với Hb đã xác định ở trên

b : Hiệu suất của máy bơm

Khi động cơ đi kèm máy bơm thì điều kiện về kiểu trục và số vòng quay đã thỏa mãn nên chỉ cần kiểm tra điều kiện về công suất Nếu điều kiện về công suất không đạt thì tiến hành chọn lại động cơ theo 3 điều kiện nêu trên

2.2.3 Các thiết bị phụ

Các thiết bị điện và thiết bị phụ chọn đồng bộ, đảm bảo tiết kiệm theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9141:2012công trình thủy lợi - Trạm bơm tưới, tiêu nước - Yêu cầu thiết kế

thiết bị động lực và cơ khí

2.3 Chọn loại nhà máy bơm

Nhà máy bơm là nơi đặt các thiết bị cơ khí thuỷ động lực chủ yếu như máy bơm, động

cơ và các thiết bị phụ bơm chân không, quạt gió, các loại khoá, các bơm con, thiết bị điện, đồng thời còn bố trí hệ thống đường ống nối tiếp Phân loại theo hình thức kết cấu có các loại sau:

Nhà máy bơm khối tảng;

Nhà máy bơm kiểu buồng gồm có:

- Kiểu buồng khô;

- Kiểu buồng ướt máy đặt chìm;

- Kiểu buồng ướt máy đặt ở tầng khô;

Kiểu móng tách rời;

Hiện nay, với các trạm bơm có lưu lượng nhỏ hơn 10 m3/s sẽ không sử dụng loại nhà máy bơm kiểu khối tảng hay buồng xoắn bê tông Trong nghiên cứu này chỉ tập trung vào loại cột nước thấp với lưu lượng nhỏ nên trong thực tế thường sử dụng loại nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt chìm hoặc kiểu móng tách rời

2.3.1 Nhà máy bơm kiểu buồng ướt

Hình 2.1 Hình cắt ngang nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt chìm

Hình 2.2: Hình cắt ngang tầng dưới của nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt chìm

Hình 2.3:Cắt ngang tầng dưới của nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt tầng khô Điều kiện để chọn loại nhà máy bơm thiết kế phụ thuộc vào những yêu cầu sau:

- Lưu lượng một máy bơm;

- Dao động mực nước bể hút;

- Điều kiện nền móng;

- Loại máy bơm;

- Độ cao hút nước địa hình (hs);

- Đặc biệt là khuyến cáo của đơn vị chế tạo máy bơm (sơ đồ lắp đặt máy bơm);

a Xác định kích thước buồng hút

- Các yêu cầu:

 Chiều sâu ngập dưới nước của bánh xe cánh quạt cho phép

 Khoảng cách từ miệng loe hút nước đến đáy buồng ướt và tường chắn phía sau hợp lý nhất

 Sao cho có ít dòng xoáy mặt và xoáy cục bộ trong dòng chảy ở chỗ vào máy bơm

- Kích thước chi tiết:

 Chiều sâu ngập nước của bánh xe cánh quạt xác định theo điều kiện bảo đảm để hiện tượng khí thực không sinh ra và độ ngập tối thiểu theo yêu cầu của nhà máy chế tạo bơm

 Khoảng cách từ miệng loe hút đến đáy buồng ướt (h1): h1 = Dv/3; Khoảng cách

từ miệng loe hút đến tường phía sau (a): a= Dv/4;

 Chiều sâu ngập miệng loe hút nước tối thiểu (h2) phải đảm bảo không sinh xoáy mặt làm cho không khí có thể lọt vào miệng loe hút máy bơm Chiều sâu này phụ thuộc vào hình dạng buồng ướt, tốc độ dòng chảy trong buồng, hình dạng loe hút nước và chịu ảnh hưởng của máy bơm bên cạnh khi bố trí chung các máy bơm vào một buồng, không có trụ pin Để đảm bảo yêu cầu này, độ sâu h2

tính từ miệng loe hút nước đến mực nước thấp nhất trong buồng ướt h2 = (1,2 ÷ 1,7)Dv nhưng không nhỏ hơn 0,8 m

Chú ý: Nếu nhà máy chế tạo bơm cung cấp sơ đồ lắp máy, trong đó chỉ rõ giá trị h 1 ,

h 2 , a,…thì lấy theo giá trị này để thiết kế

Kích thước buồng hút được xác định như sau:

- Chiều sâu buồng h = h1 + h2

- Chiều rộng của buồng B = 3Dv

- Chiều dài buồng hút tối thiểu (Lmin) xác định công theo công thức sau:

h1- Khoảngcách từ miệng ống hút đến đáy buồng (m);

h2- Độ ngập miệng ống hút dưới mực nước thấp nhất (m);

h - Khoảngcách từ đáy buồng hút đến mặt dưới sàn đặt máy bơm đối với nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt tầng khô (m);

K- Hệ số dung lượng nước chọn theo lưu lượng máy bơm (Qb)

Điều kiện lắp đặt máy bơm (theo sơ đồ lắp máy):

Htb = hm + h1 + hb; (2.26) Trong đó:

hm - Chiều dày của bản đáy hm = 0,6 ÷1,0m;

hb - Chiều cao từ miệng ống hút đến sàn động cơ, tra ở sơ đồ lắp máy

Điều kiện chống lũ cho động cơ:

H’tb = hm + h1+ h2 +ΔZ+ d; (2.27) Trong đó:

ΔZ - Độ dao động mực nước ở bể hút, ΔZ=Zbhln- Zbhnn;

d - Độ cao an toàn, d= 0,5÷0,7m

Lấy trị số lớn nhất của chiều cao tầng bơm tính theo 2 điều kiện trên làm trị số thiết kế Nếu '

H H thì phải nối thêm trục máy bơm Nếu H tb H tb' nhiều thì đề nghị nhà máy chế tạo bơm điều chỉnh chiều dài trục bơm để sàn động cơ không vượt mực nước lớn nhất quá nhiều

Chiều rộng tầng dưới mặt đất: Xác định theo công thức sau:

Btd≥ Lmin + t1 + t2; (2.28) Trong đó: t1, t2 là chiều dày tường thượng và hạ lưu Lưu ý cần phải so sánh với chiều rộng tầng trên để chọn giá trị Btd phù hợp

c Kích thước tầng trên nhà máy bơm kiểu buồng

Chiều cao tầng động cơ khi sửa chữa, lắp ráp máy bơm, thường phải tháo động cơ ra

và kéo máy bơm lên qua lỗ lắp máy và di chuyển dọc nhà máy theo lối hành lang, do

đó chiều cao tầng động cơ (tầng trên) tính từ mặt sàn động cơ tới trần nhà theo công thức:

Hđc = hat + lmax + ld + hct + б; (2.29) Trong đó:

hat – Chiều cao an toàn để vật di chuyển không va chạm vào vật cố định (hat thường chọn bằng 0,5m);

lmax – Chiều dài lớn nhất của vật kéo lên, thường là trục máy bơm hay trục động cơ;

ld – Chiều dài dây buộc, dây mềm ld = 0,5÷0,7m; dây cứng ld = 0,3 m;

hct –Chiều cao của cầu trục tính từ móc cẩu tới đỉnh cầu trục

б – Khoảng cách an toàn từ đỉnh cầu trục tới trần nhà hay mặt dưới của xà ngang, thường lấy б= 0,1÷0,2 m

Chiều rộng tầng động cơ

Bđc = 0,1 + t + a3 + Dđc + a4 + t + 0,1; (2.30) Trong đó:

0,1 - Gờ móng của tường gạch để cho lực truyền xuống gần trung tâm tường bê tông ở tầng dưới (m);

t - Chiều dày tường gạch, thường chọn t = 0,25 m;

a3, a4 – Chiều rộng lối đi lại phụ thuộc vào điện áp của động cơ điện, để an toàn cho công nhân đi lại vận hành và bảo quản;

Khi Uđc ≤ 380V thì chọn a3, a4 ≥ 1,5 m; khi Uđc> 380V thì chọn a3, a4 ≥ 2,0 m;

Dđc - Đường kính của động cơ điện