Dự án sản xuất thử nghiệm: sản xuất thử nghiệm máy bơm chìm công suất 37; 55; 75Kw phục vụ nông nghiệp

Lý thuyết tính toán thiết kế máy bơm chìm đã đạt được nhiều thành tựu lớn, đặc biệt, về phần tính toán kết cấu các loại bơm chìm kiểu ly tâm, dòng chéo và hướng trục kể cả trục ngang và

Bé khoa häc Vµ C¤NG NGHÖ - Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT

Tæng c«ng ty c¬ ®iÖn - x©y dùng n«ng nghiÖp vµ thñy lîi

Trung t©m nghiªn cøu t− vÊn c¬ ®iÖn vµ x©y dùng

Sè 6, NguyÔn C«ng Trø, QuËn Hai Bµ Tr−ng, Hµ Néi

B¸o c¸o tæng hîp Dù ¸n s¶n xuÊt thö nghiÖm:

“s¶n xuÊt thö nghiÖm m¸y b¬m ch×m c«ng suÊt 37; 55; 75Kw phôc vô n«ng nghiÖp”

M· sè KC.05.da.07

Thuéc ch−¬ng tr×nh KHCN träng ®iÓm cÊp Nhµ n−íc (KC.05):

“nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y”

Bé khoa häc Vµ C¤NG NGHÖ - Bé n«ng nghiÖp vµ PTNT Tæng c«ng ty c¬ ®iÖn - x©y dùng n«ng nghiÖp vµ thñy lîi

Trung t©m nghiªn cøu t− vÊn c¬ ®iÖn vµ x©y dùng

Sè 6, NguyÔn C«ng Trø, QuËn Hai Bµ Tr−ng, Hµ Néi

B¸o c¸o tæng hîp Dù ¸n s¶n xuÊt thö nghiÖm:

“s¶n xuÊt thö nghiÖm m¸y b¬m ch×m c«ng suÊt 37; 55; 75Kw phôc vô n«ng nghiÖp”

M· sè KC.05.da.07

Thuéc ch−¬ng tr×nh KHCN träng ®iÓm cÊp Nhµ n−íc (KC.05):

“nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y”

PGS.TS NguyÔn V¨n Bµy

Hµ Néi , 01 - 2005

Mục lục

I Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm chìm

I.1 Tình hình nghiên cứu, chế tạo và sử dụng bơm chìm trên thế giới 5 I.2 Tình hình nghiên cứu, chế tạo và sử dụng bơm chìm ở Việt Nam 8

V Hoàn thiện quy trình công nghệ tháo lắp, vận hành và công tác

đào tạo về máy bơm chìm

120

V.1 Hoàn thiện quy trình công nghệ tháo lắp các kiểu máy bơm chìm 120 V.2 Xây dựng quy trình công nghệ vận hành và sử dụng máy bơm chìm 127 V.3 Những hư hỏng thường gặp và biện pháp xử lý 137 V.4 Công tác đào tạo và phổ biến kiến thức về máy bơm chìm 137

VI.1 Hệ thống thiết bị tự động điều khiển giám sát mực nước bể hút của máy

bơm chìm

139

VI.3 Các thiết bị giám sát bảo vệ trong động cơ điện chìm N = 37, 55 và 75 kW 149

VII Thử nghiệm các máy bơm chìm 153 VII.1 Yêu cầu kỹ thuật trong thử nghiệm máy bơm chìm 153 VII.2 Thử nghiệm kiểm tra động cơ điện của máy bơm chìm 154 VII.3 Thử nghiệm các máy bơm chìm LTC480 – 20, AGREX 285/4, HLC 1100

VII.4 Hệ thống thử nghiệm máy bơm chìm trong phòng thí nghiệm và ở hiện trường 155

Tài liệu tham khảo

I Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng bơm chìm trên thế giới, ở việt nam và nhu cầu thị trường

I.1 Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng bơm chìm trên thế giới

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 áp dụng vào sản xuất khoảng

1500 loại máy bơm Máy bơm chìm đã được nghiên cứu sâu và đạt đến trình độ cao

về cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế, chế tạo, đặc biệt là các bơm chìm phục vụ nông nghiệp và thoát nước thải

Vấn đề quan trọng đối với ngành chế tạo máy hiện nay cần quan tâm là nâng cao hiệu suất, tăng độ bền, tuổi thọ của máy và thiết bị, trong đó khâu tự động hoá

và cơ giới hoá quá trình làm việc có ý nghĩa rất lớn và giữ vị trí hàng đầu

Nhược điểm cơ bản của phần lớn các máy bơm cánh dẫn kiểu ly tâm, dòng chéo hay hướng trục là tình trạng không kín của các gioăng theo trục Các rò rỉ của chất lỏng qua gioăng sẽ làm giảm khả năng làm việc hoặc làm hỏng thiết bị Các máy bơm chìm

sẽ khắc phục các nhược điểm nêu trên, đảm bảo độ bền và tuổi thọ cao

Hiện nay, các máy bơm cánh dẫn trục đặt ngang thường làm việc với chiều cao hút địa hình HSđh ≤ (6 - 7) m, đối với bơm cánh dẫn trục đứng cũng bị hạn chế chiều dài của trục Trong thực tế, các mực nước sông suối thay đổi rất lớn ∆ H ≥ 5,0 m và nhanh

đột ngột gây nhiều khó khăn cho việc vận hành sử dụng khai thác thiết bị Đã có một

số biện pháp kỹ thuật giải quyết tình trạng trên: dùng trạm bơm nổi (thuyền, phao), trạm bơm di động trên đường ray nhằm tránh cho sự úng ngập động cơ điện Tuy nhiên, các biện pháp đó đem lại hiệu quả chưa cao do kết cấu thiết bị và công trình phức tạp, khó điều khiển theo nguyên lý tự động, do vậy, không chủ động trong vận hành khai thác Máy bơm chìm đã khắc phục tốt các nhược điểm nêu trên

ở các nước công nghiệp phát triển, máy bơm chìm đã 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 Các bơm chìm đã đạt chất lượng cao với các thông số kỹ thuật khác nhau và công suất N = 0,1 - 5.000KW, H = 1,0 - 500m, Q = 1,0 - 30.000 m3

/h Thực tế đang sử dụng rộng rãi các máy bơm chìm lắp với các động cơ chìm kiểu khô, kiểu nửa ướt và kiểu ướt Các động cơ điện chìm phân thành động cơ điện chìm loại một pha hay loại 3 pha kiểu lồng sóc và cuốn dây Phổ biến nhất là các máy bơm chìm kiểu giếng sâu trục đứng hay trục ngang một tầng hay nhiều tầng cánh phục

vụ cho cấp nước trong nông nghiệp, sinh hoạt đời sống dân sinh (hình I.1) Các máy

hướng trục chìm (hình I.4) được nghiên cứu,thiết kế, chế tạo và áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp và các mục đích khác 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),

ЭНЕPГОМАШ (Nga), Huynđai (Hàn Quốc), các hãng bơm của Pháp, Hungary, Anh

Hungary có nhiều hãng chuyên ngành chú ý nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy bơm với chất lượng đạt tiêu chuẩn quốc tế và có uy tín cao, đặc biệt

đối với ngành thuỷ lợi Việt Nam Hàng chục máy bơm trục đứng loại CsV 1.000 (N = 250 - 320 KW, Q = 8.000 - 16.000 m3

/h) đã được lắp tại 9 trạm bơm phục vụ tưới tiêu ở Việt Nam từ những năm 1960 - 1970, đến nay, vẫn hoạt động khá hiệu quả Hãng Extren của Hungary đã cung cấp các máy bơm nêu trên và đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo nhiều máy bơm chìm các loại công suất đạt chất lượng cao, đã xuất khẩu sang nhiều nước trên thế giới

Hãng ABS của Cộng hoà liên bang Đức được thành lập từ cuối thế kỷ 19 và bắt

đầu chế tạo máy bơm chìm từ những năm 1950 ABS có doanh thu hàng năm nhiều tỷ

đô la do cung cấp số lượng rất lớn máy bơm chìm cho hơn 100 nước trên thế giới ABS sản xuất hàng trăm loại bơm chìm (cả động cơ và bơm chìm) với công suất N = 0,16 - 15.000 KW, lưu lượng đạt tới Qmax = 25.000 m3/h và cột áp Hmax = 220 m ABS luôn

được xếp trong hàng ngũ những Hãng đứng đầu thế giới về chế tạo máy bơm chìm Các hãng sản xuất bơm chìm đang chú ý đầu tư nghiên cứu sâu về nâng cao tuổi thọ, độ bền, khả năng làm việc theo nguyên lý tự động hoá của thiết bị cũng như nâng cao chất lượng thuỷ lực phần dẫn dòng của bơm chìm, nghiên cứu các kết cấu mới nhằm tăng công suất của mỗi tổ máy bơm N = 10.000 KW, cột áp H = 600 - 800m, lưu lượng Q = 40.000 m3/h Lý thuyết tính toán thiết kế máy bơm chìm đã đạt được nhiều thành tựu lớn, đặc biệt, về phần tính toán kết cấu các loại bơm chìm kiểu ly tâm, dòng chéo và hướng trục (kể cả trục ngang và trục đứng) với cấu tạo gối đỡ chịu lực, hệ thống làm kín cơ giới, bôi trơn và làm mát Lý thuyết tính toán đang được tiếp tục hoàn thiện và phát triển Nói chung, lý thuyết tính toán phần dẫn dòng máy bơm chìm không

có gì quá khác biệt so với tính toán thiết kế phần dẫn dòng các bơm cánh dẫn thông thường Tuy nhiên, do đặc điểm đặt chìm trong môi trường chất lỏng (có thể là nước sạch, chất lỏng thải, hoá chất, nước bùn cát với nhiệt độ khác nhau) hay trong điều kiện thực tế khác nhau như bơm từ các giếng khoan sâu hàng vài trăm mét (bơm giếng sâu), bơm nước phục vụ làm mát ở các nhà máy điện nguyên tử, bơm chìm phục vụ cho công tác khai thác dầu khí sẽ đòi hỏi các phương pháp tính toán đặc biệt khác

nhau với những lưu ý đặc thù Ví dụ, đối với bơm chìm dùng cho cấp nước làm mát ở nhà máy điện nguyên tử yêu cầu độ bền đặc biệt cao, chỉ lắp đặt một lần nếu có hư hỏng dù chi tiết nhỏ cũng bị loại bỏ toàn bộ cả bơm và động cơ (sau khi lắp bơm động cơ xong sẽ hàn kín toàn bộ các mối lắp ghép để đảm bảo kín tuyệt đối)

Đối với các bơm chìm cột áp cao tới vài trăm mét thì vấn đề tính toán chính xác lực dọc trục của bơm và giải pháp kết cấu để cân bằng lực hay biện pháp làm giảm lực dọc trục cũng như kết cấu chi tiết chịu được lực dọc trục sẽ là vấn đề quan trọng bậc nhất cùng với đảm bảo độ kín tuyệt đối của bơm Ngoài ra, đối với mỗi kiểu bơm chìm sẽ cần

Hình I.1 Máy bơm chìm kiểu giếng sâu

nhiều tầng cánh

Hình I.2 Máy bơm ly tâm chìm trục đứng

Hình I.3 Máy bơm hỗn lưu(dòng chéo)

chìm trục đứng

Hình I.4.Máy bơm hướng trục chìm trục đứng

không quá lớn (H ≤ 70m) phục vụ nông nghiệp và thoát nước thải thì cần chú ý nhiều

đến tác động của lực hướng tâm và chọn vòng bi chặn hay vòng bi đỡ phải thiên về chịu lực hướng tâm Đối với bơm chìm kiểu hướng trục thì lại cần quan tâm hơn đến lực dọc trục và chọn vòng bi chặn, vòng bi đỡ đều thiên về chịu lực dọc trục Đối với bơm chìm kiểu hỗn lưu thì quan tâm tới cả hai loại lực đã nêu ở Nga và Ucơren có các nhà máy lớn chuyên thiết kế, chế tạo các loại máy bơm chìm nêu trên và đạt chất lượng tốt

Các bơm chìm phục vụ cho nông nghiệp và thoát nước thải loại bình thường (độ axít thấp, kích thước các vật cứng trong nước thải không quá lớn ) sẽ cho phép sử dụng loại bơm chìm kiểu cánh dẫn truyền thống và phần tính toán lý thuyết sẽ đơn giản hơn nhiều so với bơm chìm phục vụ các mục đích đặc biệt đã nêu

Các nước ASEAN và châu á đã có nhiều liên doanh, liên kết với các Hãng bơm lớn trên thế giới trong nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các kiểu bơm chìm với các loại công suất khác nhau và đạt kết quả tốt Rút kinh nghiệm của các nước công nghiệp phát triển, các nước ASEAN và châu á cũng sử dụng rất rộng rãi các máy bơm chìm,

đầu tư cho nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các loại bơm chìm phục vụ nội tiêu và xuất khẩu đạt hiệu quả cao Ví dụ điển hình là ở Malaixia đã sử dụng các loại máy bơm chìm với tỉ trọng đặc biệt lớn (chiếm tới 90% toàn bộ số lượng bơm đang hoạt động) phục vụ cho tưới tiêu trong nông nghiệp và thoát nước thải Nguyên nhân dẫn đến tình hình trên là do ưu việt của bơm chìm: công trình trạm đơn giản, rất phù hợp với các vùng có sự thay đổi mực nước nhiều, nhanh đột ngột và đặc biệt là không gây tiếng ồn (nguyên nhân quan trọng nhất để Malaixia sử dụng bơm chìm với tỉ lệ cao) Ngoài ra, bơm chìm cho phép sử dụng với mức độ tự động hoá cao rất thuận lợi cho Malaixia khi lực lượng lao động rất thiếu

I.2 Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng bơm chìm ở Việt Nam

Máy bơm chìm công suất lớn, cột áp cao ở dạng bơm giếng sâu cấp nước cho các khu dân cư phục vụ đời sống dân sinh hoặc các nhà máy, xí nghiệp đã được sử dụng ở Việt Nam từ những năm 1960 - 1970 Các máy bơm chìm kiểu giếng sâu lưu lượng nhỏ, cột áp cao thường nhập của nước ngoài (Nga, Bungary, Cộng hoà Séc ) Cho đến nay, máy bơm chìm sử dụng ở Việt Nam phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp còn quá ít (chưa quá 100 tổ máy các loại) với công suất N = 10 - 320 KW Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng trên là do giá thành các bơm chìm quá cao trong khi giá trị sản phẩm nông nghiệp thấp, nguồn vốn ngân sách Nhà nước lại hạn chế Ngoài ra, bản thân các nhà quản lý, những người khai thác máy bơm và trạm bơm chưa được chuẩn bị đầy đủ kiến thức cho việc tiếp nhận loại bơm này nhằm đạt hiệu

quả cao Những năm vừa qua, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã bắt đầu chú ý nhập các bơm chìm kiểu ly tâm, dòng chéo và hướng trục một cấp công suất lớn Nmax = 320 KW, lưu lượng lớn Qmax = 16.000 m3

/h phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp từ các nước: Thụy Điển, Đức, ấn Độ, Hàn Quốc Sau một số năm đưa vào sử dụng trong thực tế,

có thể rút ra một số kết luận về máy bơm chìm: các máy bơm chìm làm việc tốt, ổn

định; công trình trạm rất đơn giản, đặc biệt phù hợp và hiệu quả đối với vùng sông hồ

có sự thay đổi mực nước nhiều và nhanh đột ngột Kinh nghiệm cũng chỉ rõ chất lượng máy của mỗi nước có khác nhau Các thiết bị máy bơm chìm của Thụy Điển, Hungary, Đức được đánh giá cao Máy bơm chìm của Hàn Quốc có kết cấu đơn giản hơn, nhưng cần phải chú ý tới một số nhược điểm khi sử dụng (Thực tế lắp đặt và sử dụng bơm chìm của Hàn Quốc ở trạm bơm Phù Sa, Hà Tây đã chỉ rõ điều này)

Tuy vậy, những năm qua cũng thấy rõ nhiều vấn đề tồn tại đối với ngành chế tạo máy bơm Bơm chìm công suất lớn, lưu lượng lớn phục vụ nông nghiệp và thoát nước thải còn quá mới mẻ đối với Việt Nam, kể cả cán bộ kỹ thuật chuyên ngành máy thuỷ khí đến cán bộ quản lý, lắp đặt và sử dụng hay công nhân vận hành, sửa chữa Hầu như chưa có tài liệu kỹ thuật nào về bơm chìm chính thức được công bố và phổ biến một cách bài bản có tính pháp quy, mặc dù số lượng và chủng loại máy bơm chìm được nhập khẩu và sử dụng ở Việt Nam là rất đáng kể (hàng ngàn tổ máy các loại) Nhiều công ty khai thác nước ngầm chủ yếu chỉ quan tâm đến tính toán lựa chọn các bơm giếng sâu và nhập khẩu máy của nước ngoài Một số hợp tác xã (Hà Nam, Nam Định ), các công ty ở thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội đã chế tạo các bơm giếng sâu kiểu ly tâm nhiều cấp và các chi tiết làm phụ tùng phục vụ sửa chữa, thay thế cho các bơm nhập ngoại, nhưng chất lượng và hiệu suất còn thấp Hiện nay, Viện khoa học thuỷ lợi đang triển khai đề tài cấp Bộ quản lý về nghiên cứu thiết kế, chế tạo bơm chìm nhưng chưa công bố kết quả đạt được

Các máy bơm chìm đã và đang được sử dụng rất rộng rãi ở Việt Nam phục vụ cho việc thoát nước thải (nước sinh hoạt và nước thải công nghiệp) Tuy nhiên, các bơm chìm dùng cho thoát nước thải công suất lớn N > 30KW được sử dụng với số lượng ít hơn nhiều

so với loại bơm chìm công suất nhỏ, đặc biệt ở phạm vi công suất N = 4,5 - 22 KW Thời gian gần đây, vấn đề về môi trường ở nước ta được quan tâm sâu sắc hơn đã dẫn đến việc

sử dụng nhiều hơn các bơm chìm hút nước thải ở thành phố và ở các nhà máy công nghiệp cũng như phục vụ cho các đài phun nước trang trí cải tạo cảnh quan môi trường Những năm qua, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã giao cho Tổng công ty cơ điện nông nghiệp và thuỷ lợi nghiên cứu và chịu trách nhiệm lắp đặt hầu hết các tổ máy

bơm chìm có công suất lớn (Nmax = 320 KW, Qmax = 16.000 m /h) do Bộ nhập khẩu

của nước ngoài phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp Tổng công ty đã hoàn thành tốt

nhiệm vụ nghiên cứu tài liệu về bơm chìm, động cơ chìm và các thiết bị điều khiển

kèm theo; đã nghiên cứu các quy trình công nghệ lắp đặt máy bơm chìm cỡ lớn và

trực tiếp tiến hành lắp đặt bơm chìm đạt kết quả tốt Tổng công ty cũng nghiên cứu,

thiết kế, chế tạo các phụ tùng nhằm bảo dưỡng sửa chữa thay thế các chi tiết bơm

chìm nhập ngoại bị hư hỏng nhằm đảm bảo cho tất cả các máy bơm hoạt động bình

thường không cần sự can thiệp của chuyên gia nước ngoài

Trung tâm tư vấn đầu tư, thiết kế, công nghệ cơ điện nông nghiệp và thuỷ lợi

nay là Trung tâm nghiên cứu tư vấn cơ điện và xây dựng (REMECO) (thuộc Tổng công ty cơ điện nông nghiệp và thuỷ lợi) đã triển khai nghiên cứu đề tài

cấp Nhà nước về thiết kế, chế tạo máy bơm chìm cỡ lớn cho nông nghiệp theo Nghị

định thư về hợp tác khoa học công nghệ với Hungary Đề tài đã thực hiện tốt và đã

nghiệm thu ở cấp Nhà nước đạt loại xuất sắc Đề tài đã tập trung vào thiết kế, chế tạo

và áp dụng vào sản xuất máy bơm chìm có công suất N = 37KW, H = 8 - 14 m,

/h phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp và thoát nước thải (động cơ điện chìm nhập

của Đức – Hungary và REMECO đến nay đã có các động cơ điện chìm công suất

N = 37 – 55KW do Trung tâm REMECO thiết kế và chế tạo thành công Trung tâm

REMECO đã thực hiện tốt nhiệm vụ mà Bộ Nông nghiệp và PTNT giao cho là tổ chức

các lớp bồi dưỡng kiến thức về bơm chìm công suất lớn (giới thiệu về các loại kết cấu,

quy tình công nghệ lắp đặt, vận hành sử dụng thiết bị của bơm chìm công suất lớn),

biên dịch các tài liệu khoa học kỹ thuật chuyên sâu về lĩnh vực này

Về máy bơm chìm ở Việt Nam, có thể tạm phân ra hai loại bơm chìm dựa theo

công suất động cơ điện phục vụ cho công tác nghiên cứu, lựa chọn và sử dụng máy:

- Máy bơm chìm công suất lớn N ≥ 75 KW

- Máy bơm chìm công suất vừa và nhỏ N < 75 KW

Cách phân chia rất tương đối này dựa trên cơ sở thiết kế, chế tạo các động cơ

điện và kết cấu các máy bơm kèm theo, đặc biệt bộ phận làm kín cơ giới của bơm

chìm Cũng như các bơm cánh dẫn thông thường đang được sử dụng, bơm chìm cũng

cần phải được nghiên cứu theo các gam bơm để đạt hiệu quả cao trong thời gian

ngắn và tiết kiệm kinh phí đầu tư

Hiện nay, trong nông nghiệp đang sử dụng các máy bơm hướng trục, ly tâm và dòng chéo kiểu trục ngang, trục đứng và trục đặt nghiêng với các thông số công suất

động cơ điện rất phổ biến:

- “Loại lớn”: N = 75; 90; 110; 200; 250; 320; 500 KW (với số vòng quay tương ứng n = 300; 490; 590; 730; 980; 1450; 2900 v/ph)

- “Loại vừa và nhỏ”: N = 55; 45; 40; 37; 33; 30; 22; (20); 15; (14); 11; (10); 7,5; 5,5; 4,5; 4; 3,5; 3; 2,8; 2,2; 1,5; 1,1; 0,5; 0,3; 0,15 KW (với số vòng quay tương ứng n = 980; 1450; 2900 v/ph)

Máy bơm chìm của các nước trên thế giới đã phủ hầu như đầy đủ các trị số công suất động cơ điện đã nêu của Việt Nam và các trị số công suất khác và lớn hơn Nhằm phục vụ cho công tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy bơm chìm phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp cũng như các ngành khác chúng ta phải chú ý nghiên cứu theo gam động cơ trên với các gam bơm đặc trưng nhất

Đối với các bơm chìm phục vụ cho thoát nước thải thường dùng với công suất nhỏ N < 30 KW Dự án sẽ thiết kế chế tạo một số bơm chìm loại công suất N = 37; 55

và 75 KW phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp

Hình I.5 Máy bơm chìm AGREX 285/4

do Trung tâm REMECO nghiên cứu, thiết kế và chế tạo

Máy bơm chìm AGREX 285/4 lắp với động cơ điện chìm công suất N = 37kW, số vòng quay n = 1450v/ph Bơm có lưu lượng Q = 800 -1200 m3

/h tương ứng với cột áp

H = (12 - 8)m đã được lắp áp dụng thành công vào sản xuất (trạm bơm Se Đình, huyện Lập Thạch, tỉnh Vĩnh Phúc) (hình I.5)

động cơ và công tác bảo trì, bảo dưỡng thay thế sửa chữa động cơ điện chìm

Để khắc phục điều đó, Trung tâm REMECO đã đàm phán với các hãng Extren - ABS nhằm tiếp nhận sự giúp đỡ và chuyển giao công nghệ thiết kế và chế tạo động cơ chìm Trung tâm đã hợp tác với Công ty chế tạo điện cơ Hà Nội và Công ty chế tạo máy điện Việt Nam – Hungary để thực hiện đề tài nghiên cứu này (pha 2 của đề tài nghiên cứu về máy bơm chìm – động cơ điện chìm theo Hiệp định hợp tác khoa học công nghệ với Hungary năm 2003 - 2004)

Hình I.6 Động cơ điện chìm do Trung tâm REMECO nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt

Hình I.6 trình bày kết cấu động cơ điện chìm kiểu dị bộ ba pha trục đứng của Trung tâm REMECO với công suất N = 37kW, số vòng quay n = 1450v/ph và 980v/ph, điện áp U = 380V, tần số f = 50Hz Các động cơ điện chìm đã được lắp với nhiều máy bơm chìm với cột áp H = (10 - 40)m phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp Với các máy bơm chìm và động cơ chìm được thiết kế và chế tạo trong nước chắc chắn sẽ hạ giá thành sản phẩm tổ máy và cho phép chủ động cung cấp thiết bị, phụ tùng thay thế Đây là giải pháp tối ưu nhất để áp dụng rộng rãi các máy bơm chìm vào sản xuất phục vụ nông nghiệp cũng như các ngành kinh tế khác Ngoài ra,

đây cũng là biện pháp cần thiết phát huy nội lực Việt Nam, góp phần làm giảm kinh phí nhập khẩu, tăng ngoại tệ xuất khẩu, nhanh chóng hoà nhập vào AFTA trong thời gian tới, đặc biệt là tham gia vào việc thực hiện các Dự án xây lắp các trạm bơm chìm mới, các dự án cải tạo các bơm ly tâm, hướng trục cũ bằng các bơm chìm theo nguồn vốn của ngân hàng thế giới WB2, ADB và ODA

Công trình trạm lắp máy bơm chìm cũng là vấn đề rất cần được quan tâm Nước các sông suối ở Việt Nam vào mùa mưa thường có nồng độ phù sa rất lớn Hiện tượng bồi lắng đối với các cửa sông, đáy sông hay ở các kênh mương, bể hút, bể xả trạm bơm đã gây rất nhiều phức tạp cho công tác quản lý vận hành khai thác máy bơm và trạm bơm phục vụ nông nghiệp Sử dụng bơm chìm công suất lớn trong điều kiện tác

động bồi lắng của phù sa sẽ khó khăn hơn nhiều Kinh nghiệm vận hành sử dụng các bơm chìm công suất lớn (N = 320 KW) ở các trạm bơm Phù Sa (Hà Tây), Đại Định (Vĩnh Phúc) ở bên bờ sông Hồng đã cho thấy phải có giải pháp kỹ thuật đặc biệt khi thiết kế, chế tạo bơm chìm và phải lưu ý đến kết cấu công trình, cần quan tâm đến quy trình khởi động, đóng mở máy Đây là vấn đề rất quan trọng để đảm bảo bơm làm việc bình thường và nâng cao tuổi thọ, độ bền của thiết bị, làm tăng hiệu quả sử dụng công trình Bơm chìm phục vụ cho thoát nước thải có cặn bã hay vật cứng, bùn cát lắng

đọng cũng gặp các khó khăn khi sử dụng nhưng có thể khắc phục nhờ thiết bị khuấy Tuy vậy, hiện tượng của phù sa bồi lắng vào mùa lũ ở các sông lớn thường phức tạp và khó xử lý hơn nhiều so với tác động của bùn cát lắng đọng của nước thải

Tóm lại, có thể khẳng định rằng, máy bơm chìm là thiết bị cơ điện thuộc loại công nghệ cao đã được sử dụng với số lượng không nhỏ và đang có nhu cầu rất lớn

đối với nhiều ngành, đặc biệt đối với nông nghiệp và thoát nước thải Tuy nhiên, về lĩnh vực máy bơm chìm, Việt Nam đã bị tụt hậu khá xa so với các nước khác trong khu vực (Singapor, Thái lan, Malaixia, Inđônêxia) về hiểu biết chuyên sâu trong lý thuyết tính toán thiết kế, công nghệ chế tạo, quy trình công nghệ về lắp đặt, vận hành khai thác quản lý và sửa chữa máy bơm chìm, các kiến thức về kết cấu các loại máy bơm chìm và các kiểu công trình lắp đặt máy bơm chìm, các tài liệu thông tin, các tài liệu kỹ thuật, công tác bồi dưỡng đào tạo chuyên ngành về bơm và trạm lắp bơm chìm đối với các cán bộ kỹ thuật, quản lý, công nhân lành nghề về chế tạo, lắp đặt,

sửa chữa bơm chìm Nghĩa là, nghiên cứu sâu về bơm chìm, đặc biệt, Dự án về “Sản

xuất thử nghiệm máy bơm chìm công suất N = 37; 55; 75 KW phục vụ nông nghiệp”

là vấn đề rất cấp thiết bởi ý nghĩa khoa học cũng như hiệu quả kinh tế xã hội Cần

đặc biệt quan tâm chú ý cả về chủ trương chỉ đạo chung cũng như tăng cường kinh phí, nhân lực chất xám cho việc nhanh chóng tiếp cận và nắm bắt các kiến thức về thiết kế, chế tạo, lắp đặt và sử dụng máy bơm chìm các cỡ công suất khác nhau cho các ngành khác nhau của nền kinh tế đất nước (đi kèm theo là các kết cấu công trình trạm tối ưu tương ứng phù hợp với điều kiện cụ thể của từng ngành) Dự án này sẽ

đóng góp rất kịp thời cho việc tham gia thực hiện rất nhiều dự án của Bộ nông nghiệp

các trạm bơm chìm mới hay thay thế cho các máy bơm ly tâm, hướng trục thông thường đã quá cũ và hư hỏng với nguồn vốn viện trợ hàng trăm triệu đô la của ODA hay vốn của ngân hàng thế giới giai đoạn 2 (WB2), vốn của ngân hàng phát triển châu á (ADB) Tuy vậy, việc đầu tư phát triển máy bơm chìm ở Việt Nam, nhất là bơm chìm công suất lớn phục vụ nông nghiệp phải được thực hiện từng bước chắc chắn; không chậm chạp nhưng cũng không thể vội vã, tuỳ tiện Phải phát triển toàn diện

đồng bộ nhưng có chọn lọc, kiểm định chặt chẽ từ khâu thiết kế bơm, quy trình công nghệ chế tạo , quy trình công nghệ lắp đặt, sửa chữa vận hành đến khâu thiết kế, thi công công trình trạm lắp bơm chìm Điều rất quan trọng là phải đào tạo bồi dưỡng kiến thức cho cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật và công nhân lành nghề về lĩnh vực máy bơm chìm và công trình trạm lắp bơm chìm

I.3 Nhu cầu thị trường động cơ điện chìm ở trong nước và xuất khẩu

Cùng với sự phát triển nhanh của nền kinh tế đất nước, nhu cầu sử dụng máy bơm chìm ngày càng nhiều về số lượng, phong phú về chủng loại Các tổ máy động cơ điện chìm - bơm chìm có ưu điểm là gọn nhẹ, công trình trạm rất đơn giản, không gây ồn, đảm bảo tốt về môi trường sinh thái khi sử dụng, đặc biệt thuận lợi cho người

sử dụng phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp ở các vùng có mực nước sông thay đổi nhiều và nhanh đột ngột cũng như phục vụ hút nước ngầm ở độ sâu lớn hàng trăm mét so với mặt đất Loại máy bơm này có nhược điểm lớn nhất là công nghệ thiết kế

và chế tạo yêu cầu cao, do vậy, giá thành cao hơn nhiều so với các tổ bơm bình thường; người thiết kế, chế tạo và sử dụng phải có trình độ chuyên môn cần thiết Các nhược điểm nêu trên sẽ được khắc phục nếu chúng ta làm chủ được các công

đoạn thiết kế, công nghệ chế tạo và tổ chức tốt công tác đào tạo cán bộ, phổ biến kiến thức rộng rãi về lĩnh vực này Thực tế đã chứng minh là, với công nghệ thiết kế

và chế tạo trong nước, sản phẩm về máy bơm chìm - động cơ điện chìm sản xuất tại Việt Nam có giá thành chỉ bằng 60 - 70% so với hàng cùng loại nhập khẩu từ nước ngoài Hơn nữa, hiểu biết tốt về động cơ điện chìm - máy bơm chìm sẽ giúp cho công tác phổ biến tài liệu, đào tạo cán bộ chuyên ngành trên phạm vi rộng từ khâu thiết kế, chế tạo đến vận hành, sử dụng và bảo dưỡng sửa chữa máy, trên cơ sở đó sẽ làm giảm giá thành sản phẩm mới cũng như giảm giá thành mua các phụ tùng thay thế, giảm chi phí cho tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa thiết bị khi cần thiết Điều đó sẽ làm tăng khả năng sử dụng động cơ điện chìm - máy bơm chìm ở Việt Nam

Hàng năm, ngành nông nghiệp cần cung cấp hàng ngàn máy bơm chìm - động cơ điện chìm phục vụ tưới tiêu với công suất mỗi tổ máy N = 14 - 300kW Đặc biệt, thực

tế đang cần hàng trăm động cơ điện chìm - máy bơm chìm lắp cho các công trình trạm bơm mới với công suất N = 22, 37, 55, 75kW cũng như thay thế các máy bơm trục ngang cũ đã hoạt động 30 - 50 năm bị hư hỏng nặng hoặc làm việc với hiệu suất thấp (N = 37 - 55kW, H = 8 - 30m, Q = 300 - 1500m3

/h; N = 75kW, Q = 3000 - 4000m3

/h) Nhu cầu về động cơ điện chìm - máy bơm chìm phục vụ cấp nước sinh hoạt cho các khu dân cư, cho công nghiệp… đang ngày càng lớn với số lượng hàng trăm

tổ máy mỗi năm (công suất N = 10 - 100kW)

Trên thực tế, nhu cầu thoát nước thải trên phạm vi cả nước, đặc biệt đối với các khu công nghiệp, các thành phố thị trấn đang cần mỗi năm hàng ngàn tổ máy bơm chìm các loại công suất N = (5 – 200)Kw

Ngoài các máy bơm chìm lắp cho các trạm bơm mới, rất cần các phụ tùng phục

vụ cho công tác bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế cho hàng vạn máy bơm chìm đang hoạt động trên phạm vi cả nước trong hầu khắp các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nước, nhu cầu về máy bơm chìm ngày càng tăng và đạt số lượng hàng vạn tổ máy Với khả năng tự thiết kế, chế tạo, lắp đặt và bảo dưỡng vận hành các tổ máy động cơ điện chìm – máy bơm chìm, giá thành sản phẩm sẽ giảm nhiều, cùng với sự nâng cao trình độ hiểu biết về loại thiết bị này từ khâu thiết kế đến chế tạo, sử dụng…, chắc chắn trong thời gian tới loại máy này sẽ được thực tế sản xuất chấp nhận với số lượng lớn, đặc biệt là phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp

Những năm qua, các chuyên gia Việt Nam đã trực tiếp giúp các bạn Lào, Cămpuchia trong việc nghiên cứu thiết kế, xây dựng các trạm bơm phục vụ nông nghiệp, cấp nước cho công nghiệp và đời sống dân sinh, thoát nước thải, xử lý môi trường cũng như cung cấp các thiết bị kèm theo (máy bơm, động cơ điện, động cơ

điezel, các van nước và các máy bơm chìm - động cơ điện chìm…) Nghĩa là, nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công các động cơ điện chìm – máy bơm chìm các loại sẽ nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá thành và có thể xuất khẩu cho thị trường khu vực như Lào, Cămpuchia và các nước khác (Mianma, Thái Lan…)

Hiện nay, các hãng sản xuất bơm chìm đang chú ý đầu tư nghiên cứu sâu về nâng cao tuổi thọ, độ bền, khả năng làm việc theo nguyên lý tự động hóa của thiết bị cũng như nâng cao chất lượng thủy lực phần dẫn dòng của bơm chìm, nghiên cứu các kết cấu mới nhằm tăng công suất của mỗi tổ máy bơm N= 10.000 KW, cột áp H= 600-800m, lưu lượng Q= 40.000 m3

/h Lý thuyết tính toán thiết kế máy bơm chìm

đã đạt được nhiều thành tựu lơn, đặc biệt, về phần tính toán kết cấu các loại bơm chìm kiểu ly tâm, dòng chéo và hướng trục (kể cả trục ngang và trục đứng) với cấu tạo gối đỡ chịu lực, hệ thống làm kín cơ giới, bôi trơn và làm mát Lý thuyết tính toán

đang được tiếp tục hoàn thiện và phát triển Nói chung, lý thuyết tính toán phần dẫn dòng máy bơm chìm không có gì quá khác biệt so với tính toán thiết kế phần dẫn dòng các bơm cánh dẫn thông thường Tuy nhiên, do đặc điểm đặt chìm trong môi trường chất lỏng (có thể là nước sạch, chất lỏng thải, hóa chất, nước bùn cát…với nhiệt độ khác nhau) hay trong điều kiện thực tế khác nhau như bơm từ các giếng khoan sâu hàng vài trăm mét (bơm giếng sâu), bơm nước phục vụ làm mát ở các nhà máy điện nguyên tử, bơm chìm phục vụ cho công tác khai thác dầu khí…sẽ đòi hỏi các phương pháp tính toán đặc biệt khác nhau với những lưu ý đặc thù

Đối với các bơm chìm cột áp cao thì vấn đề tính toán chính xác lực dọc trục của bơm và giải pháp kết cấu để cân bằng lực hay biện pháp làm giảm lực dọc trục cũng như kết cấu chi tiết chịu được lực dọc trục sẽ là vấn đề quan trọng bậc nhất cùng với

đảm bảo độ kín tuyệt đối của bơm Ngoài ra, đối với mỗi kiểu bơm chìm sẽ cần quan tâm về đặc trưng riêng trong tính toán Ví dụ, đối với bơm chìm kiểu ly tâm cột áp không quá lớn (H≤ 70m) phục vụ nông nghiệp và thoát nước thải thì cần chú ý nhiều

đến tác động của lực hướng tâm và chọn vòng bi chặn hay vòng bi đỡ phải thiên về chịu lực hướng tâm Đối với bơm chìm kiểu hướng trục thì lại cần quan tâm hơn đến lực dọc trục và chọn vòng bi chặn, vòng bi đỡ đều thiên về chịu lực dọc trục Đối với kiểu hỗn lưu thì quan tâm tới cả hai loại lực đã nêu

Dự án đã trình bày một số cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán nhằm hoàn thiện thiết kế các máy bơm chìm ly tâm LTC480-20, hỗn lưu AGREX 285/4, HLC 1100-

12 và hướng trục HTC 2500-7 với việc xác định các thông số cơ bản của máy cũng như thiết kế các chi tiết đặc thù như thiết bị chốt khóa với ống trụ dẫn hướng của máy bơm chìm có ống cả kiểu buồng xoắn, thiết kế thiết bị chống xoay, chống lồng của máy bơm chìm có ống xả kiểu ống dẫn hình trụ, các miệng loe cho cả hai loại, tính toán trục và ổ

đỡ của bơm chìm… Dự án đặc biệt chú ý giới thiệu cơ sở lý thuyết tính toán cụm chi tiết vòng làm kín cơ khí chịu dầu, chịu nước kể cả chống tác động của bồi lắng phù sa

Nghiên cứu, tính toán thiết kế các máy bơm chìm là vấn đề mới và hầu như chưa có tài liệu hay công trình nghiên cứu khoa học nào công bố ở trong nước Các tài liệu kỹ thuật của nước ngoài công bố cũng không nhiều mà chỉ giới thiệu chung,

đặc biệt về lý thuyết tính toán không có tài liệu công bố chính thức một cách đầy đủ giúp cho người nghiên cứu, thiết kế

Dự án sản xuất máy bơm chìm công suất N = 37, 55, 75 KW là giai đoạn tiếp theo của đề tài nghiên cứu khoa học về máy bơm chìm, do vậy, đã sử dụng các kết quả đã có và hoàn thiện bổ sung thêm cho hoàn chỉnh hơn Tuy nhiên, do nhiều lý do khách quan và chủ quan, Dự án chỉ trình bày những vấn đề chính cần thiết nhất Chương trình phần mềm tính toán thiết kế từng bánh công tác bơm chìm ly tâm hỗn lưu và hướng trục không đưa vào báo cáo

II.2 Tính toán các thông số cơ bản của các máy bơm chìm

II.2.1 Tính toán các thông số cơ bản của máy bơm ly tâm chìm LTC480-20

Các thông số cơ bản ban đầu:

- Công suất động cơ điện chìm: Nđc = 37KW

- Số vòng quay: n = 1450v/ph

- Hiệu suất động cơ điện ở chế độ tối ưu: ηđc = 0,89

- Cột nước tính toán thiết kế của máy bơm: HTK = 20m

- Hiệu suất tính toán dự kiến của bơm: ηb.dk = 0,75

N

1,1

89,0

h m s

m H

N Q

tk

b tr

20.81,9

75,0.94,2981

,9

1144,0145065,365

4 Tính toán tổn thất trong máy bơm ly tâm

Tổn thất trong máy bơm nói chung và bơm ly tâm nói riêng có thể chia làm 04 thành phần: tổn thất thể tích; tổn thất cơ khí; tổn thất do hãm thủy lực và thủy lực Để thuận tiện cho tính toán, có thể xác định tổn thất thủy lực do phanh hãm tăng công suất tiêu thụ mà không làm giảm cột nước của bơm Sự ảnh hưởng tương hỗ nhỏ nhất của các bộ phận dẫn dòng chỉ có được ở chế độ tính toán, trong đó bảo đảm được chuyển động tương đối trong bánh công tác và chuyển động tuyệt đối trong các bộ phận dẫn dòng của vỏ được ổn định ở các chế độ khác, rõ ràng là có chuyển động không ổn định và tương ứng với nó là các tổn thất thủy lực

Các tổn thất năng lượng trong bơm có thể xem như tổng các tổn thất ở các bộ phận ở miệng ống hút, qua bánh công tác, bộ phận hướng dòng đến ống xả Nghĩa là, có thể xác

định hiệu suất thành phần của bơm thông qua xác định các tổn thất ở từng bộ phận của máy

a Hệ số hiệu suất thể tích của bơm xác định

18968,0168

,01

Q

D ltd =4,5ì103ì3 =193,1 (II.7)

5 Hệ số hiệu suất của máy bơm

862,0

lt

899,0

20 =

=

=

7 Đường kính trục tại vị trí lắp bánh công tác của bơm chìm (d0)

Xác định độ bền xoắn với vị trí ứng suất xoắn cho phép của vật liệu trục [ ]τ =120kg/cm2

mm n

9 Tốc độ dòng chảy ở cửa vào của bánh công tác (V0) có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng xâm thực và hiệu suất thủy lực của bơm Tốc độ dòng chảy ở cửa vào:

m n

Q

V 3 tt 2 0,06 3 0,1144 14502 3,701

10 Đường kính ngoài của cửa vào của bánh công tác (D0)

mm d

Q

060,0193,014,3

1144,044

2 2

2 0 2 0

R

Q b

m

33,4070,014,32

1144,0

U R n R 0,07 10,62m/s

30

1450.14,3

30 11

(II.17)

15 Thành phần kinh tuyến của tốc độ có tính tới sự lệch dòng (Vm1)

s m V

k V k

V m1 = 1ì m′1 = 1ì 0 =1,15ì4,33=4,98 / (II.18)

16 Tốc độ tương đối của dòng chảy ở cửa vào

Trước khi vào bánh công tác thành phần tốc độ (V ′1) có tác dụng làm giảm cột áp của bơm Để nâng cao cột nước của bánh công tác cần phải thiết kế rãnh sao cho V u′1 =0 Khi đó tốc độ tuyệt đối của dòng chảy ( )V ′1 ở cửa vào của bánh công tác sẽ nằm trên mặt phẳng kinh tuyến và V1′=V m′1 Tốc độ tương đối của dòng chảy ở cửa vào bánh công tác ( )W ′1 xác

định theo V ′1 và U1 từ tam giác tốc độ hướng của tốc độ ( )W ′1 xác định nhờ góc β1′

17 Góc nghiêng lá cánh

Chiều dày lá cánh và số lượng cánh hữu hạn làm lệch dòng chảy nhưng không làm thay đổi mômen động lực của chất lỏng Khi đó ta có V u1.0 =V u′1 và V1.0 =V m1 (ở đây “0” chỉ rõ tốc độ tương ứng với điều kiện dòng chảy không va ở cửa vào bánh công tác) Góc nghiêng của cánh tương ứng với dòng chảy không va tại cửa vào bánh công tác:

4689,062,10

98,41

1 1 1

1 0 ,

U

V K U

119

250 00

, 1

1

2 2 2 2 2

U

U K g

U V

Trong đó:

166,1

166,

1 0,28 0,282

2

s

u u

n U

V

Trị số của tốc độ vòng ở cửa ra bánh công tác (tính với gần đúng thứ nhất)

s m K

H g U

u

383,0

25,2281,92

) 1

20 Đường kính mép vào của bánh công tác (đối với ns > 100)

m n

U

145014,3

86,2060

60 21))

100

189275,0087,0100

087,0

3 3

275,014,32

1144,02

(II.26)

23 Thành phần kinh tuyến có ảnh hưởng do lệch dòng

s m V

2 2

2

1 1

2 sinsin

m

m

V K

V K W

,

1 2

2 1 1

R R

Ta có: Z1 =6

26 Hệ số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của số cánh hữu hạn

234,01

1

2

1 1

(II.30)

g tg

V tg

V

22

2

2 2

2

2 )

60 2)

30 Chiều rộng rãnh bánh công tác

m V

D

Q b

m

tt 0,0572

2

) 2

II.2.2 Tính toán các thông số cơ bản của máy bơm hỗn lưu chìm AGREX285/4

II.2.2.1 Các yêu cầu kỹ thuật từ thực tế

Thực tế sản xuất ở các vùng sản xuất nông nghiệp có sự dao động lớn về mực nước

bể hút trạm bơm đòi hỏi phải có máy bơm nước thiết kế đảm bảo H/10m Về máy bơm, có thể đầu tư nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các máy bơm hỗn lưu chìm với hệ số tỷ tốcn s =469v/ ph, công suất động cơN =37KW , cột ápH ≥10m, lưu lượng Q=900m3 h

II.2.2.2 Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản bánh công tác bơm hỗn lưu chìm

Sự phát triển của khoa học công nghệ cũng như các nhu cầu của sản xuất đòi hỏi sự cần thiết phải nâng cao độ bền và hiệu quả kinh tế của các máy bơm, trong đó

có máy bơm kiểu hỗn lưu chìm

Hình II.2 Phần dẫn dòng máy bơm hỗn lưu chìm

Có rất nhiều phương pháp tính toán khác nhau để xác định các thông số kỹ thuật cơ bản Có thể sử dụng phương pháp tính toán bơm hỗn lưu chìm theo trình tự sau:

1 Đường kính trục tại vị trí lắp bánh công tác (d 0 )

Trị số đường kính d0xác định theo độ bền xoắn ứng với ứng suất xoắn cho phép của vật lệu thép 45 trên trục máy bơm ( ) [ ] 2

120KG cm

x =

mm n

3 Vận tốc tuyệt đối của dòng chảy qua tiết diện họng ở cửa vào bánh công tác (V 0 )

Vận tốc tuyệt đối của dòng chảy tại tiết diện họng ở cửa vào bánh công tác có

ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng xâm thực và hiệu suất của máy bơm Vận tốc V có 0

thể xác định theo công thức (II.37):

V Q TK n 7,69m/s

60

3 2 2

4 Đường kính tiết diện họng tại cửa bánh công tác (D 0 )

m d

2 2 2

Q V

0

(II.40) Cần thiết kế tiết diện kinh tuyến sao cho vận tốc tuyệt đối (V0 =V1) thay đổi đều

ở gần cửa vào bánh công tác để triệt tiêu thành phần vận tốc V u1 =0 (hình III.1)

7 Vận tốc tương đối của dòng chảy tại cửa vào bánh công tác (W 1 )

d D

Q

b

/79,162

60

2 2 0

D

D1 =0,8 0 =0,238 =238 (II.42) Cần chú ý lựa chọn các kích thước và hình dạng phần dẫn dòng ở cửa vào bánh

công tác sao cho thành phần vận tốcV u1=0 Khi ấy, cột nước máy bơm sẽ đạt trị số lớn nhất Trong trường hợp này, vận tốc tuyệt đối của dòng chảyV1 ở cửa vào bánh công tác sẽ nằm trên mặt phẳng kinh tuyến vàV1 =V m1 Có thể xác định các vận tốc tương ứng ở cửa vào bánh công tác có thể kể đến ảnh hưởng của sự lệch dòng (K =1,1- Hệ số lệch dòng - Hệ số co hẹp của tiết diện) (V m1 =K V m′1) Hướng của vận tốc tương đối W1 xác định nhờ gócβ1

9 Chiều dày lá cánh và số lượng cánh hữu hạn

Chiều dày lá cánh và số lượng cánh hữu hạn làm lệch dòng chảy nhưng không làm thay đổi mômen động lượng chất lỏng Khi ấy, ta cóV u1,0 =V u′1 và V u1,0 =V m1 (ở đây, “0” chỉ

rõ vận tốc tương ứng với điều kiện dòng chảy không va ở cửa vào bánh công tác)

Góc nghiêng của cánh tương ứng với dòng chảy không va ở cửa vào bánh công tác:

0 , 1 1

1 0 ,

10 Dòng liên tục bao quanh lá cánh với vận tốc tương đối W 1

Dòng liên tục bao quanh lá cánh với vận tốc tương đối W1của dòng chảy sau khi vào khu vực bánh công tác sẽ có hướng trùng với tiếp tuyến của lá cánh tại cửa vào ngược chiều với vận tốc vòngU tạo thành góc1 β1

δβ

ở đây: δ =90 5′ = Góc tới đối với dòng chảy có va cho bánh công tác kiểu hỗn lưu chìm có n s =469

'552259

1 = + ′=β

11 Hệ số hiệu suất thể tích của máy bơm ηtt

⇒+

=1 0,68 ư 3 2

1

s tt

n

12 Hiệu suất cơ khí của bơm ηCK

Hiệu suất nội cơ khí của bơm ηCKn

⇒+

=1 82021

Xác định hiệu suất thủy lực của bơm theo công thức Lômakin

42,0

1

n

Q

td 4,5.103 0,862 862.

14 Hệ số hiệu suất của máy bơm ηb

8943,0

Q Q

H H

η

17 Đường kính lớn nhất mép ra của lá cánh bánh công tác D 20max

Đường kính lớn nhất mép ra của lá cánh bánh công tácD20max bơm hỗn lưu chìm xác định theo nhiều công thức khác nhau do nhiều tác giả đề xuất

Thực tế cho thấy, có thể ứng dụng công thức tính đơn giản mà cho kết quả hợp

lý nhất:

mm m

n

H K

D20max = m.r TK.60=0,282 =282 (II.52)

ở đây:K m.r =2,16 - Hệ số phụ thuộc vào tỷ tốc n s

18 Đường kính nhỏ nhất của mép ra khỏi bánh công tác D 20min

2

1 2 02 22

max 20 min

20

b

d D D

mm

233,

D

Q b

m

TK 0,175

21 1

20 Đường kính hữu ích trung bình ở mép ra của cánh bánh công tác D m2

m H

Q

21 Thành phần vận tốc kinh tuyến ở cửa ra khỏi bánh công tác V m2

D D

Q

min 20 2

max 20

ư

=π

δ

(II.56)

22 Vận tốc vòng ở mép ra khỏi bánh công tác U 2

s m D

D n

260

min 20 2

max 20

(II.57)

23 Chiều rộng của rãnh các lá cánh bánh công tác b 2

m V

D

Q b

m m

TK 0,075

22 2

max 20

2 3 2

min 20 2

max 20 2 2

min 20 2

max 20

1 2

D D

a D

D a D

D

a

++

++

2

1 1

2 sin sin

m

m

V

V W

W

β

2 51776

1 2

1 2 2

D D K z

2 2 2

1

2

.3,137,1

=

∗

tg u

V s

m

ρ

Nói chung, cho đến nay, nhiều tác giả đã giới thiệu các phương pháp tính toán các thông số cơ bản, kích thước chính của bánh công tác máy bơm hỗn lưu chìm Do đặc thù riêng của bơm hỗn lưu chìm, các kết quả tính toán cần được kiểm chứng qua thực nghiệm và hoàn thiện thêm, bởi vì, còn có sự cách biệt giữa kết quả tính toán và thực nghiệm Ta có loại bánh công tác cho bơm chìm kiểu hỗn lưu chìm với các thông số kỹ thuật: cột nước máy bơm HTK = 10,0 m ; Hlt = 10,62 m; lưu lượng máy bơm QTK = 900 m3

/h ; Qlt = 910 m3

/h; công suất động cơ

điện N = 37 KW; số vòng quay n = 1450 v/ph; tần số f = 50 Hz; hệ số tỷ tốc ns = 469 v/ph

Là kết quả nghiên cứu tính toán thiết kế của Trung tâm REMECO (tên cũ là AGRIMECAD) được các chuyên gia Hãng EXTREN (Hungary) kiểm tra và góp ý, máy bơm chìm có ký hiệu chung là AGREX 285/4 (Ký hiệu này đã được AGRIMECAD và EXTREN bàn bạc và nhất trí)

ở đây:D2max =285mm - Đường kính lớn nhất của mép ra của lá cánh bánh công tác

4

=

ρ - Số đầu cực của rôtor động cơ điện đồng bộ ba pha (n=1450v/ ph)

II.2.3 Thiết kế máy bơm hỗn lưu chìm HLC1100-12 (N = 55KW)

II.2.3.1 Các thông số kỹ thuật ban đầu

- Công suất động cơ điện chìm: Nđc = 55KW

- Cột nước thiết kế của bơm chìm: HTK = 12m

- Số vòng quay của bơm và động cơ: n = 980v/ph

- Hiệu suất động cơ điện chìm: ηđc = 0,90

- Hiệu suất dự kiến của bơm chìm: ηb.dk = 0,76

/h Ta sẽ ký hiệu máy bơm chìm kiểu hỗn lưu: HLC1100-12

II.2.3.2 Tính lực tác dụng lên rôto

II.2.3.2.1 Lực hướng trục (P Z )

Với bơm hỗn lưu một cấp, một cửa vào và bánh công tác kiểu kín có thể xác

định lực hướng trục theo sơ đồ:

4 3 2

P - Lực tác dụng vào bề mặt của các mấu và đệm chống thấm

ở chế độ làm việc bình thường của bơm và các đệm thấm chất lượng tốt thì trị

số lựcP Z1có thể tính theo công thức (II.64):

2 2

2 0 1

2

1

R

r R g

U H r R

lt b

4 02ư 2 =

KG b

D H Q

Q K

tt pr

ở đây: P r - Đạt giá trị cực đại với hệ số Q≈0

K pr =0,36- Hệ số lực hướng kính phụ thuộc vào hệ số tỷ tốc K pr = f( )n s với

306

=

s

n

Hình II.3 Hướng và trị số của lực hướng kính trong máy bơm hỗn lưu

có ống xả kiểu buồng xoắn với các chế độ Q/Q TK = Var II.2.3.2.3 Các biện pháp cân bằng lực

1 Cân bằng lực dọc trục

Lực hướng trục và hướng kính trong bơm hỗn lưu có thể đạt trị số rất lớn Điều

đó ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ của máy Cần phải có biện pháp cân bằng lực nhằm làm giảm các lực này

Hình II.4 Các biện pháp cân bằng lực dọc trục

Đối với bơm ly tâm và bơm hỗn lưu có thể dùng các biện pháp cân bằng lực dọc trục (hình II.4)

a Bánh công tác hai miệng hút (hình II.4a)

b Đệm thấm ở đĩa sau của bánh công tác đa dòng chảy trở lại ở phía cửa vào (hình II.4b)

c Khoan lỗ đối xứng ở bầu bánh công tác với tổng diện tích tiết diện phải lớn hơn 5 lần tiết diện khe hở giữa đệm thấm và vỏ bơm (hình II.4c)

d Đặt phần hướng kính vào đĩa chính của bánh công tác (hình II.4d)

Máy bơm chìm HLC1100-12 đã sử dụng hỗn hợp biện pháp cân bằng b và c nên đạt hiệu quả cao

2 Cân bằng lực hướng tâm

Có thể làm giảm lực hướng tâm bằng các biện pháp khác nhau (hình II.5)

Hình II.5 Sơ đồ các biện pháp làm giảm lực hướng tâm a) Dùng buồng xoắn phụ đối xứng b) Dùng buồng xoắn kép II.2.3.3 Tính toán trục máy bơm

Trục là chi tiết chính của rôto và chịu sự tác dụng của tải trọng thay đổi dấu liên tục khi bơm làm việc Các kích thước trục bơm xác định theo điều kiện bền, biến dạng cho phép (độ cứng), số vòng quay tới hạn

1 Tính toán độ bền và độ cứng của trục

Khi tính toán độ bền và độ cứng của trục trước hết phải xác định tải trọng ngoài:

- Lực dọc trục tác dụng lên rôto và trục theo công thức (II.65): =

- Lực hướng kính thường xuất hiện khi bơm làm việc ở phụ tải một phần (Q<Q tk) và

trường hợp ống xả xoắn ốc dẫn dòng chảy sau khi ra khỏi bánh công tác Lực hướng kính xác định theo công thức (II.66): P rmax =119KG

- Trọng lượng bản thân của trục trên một mét chiều dài

2 Kiểm tra các thông số kỹ thuật

a ứng suất do xoắn:

x x

W

M

=max,

τ

ở đây:

3 3

3

52,12016

5,8.14,3

2,3669

3

261,6032

5,8.14,3

2 KG cm F

2

716,564

5,8.14,3

d

- diện tích tiết diện tính toán của trục

d Xác định ứng xuất cực đại của trục:

max 2

max, max = σ u +σnd +3τ =102,379KG/cm

II.2.3.4 Hệ số dự trữ độ bền trục

3,2934

,19max

σ - ứng suất tới hạn của thép hợp kim

II.2.4 Tính toán các thông số cơ bản của máy bơm hướng trục chìm HTC 2500-7

– Công suất động cơ điện chìm: Nđc = 75KW

– Số vòng quay: n = 730v/ph

– Cột nước thiết kế của máy bơm: Htk = 7m

1 Công suất làm việc trên trục bơm - động cơ

KW K

N N

dtr

dc 68,01,1

η η

=

∗

h m s

m / 2690 /7471

Q n

ở đây: n = 730 v/ph = 12,17 v/s Số vòng quay của động cơ và bơm

4 Tỷ số bầu tương đối xác định theo công thức (II.75)

6,

Kiểm tra trị số của tỷ số bầu bằng các kết quả nghiên cứu:

Với ns = 535, xác định hệ số cột nước theo quan hệ (KH) tối ưu = f(ns) (hình II.6): (KH)tối ưư ta xác định được ((d b)tối ưu = 0,455 (hình II.7)

H D

c toiuu H

tk 0,498 2

)17,12(

0,7

H K

c

– Hệ số lưu lượng:

491,0)50,0.(

17,12

7471,0)

=

D n

Q K

c

7 Kiểm tra lại hệ số tỉ tốc của bơm theo công thức (II.79):

ph v K

K n

H

Q

)(

Hệ số tỉ tốc theo công thức (II.74) ns = 535 và theo (II.79) ta có ns = 535 chứng tỏ chọn các

thông số cột nước (H), lưu lượng (Q) và đường kính (D2) là đúng, có thể tính toán các bước tiếp theo

8 Khe hướng kính giữa mép ngoài cánh bánh công tác và vòng mòn:

mm

D 0,5

001,

n D

30

2

T

C Khi ấy ta có:

m C

Q n h

H T H

h

n c.p =170∆ T.H =984 / (II.83)

13 Độ dày tối ưu của lưới Prôfin tiết diện mép ngoài cánh bánh công tác:

1305,1)(95,

K t

tb mep bau tb

R R

t l

ư

ư )( )(α α

τ

(II.85)

ở đây:τtb - bán kính trung bình của tiết diện Prôfin cánh

αbầu, αmép - góc đặt cánh ở tiết diện bầu và mép ngoài

z1tối ưu = 5

Khi thiết kế bánh công tác cần đặc biệt chú ý chọn chính xác độ dày của lưới các tiết diện mép cánh Cần đảm bảo dòng liên tục bao quanh các Prôfin các lưới Để

kiểm tra sự chuẩn xác của việc lựa chọn

Trong đó: ∆β - góc vặn của dòng chảy; β1 - góc vào; β2 - góc ra

Theo kết quả tìm được số lá cánh bánh công tác z1 = 5 Tính Prôfin cánh bánh công tác theo phương pháp tính lưới thẳng các cung tròn mỏng vô hạn (phương pháp của Vazơnhenski-Pekin - Trường Đại học Bách khoa Xanh petecbua có tham khảo mẫu cánh ΟΠ -5 của Nga

Hình II.6 Đường quan hệ (K H ) tối ưu = f(n s ) tói ưu

Hình II.7 Đồ thị để chọn tỉ số bầu

ư

b

d

21

π

16 Độ võng tương đối lớn nhất của cung mỏng Prôfin (f) xác định:

062,0044,00466,0

049,

H g

- Bán kính tương đối của tiết diện cánh bánh công tác

17 Cần chọn chiểu dày tiết diện bầu cánh theo yêu cầu của độ bền:

dbc = (0,06 : 0,10) lbChiều dày của tiết diện mép cánh lại phụ thuộc vào điều kiện công nghệ chế tạo, sử dụng và vận chuyển

Số cánh của cánh hướng sau xác định theo công thức:

L T H

b q

ch o

K d

K

t z z

2

2 2 2 1

242,0)1(

.162,02

)/1(

Chiều cao hút địa hình cho phép:

HS c.p = Ha - Hd - ϕ.HSVmin (II.90)

ϕ = 1,08 - hệ số dự trữ ứng với D2 = 580mm;

Ha = 0,75m - Cột hơi bão hoà với to

= 40oC;

min max

Q Q

H H

K K

K K

Hình II.9 Đồ thị đánh giá sơ bộ chất lượng xâm thực dự kiến của bơm

Hình II.10 Đường đặc tính dự kiến của bơm

22 Tính toán lưới các prôfin cánh bánh công tác và cánh hướng dòng

a Tính toán lưới Prôfin cánh bánh công tác theo phương pháp Vagiơnhesenski-Pekin (Trường Đại học Bách khoa Xanh Petecbua - Nga) đề xuất

Trong phương pháp tính toán này, khi tính ảnh hưởng tương hỗ của các Prôfin

cung tròn) để làm các cung tương đương

Đây là phương pháp cộng các dòng phẳng song song ở vô cực không nối với các dòng tạo bởi các dòng đặc trưng (dòng lượng xoáy do thay cung mỏng bằng xoáy, dòng vào, dòng ra) phân bố trên trục cung mỏng hoặc trên chính Prôfin lá cánh Trục xương của cánh được tính toán theo các phương trình vi phân Đây là phương pháp tính lưới phẳng của các cung tròn mỏng vô hạn

Hàm số dòng của dòng chảy ở tại một điểm bất kỳ nào đó của cung đơn độc (hình II.11) nằm cách đầu mút của nó một khoảng cách là (t) được xác định:

Ψ(t) = Ψo(t) + Ψ1(t) = const (II.92) Trong đó hàm số dòng của các điểm xoáy của cung:

2

)(0

πψ

2

)(

2

)(lim

γ

Trong đó; rK – Khoảng cách giữa điểm Z của dòng chảy mà tại đó xác định hàm dòng

và điểm S trên cung thứ K của lưới

Hình II.11 Sơ đồ lưới các cung mỏng

Tổng vô cực của các Lôgarit có thể thay bằng tích vô cực trong dấu Lôgarit, mà tích đó lại có thể biểu thị bằng hàm lượng giác Hàm dòng khi các cung có chiều dài dây cung lo = 1, tức là có bước tương đối

t o

T sh x x T s

t

2

1)()

πψ

2

1)

πψ

l w

r

β

∞ = L thực tế chỉ phụ thuộc vào To và α Khi α < ( 35 – 40o

) có thể coi ∆α chỉ phụ thuộc vào To và β Phương pháp Vagiơnhesenski-Pekin là phương pháp giải bài toán thuận Dựa vào phương pháp này Pôkin và Kôlôcôncôp đã hoàn thành hệ thống tính toán, qua

đó đã lập các đồ thị tương ứng để giải bài toán ngược; khi thiết kế máy trên sử dụng rất thuận lợi và kết quả đạt loại cánh có hiệu suất cao

Có thể sử dụng phương pháp Le-xô-khin với lưới Prôfin chiều dày hữu hạn để thiết kế cánh mới hoặc kiểm tra kết quả tính theo các phương pháp khác Tuy vậy, với phương pháp Lexôkhin tính toán sẽ phức tạp hơn

II.2.5 Tính toán thiết kế chi tiết khác của máy bơm chìm

II.2.5.1 Thiết kế chi tiết miệng hút máy bơm chìm

Miệng hút máy bơm chìm kiểu ly tâm, hỗn lưu hay hướng trục có thể thiết kế dựa theo các hướng dẫn đã có đối với miệng hút các máy bơm truyền thống Kích thước kỹ thuật cơ bản của chi tiết này là đường kính miệng loe (Dmiệng loe) Các tài liệu hướng dẫn có được từ các công trình nghiên cứu các loại ống hút, miệng hút của máy bơm ly tâm, hỗn lưu hay hướng trục kiểu trục đặt đứng:

1

D - đường kính ngoài của bánh công tác máy bơm

Hình II.12 trình bày kiểu miệng loe của máy bơm hỗn lưu AGREX 285/4 (N = 37KW, nước = 469v/ph) có đường kính miệng loe Dmiệngloe =1,053.D1 =300mm (D1 =285mm)

Hình II.12 Chi tiết miệng loe của máy bơm hỗn lưu AGREX 285/4

Hình II.13 giới thiệu chi tiết miệng loe của máy bơm chìm hướng trục đứng HTC 2500-7 (B) (N = 75KW, nước = 900v/ph) có đường kính miệng loe

mm D

mm

Dngoàitrụ =38 và chiều dày δốngtrụ =8mm, vật liệu ống trụ và vấu kẹp là thép hợp kim Các máy bơm ly tâm chìm LTC480-20 hoặc hỗn lưu chìm HLC 1100-12 hay các bơm chìm ly tâm và hỗn lưu khác với ống xả kiểu buồng xoắn đều có thể sử dụng kết cấu chốt khóa này