Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐẾN LƢU LƢỢNG VÀ ĐỘ CAO NÂNG NƢỚC CỦA BƠM XOẮN ỐC DÙNG SỨC NƢỚC DÒNG CHẢY SÔNG SUỐI” LÊ HỮU HÙNG THÁI NGUYÊN - 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi là Lê Hữu Hùng, học viên lớp Cao học K13 – CN CTM. Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của TS. Nguyễn Sỹ Hiệt, thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp của tôi. Tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học. Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối” . Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Sỹ Hiệt và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê. Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào. Nếu có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. NGƯỜI CAM ĐOAN Lê Hữu Hùng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn TS. Nguyễn Sỹ Hiệt – Thầy hướng dẫn khoa học của tôi về định hướng đề tài, sự hướng dẫn của thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như chỉ bảo trong quá trình tôi viết luận văn. Tôi cũng muốn cảm ơn những ý kiến chỉ bảo của GS. TSKH. Phạm Văn Lang, cũng như các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy tôi và các thầy cô khoa sau đại học Trường ĐH KTCN Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học. Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình học cũng như quá trình làm luận văn này. Tác giả Lê Hữu Hùng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Lời cam đoan 1 Lời cảm ơn 2 Mục lục 3 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 6 Danh mục các bảng 8 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9 MỞ ĐẦU 11 1. Tính cấp thiết của đề tài 11 2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 11 3. Tổng quan nội dung nghiên cứu của đề tài 11 4. Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 12 Chƣơng I 13 NĂNG LƢỢNG DÒNG CHẢY SÔNG SUỐI VÀ VIỆC SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƢỢNG THIÊN NHIÊN PHỤC VỤ SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở MIỀN NÚI 1.1 Dòng chảy sông suối – nguồn năng lượng sạch của thiên nhiên 13 1.1.1. Mạng lưới sông suối ở nước ta 13 1.1.2. Thủy chế của sông ngòi Việt nam 14 1.1.3. Dòng chảy sông suối 14 1.1.4. Dòng chảy sông suối Việt Nam và các yếu tố địa lý tác động tới nó 15 1.2. Nhu cầu cung cấp nước cho sản xuất ở vùng cao 27 1.3. Sử dụng năng lượng dòng chảy sông suối phục vụ đời sống và sản xuất 29 1.4. Các loại phương tiện cung cấp nước tưới dùng năng lượng dòng chảy 29 1.4.1. Cọn nước truyền thống 30 1.4.2. Bơm thủy luân 32 1.4.3. Bơm va 33 1.4.4. Bơm cuộn - xoắn ốc 34 1.4.5. Ưu, nhược điểm của bơm xoắn ốc và sự lựa chọn để cung cấp nước tưới cây trồng vùng cao 36 1.5. Nghiên cứu và ứng dụng bơm xoắn ốc trên thế giới và trong nước 37 1.5.1. Nghiên cứu, ứng dụng bơm cuộn và bơm xoắn ốc trên thế giới 37 1.5.2. Nghiên cứu và ứng dụng bơm cọn xoắn ốc trong nước 41 1.6. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn 44 Chƣơng II 45 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 45 2.1.1 Mục tiêu chung 45 2.1.2. Nội dung nghiên cứu 45 2.2. Phương pháp nghiên cứu 45 2.3. Thiết bị khảo sát dòng chảy và các phương pháp đo 46 2.3.1. Lưu tốc dòng chảy và phương pháp đo 46 2.3.2. Các phương pháp đo lưu tốc 48 2.4. Các dụng cụ đo vận tốc 49 2.4.1. Lưu tốc kế - phân loại lưu tốc kế 49 2.4.2. Các bộ phận chủ yếu của lưu tốc kế 49 2.4.3. Ống đo thủy văn 49 2.4.4. Xác định vận tốc bằng xác định lực tác động của dòng chảy lên vật trôi 52 2.5 Lưu lượng dòng chảy và phương pháp đo 53 2.6. Trang thiết bị đo khảo sát dòng chảy và thí nghiệm bơm 56 Chƣơng III 60 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA BƠM XOẮN ỐC 3.1. Cơ sở nguyên lý hoạt động của bơm xoắn ốc 60 3.2. Lý thuyết về quá trình hoạt động của bơm 64 3.2.1. Nguyên lý bơm - áp kế tầng 64 3.2.2. Sự chuyển động của phân đoạn chứa khí và nước 65 3.2.3. Đổ nước ngược 68 3.2.4. Mực nước dâng lên trong các cuộn ống 69 3.2.5. Ống dẫn xả nước 71 3.3. Xây dựng công thức tính thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc 73 3.3.1. Lượng nước gầu múc 73 3.3.2. Lưu lượng bơm 74 3.3.3. Công thức tính độ cao nâng nước tối đa của bơm xoắn ốc 75 3.4. Kết luận 75 Chƣơng IV 77 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn BƠM XOẮN ỐC QUAY BẰNG SỨC NƢỚC DÒNG CHẢY 4.1. Điều tra khảo sát tình hình cây trồng, lượng mưa, sông suối ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, đánh giá khả năng ứng dụng bơm xoắn ốc 77 4.1.1. Điều tra khảo sát tình hình cây trồng hai bên bờ suối 77 4.1.2. Điều tra khảo sát tình hình thời tiết khí hậu mùa khô. Nhu cầu và khó khăn trong việc tưới nước mùa khô 78 4.1.3. Khảo sát lưu lượng dòng chảy sông suối 78 4.1.4. Đánh giá khả năng ứng dụng ứng dụng bơm xoắn ốc chạy bằng sức nước dòng chảy 79 4.1.5. Khả năng đưa nước lên cao 81 4.2. Thiết kế và chế tạo bơm xoắn ốc 81 4.2.1. Kết cấu các bộ phận kết cấu bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi 82 4.2.2. Tính toán các thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc 86 4.3. Thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật của bơm 87 4.4. Khảo nghiệm thực tế sử dụng 93 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 98 Tài liệu tham khảo 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT A n - Dấu hiệu nhận dạng phần không khí trong ống xả A. n - Dấu hiệu nhận dạng lượng không khí trong bơm d t - Mức chìm sâu trong nước cửa bơm H D - Độ cao nâng nước của bơm H n - Áp lực tuyệt đối đầu chứa khí ứng với L A.n H T - Áp lực tuyệt đối đầu ra của bơm h n - Mức nước ứng với phân đoạn nước W. n L A - Độ dài đoạn ống chứa khí trong bơm dưới áp lực của H A L A.n - Độ dài đoạn ống chứa khí trong bơm dưới áp lực Hn L W.n - Độ dài đoạn ống chứa nước theo sau phần ống lọt khí K W - Độ dài đoạn ống chứa nước Wn tại vị trí n trong đường ống xả K A.n - Độ dài đoạn ống chứa khí A n tại vị trí n trong đường ống xả M - Số lượng đoạn ống chứa nước trong ống xả N - Số cuộn ống của bơm N s - Vận tốc quay của bơm (số vòng quay) P - Áp suất tuyệt đối Q P - Dung lượng bơm R - Khoảng cách từ trục của bơm đến đường tâm của ống xoắn ốc r - Đường kính ống nước t P - Thời gian để lượng A 0 và W 0 đi vào ống nước t q - Thời gian để lượng khí A m-1 rời khỏi ống nước V n - Khối lượng không khí dưới áp lực P n V a - Vận tốc tương đối của một đoạn ống khí đến đoạn ống nước di chuyển lên ống xả W n - Dấu hiệu nhận dạng của đoạn ống xả nước W. n - Dấu hiệu nhận dạng về đoạn ống nước của bơm W. s - Dấu hiệu nhận dạng của đoạn ống nước tiếp theo phân đoạn nước tràn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ∆ n - Mômen tương đối của đoạn ống nước tiến đến D - Đường kính cuộn ống v - Vận tốc dòng chảy sông, suối n - Vòng quay của bơm k - Hệ số hiệu suất sử dụng dòng chảy z - Số vòng ống trong một cuộn ống d - Đường kính của ống d gm - Đường kính gầu múc q - Lưu lượng nước bơm được trong một vòng quay H - Độ cao nâng nước lên cao tối đa Q - Lưu lượng bơm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Kết quả thí nghiệm thay đổi số vòng ống của cuộn bơm Bảng 2. Kết quả thí nghiệm thay đổi kích thước gầu múc d gm Bảng 3. Kết quả thí nghiệm thay đổi vòng quay của bơm (n) Bảng 4. Kết quả thí nghiệm quan hệ giữa lưu lượng một vòng quay của bơm (q) với độ cao xả nước (H) Bảng 5. Kết quả thí nghiệm thay đổi số cuộn ống của bơm (N) Bảng 6. Kết quả thí nghiệm thay đổi đường kính ống d Bảng 7. Kết quả thí nghiệm thay đổi đường kính bánh xe bơm nước D (thay đổi đường kính của cả cuộn ống) Bảng 8. Kết quả khảo nghiệm bơm xoắn ốc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Đường phân nước và giới hạn của lưu vực sông (suối) Hình 1.2. Đồ thị biễu diễn mặt cắt ngang khác nhau dọc theo một con sông (suối) và mối liên hệ giữa lưu lượng và các yếu tố dòng chảy theo các mặt cắt ngang Hình 1.3. Các tỉnh miền núi phía Bắc và tiểu lưu vực sông Hình 1.4. Cọn nước được sử dụng ở các tỉnh miền núi Hình 1.5. Bơm thủy luân Hình 1.6a. Thiết bị bơm va Hình 1.6b. Công trình bơm va Hình 1.7. Bơm cuộn Hình 1.8. Bơm xoắn ốc Hình 1.9a. Bơm cuộn đạp chân Hình 1.9b. Bơm cuộn súc vật quay Hình 1.9c. Bơm cuộn dùng năng lượng gió Hình1.10. Bơm cuộn đặt trên phao nổi quay bằng sức nước dòng chảy sông suối Hình 1.11. Guồng bơm xoắn ốc quay bằng sức nước dòng chảy (Philippine) Hình 1.12. Guồng bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi đang làm việc Hình 2.1. Phân bố vận tốc trên thủy trực Hình 2.2. Máy lưu tốc kế LS25-1A Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý đo vận tốc bằng ống thủy văn Hình 2.4. Mặt cắt ngang của dòng chảy Hình 2.5. Máy đo lưu tốc dòng chảy MODEL OSS-B1 Hình 2.6. Máy đo lưu tốc dòng chảy AEM1-D Hình 2.7. Khảo sát dòng chảy Hình 2.8. Dòng chảy mùa cạn ở một con suối Hình 3.1. Sơ đồ một cuộn ống bơm xoắn ốc [...]... tiễn và hiệu quả kinh tế cao, không những cung cấp nước tưới liên tục mà bơm còn không dùng nhiên liệu nên thân thiện với môi trường Đề tài được chọn là: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối 2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài *Ý nghĩa khoa học: - Phát triển bổ xung thêm về loại hình bơm xoắn. .. dung nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu của đề tài: - Phân tích tổng hợp điều kiện của dòng chảy sông suối tại nơi đặt bơm - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, xây dựng mô hình làm việc của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối lắp đặt trên phao nổi - Lựa chọn các thông số hợp lý, bố trí hợp lý các bộ phận làm việc của máy bơm nước xoắn ốc - Lựa chọn chế độ làm việc hợp lý để tiến hành lắp đặt bơm xoắn ốc. .. liên quan đến bơm nước xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối 4 Mục đích nghiên cứu, đối tƣợng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu * Mục đích đề tài: - Nghiên cứu, chế tạo được bơm cuộn xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy, phục vụ tưới cây trồng, nuôi thuỷ sản cho đồng bào vùng cao Sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên vốn có của dòng chảy sông suối Không dùng các nguồn năng lượng khác và đặc biệt không gây ô nhiễm... 4.1 Suối Thia – dòng chảy mùa cạn Hình 4.2 Bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi Hình 4.3 Bánh xe bơm Hình 4.4 Cuộn ống nước - nhựa PVC Hình 4.5 Trục bơm ( đồng thời là ống thu gom nước) Hình 4.6 Khớp nối ống kín quay Hình 4.7 Cụm phao nổi Hình 4.8 Ảnh hưởng của số vòng cuộn đến độ cao nâng nước Hình 4.9 Ảnh hưởng của số vòng cuộn đến lưu lượng nước một vòng quay Hình 4.10 Ảnh hưởng của vòng quay bơm đến độ cao. .. nguồn nước sông suối ở dưới thấp Vào thời kỳ này bình độ các cánh đồng so với mặt nước sông suối thường cao từ 5-15 mét Để lấy nước sông suối tưới cho cây trồng phải lội xuống sông gánh nước rất khó khăn vất vả Hộ có điều kiện phải dùng bơm cao áp chạy động cơ nhưng chi phí tốn kém, lại gây ô nhiễm môi trường Việc sử dụng bơm nước xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối để tưới cho cây trồng vào mùa... mà còn ảnh hưởng đến tính biến động của dòng chảy theo thời gian Thật vậy, chế độ mưa ảnh hưởng lớn đến chế độ dòng chảy sông suối nước ta Khí hậu nước ta có sự phân hóa theo mùa rõ rệt, trên toàn lãnh thổ, ở đâu cũng có mùa khô với lượng nước thấp hơn lượng bốc hơi và một mùa mưa Do đó dòng chảy sông suối cũng tăng lên theo mùa, mùa lũ ứng với mùa mưa và mùa cạn ứng với mùa khô Chế độ nước sông điều... với lượng mưa trung bình năm thì hệ số bốc hơi là 0,48, nhỏ hơn khoảng 35% so với cùng vĩ độ Tóm lại mưa và bốc hơi là hai yếu tố quan trọng nhất của khí hậu ảnh hưởng đến dòng chảy, nó quyết định tiềm năng dòng chảy sông suối ở nước ta Nhân tố khí hậu có ảnh hưởng quyết định đến sự phân bố của dòng chảy trong không gian và phân bố theo thời gian Quy luật về sự ảnh hưởng của khí hậu đến dòng chảy ở nước. .. vực sông ở nước ta đều nằm trong giới hạn tác động của quy luật tăng theo độ cao của lượng mưa và dòng chảy Sự gia tăng của lượng mưa và dòng chảy được tính như sau: đối với lượng mưa tăng khoảng từ 20 300 mm cho 100m tăng độ cao, đối với dòng chảy thì tăng ít hơn chỉ 5 - 40mm cho 100m tăng độ cao Kết quả so sánh một số cặp trạm thủy văn có độ chênh lệch rõ rệt, thì thấy lượng mưa và lượng dòng chảy. .. hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trong và ngoài nước So sánh ưu nhược điểm của các loại bơm nước đã nghiên cứu và ứng dụng trong nước - Kết quả của những công trình nghiên cứu về thiết kế chế tạo các loại bơm phục vụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn cho nông nghiệp và đời sống của đồng bào vùng cao - Vấn đề cần nghiên cứu liên quan đến bơm nước xoắn. .. định tới dòng chảy thông qua việc tăng cường tính địa đới của khí hậu Nhìn chung, trên toàn lãnh thổ nước ta sự gia tăng độ cao tuyệt đối của địa hình thường biểu hiện ở sự gia tăng của lượng mưa, độ dốc lưu vực, nhiệt độ giảm, mật độ sông suối tăng Trong điều kiện đó lượng dòng chảy cũng được gia tăng theo độ cao khá rõ Kết quả tính toán cho thấy lượng mưa và lượng dòng chảy gia tăng theo độ cao Sự . là: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối . Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của. không dùng nhiên liệu nên thân thiện với môi trường Đề tài được chọn là: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy. SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐẾN LƢU LƢỢNG VÀ ĐỘ CAO NÂNG NƢỚC CỦA BƠM XOẮN ỐC DÙNG SỨC NƢỚC DÒNG CHẢY SÔNG SUỐI”