NGHIÊN cứu NÂNG CAO HIỆU QUẢ sử DỤNG các TRẠM bơm cũ PHỤC vụ tưới TIÊU TRONG NÔNG NGHIỆP

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG CÁC TRẠM BƠM CŨ PHỤC VỤ TƯỚI TIÊU TRONG NÔNG NGHIỆP I Giới thiệu chung Thực Dự án sản xuất thử nghiệm tìm giải pháp thực tế nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng công trình thủy lợi nói chung thiết bị điện (máy bơm, động cơ, hệ thống điều khiển ) công trình trạm bơm đầu mối nói riêng, Trung tâm nghiên cứu tư vấn điện xây dựng thuộc Tổng công ty điện – xây dựng nông nghiệp thủy lợi tập trung nghiên cứu loại máy bơm kiểu hỗn lưu công suất N = 75 – 110KW nhằm thay n máy bơm cũ sử dụng sản xuất (máy bơm ly tâm xiên trục ngang 12LTX-40 với công suất N = 33KW, số vòng quay n = 980v/ph, lưu lượng Q = 900m3/h ứng với cột nước thiết v kế H = 9m (ký hiệu khác HL900-9 thực tế thường gọi bơm 1.000 m3/h); máy bơm hướng trục ngang 24HT-90 (N = 75KW, n = 730v/ph, Q = 3.600m3/h ứng với H = 4,5m) (ký hiệu ld khác HT 3.600-4,5 thực tế gọi bơm 4.000m3/h) co Các kết nghiên cứu ứng dụng vào trạm bơm Hệ tỉnh Thái Bình Trạm bơm Hệ xây dựng đưa vào sử dụng từ năm 1970 Trạm bơm lắp 22 máy bơm hướng trục ngang ký hiệu 24HT-90 Trạm bơm Hệ có nhiệm vụ tiêu nước cho nv 4.155 huyện Quỳnh Phụ huyện Thái Thụy, cấp nước cho 8.727 26 xã phía Bắc huyện Thái Thụy Các máy bơm bố trí hai nhà trạm độc lập chung bể hút theo sơ v đồ hình chữ V Trạm bơm có tầm quan trọng đặc biệt sản xuất, vào thời gian từ 1/1 đến 31/1 hàng năm phục vụ tưới đổ ải đòi hỏi 100% số tổ máy phải hoạt động liên tục Kết cấu bể hút hình chữ V tạo dòng chảy ổn định tất bơm làm việc cho phép thực w sửa chữa máy nhà trạm, thời gian nhà trạm thứ hai có bơm hoạt động w w đảm bảo yêu cầu phục vụ sản xuất Trạm bơm Hệ với mực nước bể hút dao động từ cao trình có trị số nhỏ ∇h,min = – 0,50m đến cao trình có trị số lớn ∇h,max = + 1,10m Cao trình mực nước bể xả lớn ∇h,max = + 4,50m Nghĩa là, vào thời điểm mùa khô nước bể hút thấp trạm bơm có chiều cao cột nước địa hình Hđh = 5,0m (phục vụ cho tưới nước ải tưới cho vụ đông) Cao trình đường tâm trục bơm trục ngang (trùng với đường trục đoạn ống hút nằm ngang) ∇h,T.B = + 2,48m Theo cách tính truyền thống xác định sơ trị số chiều cao hút nước địa hình bơm là: Hsđ.h = (+2,48) – (–0.50) = + 2,98m II Phân tích, tính toán lựa chọn máy bơm Máy bơm hướng trục ngang 24HT-90 có cột nước thiết kế (cột nước tính toán) HTK = 4,5m, ứng với lưu lượng thiết kế (lưu lượng tính toán) QTK = 3.600m3/h lắp với động điện kiểu lồng sóc công suất N = 75KW số vòng quay n = 730v/ph Vào thời kỳ cấp nước tưới đổ ải máy bơm trạm bơm Hệ phải làm việc chế độ khác với chế độ tính toán (nằm vùng tối ưu) Khi ấy, mực nước bể hút xuống thấp cột nước địa hình Hđh = 5,0m Thông thường, tổn thất đường ống hút ống xả (kể tổn thất cục cút cong clapê miệng ống xả tổn thất theo chiều dài ống) bơm 24HT-90 trạm bơm Hệ có trị số ΔHđ.ô ≈ 0,50m Nghĩa là, bơm phải làm việc với cột áp Hb = (4,0 - 5,5)m Đặc điểm bơm hướng trục đường đặc tính cột áp H = f(Q) thay đổi nhiều nhanh làm việc chế độ khác với chế độ tính toán Ngoài ra, công suất tiêu thụ bơm n tăng mạnh bơm làm việc khu vực cột áp cao Khi ấy, vào mùa khô cần cấp nước tưới, lưu v lượng bơm giảm nhanh, đồng thời, hiệu suất giảm xuống thấp Nói chung, đặc điểm dòng chảy kết cấu, bơm hướng trục có chất lượng xâm thực so với bơm hỗn lưu ld bơm ly tâm Khi cấp nước tưới, máy bơm 24HT-90 trạm bơm Hệ có chất lượng xâm thực giảm nhiều Tiếng ồn tăng mạnh, độ rung máy tăng, vậy, tuổi thọ tổ bơm giảm tăng chi phí cho việc cấp nước tưới co Ngoài ra, hiệu suất làm việc bơm thấp làm tăng lượng điện tiêu thụ, đó, làm Để khắc phục tình trạng nêu sử dụng phần dẫn dòng máy bơm hướng trục nv ngang (bánh công tác cánh hướng) với cột nước tính toán thiết kế HTK = 5,0m Ngoài ra, với điều kiện địa hình trạm bơm Hệ yêu cầu thực tế thay bơm hướng trục ngang v 24HT-90 bơm hỗn lưu trục ngang công suất Bảng số trình bày kết tính toán vài thông số kỹ thuật bơm hướng w w w trục bơm hỗn lưu trục ngang Bảng Kết tính toán thông số kỹ thuật bơm TT Loại bơm Mẫu (loại Mẫu Mẫu Mẫu cũ lắp trạm bơm Thông số kỹ thuật Hệ) Công suất động điện (KW) 75 75 75 75 Số vòng quay 730 730 590 490 Cột nước tính toán 4,5 5,0 5,0 5,0 Lưu lượng tính toán m h 3.600 Số vòng quay đặc trưng (hệ số tỉ 1,0 862 Đường kính miệng xả máy bơm (mm) Vận tốc dòng chảy tiết diện 600 1,028 653 3.700 1,028 542 500 600 600 600 500 600 3,54 3,44 5,24 3,64 3,54 3,44 5,24 3,64 700 700 700 700 2,30 2,53 2,67 2,67 nv 3.700 ld 600 co Đường kính miệng hút (mm) 0,972 786 tốc) 3.500 v m3 s n miệng hút máy bơm (m/s) Vận tốc dòng chảy tiết diện 10 v miệng xả máy bơm (m/s) Đường kính tiết diện ống hút Vận tốc dòng chảy tiết diện w w 11 w ống xả (mm) ống hút xả (m/s) Tính toán số vòng quay đặc trưng (hệ số tỉ tốc) máy bơm: ns = 3,65.n Q H Trong đó, thứ nguyên thông số kỹ thuật n[v/ph]; Q [m3/s]; H[m] - n S = 300 − 550 nên chọn kiểu bơm hỗn lưu - n S = 550 − 3.000 nên chọn kiểu bơm hướng trục n Vùng lựa chọn kiểu bơm phụ thuộc vào hệ số n S : v Cần lưu ý là, với n S = 450 − 600 chọn kiểu bơm hỗn lưu hay hướng trục Với mẫu bơm nêu bảng mẫu 1, 2, nên chọn kiểu bơm hướng trục; mẫu nên ld chọn kiểu bơm hỗn lưu Mẫu với ns = 542 chọn kiểu bơm hỗn lưu tính chất dòng chảy bơm gần với bơm hướng trục Với loại dòng chảy gần hướng trục lại dùng bánh công co tác kiểu hỗn lưu kết cấu buồng xoắn ốc để dẫn dòng khỏi bánh công tác làm giảm đáng kể chất lượng xâm thực máy bơm (trong trường hợp dùng hệ thống cánh hướng dòng làm hiệu suất cao hơn) Khi dòng thủy lực bơm không ổn định, tạo tiếng ồn lớn nv gây rung động (đặc biệt phần miệng hút bơm), vậy, làm giảm tuổi thọ thiết bị, máy bơm chóng hư hỏng, hiệu suất giảm nhanh, lượng tiêu thụ tăng Đường kính miệng hút v miệng xả bơm cần đạt trị số Dh = Dx = 600mm Khi ấy, trị số vận tốc dòng chảy tiết diện cửa vào cửa đạt Vh = Vx = (3,44 – 3,64)m/s làm tăng chất lượng dòng chảy w vào bơm Do đó, làm tăng chất lượng xâm thực làm giảm tổn thất dòng chảy khỏi bơm w w Nếu chọn tiết diện miệng cửa hút cửa xả có đường kính Dh = Dx = 500mm làm tăng vận tốc dòng chảy Vh = Vx = 5,24m/s Khi làm giảm chất lượng xâm thực bơm tăng tổn thất dòng chảy cửa (máy bơm trạm bơm Thống nhất, huyện Tiền Hải, Thái Bình rõ điều này) Đối với trạm bơm Hệ chọn máy bơm kiểu hỗn lưu công suất N = 75KW Máy bơm hỗn lưu trục ngang công suất 75KW, số vòng quay n = 590v/ph (mẫu 3) có kích thước trọng lượng nhỏ so với bơm hỗn lưu công suất số vòng quay 490v/ph (mẫu 4) Điều dẫn đến giá thành máy bơm động điện theo mẫu cao so với bơm mẫu Tuy nhiên, xét tổng hợp chung so sánh thông số kỹ thuật, đặc biệt, chất lượng xâm thực tuổi thọ hai loại bơm nên chọn bơm hỗn lưu N = 75KW, n = 490v/ph III.Máy bơm hỗn lưu Trung tâm nghiên cứu tư vấn điện xây dựng thiết kế chế tạo Ký hiệu bơm 24HL-50; đó: 24 - đường kính miệng hút bơm hỗn lưu tính mm giảm 25 lần; HL – kiểu hỗn lưu (dòng chéo); 50 – số vòng quay đặc trưng làm tròn số giảm 10 lần Một số thông số kỹ thuật bản: Công suất động điện: N = 75KW; số vòng quay: n n = 490v/ph; cột nước máy bơm: H = 3,5 – 6,0m; lưu lượng máy bơm: Q = 3.000 – 4.200 v m /h Những đặc điểm bơm 24HL-50: ld a Prôfin cánh bánh công tác thiết kế theo phương pháp dòng tia kết hợp với kết cấu phần xả kiểu buồng xoắn co b Đường kính tiết diện miệng hút miệng xả bơm Dh = Dx = 600mm cho phép làm giảm vận tốc dòng chảy, tăng chất lượng thủy lực phần hút, đó, làm tăng chất lượng tuổi thọ máy bơm nv xâm thực; làm giảm tổn thất thủy lực tiết diện miệng xả khỏi bơm làm tăng hiệu suất c Kết cấu phận ép túp thiết kế theo kiểu mới, bôi trơn mỡ làm tăng độ kín v mồi bơm tăng độ bền thiết bị d Bánh công tác bơm làm việc dạng công xôn Do vậy, phần gối đỡ ổ bi w ý tính toán thiết kế lựa chọn kết cấu, đặc biệt, đảm bảo hệ số an toàn cao, độ bền lớn Sử dụng vòng bi hãng SKF (Thụy Điển) cho phép nâng cao chất lượng làm việc w w máy Ngoài ra, bình dầu bôi trơn có dung tích lớn cho phép dầu luôn đảm bảo chất lượng tốt Đã thiết kế lắp “mắt thăm dầu” thành bình chứa dầu bôi trơn Có lắp thiết bị đo nhiệt độ vòng bi để theo dõi dễ dàng, chặt chẽ xác tình hình làm việc vòng bi e Với kết cấu công xôn, bánh công tác bơm hỗn lưu 24HL-50 tháo lắp dễ dàng phục vụ cho việc bảo dưỡng, sửa chữa f Đi kèm với bơm hỗn lưu 24HL-50 hệ thống đường ống hút, ống xả thiết bị van clapê dầu ống xả - Trên tuyến ống hút bơm đường kính Dh = 700mm có lắp đoạn ống côn Φ700/Φ600 nối với miệng hút máy bơm với góc côn αh ≤ 40 đảm bảo ổn định dòng chảy trước vào phần dẫn dòng bơm Ngoài ra, có lắp thêm 01 ống lồng điều chỉnh phục vụ cho công tác tháo lắp bơm dễ dàng - Trên tuyến ống xả đường kính Dx = 700mm lắp đoạn ống loe ∅600/∅700 01 ống lồng điều chỉnh giúp cho việc tháo lắp máy bơm - Điều đặc biệt đầu ống xả có lắp van clapê kiểu phao Kết cấu van clapê kiểu phao cho phép làm giảm đáng kể tổn thất dòng chảy clapê gây Không thế, phía đầu ống xả làm vát nghiêng 150 tạo điều kiện cho van clapê đóng kín dễ dàng bơm ngừng làm việc Điều hạn chế vận tốc dòng chảy ngược dừng n bơm, tránh xung lực tác động lên bánh công tác ổ bi Van clapê đóng kín - v mồi nước cho bơm nhanh hơn, giảm thời gian bơm chân không làm việc Lắp thiết bị van chiều ống xả cho phép tự động đóng mở phá chân không ld chế độ dừng bơm g Vật liệu chi tiết máy bơm dùng là:trục bơm làm thép C45; bánh công co tác, buồng xoắn, miệng hút, gối đỡ vòng bi đúc gang xám GX21-40 Các chi tiết gang đúc lò trung tần đảm bảo độ dư nhỏ so với thiết kế độ nhẵn nv h Về mỹ thuật công nghiệp, máy bơm 24HL-50 đảm bảo đẹp đạt chất lượng cao i Khi cung cấp thiết bị máy bơm 24HL-50, Trung tâm nghiên cứu tư vấn điện xây dựng cấp kèm theo quy trình lắp đặt hướng dẫn vận hành máy tài liệu kỹ v thuật cần thiết có liên quan đến việc vận hành sử dụng máy, kể phần bơm, động điện Các tài liệu bổ ích cho công tác bảo dưỡng, tu sửa chữa máy bơm w IV Kết luận Máy bơm hỗn lưu 24HL-50 đạt thông số kỹ thuật đề ra, chất lượng tốt, làm việc ổn w w định, hình thức công nghiệp đẹp Có thể sử dụng máy bơm hỗn lưu trục ngang 24HL-50 lắp cho trạm bơm Hệ thay cho bơm hướng trục cũ 24HT-90 lắp cho trạm bơm khác có điều kiện tương tự để nâng cho hiệu suất máy bơm, hiệu sử dụng trạm bơm Ngoài ra, lắp bơm 24HL-50 (N = 75kW) thay máy bơm cũ 12LTX-40 (N = 33kW) (khi trạm bơm có cột nước cần bơm không cao Hb = 5,5m) nhằm giảm số lượng máy bơm, tăng hiệu ích sử dụng trạm bơm lắp cho trạm bơm xây dựng Rút kinh nghiệm từ kết nghiên cứu thiết kế chế tạo máy bơm hỗn lưu 24HL-50 (N = 75kW) thiết kế chế tạo máy bơm hỗn lưu khác có công suất lớn (N ≥ 110kW) nhằm nâng cao hiệu ích sử dụng thiết bị điện công trình trạm bơm phục vụ tưới tiêu nông nghiệp w w w v nv co ld v n PGS.TS Nguyễn Văn Bày ... bơm, hiệu sử dụng trạm bơm Ngoài ra, lắp bơm 24HL-50 (N = 75kW) thay máy bơm cũ 12LTX-40 (N = 33kW) (khi trạm bơm có cột nước cần bơm không cao Hb = 5,5m) nhằm giảm số lượng máy bơm, tăng hiệu. .. công nghiệp đẹp Có thể sử dụng máy bơm hỗn lưu trục ngang 24HL-50 lắp cho trạm bơm Hệ thay cho bơm hướng trục cũ 24HT-90 lắp cho trạm bơm khác có điều kiện tương tự để nâng cho hiệu suất máy bơm, ... máy bơm hỗn lưu khác có công suất lớn (N ≥ 110kW) nhằm nâng cao hiệu ích sử dụng thiết bị điện công trình trạm bơm phục vụ tưới tiêu nông nghiệp w w w v nv co ld v n PGS.TS Nguyễn Văn Bày