4. Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu
4.3.Thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật của bơm
Để đánh giá và xác định ảnh hưởng của các thông số và chế độ làm việc của bơm đến chỉ tiêu của bơm, đề tài đã tiến hành thực nghiệm các thí nghiệm với các thông số và chỉ tiêu sau:
a) Các thông số thí nghiệm:
- Số vòng ống trong một cuộn ống, z; - Đường kính của ống, d;
- Đường kính cuộn ống, D (cũng là đường kính bơm); - Số cuộn ống trên bơm, N;
- Đường kính gầu múc, dgm; - Vòng quay của bơm, n;
b) Chỉ tiêu đánh giá:
- Lưu lượng nước bơm được trong một vòng quay, q - Độ cao nâng nước lên cao tối đa H, m.
- Lưu lượng bơm Q, l/s
- Đánh giá hiệu quả kinh tế sử dụng và ý nghĩa thực của việc sử dụng loại bơm này phục vụ đời sống dân sinh và sản xuất nông nghiệp, bảo vệ môi trường.
Bảng 1. Kết quả thí nghiệm thay đổi số vòng ống của cuộn bơm
Các thông số thay đổi là: D = 2,5m, d = 58mm, N = 4 cuộn, dgm = 100mm,
n = 7 vòng/ph và mức nước ngập bánh xe bơm h = 320mm.
TT Số vòng ống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
(vòng) Hmax, m độ cao xả nước = 2/3
Hmax, q (lít/vòng) n (vòng/ph) 1 2 4,62 5,84 3,63 2 3 6,85 5,80 7,32 3 4 9,24 6,08 6,93 4 5 11,33 6,22 7,01 5 6 13,56 6,10 6,90
Qua thí nghiệm trên ta nhận thấy rằng số vòng quay bơm (n) không ảnh hưởng đến lưu lượng nước q. Nhưng số vòng ống tăng lên làm tăng nhanh độ
cao nâng nước (Hmax).
Ảnh hưởng của số vòng cuộn bơm đến độ cao nâng nước
0 2 4 6 8 10 12 14 16 2 3 4 5 6 Số vòng của cuộn, z Đ ộ c a o n â n g n ư ớ c , H
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Ảnh hưởng của số vòng cuộn bơm đến lưu lượng 18.2 18.4 18.6 18.8 19 19.2 19.4 19.6 19.8 2 3 4 5 6
Số vòng của cuộn ông, n
L ư u lư ợ n g b ơ m H , m 3 /p h ú t
Hình 4.9. Ảnh hưởng của số vòng cuộn đến lưu lượng nước một vòng quay Bảng 2. Kết quả thí nghiệm thay đổi kích thước gầu múc dgm.
Các thông số không tay đổi là: D = 2,5 m, d = 58mm, N = 4 cuộn,
n = 7 vòng/ph, h = 320mm.
Số vòng ống trong mỗi cuộn z (vòng
ống) Thông số được đo
Loại gầu múc lắp cho ống bơm 3,0 Hmax(m) 4,60 4,60 4,60 Lưu lượng một vòng ở 2/3 Hmax 4,12 5,80 7,48 6,0 Hmax 9,10 9,10 9,10
Lưu lượng một vòng quay (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ở 2/3 Hmax q (lít/vòng) 4,5 6,10 7,20
Tăng kích thước gầu múc làm tăng lưu lượng, nhưng không ảnh hưởng đến chiều cao nâng nước. Với gầu múc D = 90mm có hiện tượng nước đổ ngược lại ở nửa vòng sau khi gầu múc quay từ đỉnh bơm xuống. Đối với 2 gầu múc nhỏ hơn thì hiện tượng này không xảy ra.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Như vậy mỗi vòng quay chỉ nạp được một lượng nước nhất định vào bơm và gầu múc phải có kích thước vừa đủ để nạp được lượng nước đó. Gầu múc nhỏ quá làm giảm lưu lượng bơm, nhưng to quá không tăng được lưu lượng bơm mà còn có hại là tăng lực quay bơm vì phải mang lượng nước thừa của gầu múc. Đây chính là cơ sở để tính toán kích thước gầu múc.
Bảng 3. Kết quả thí nghiệm thay đổi vòng quay của bơm (n)
Các thông số giữ cố định là: D = 2,5m, d = 58 mm, N = 4 cuộn, dgm = 100mm, z = 3,0 vòng/cuộn, h = 320 mm. Thứ tự Vận tốc quay bơm n (vòng/ph)
Chiều cao nâng nước tối đa Hmax
(m)
Lưu lượng một vòng quay bơm ở 2/3 Hmax,
q (lít/vòng) Ghi chú 1 4,22 9,2 6,40 2 7,12 9,2 5,80 3 9,53 9,2 5,44 4 11,50 9,2 4,30
5 15,79 (nmax) - 0 Nước xả lại
gầu múc
Nhận xét: Vận tốc quay của bơm không ảnh hưởng đến chiều cao nâng nước của bơm, nhưng có ảnh hưởng nhiều đến lưu lượng một vòng quay. Bơm quay nhanh làm cho khả năng nạp nước vào ống không kịp, kết quả là lưu lượng bơm bị giảm. Có một giới hạn tốc độ quay bơm tối ưu, nằm ở vùng vận tốc thấp để cho lưu lượng lớn nhất và ổn định.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Ảnh hưởng của vòng quay đến lưu lượng bơm
0 1 2 3 4 5 6 7 4.22 7.12 9.53 11.5 15.8 Vận tốc quay bơm n, v/phút Lư u lư ợ ng bơ m ,l it /v òn g
Hình 4.10. Ảnh hưởng của vòng quay bơm đến độ cao nâng nước
Bảng 4. Kết quả thí nghiệm quan hệ giữa lưu lượng một vòng quay của bơm
(q) với độ cao xả nước (H).
Độ cao nâng nước tối đa của thí nghiệm này đo được Hmax = 4,6m). Các thông số khác giữ cố định là: D = 2,5 mm, d = 58mm, N = 4 cuộn, h = 320mm,
n = 7,4 vòng/ph, z = 3,0 vòng, dgm= 60 mm.
TT Độ cao xả
nước quay bơm nước q (lít/vòng) Lưu lượng trong một vòng Vận tốc quay của bơm n (vòng/ph)
1 2,2 6,80 7,45
2 3,2 6,00 7,37
3 4,2 5,92 7,57
Nhận xét: Độ cao xả nước hầu như không ảnh hưởng nhiều tới lưu lượng bơm
(chỉ giảm khoảng 1,5 % khi tăng độ cao xả nước thêm 1,0 m). Bảng 5. Kết quả thí nghiệm thay đổi số cuộn ống của bơm (N)
( Các thông số giữ cố định: D = 2,5m; d = 48mm; n = 4,3 vòng/ph; z = 3,0 vòng/cuộn; dgm = 60 mm; h = 320mm).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Số cuộn ống của bơm N
Chiều cao nâng nước tối đa Hmax
(m)
Lưu lượng nước trong 1 vòng quay ở 2/3 Hmax, q (lít /vòng) Vận tốc quay của bơm, n (vòng/phút) 2 cuộn 4,6 3,20 4,22 4 cuộn (mỗi bánh xe công tác 2 cuộn) 4,6 6,25 4,39
Nhận xét: Số cuộn ống không ảnh hưởng đến độ cao nâng nước. Lưu lượng
tăng lên rõ rệt và hầu như tỷ lệ thuận với số cuộn ống. Đây là cơ sở chính để làm tăng lưu lượng của bơm.
Bảng 6. Kết quả thí nghiệm thay đổi đường kính ống d
Các thông số giữ cố định D = 2,5 m, N = 4 cuộn, n = 7,0 vòng phút, z = 5,0 vòng/ cuộn, dgm = 60 mm, h = 320mm.
Đường kính trong của ống,
d (mm)
Chiều cao nâng nước tối đa, Hmax
(m)
Lưu lượng nước trong 1 vòng quay ở 2/3 Hmax, q (lít/vòng) Vận tốc quay của bơm, n (vòng/ph) 30 7,5 2,06 7,20 48 7,6 4,96 7,01
Nhận xét: Đường kính d ống không có ảnh hưởng tới độ cao nâng nước.
Nhưng tăng cùng chiều với lưu lượng bơm.
Bảng 7. Kết quả thí nghiệm thay đổi đường kính bánh xe bơm nước D (thay đổi
đường kính của cả cuộn ống).
Các thông số cố định là d = 30 mm, N = 2 cuộn, n = 7 vòng/phút, dgm = 60 mm
z = 5 vòng /cuộn, h = 320mm.
Đường kính trong của ống d
(mm)
Chiều cao nâng nước tối đa, Hmax
(m)
Lưu lượng nước trong một vòng quay ở 2/3 Hmax, Q
(lít/vòng)
Tốc độ quay bơm, n vòng/ph
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2,0 5,2 2,24 7,05
2,5 7,5 3,32 7,20
Nhận xét: Đường kính bánh xe (đường kính cuộn ống) ảnh hưởng nhiều đến (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cả lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm.
4.4. Khảo nghiệm thực tế sử dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 4.12. Thí nghiệm xác định độ cao nâng nước của bơm
Hình 4.13. Nước thoát ra khỏi đường ống bơm a) Kết quả khảo nghiệm
Kết quả khảo nghiệm được trình bày trong bảng 8. Bảng 8. Kết quả khảo nghiệm bơm xoắn ốc
Mức nước ngập bánh xe: 70 cm
Vận tốc trung bình dòng suối: vs = 1,22 m/s
(Đo bằng lưu tốc kế kiểu cánh quạt của Trung Quốc)
N0 Độ cao xả nước, H(m)
Vòng quay bơm, n
(v/ph)
Lưu lượng bơm Hệ số nạp đầy ống, k1 q (lít/vòng) Q0 (lít /giây) Q m3/h 1 7,4 5,1 19,18 1,63 5,87 0,42 2 6,4 5,5 19,20 1,76 6,35 0,42 3 5,4 5,6 20,14 1,88 6,76 0,43 4 4,4 5,6 20,58 1,93 6,95 0,44 5 3,4 5,8 19,34 1,70 6,39 0,42 6 2,4 6,1 18,10 1,84 6,63 0,40
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Qua khảo nghiệm, số liệu thực tế đo được về lưu lượng, độ cao nâng nước, kích thước gầu múc so với số liệu tính toán lý thuyết từ các công thức đã nêu đều xấp xỉ nhau. Do đó có thể áp dụng công thức đó trong việc thiết kế bơm xoắn ốc.
Kết luận về kết quả nghiên cứu xác định đặc tính kỹ thuật của bơm xoắn ốc.
Từ các kết thí nghiệm, đã xác định được các đặc tính của bơm xoắn ốc, với những ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật bơm, chế độ làm việc đến các chỉ tiêu lưu lượng và độ cao nâng nước và có những nhận xét kết luận sau:
1). Thí nghiệm thay đổi số vòng xoắn ốc trong mỗi cuộn ống, z.
- Số vòng xoắn ốc của cuộn ống không ảnh hưởng tới lưu lượng của bơm. - Số vòng xoắn ốc của cuộn bơm ảnh hưởng rõ rệt đến độ cao nâng nước của bơm. Tăng số vòng xoắn ốc làm tăng độ cao nâng nước của bơm và ngược lại. Đây là một giải pháp chủ yếu để tăng độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc.
2). Thay đổi kích thước ống múc.
Kích thước ống múc không ảnh hưởng đến độ cao nâng nước tối đa của bơm. Tăng kích thước ống múc làm tăng lưu lượng bơm. Nhưng ống múc lớn quá (87mm) sẽ vô ích, nước thừa sẽ chảy tràn trở lại khi ống múc quay từ đỉnh bánh xe xuống, làm tăng thêm lực quay bơm vô ích.
3). Thay đổi vòng quay bơm, n.
Vận tốc quay bơm không ảnh hưởng đến độ cao nâng nước tối đa của bơm. Vận tốc quay bơm ảnh hưởng rõ rệt đến lưu lượng của một vòng quay bơm (q). Quay càng chậm thì lưu lượng một vòng quay bơm càng lớn, đạt đến mức tối đa và giữ ổn định trong một giới hạn vận tốc nào đó. Đó là vùng vận tốc tối ưu. Quay nhanh hơn vận tốc tối ưu thì lưu lượng giảm rồi bằng không vì ống múc không kịp múc và nạp nước vào cuộn ống.
4). Thay đổi độ cao xả nước khi bơm, H.
Lưu lượng nước của bơm hầu như không giảm khi tăng độ cao xả nước.
Trong thực tế cho thấy: Khi bơm đang hoạt động tại một dòng suối nào đó, nếu tăng độ cao xả nước sẽ làm cho lực quay bơm nặng hơn và bơm sẽ phải quay chậm đi, tức là V giảm, do đó lưu lượng bơm (Q=V.q) cũng giảm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5). Thay đổi số cuộn ống trên bánh xe bơm, N.
Số cuộn ống không ảnh hưởng đến độ cao nâng nước tối đa của bơm.
Số cuộn ống tăng giảm làm tăng giảm lưu lượng bơm rất rõ rệt và theo tỷ lệ thuận. Đây là giải pháp chủ yếu để tăng lưu lượng bơm xoắn ốc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6). Thay đổi đường kính ống, d.
Đường kính ống của cuộn bơm (kích thước ống) không ảnh hưởng tới độ cao nâng nước của bơm.
Đường kính ống tăng giảm làm tăng giảm lưu lượng bơm rõ rệt.
7). Thay đổi đường kính bánh xe bơm (Đường kính cuộn ống). D.
Đường kính bánh xe bơm có ảnh hưởng lớn đến cả lưu lượng và độ cao độ cao nâng nước của bơm. Tăng giảm đường kính bánh xe làm tăng giảm rõ rệt lưu lượng trong một vòng quay của bơm và cả độ cao nâng nước tối đa của bơm.
Đánh giá nơi lắp đặt sử dụng bơm xoắn ốc.
Máy bơm nước bằng sức nước này hiện đang được triển khai tại Yên Bái. Máy không sử dụng nhiên liệu, nhưng có thể đưa nước lên cao 9 m, lưu lượng bơm 202- 239 m3/ngày đêm (khi tốc độ dòng suối 1,2-1,3m/giây, tốc độ quay của bơm là 4 - 4,8 vòng/phút). Ở các tỉnh miền núi, sông suối mùa khô vẫn có lưu lượng lớn và tốc độ dòng chảy mạnh (trên 1m/giây), nên máy bơm xoắn ốc có thể tận dụng sức nước này để vận hành.
Ưu thế nổi bật của bơm xoắn ốc là đưa được nước lên cao gấp nhiều lần đường kính bánh xe bơm, trong khi đó cọn nước truyền thống chỉ đưa được nước lên cao gần bằng đường kính bánh xe cọn nước.
Suối Nhì chảy qua bản Đồng Ban, xã Sơn Thịnh, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái nhưng đến mùa khô, cả cánh đồng 5ha trồng ngô, đậu và khoai tây của bản lại thiếu nước do chênh lệch độ cao của suối và cánh đồng đến 5-7m. Bơm xoắn ốc có bánh xe làm bằng thép, được sơn chống gỉ, và được đặt trên phao nổi hoặc bệ cố định, dễ dàng điều chỉnh, tháo dỡ, di chuyển vào mùa mưa lũ. Không dùng nhiên liệu nên máy hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường. Loại bơm này nếu được
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nhân rộng ra các địa bàn khác sẽ giải quyết được tình trạng thiếu nước tưới trong sản xuất nông nghiệp ở nhiều nơi thuộc các tỉnh miền núi.
Máy bơm xoắn ốc rất phù hợp với địa phương, giải quyết được tình trạng khó khăn đưa nước tưới từ dưới suối lên cánh đồng. Do thiết bị vận hành bằng sức nước, nên người dân sẽ giảm được các khoản chi phí xăng dầu hay điện năng chạy máy, không cần người thường xuyên túc trực vận hành máy, giảm được chi phí về nhân công lao động.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 1. Nhu cầu về tƣới nƣớc trong mùa khô
Mùa khô ở miền núi mưa rất ít nhưng lượng bốc hơi lại nhiều và bình độ cánh đồng so với mặt sông suối rất cao từ 5-10 mét. Nhu cầu về nước tưới cho cây trồng hai bên bờ sông suối là rất lớn và cấp thiết, nếu không có phương tiện tưới nước phù hợp sẽ ảnh hưởng nhiều đến sản xuất cũng như đời sống sinh hoạt hàng ngày của người dân vùng cao.
Trong mùa khô nhưng các dòng sông suối vẫn có lưu lượng và vận tốc dòng chảy đảm bảo cho việc sử dụng bơm xoắn ốc. Với mạng lưới sông suối dày đặc và lưu lượng vận tốc dòng chảy khá lớn, đó là một nguồn năng lượng quý giá để chúng ta sử dụng vào việc chạy các máy bơm xoắn ốc phục vụ tưới cây trồng và đời sống sinh hoạt của người dân.
2. Đối với bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi
Qua nghiên cứu phân tích, thí nghiệm, đề tài đã xây dựng và thiết lập một số công thức tính toán về bơm.
Xác định được các đặc tính của bơm xoắn ốc.
Kết quả đó là cơ sở khoa học giúp cho việc thiết kế những kiểu, cỡ bơm khác nhau phù hợp và đáp ứng yêu cầu của từng địa bàn ứng dụng và sử dụng bơm.
Bơm được đặt trên phao nổi dễ lắp ráp và di chuyển tới các địa điểm khác nhau trên dòng suối, hoặc tháo dỡ đưa lên bờ bảo quản phòng tránh lũ phá hỏng khi
mùa mưa tới. Với việc bơm hoạt động không cần đến nhiên liệu truyền thống và việc suốt ngày đêm không ngừng nghỉ, chỉ ra rằng đây là giải pháp kỹ thuật sử dụng
năng lượng thiên nhiên đem lại hiệu quả kinh tế cao trong việc cung cấp nước từ sông suối lên cao tưới cây trồng ở miền núi.
Guồng bơm xoắn ốc có kết cấu đơn giản, nguyên vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền, giá thành chế tạo không cao và hoàn toàn chế tạo được tại địa phương.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. ThS. Vũ Đình Phiên và các cộng sự, Cọn nước xoắn ốc quay bằng sức
dòng suối để tưới cây trồng ở vùng miền núi, Tạp chí Kết quả nghiên cứu