Các thiết bị cơ điện chính của trạm bơm

Cột nước thiết kế Htk

Cột nước thiết kế của máy bơm cũng chính là cột nước của trạm bơm, nó được xác

định bằng tổng của chiều cao bơm nước địa hình bình quân ( Hbqdh size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "bqdh"} } } {}) và tổn thất cột

nước từ bể hút đến bể tháo ( gồm tổn thất cục bộ hcb size 12{ { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "cb"} } } {}và tổn thất dọc đường hd):

Htk=Hbqdh+hcb+hd size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "tk"} } = { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "bqdh"} } + { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "cb"} } + { size 24{h} } rSub { size 8{d} } } {}( 9 - 1 )

Trong công thức ( 9 - 1 ), các thành phần cột nước tính như sau:

Trong giai đoạn đang tiến hành chọn máy chúng ta chưa có đường ống cụ thể,do vậy các trị số các cột nước tổn thất chỉ lấy sơ bộ theo kinh nghiệm : Tổn thất dọc đường lấy 2 ... 3 m trên 1000 m dài đường ống, còn tổn thất cục bộ lấy 0,7 ... 2 m.

Máy bơm chính dùng trong trạm phải chọn theo cột nước thiết kế có tính đến sự giao động của mực nước ở bể hút và bể tháo sao cho trạm bơm làm việc với hiệu suất cao trong mọi thời kỳ làm việc, do vậy phải dùng cột nước bình quân có kể tới duy trì thời gian tương ứng ( bình quân gia quyền ). Cột nước này tính theo lý luận sau : Công tiêu hao để bơm lượng nước lên với cột nước bình quân gia quyền bằng công cần tiêu hao để bơm lượng nước ấy với các cột nước thay đổi theo các thời kỳ, nghĩa là:

g . H bqdh . S i = 1 n ( Q i . t i ) = g . S i = 1 n ( Q i . H i . t i ) size 12{g "." { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "bqdh"} } "." { size 24{S} } cSub { size 8{i=1} } cSup { size 8{n} } ( { size 24{Q} } rSub { size 8{i} } "." { size 24{t} } rSub { size 8{i} } ) =g "." { size 24{S} } cSub { size 8{i=1} } cSup { size 8{n} } ( { size 24{Q} } rSub { size 8{i} } "." { size 24{H} } rSub { size 8{i} } "." { size 24{t} } rSub { size 8{i} } ) } {}

từ đây rút ra cột nước bình quân gia quyền địa hình:

Hbqdh=Si=1n(Qi.Hi.ti)Si=1n(Qi.ti) size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "bqdh"} } = { { { size 24{S} } cSub { size 8{i=1} } cSup { size 8{n} } ( { size 24{Q} } rSub { size 8{i} } "." { size 24{H} } rSub { size 8{i} } "." { size 24{t} } rSub { size 8{i} } ) } over { { size 24{S} } cSub { size 8{i=1} } cSup { size 8{n} } ( { size 24{Q} } rSub { size 8{i} } "." { size 24{t} } rSub { size 8{i} } ) } } } {}( 9 - 2 )

trong đó : Qi, Hi là lưu lượng và cột nước địa hình tương ứng với thời kỳ ti.

Các trị số cột nước địa hình Hi là hiệu số mực nước ở bể tháo và mực nước bể hút, do vậy nó phụ thuộc vào chế độ mực nước trong hai bể. Cụ thể:

* Đối với trạm bơm lấy nước từ sông, mực nước bể hút phụ thuộc vào chế độ thủy văn của sông. Để xác định cột nước bình quân địa hình ta dùng giao động mực nước sông của năm thủy văn trung bình ( tần suất p = 50 % ) để tính toán, còn mực nước ở bể tháo phụ thuộc vào mực nước trong kênh tưới nối bể tháo . Nếu trên kênh tưới nầy không có công trình điều tiết đặc biệt thì mực nước trong kênh phụ thuộc lưu lượng và theo trạng thái chảy đều trong kênh. Mực nước sau trạm bơm tiêu phụ thuộc chế độ thủy văn của khu nhận nước tiêu:

- Khi khu nhận nước tiêu là sông thì mực nước phụ thuộc vào hình thức công trình chuyển nước ra sông, nếu dùng kênh hở chuyển nước ra sông thì lấy quá trình mực nước sông theo năm thủy văn trung bình trong thời kỳ tiêu nước.

- Nếu khu nhận nước tiêu là ao, hồ chứa thì phải qua tính toán điều tiết hồ để xác định quá trình thay đổi mực nước theo thời gian tiêu.

* Mực nước ở bể hút của trạm bơm tiêu phụ thuộc vào đặc tính thiết kế và chế độ làm việc của trạm bơm tiêu. Cụ thể như sau:

- Nếu trạm bơm tiêu triệt để, nghĩa là tiêu hết toàn bộ nước trong khu tiêu, thì mực nước lớn nhất trong kênh tiêu đến nhà máy phải được ấn định để tiêu hết khu tiêu, mực nước thay đổi phụ thuộc vào trị số lưu lượng được tải trong kênh . Nếu trước trạm

bơm có xây bể điều tiết thì mực nước trong bể hút sẽ do khả năng điều tiết của bể quyết định. Tuy nhiên việc xây bể điều tiết phải thông qua tính toán kinh tế mà quyết định.

- Nếu trạm bơm chỉ yêu cầu tiêu đến một cao trình nào đó, còn lại một số diện tích vẫn để ngập. Trong trường hợp này giao động mực nước ở bể hút sẽ phụ thuộc vào diện tích và địa hình khu ngập nước, thời gian cho phép ngập và lưu lượng đến trạm.

* Nếu trạm bơm lấy nước tưới từ kênh chính hoặc bơm tưới riêng biệt ở các hệ thống tưới tự chảy thường thiết kế kênh dẫn và kênh tháo có cùng mặt cắt khi địa chất tuyến giống nhau. Trường hợp này mọi cột nước địa hình đều bằng nhau. Còn nếu mặt cắt kênh dẫn và kênh tháo khác nhau thì cột nước địa hình bình quân sẽ lấy trung bình giữa cột nước địa hình lớn nhất ( Hđhmax ) và cột nước địa hình nhỏ nhất ( Hđhmin ):

Hbqdh = (Hđhmax + Hđhmin ) / 2( 9 -3 )

Công thức ( 9 - 3 ) cũng còn được dùng khi giao động mực nước hai bể nhỏ hơn 2 m.

Cột nước lớn nhất và nhỏ nhất

Trong vận hành thực tế của trạm bơm, ngoài cột nước thiết kế máy bơm còn làm việc cột nước thay đổi từ thấp nhất ( Hmin ) đến cao nhất ( Hmax ), để bảo đảm máy bơm làm việc hiệu suất cao và an toàn chúng ta cần pải biết các trị số cột nước giới hạn này để tiến hành kiểm tra những thông số kỹ thuật của máy bơm.

Cột nước lớn nhất được tính theo công thức:

Hmax=Hdh.max+hcb+hd size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{"max"} } = { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "dh" "." "max"} } + { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "cb"} } + { size 24{h} } rSub { size 8{d} } } {}( 9 - 4 )

Cột nước nhỏ nhất được tính theo công thức:

Hmin=Hdh.min+hcb+hd size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{"min"} } = { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "dh" "." "min"} } + { size 24{h} } rSub { size 8{ ital "cb"} } + { size 24{h} } rSub { size 8{d} } } {}( 9 - 5 )

Trong đó các cột nước tổn thất cục bộ và dọc đường xác định như trường hợp thiết kế, còn các cột nước địa hình lớn nhất và nhỏ nhất xác định theo mực nước lớn nhất hay nhỏ nhất ở bể tháo ( Zbt ) và ở bể hút ( Zbh ) trong các trường hợp thiết kế và kiểm tra theo dạng công thức chung sau đây:

H dh . max = Z bt . max − Z bh . min size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "dh" "." "max"} } = { size 24{Z} } rSub { size 8{ ital "bt" "." "max"} } - { size 24{Z} } rSub { size 8{ ital "bh" "." "min"} } } {}

H dh . min = Z bt . min − Z bh . max size 12{ { size 24{H} } rSub { size 8{ ital "dh" "." "min"} } = { size 24{Z} } rSub { size 8{ ital "bt" "." "min"} } - { size 24{Z} } rSub { size 8{ ital "bh" "." "max"} } } {}

Các cột nước này chúng ta dùng kiểm tra vùng hiệu suất của máy bơm, kiểm tra khả năng phát sinh khí thực và vấn đề quá tải của động cơ, như đã đã trình bày ở chương III và chương V. Các cột nước lớn nhất và nhỏ nhất cùng tên cũng có giá trị khác nhau khi chúng ta tính cho trường hợp thiết kế hay trường hợp kiểm ta, như ở dòng chảy thiết kế có cột nước lớn nhất, nhỏ nhất thiết kế còn khi dùng dòng chảy kiểm tra sẽ có cột nước lớn nhất và nhỏ nhất kiểm tra. Việc tính toán các trường hợp này sẽ được dùng để đánh giá toàn diện các trường hợp vận hành có thể xảy ra đối với máy bơm và trạm bơm. Ngoài ra trong một số trường hợp cụ thể như thiết kế trạm bơm tưới ở vùng cao, việc xác định trạm bơm một cấp chung cho toàn bộ khu tưới không lợi về kinh tế bằng việc thay nó bằng hệ thống gồm 2, 3 cấp ... Có cách tính toán riêng chọn vị trí đặt các bể tháo của các cấp trạm. Gặp trường hợp này chúng ta có thể tham khảo cách tính ở tài liệu (2 ) hoặc so sánh kinh tế các phương án cấp trạm mà chọn, theo phương pháp tính chung .

Máy bơm do Việt Nam chế tạo

- Máy bơm công xôn trục ngang, có ký hiệu như sau: hai chữ đầu tiên LT biểu thị loại bơm li tâm, dãy chữ số tiếp theo biểu thị lưu lượng ( m3/h ), dãy chữ số cuối cùng biểu thị cột nước ( m ).

Ví dụ 1: LT 450 - 16, biểu thị đây là loại bơm li tâm, có lưu lượng Q = 450 m3/h, cột nước bơm là H = 16 m.

Ví dụ 2: LT 28 - 25 A, biểu thị bơm li tâm, có lưu lượng Q = 28 m3/h, cột nước H = 25 m, đã qua cải tiến ( chữ A ).

- Máy bơm li tâm song hướng ( hai cửa vào ). Ký hiệu cũng tương tự như bơm công xôn chỉ khác là thêm chữ số 2 sau LT để biểu thị bơm song hướng.

Ví dụ LT2 - 280 - 60, biểu thị bơm li tâm song hướng, có lưu lượng Q = 280 m3/h và cột nước H = 60 m.

- Máy bơm đa cấp trục ngang. Ký hiệu: ba chữ đầu LTC biểu thị bơm li tâm đa cấp, chữ số tiếp theo chỉ lưu lượng ( m3/h ), chữ số tiếp theo nữa chỉ cột nước ( m ), chữ số sau dấu nhân chỉ số bánh xe công tác ( số cấp ).

Ví dụ: LTC 5 - 9 x 13, biểu thị bơm li tâm đa cấp, có Q = 5 m3/h, H = 9 m, 13 cấp.

- Máy bơm xoáy. Kí hiệu: hai chữ đầu BX biểu thị máy bơm xoáy, dãy chữ số tiếp theo biểu thị lưu lượng ( m3/h ) và dãy chữ số cuối cùng biểu thị cột nước ( m ).

Ví dụ : BX 3,6 - 16, biểu thị máy bơm xoáy, có Q = 3,6 m3/h và cột nước H = 16 m.

- Máy bơm chân không. Kí hiệu cũng tương tự máy bơm công xôn chỉ khác chữ đầu là BCK là bơm chân không.

Ví dụ: BCK 29-510, biểu thị máy bơm chân không, Q = 29 m3/h và H = 510 mmHg

- Máy bơm hướng trục trục đứng và trục nghiêng. Kí hiệu ba chữ đầu HTĐ hoặc (HTN ) biểu thị bơm hướng trục trục đứng ( trục nghiêng ), dãy chữ số tiếp theo biểu thị lưu lượng ( m3/h ) và dãy chữ số sau dấu gạch ngang là cột nước ( m ).

Ví dụ HTĐ 3600 - 4,5 biểu thị máy bơm hướng trục trục đứng, có Q = 3600 m3/h và cột nước H = 4,5 m.

- Máy bơm li tâm đa cấp trục đứng, Kí hiệu LTCĐ là bơm li tâm đa cấp trục đứng, dãy chữ số tiếp theo là lưu lượng ( m3/h ), chữ số tiếp theo là cột nước của một cấp ( m ) và chữ số sau dấu nhân là số cấp.

Ví dụ : LTCĐ 30 - 4x3, biểu thị máy bơm li tâm đa cấp trục đứng, có Q = 30 m3/h, cột nước một cấp là 4 m và có 3 cấp ( H = 4 x 3 = 12 m ).

- Máy bơm hỗn lưu ( bơm hướng chéo ). Kí hiệu HL là hỗn lưu, tiếp theo là lưu lượng ( m3/h ), rồi cột nước.Ví dụ HL 230 - 6 là bơm hỗn lưu có Q = 230 m3/h,H = 6 m.

Máy bơm chế tạo tại Liên Xô cũ:

- Máy bơm công xôn. Chữ số đầu là đường kính cửa vào BXCT tính bằng inch (25 mm ), chữ tiếp theo K ( hoặc KM ) là bơm công xôn ( hoặc bơm công xôn khối ), chữ số tiếp theo nữa là tỷ tốc ns đã chia 10.

Ví dụ : 3 K - 6 , biểu thị máy bơm công xôn có đường kính cửa vào BXCT D1 = 3x 25 = 75 mm, tỷ tốc nS = 6 x 10 = 60 v/ph.

Kí hiệu khác của bơm công xôn. Chữ đầu biểu thị loại bơm công xôn, tỷ số tiếp theo: tử số biểu thị Q ( m3/h ) mẫu số biểu thị H ( m ).

Ví dụ: K 8/18 là bơm công xôn, có lưu lượng Q = 8 m3/h, cột nước H = 18 m.

- Máy bơm li tâm trục đứng. Dãy số đầu biểu thị đường kính cửa vào BXCT tính bằng ( inch ), chữ B chỉ trục đứng, dãy số tiếp theo chỉ tỷ tốc đã chia 10.

Ví dụ : 40 B 24, biểu thị máy bơm li tâm trục đứng, D1 = 40 x 25 = 100 mm, và tỷ tốc nS = 24 x 10 = 240 v/ph.

- Máy bơm li tâm đa cấp. Dãy số đầu biểu thị đường kính D1 ( inch ), chữ M biểu thị loại bơm đa cấp, con số sau dấu gạch ngang chỉ tỷ tốc đã chia 10, số tiếp theo sau dấu nhân chỉ số BXCT ( số cấp ).

Ví dụ 10 M - 6 x 5 là bơm li tâm đa cấp có D1 = 10 x 25 = 250 mm, nS = 60 v/ph và có 5 BXCT đặt trên cùng một trục ( bơm đa cấp 5 cấp ).

- Máy bơm song hướng trục ngang. Kí hiệu: số đầu là đường kính D1 ( inch ), chữ tiếp theo là bơm song hướng, số tiếp theo nữa là tỷ tốc đã chia 10.

Ví dụ 10 6, biểu thị D1 = 10 x 25 = 250 mm, máy bơm hai cửa, nS = 60 v/ph.

- Máy bơm song hướng trục đứng . Kí hiệu dãy số đầu và cuối theo cách trên còn chữ H CB là bơm li tâm song hướng trục đứng.

Ví dụ: 20 H CB là bơm li tâm song hướng có đường kính D1 = 20 x 25 = 500 mm

- Máy bơm hướng trục trục đứng. Số đầu là D1 ( inch ), chữ p là bơm hướng trục cánh cố định, số tiếp theo là tỷ tốc đã chia 10.

Ví dụ: 20 p - 60, là máy bơm hướng trục cánh cố định có D1 = 20 x 25 = 500 mm, tỷ tốc nS = 60 x 10 = 600 v/ph.

Cách kí hiệu khác: Chữ O là bơm hướng trục trục đứng cánh cố định, chữ số tiếp theo là số hiệu BXCT, dãy số tiếp theo là đường kính BXCT ( cm ).

Ví dụ: O 6 - 55, nghĩa là bơm hướng trục cánh cố định trục đứng, có số hiệu BXCT là 6, đường kính BXCT là 55 cm.

- Máy bơm hướng trục cánh quay trục đứng. Dãy chữ O là bơm hướng trục trục đứng cánh quay, số tiếp theo là số hiệu BXCT, dãy số tiếp đến là đường kính BXCT ( cm ).

Ví dụ O6 - 87, nghĩa là máy bơm hướng trục cánh quay trục đứng , số hiệu BXCT là 6 và đường kính BXCT là 87 cm.

Tài liệu tra cứu máy bơm và cách chọn máy bơm.

Nhà máy chế tạo máy bơm công bố sản phẩm máy bơm mà họ đã chế tạo bằng bảng liệt kê hoặc bằng các biểu đồ sản phẩm. Dựa vào cột nước và lưu lượng thiết kê,́ khách hàng có thể tra tìm máy bơm mà mình muốn dùng. Sau đây trình bày tài liệu ở dạng bảng và biểu đồ sản phẩm đã được công bố và cách sử dụng chúng để chọn máy bơm.

Bảng tra máy bơm công xôn và hỗn lưu.

	Thông số kỹ thuật và kích thước cơ bản
Kí hiệu bơm	Q ( m3/h )	H ( m )	n	Nđ/cơ	Dhút	Dxả
			(v/ph)	( kW )	( mm )	( mm )
LT 400 - 16	300 - 400	20 - 16	960	30	250	200
LT 450 - 16	300 - 500	17,5 - 15	1460	33	200	200
LT 500 - 50	500	50	1450	100	250	200
HL 800 - 9	700 - 1000	9,5 - 7	960	30	300	300
HL 900 - 9	750 - 1000	9,5 - 7	980	33	300	300
HL 1000 - 12	800 - 1200	15 - 7,8	1450	55	300	300
HL 1200 - 6	1000 - 1200	8 - 5,5	980	33	350	300
HL 1400 - 5	1400	5	980	33	350	300

Hình 9 -2. Biểu đồ sản phẩm máy bơm công xôn K và công xôn khối KM.

Hình 9 -3. Biểu đồ sản phẩm máy bơm hướng trục O và O.

Chọn kiểu máy bơm tùy thuộc vào lưu lượng , cột nước thiết kế ( Qtk, Htk ) và loại chất lỏng cần bơm, ở đây chất lỏng cần bơm là nước, và các yếu tố khác. Bơm được chọn phải làm việc ổn định, hiệu suất cao, trong mọi chế độ làm việc với giao động lưu lượng từ nhỏ nhất đên lớn nhất không phát sinh khí thực. Trạm bơm có máy bơm được chọn cần phải thỏa mãn biểu đồ yêu cầu tưới ( hoặc tiêu nước ).

Khi lưu lượng thiết kế của máy bơm Qtk < 2 m3/s thường máy bơm li tâm trục ngang được ưa dùng vì tính an toàn cao, kết cấu đơn giản và nhẹ.

Trong các bảng tra, đối với mỗi kiểu máy bơm đều có đặc tính gốc H - Q mà theo đó khi có Qtk và Htk ta dễ dàng xác định nhãn hiệu và vòng quay của trục máy bơm cũng như các thông số về đường kính nối ống hút, ống đẩy, công suất động cơ điện cần có để kéo bơm .Ví dụ ta cần chọn máy bơm làm việc với Qtk = 500 m3/h và cột nước Htk = 50 m, tra bảng trên ta chọn loại bơm li tâm công xôn nhãn hiệu LT 500 - 50, có số vòng quay n = 1450 v/ph, công suất động cơ Nđ/cơ = 100 kW ...

Trên biểu đồ sản phẩm mỗi nhãn hiệu máy bơm, ví dụ bơm công xôn K ( KM ), có một hình chữ nhật cong tương ứng ( xem Hình 9 - 2 ). Cạnh cong trên và dưới của hình chữ nhật cong là các đường đặc tính cột nước H - Q của máy bơm vẽ với các đường kính BXCT cho phép lớn nhất và nhỏ nhất. Các cạnh bên của hình là lưu lượng giới hạn mà máy bơm có thể làm việc với hiệu suất cao ( thường lớn hơn hoặc bằng 0,9 max ) và bảo đảm an toàn. Khi biết lưu lượng và cột nước thiết kế, ví dụ Qtk = 45 m3/h và Htk = 13,5 m, ta tra được điểm A nằm trong hình chữ nhật cong của nhãn hiệu 3K- 13 có n = 2900 v/ph. Nhãn hiệu máy bơm vừa chọn ( ví dụ 3K- 13 ) có đường đặc tính của nó, từ Qtk và Htk ta dóng tìm được điểm A trên đường đặc tính H - Q. Nếu điểm A nằm đúng trên đường H - Q thì máy bơm được chọn với vòng quay đã có đảm bảo hiệu suất cao (xem Hình 9 - 4,a ). Nếu điểm A nằm ngoài H - Q, ta cần dóng tương ứng trên đường đặc tính  - Q để kiểm tra xem nếu bơm vẫn sử dụng vòng quay đó thì hiệu suất có đảm bảo   0,9 max hay không ( xem Hình 9 - 4,b ), nếu hiệu suất thấp thì cần tính vòng quay mới hoặc gọt BXCT ( nếu là bơm li tâm tỷ tốc vừa và thấp ). Cách tính lại n1 và vẽ lại các đường đặc tính mới như đã trình bày ở chương IV. Trường hợp nếu điểm A không nằm

Hình 9 - 4. a- Điểm A nằm trên đường H-Q; b- Điểm A nằm ngoài đường H-Q.

trong một hình chữ nhật cong nào cả , nghĩa là không có máy bơm nào được chế tạo thỏa mãn Qtk và Htk mà ta cần. Trường hợp này cần đặt hàng chế tạo máy bơm mới hoặc cũng có thể chọn máy bơm nào đó nằm gần điểm A, lấy các đường đặc tính của máy bơm này ( coi nó là máy bơm mẫu ) rồi dựa vào đó tính ra vòng quay mới tương ứng với Qtk và Htk, rồi vẽ lại các đường đặc tính mới, như đã biết ở chương IV.

Biểu đồ sản phẩm của máy bơm hướng trục O và O có dạng phức tạp hơn so với của bơm li tâm ( xem Hình 9 - 3 ). Đường đặc tính cột nước yêu cầu H - Q của điểm A với tọa độ Qtk, Htk có thể nhận được bằng cách chọn góc quay cánh  của BXCT ( xem Hình 3 - 12, chương III ). Không cho phép gọt BXCT của loại máy bơm này.

Tóm lại nội dung chọn máy bơm chính như sau:

- Trên cơ sở có Qtk và Htk tra nhãn hiệu máy bơm và các thông số;

- Dùng đường đặc tính của nhãn hiệu máy bơm vừa chọn kiểm tra máy bơm được chọn. Vẽ lại các đường đặc tính mới ( nếu cần ) khi thay đổi số vòng quay hoặc khi chọn giải pháp gọt bánh xe công tác;

- Xác định cao trình đặt máy bơm và kiểm tra cao trình này về khí thực.