Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm hoàn thiện công nghệ chế tạo bơm nớc cỡ lớn (36.000m3/h)

Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
trung tâm nghiên cứu t vấn cơ điện và xây dựng






Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm

hoàn thiện công nghệ chế tạo
bơm nớc cỡ lớn (36.000m3/h)
M số KC 05.DA.04

Chủ nhiệm đề tài: ks . lê văn an

6945
08/8/2008

hà nội - 2007


2
Mục lục
Giới thiệu chung 4
I. Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm trên thế giới
và ở Việt Nam 5
I.1. Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm trên thế giới 5
I.2. Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm nớc phục vụ
tới tiêu trong nông nghiệp ở Việt Nam 7
I.3. Nhu cầu thị trờng và những điều cần lu ý 12
II. Hoàn thiện thiết kế máy bơm hớng trục cỡ lớn
II.1. Xác định đối tợng nghiên cứu của Dự án 13
II.1.1. Lắp bơm lớn cho các trạm xây mới 13
II.1.2. Lắp thay thế các máy bơm ở các trạm cũ 13
II.1.3. Các thông số kỹ thuật của máy bơm Dự án 18
II.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế máy bơm hớng trục 18
II.2.1. Dòng chảy trong bơm hớng trục 18
II.2.2. Các phơng pháp tính toán bánh công tác máy bơm 20
II.2.3. Lới phẳng của prôfin 23
II.2.4. Tính toán các lới prôfin cánh bánh công tác 24
II.2.5. ảnh hởng của các thông số kết cấu của cánh bánh công tác và
cánh dẫn dòng đến tổn thất trong bơm hớng trục 28
II.2.6. Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế máy bơm HTĐ 500-145 33
II.2.7. Hoàn thiện thiết kế máy bơm HTĐ 500-145 với sự hợp tác của các
Hãng bơm nớc ngoài 40

II.3. Kết luận 41
III. Hoàn thiện công nghệ chế tạo máy bơm HTĐ500-145 43
III.1. Đặt vấn đề 43
III.2. Tăng cờng đầu t đổi mới công nghệ phục vụ gia công chế tạo
các chi tiết máy bơm HTĐ 500-145 44
III.3. Hoàn thiện công nghệ chế tạo các chi tiết 44

3
III.3.1. Hoàn thiện công nghệ chế tạo bánh công tác 44
III.3.2. Hoàn thiện công nghệ chế tạo vành mòn hình cầu 55
III.3.3. Hoàn thiện công nghệ chế tạo bộ phận cánh hớng dòng 57
III.3.4. Hoàn thiện công nghệ chế tạo cút cong 58
III.3.5. Hoàn thiện công nghệ chế tạo chi tiết trục máy bơm 59
III.4. Kết luận 64
IV. lắp ráp, vận hành và thí nghiệm máy bơm HTĐ 500 - 145 65
IV.1. Lắp ráp máy bơm HTĐ 500 - 145 65
IV.1.1. Phần cấu tạo máy bơm 65
IV.1.2. Lắp máy bơm HTĐ500 - 145 tại nhà máy chế tạo 69
IV.1.3. Lắp ráp máy bơm HTĐ 500-145 vào vị trí máy số 6
trạm bơm Cốc Thành Nam Định 72
IV.1.4. Lắp đặt máy bơm HTĐ 500-145 (cho trạm mới xây dựng) 74
IV.2. Vận hành và sử dụng tổ máy bơm HTĐ500-145 81
IV.2.1. Vận hành máy bơm 81
IV.2.2. Vận hành và sử dụng động cơ điện 82
IV.3. Thử nghiệm máy bơm hớng trục đứng HTĐ 500-145
tại nhà máy và hiện trờng 84
IV.3.1. Nghiên cứu thử nghiệm các máy bơm mô hình
tại hệ thống thử nghiệm chế tạo bơm Hải Dơng 84
IV.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm máy bơm HTĐ 500-145 tại hiện trờng 98
IV.4. Kết luận 115

V. Kết luận chung và kiến nghị 116
V.1. Kết luận chung 116
V.2. Kiến nghị 126
Tài liệu tham khảo 127

4
Giới thiệu chung
Những thập kỷ cuối cùng của thế kỷ XX đợc chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ
của ngành chế tạo máy bơm với sự hoàn thiện các phơng pháp thiết kế phần dẫn
dòng máy bơm ly tâm, bơm hỗn lu và bơm hớng trục. Đã có sự mở rộng phạm vi sử
dụng các máy bơm kiểu hớng trục nhằm đáp ứng nhu cầu cần lu lợng lớn. Các
công trình nghiên cứu đợc tập trung theo hớng nâng cao công suất của mỗi tổ máy.
Hiện nay, Nga đã sản xuất đợc máy bơm hớng trục cỡ lớn với lu lợng đạt tới Q
70 m
3
/s (Q 250.000 m
3
/h) tơng ứng với cột nớc H = 15 - 25m. Cùng với xu thế tăng
công suất mỗi máy bơm là tăng số vòng quay đặc trng (hệ số tỉ tốc của bơm) nhằm
đạt tới n
s
= 2.500 - 3.000 đối với các bơm hớng trục; nâng cao đặc tính năng lợng,
đặc tính xâm thực và độ bền của máy với chất lợng tốt, giảm ồn và rung động.
Ngành chế tạo bơm của Việt Nam cũng đã đạt đợc nhiều thành tựu đáng kể.
Máy bơm nớc phục vụ nông nghiệp là một trong số không nhiều sản phẩm cơ khí
mà nớc ta tự nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt và sử dụng đã từng bớc đẩy lùi
hàng ngoại nhập.
Hiện nay, nớc ta đã sử dụng hàng ngàn trạm bơm với các loại máy bơm khác
nhau phục vụ tới tiêu trong nông nghiệp. Hàng trăm máy bơm công suất N 250KW
(trong đó có 23 tổ máy bơm cỡ lớn Q = 20.000 36.000m

3
/h đã và đang đợc sử
dụng trong thực tế từ những năm 1960 1970 đều phải nhập khẩu đã xuống cấp cần
phải đại tu hoặc thay thế. Nhiều trạm bơm lắp với các máy bơm cỡ lớn (N 500KW)
phục vụ nông nghiệp và các ngành khác (công nghiệp, giao thông) đang đợc xây
dựng và phát triển. Nhu cầu thiết bị đồng bộ và phụ tùng thay thế các chi tiết máy
bơm cỡ lớn ngày càng nhiều. Những năm qua, nhiều Viện nghiên cứu (Viện khoa học
thủy lợi, Viện nghiên cứu cơ khí), Trờng đại học (đại học Bách Khoa Hà Nội, đại
học Thủy lợi), các công ty (Tổng Công ty cơ điện - xây dựng nông nghiệp và thuỷ
lợi, Công ty chế tạo bơm Hải Dơng) đã đầu t nghiên cứu về vấn đề máy bơm
nớc công suất đã đạt kết quả khả quan.
Thực hiện Dự án và hoàn thiện công nghệ chế tạo máy bơm nớc cỡ lớn
36.000 m
3
/h phục vụ tới tiêu trong nông nghiệp và các mục đích khác là cần thiết và
cấp bách. Dự án sẽ đem lại hiệu quả về kinh tế cũng nh ý nghĩa xã hội, tạo động lực
thúc đẩy mới cho sự phát triển ngành chế tạo bơm nhằm đáp ứng các nhu cầu thực tế
của sản xuất trong nớc, tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu, chủ động cung cấp phụ tùng
thay thế cho ngời sử dụng, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nớc.

5
I. Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm trên thế
giới và ở Việt Nam
I.1. Tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm trên thế giới
Nớc luôn luôn là nhu cầu cấp thiết nhất đối với cuộc sống con ngời. Sự phát
triển của các phơng tiện cấp nớc gắn liền với sự phát triển của nền văn minh nhân
loại. Sử dụng các biện pháp kỹ thuật cấp nớc cho các vùng dân c và phục vụ sản
xuất đã đợc thực hiện từ ngàn năm trớc công nguyên. Cơ cấu nâng nớc cổ đại là
bánh xe nâng chiều cao cột nớc khoảng 3 - 4 m và lu lợng lớn nhất đạt 8 - 10m

3
/h,
có nguyên lý hoạt động và cấu tạo tơng tự các cọn nớc đang còn đợc sử dụng
trong thời đại ngày nay.
Từ hệ thống gầu múc đến các cối xay chạy bằng sức nớc, rồi các bơm pittông
đầu tiên ra đời cho đến cuối thế kỷ XVIII Ơle đã đề xuất lý thuyết dòng tia để tính
toán thiết kế máy bơm ly tâm. Vào thời kỳ Pie đệ nhất, ở Nga đã có hơn 3.000 nhà
máy cơ khí sử dụng các thiết bị thủy lực. Cuối thế kỷ XIX các Viện sỹ Giucốpski và
Tráp l ghin (Nga) đã đề xuất lý thuyết khí động lực học của cánh đặt nền móng cho
việc xây dựng phơng pháp tính toán các lá cánh bánh công tác bơm cánh dẫn (bơm
ly tâm và bơm hớng trục). Tiếp đó, Prôskura và Vazơnhesenski (Nga) đã sáng tạo
ra lý thuyết về dòng chảy bao quanh hệ thống cánh dẫn, góp phần hoàn chỉnh lý
thuyết về máy bơm.
Các nhà bác học và kỹ s Nga, Đức, Mỹ đã tiếp tục công bố nhiều kết quả
nghiên cứu về quan hệ giữa số cánh hữu hạn và đặc tính thủy lực, lý thuyết tính toán
lá cánh và hàng loạt vấn đề quan trọng khác. Họ đã có những đóng góp rất lớn cho
sự phát triển của ngành chế tạo máy bơm. Tuy nhiên, tình hình thủy lực trong phần
dẫn dòng máy bơm cánh dẫn (trong đó có bơm hớng trục) là rất phức tạp. Các
thông số kỹ thuật của bơm đến nay vẫn đợc xác định bằng phơng pháp thực
nghiệm, bởi lẽ, xác định bằng tính toán lý thuyết thờng cho sai số khá lớn so với
thực tế.
Những thập kỷ cuối cùng của thế kỷ XX đợc chứng kiến sự phát triển mạnh
mẽ của ngành chế tạo máy bơm với sự hoàn thiện đáng kể các phơng pháp thiết kế
phần dẫn dòng máy bơm ly tâm, bơm hỗn lu và bơm hớng trục. Đã có sự mở rộng
đáng kể phạm vi sử dụng các máy bơm kiểu hớng trục nhằm đáp ứng nhu cầu cần
lu lợng lớn. Các công trình nghiên cứu đợc tập trung theo hớng nâng cao công
suất của mỗi tổ máy. Hiện nay, Nga (cụ thể là Tổng công ty chế tạo máy năng lợng
()) đã sản xuất đợc máy bơm hớng trục cỡ lớn với lu lợng đạt tới Q
70 m
3

/s (Q 250.000 m
3
/h) tơng ứng với cột nớc H = 15 - 25m. Cùng với xu thế

6
tăng công suất mỗi máy bơm là tăng số vòng quay đặc trng (hệ số tỉ tốc của bơm)
nhằm đạt tới n
s
= 2.500 - 3.000 đối với các bơm hớng trục; nâng cao đặc tính năng
lợng, đặc tính xâm thực và độ bền của máy với chất lợng tốt, giảm ồn và rung
động. Ngoài ra, các nớc công nghiệp phát triển rất chú ý tới việc xây dựng các tiêu
chuẩn Nhà nớc, tiêu chuẩn quốc tế về các lĩnh vực phù hợp với từng loại bơm tơng
ứng. Hàng loạt vấn đề về vật liệu mới, kết cấu mới của bơm cũng nh các phơng
tiện tính toán máy tính với các chơng trình phần mềm rất lớn thuận tiện cho thiết kế,
kiểm tra, các thiết bị đo hiện đại cho độ chính xác cao và dễ sử dụng, các hệ thống
điều khiển tự động đã đợc quan tâm và áp dụng cho công nghệ thiết kế, công
nghệ chế tạo cũng nh lắp đặt và vận hành sử dụng máy bơm.
Ngành chế tạo máy bơm tại các nớc G7 cũng đạt đợc những thành tựu lớn.
Với hàng trăm Hãng, Công ty, các trờng đại học, các Viện nghiên cứu đã cho ra đời
mỗi năm hàng vạn máy bơm các loại với công suất mỗi tổ máy đạt tới N = 50000 kW,
đờng kính bánh công tác máy bơm hớng trục D
1
= 4,5 m cột nớc H = 25m . Các
máy bơm hớng trục cỡ lớn thờng có loại trục đứng và trục ngang. Nói chung, bơm
hớng trục công suất lớn kiểu trục đứng có u việt là tiết kiệm đợc diện tích sàn lắp
đặt máy, dễ tháo lắp, dễ đảm bảo độ chính xác khi lắp trục dài và trọng lợng lớn,
trọng lợng riêng của máy và tải trọng từ dòng chảy đợc truyền qua gối đỡ, bệ đỡ và
qua nền nhà máy đợc phân bố đều hơn cũng nh cho phép đạt hiệu suất của máy
cao hơn do sử dụng ống hút kiểu thẳng. Máy bơm hớng trục đặt ngang công suất
lớn thờng có cột nớc khoảng 2 12 m và có dạng Capsun phục vụ cho việc vận

chuyển lợng nớc rất lớn.
Các máy bơm hớng trục công suất lớn đợc sử dụng cho nhiều mục đích
khác nhau nh phục vụ cấp nớc cho công nghiệp ( nhiệt điện, thuỷ điện ở các nhà
máy tích năng Bơm tua bin hai chiều, điện nguyên tử .), tới tiêu trong nông
nghiệp, vận chuyển nớc từ vùng này sang vùng khác (trạm bơm cấp nớc cho
Mascơva-Nga) cấp nớc sinh hoạt của thành phố, cụm dân c
ở châu á và các nớc Đông Nam á cũng có ngành chế tạo máy bơm phát
triển. Nhật bản, Hàn quốc , Trung quốc đã nghiên cứu , thiết kế chế tạo nhiều máy
bơm nói chung và bơm hớng trục nói riêng công suất lớn đạt chất lợng tốt, đáp ứng
các nhu cầu của nền kinh tế mỗi nớc và tham gia xuất khẩu sang các nớc khác
trên thế giới .
Các nớc nh Singapo , Thái lan, Malayxia, Indonexia đã có nhiều công ty liên
doanh với nớc ngoài nghiên cứu , thiết kế và chế tạo rất nhiều kiểu bơm, kể cả các
máy bơm công suất tới hàng ngàn Ki-lô-oát, lu lợng đạt tới 72.000m
3
/h .

7
Hiện nay , trên thế giới đã thiết kế, chế tạo cũng nh đang sử dụng khoảng 1.500 loại
bơm khác nhau. Máy bơm luôn giữ vị trí vô cùng quan trọng, tham gia vào hầu hết
các ngành kỹ thuật của các nền kinh tế trên thế giới, kể cả phục vụ trong ngành hàng
không vũ trụ và quân sự
I.2. Tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm nớc phục
vụ tới tiêu trong nông nghiệp ở Việt Nam
Theo thống kê của tổ chức lơng thực thế giới FAO thì lợng nớc bình quân
đầu ngời toàn hành tính là 7.400m
3
(1990). Quốc gia đợc coi là ít nớc nếu lợng
nớc bình quân đầu ngời dới 4.000m
3

. Việt Nam có nguồn tài nguyên nớc khoảng
260.000m
3
/km
2
là quốc gia có lợng nớc bình quân không cao (gần 10.280 m
3
vào
năm 2000). Tuy nhiên, nớc phân bố không đều mà tập trung chủ yếu ở đồng bằng
sông Cửu Long (chiếm tới 61%). Các vùng khác của Việt Nam có lợng nớc bình
quân đầu ngời khoảng 4.000m
3
thấp hơn so với trị số bình quân toàn thế giới.
Nhu cầu nớc của Việt Nam hiện nay cha lớn và chủ yếu là nhu cầu phục vụ
nông nghiệp. Trong những thập kỷ tới, nhu cầu nớc cho công nghiệp, du lịch và đời
sống sinh hoạt sẽ tăng lên nhanh chóng. Sử dụng nớc một cách hợp lý là vấn đề có
ý nghĩa chiến lợc lớn đảm bảo đủ nớc và bảo vệ môt trờng sinh thái.
Ngoài các hệ thống hồ đập, kênh dẫn phục vụ cấp nớc, các thiết bị máy
bơm đã đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp và đời sống dân sinh.
Theo Tổng cục thống kê và Bộ nông nghiệp & PTNT, hiện nay, trên phạm vi cả nớc
đang sử dụng tới trên 250.000 máy bơm các loại cho nông nghiệp. Các ngành công
nghiệp, giao thông cũng cần tới hàng trăm ngàn máy bơm với rất nhiều chủng loại
khác nhau. Ngành thủy lợi nông nghiệp đang quản lý hơn 3.500 trạm bơm điện với
khoảng 15.000 máy bơm, trong đó có tới 300 máy bơm hớng trục cỡ lớn với công
suất mỗi máy đạt từ 200 500KW, lu lợng từ 8.000 36.000m
3
/h. Hàng loạt trạm
bơm lớn đợc quy hoạch, đang và sẽ đợc xây dựng nhằm cấp nớc phục vụ nông
nghiệp, phục vụ các vùng dân c đô thị hay thoát nớc thành phố Các loại cây
công nghiệp: cà phê, chè, mía, bông, cũng nh các đồng cỏ sân gôn đang đợc

tới phun nớc với khoảng 500 dàn phun các loại có công suất 10 100 mã lực nhập
từ Mỹ, Nga, CH Séc, Nhật hoặc chế tạo trong nớc.
Hàng năm, lợng điện tiêu thụ dùng cho máy bơm nớc phục vụ tới tiêu trong
nông nghiệp chiếm tới 70 80% tổng lợng điện sử dụng trong nông thôn. Do vậy, vấn

8
đề nghiên cứu sâu nhằm thiết kế chế tạo và áp dụng đợc các loại bơm nớc phù hợp
với chất lợng và độ bền tốt, hiệu suất cao là vấn đề rất bức xúc trong nông nghiệp
nhằm giảm năng lợng tiêu thụ, giảm chi phí đầu vào, tăng hiệu quả trong sản xuất,
góp phần nâng cao đời sống ngời dân và tiết kiệm đợc ngoại tệ nhập khẩu.
Ngành chế tạo bơm của Việt Nam cũng đã đạt đợc nhiều thành tựu đáng kể.
Máy bơm nớc phục vụ nông nghiệp là một trong số không nhiều sản phẩm cơ khí
mà nớc ta tự nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt và sử dụng đã từng bớc đẩy lùi
hàng ngoại nhập. Việt Nam có lực lợng cán bộ khoa học kỹ thuật đợc đào tạo tốt ở
nhiều nớc trên thế giới, đặc biệt ở các nớc Đông Âu, đã đủ khả năng đảm trách
nhiệm vụ thiết kế chế tạo máy bơm - động cơ điện các cỡ công suất đạt tới N = 500
kW và hoàn thành tốt cả công tác thiết kế, xây dựng các công trình trạm bơm đầu mối
quy mô lớn, hớng dẫn sử dụng, đào taok cán bộ kỹ thuật và quản lý trong lĩnh vực
máy bơm và trạm bơm.
Nớc ta có hàng chục cơ sở tiêu biểu sản xuất máy bơm cỡ lớn nh Công ty
chế tạo bơm Hải Dơng, Công ty cơ khí Hà Nội, Công ty cơ khí Cẩm Phả (Quảng
Ninh), Công ty cơ khí Duyên Hải (Hải Phòng), Công ty cơ khí Thái Bình
Riêng Tổng công ty cơ điện nông nghiệp và thủy lợi thuộc Bộ Nông nghiệp và
PTNT đã có những bớc phát triển mạnh mẽ. Tổng công ty đã có 04 Công ty tham
gia nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy bơm, đặc biệt là Công ty cơ khí điện thủy lợi.
Tổng công ty đã chú ý không những tới công nghệ chế tạo máy bơm mà còn đặc biệt
quan tâm tới công tác nghiên cứu khoa học, về thiết kế, công nghệ chế tạo, đào tạo
cán bộ và công nhân kỹ thuật chuyên ngành về máy bơm nớc.
Hiện nay, việc nghiên cứu thiết kế máy bơm nớc đợc thực hiện ở các cơ
quan: Viện cơ điện nông nghiệp, Viện nghiên cứu khoa học và kinh tế thủy lợi, Viện

nghiên cứu cơ khí, Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Trờng Đại học Bách khoa Đà
Nẵng, Trờng Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh, Trờng đại học Thủy lợi, Trờng
đại học Mỏ - địa chất, Trờng đại học giao thông, Trờng đại học Hàng hải . . .
Trung tâm nghiên cứu, T vấn cơ điện và xây dựng (REMECO) thuộc Tổng
công ty AGREMECO có quan hệ hợp tác chặt chẽ trong nghiên cứu khoa học với các
Viện nghiên cứu, các Trờng đại học trong nớc và các hãng, các công ty chuyên
ngành máy thủy khí ở nớc ngoài. Cùng với các Viện Nghiên cứu cơ khí (Bộ Công

9
nghiệp), Viện Khoa học thủy lợi, Viện Cơ điện nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và
PTNT) ), các Trờng đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Thủy lợi, Đại học Mỏ - địa
chất, các Công ty cơ khí Hà Nội, Công ty bơm Hải Dơng, Trung tâm REMECO
và Tổng công ty cơ điện - xây dựng nông nghiệp và thủy lợi đã có đóng góp tích cực
cho sự phát triển chung của ngành chế tạo máy bơm, đặc biệt máy bơm phục vụ
nông nghiệp.
Máy bơm nớc phục vụ nông nghiệp là sản phẩm có nhu cầu về số lợng
và chất lợng chủ yếu đã đợc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và lắp đặt ở trong
nớc. Các sản phẩm bơm do Việt Nam sản xuất nói chung có thể cạnh tranh với
hàng nhập ngoại về chất lợng nhng giá bán chỉ bằng 60 80% so với giá bơm
của nớc ngoài. Một số bơm cỡ lớn N > 300KW hay các bơm có chức năng đặc
biệt (bơm hoá chất, khai thác mỏ) phần lớn phải nhập. Nếu đợc đầu t và chỉ
đạo tốt có thể nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ở trong nớc.
Hàng trăm máy bơm nớc công suất lớn N = 200 500 kW đã đợc lắp đặt và
sử dụng ở Việt Nam. Tuy nhiên, chúng ta mới sản xuất tốt các máy bơm công suất N
= 200 kW, Q = 8000 m
3
/h. Các bơm cỡ lớn hơn đều phải nhập khẩu từ nớc Nga,
Hungary, Bungary, Rumany, Bắc Triều Tiên. Những năm vừa qua, ngành nông
nghiệp đã nhập một số bơm trục nghiêng cỡ lớn với công suất N = 132 kW (bơm của
úc cho trạm bơm Liểu Trì - Vĩnh Tờng Vĩnh Phúc), N = 160 kW (bơm của ấn Độ

cho trạm bơm Thanh Điềm mê Linh Vĩnh Phúc) các bơm chìm cỡ lớn của Đức N =
320 kW cho trạm bơm Đại Định Vĩnh Tờng Vĩnh Phúc, bơm chìm N = 300 kW
của Hàn Quốc cho trạm bơm Phù Sa Hà Tây.
Có thể nói, các bơm lớn nhập khẩu đều có giá thành cao. việc lắp đặt, hiệu
chỉnh, bảo dỡng sửa chữa hầu hết các máy bơm cỡ lớn nhập ngoại phục vụ nông
nghiệp ở Việt Nam đều do Tổng công ty cơ điện xây dựng nông nghiệp và thủy lợi
thực hiện với các tài liệu hớng dẫn kỹ thuật do Trung tâm REMECO chủ trì hoặc
tham gia dịch và biên tập. Bộ Nông nghiệp và PTNT đã giao cho Tổng công ty
nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hầu hết các chi tiết máy bơm nớc cỡ lớn phục vụ cho
công tác thay thế, sửa chữa. Suốt nửa thế kỷ qua, các đơn vị của Tổng công ty đã
hoàn thành tốt nhiệm vụ đợc giao, duy trì tốt các hoạt động của trạm bơm công suất
lớn phục vụ nông nghiệp.

10
Những máy bơm hớng trục cỡ lớn lắp tại các trạm bơm phục vụ tới tiêu trong
nông nghiệp từ những năm 60 70 đến nay vẫn đang hoạt động nhng hiệu quả của
máy đã giảm nhiều, cần đợc sủa chữa lớn hoặc thay thế. Công ty quản lý và khai thác
công trình thủy lợi Bắc Nam Hà (tỉnh Nam Định) đã lập dự án sửa chữa cải tạo và xây
dựng mới các trạm bơm lớn và các công trình thủy lợi kèm theo. Hàng trăm trạm bơm
mới cỡ lớn đã và đang đợc thiết kế sẽ cần nhiều máy bơm trục đứng công suất lớn. Các
máy bơm công suất lớn nhập ngoại có giá thành cao (đặc biệt trong thời kỳ của cơ chế
thị trờng). Với số lợng lớn máy bơm này đang rất cần thiết phục vụ sản xuất đòi hỏi
kinh phí đầu t cao, ngoại tệ dành cho nhập khẩu sẽ nhiều. Với khả năng về kỹ thuật,
trình độ công nghệ của cán bộ, công nhân, tiềm năng thiết bị máy móc gia công, chế tạo
cũng nh kinh nghiệm về các mặt khác , hiện nay, Việt Nam có thể tự thiết kế, chế tạo,
lắp đặt và sử dụng các máy bơm công suất lớn. Ngoài ra, với các giải pháp liên doanh,
liên kết với các Hãng chuyên ngành của nớc ngoài, các công ty của nớc ta nhanh
chóng tiếp nhận các công nghệ mới trong thiết kế và chế tạo bơm nớc cỡ lớn ứng dụng
vào Việt Nam cũng nh tiến tới tham gia xuất khẩu sang các nớc thu ngoại tệ. Trong
những năm qua, Trung tâm REMECO, Tổng công ty cơ điện xây dựng nông nghiệp và

thủy lợi đã kết hợp chặt chẽ với Hãng Extren và Tổng công ty chế tạo máy năng lợng
trong công tác nghiên cứu công nghệ thiết kế, trao đổi các vấn đề về thiết
kế (bạn đã giúp kiểm tra các bản vẽ của Trung tâm cũng nh cung cấp các chơng trình
phần mềm phục vụ thiết kế các bơm cỡ lớn, trao đổi các cán bộ thăm và học tập tại
Hungary, Nga và khảo sát thực tế tại Việt Nam Bạn đã đào tạo cán bộ cho Trung tâm
về công nghệ chế tạo, kiểm tra, thử nghiệm. Đặc biệt, những công nghệ mới trong thiết
kế, chế tạo, lựa chọn vật liệu mới đã đợc bạn hỗ trợ đạt hiệu quả cao.
Viện Nghiên cứu khoa học thủy lợi cũng đã triển khai nghiên cứu máy bơm cỡ
lớn với lu lợng Q = 3600 m
3
/h theo đề tài nghiên cứu cấp nhà nớc (năm 1996
1999). Đến nay, đề tài đã kết thúc và đã sản xuất 01 máy bơm thực (HT 145) và lắp
thử vào trạm bơm Cốc Thành tỉnh Nam Định.
Đối với trình độ công nghệ của Việt Nam hiện nay, trình độ về nghiên cứu, thiết
kế và công nghệ chế tạo máy bơm còn hạn chế. Có thể khẳng định rằng, hoàn thiện
thiết kế cũng nh công nghệ chế tạo cánh bánh công tác, cánh hớng dòng, trục,

11
vành mòn hình cầu 1450 của máy bơm công suất lớn đang còn là vấn đề phức tạp
và cần chú ý quan tâm đầu t thêm. Ngoài ra, thực tế sản xuất ở nớc ngoài và đặc
biệt ở Việt Nam, vấn đề độ bền có ý nghĩa quan trọng. Độ bền cũng nh tuổi thọ của
bơm công suất lớn có quan hệ chặt chẽ với các kết cấu gối đỡ, ổ trợt định hớng
của bơm.
Hoàn thiện công nghệ chế tạo trục rỗng của bơm công suất lớn cũng là vấn đề
rất đáng quan tâm, đặc biệt khi phải duy tu sửa chữa trục phải giữ đợc trục cũ để tiết
kiệm kinh phí cho ngời sử dụng (cần chú ý công nghệ chế tạo, vật liệu làm trục, vật
liệu và công nghệ phun phủ để sửa chữa ).
Ngoài ba vấn đề lớn nêu trên, thực tế vận hành sử dụng máy bơm công suất
lớn còn gặp nhiều vấn đề nan giải cha giải quyết đợc một cách đầy đủ: hệ thống
điều khiển tự động trong trạm bơm, vấn đề xi phông phá chân không, quy trình công

nghệ tháo lắp hợp lý, vấn đề rung động và tiếng ồn. Trung tâm REMECO cùng với
Công ty cơ khí điện thủy lợi đã kết hợp với các địa phơng hợp tác nghiên cứu cách
xử lý từng vấn đề nảy sinh nhng do kinh phí và thời gian đầu t có hạn chế kết quả
đạt đợc còn khiêm tốn. Hơn nữa, hàng ngàn máy bơm cỡ lớn và vừa với công suất
động cơ điện n = 75 500 kW đã và đang đợc lắp đặt, sử dụng trong sản xuất nông
nghiệp đòi hỏi phải có khối lợng phụ tùng rất lớn cho bảo dỡng sửa chữa thiết bị.
Hiện nay, các đơn vị nghiên cứu và chế tạo bơm đã xây dựng cơ sở vật chất với
các thiết bị đo chuyên ngành cơ điện hiện đại (Mỹ, Nhật, Đức, ý, Nga . . .) có độ chính xác
cao, sử dụng thuận tiện. Cán bộ kỹ thuật trục tiếp chỉ đạo thử nghiệm kiểm tra các thông
số kỹ thuật của các thiết bị cơ điện tại trạm bơm với công suất mỗi máy N = 10 320 kW
và đạt kết quả tốt. Thiết bị đo hiện nay có thể đo đạc với độ chính xác cao tại hiện trờng
các máy bơm lu lợng Q
max
50.000 m
3
/h (sắp tới sẽ trang bị thêm thiết bị đo lu lợng Q
100.000 m
3
/h), đo cột áp H = 200 m, đo công suất tiêu thụ của động cơ, hệ số cos, các
thông số về độ ồn, độ rung . . . Đây là lĩnh vực đã đợc đầu t mạnh không những về cơ
sở vật chất mà còn chú ý đào tạo bồi dỡng kiến thức cho cán bộ chuyên ngành với sự
giúp đỡ của các cơ quan cấp trên cũng nh các hãng bơm nớc ngoài.


12
I.3. Nhu cầu thị trờng và những điều cần lu ý
Máy bơm nớc phục vụ nông nghiệp là một trong những số rất ít mặt hàng
công nghiệp đã trụ vững trong cuộc cạnh tranh khốc liệt vời hàng nhập từ nớc ngoài
vào thời mở cửa. Với mục tiêu đạt và vợt 36 40 triệu tấn lơng thực trong thời gian
tới, cùng với việc thay đổi giống mới, cung cấp đầy đủ phân bón . . ., thủy lợi vẫn luôn

là biện pháp hàng đầu. Tới tiêu chủ động nhờ các công trình thủy lợi và các trạm
bơm đóng vai trò rất quan trọng. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nớc,
máy bơm nói chung và máy bơm hớng trục công suất lơn N 200 kW (trong đó có
23 máy bơm 36.000 m
3
/h) nói riêng phục vụ tới tiêu trong nông nghiệp và các mục
đích khác luôn luôn có nhu cầu lớn và ngày càng tăng. Chế tạo đợc các máy bơm
cỡ lớn đạt chất lợng tốt chắc chắn sẽ có điều kiện xuất khẩu cho các nớc trong khu
vực và trên thế giới thu ngoại tệ. Ngành chế tạo máy bơm cần đợc lu ý quan tâm
đúng mức để đáp ứng những nhiệm vụ to lớn do sản xuất yêu cầu.
Trớc hết là cần tổ chức lại lực lợng cán bộ chuyên ngành, sử dụng triệt để
hơn vốn chất xám quý giá đang phân tán rải rác khắp nơi.
Cần tập hợp đội ngũ cán bộ ngành máy thủy lực để nghiên cứu lập đợc các
gam bơm cơ bản tạo tiền đề cho các công trình, các hớng nghiên cứu tiếp theo một
cách khoa học và đạt hiệu quả cao.
Phải tăng cờng trang thiết bị máy móc hiện đại phục vụ các khâu thiết kế,
chế tạo, tháo lắp và vận hành sử dụng và bảo trì sửa chữa máy bơm, động cơ. Xây
dựng các trung tâm nghiên cứu với các phòng thí nghiệm và các trang thiết bị hiện
đại nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho các công trình nghiên cứu.
Phải nhanh chóng xây dựng tiêu chuẩn Nhà nớc về máy bơm nhằm thống
nhất hóa chất lợng cần thiết của máy.
Từng bớc đa ngành máy bơm vơn lên đạt trình độ quốc tế. Cần có
quy định chặt chẽ cho các nhà máy, xí nghiệp và công xởng chế tạo máy bơm.

13
II. Hoàn thiện thiết kế máy bơm hớng trục cỡ lớn
II.1. Xác định đối tợng nghiên cứu của Dự án
Nhu cầu về thị trờng nội địa đối với các máy bơm nớc công suất lớn
N = 500 KW theo hai khả năng: Lắp bơm cho trạm xây mới và thay thế các
máy bơm ở các trạm cũ.

II.1.1. Lắp bơm lớn cho các trạm xây mới
Máy bơm công suất lớn N = 500KW có lu lợng nớc rất lớn Q = 16.500 -
36.000 m
3
/h, do vậy, kinh phí đầu t cho công trình cũng lớn. Ngoài ra, phần công
trình đầu mối trạm bơm cũng nh kênh mơng dẫn nớc phức tạp và đòi hỏi kinh
phí lớn, thời gian xây dựng dài. Hơn nữa, các trạm bơm lớn đòi hỏi phải nghiên cứu
khả thi, xem xét kỹ lỡng về kinh tế kỹ thuật, ý nghĩa xã hội và ảnh hởng môi trờng
sinh thái Điều đó dẫn đến thời gian thực hiện các dự án này sẽ kéo dài 4 - 5 năm.
Nh vậy, về thời gian, chắc chắn không đảm bảo cho Dự án về sản xuất thử máy
bơm nớc cỡ lớn thực hiện nh mong muốn. Nghĩa là, Dự án hoàn thiện công nghệ
chế tạo bơm nớc cỡ lớn 36.000 m
3
/h sẽ không khả thi đối với trờng hợp lắp cho các
trạm xây dựng mới.
II.1.2. Lắp thay thế các máy bơm ở các trạm cũ
Hiện nay, có khoảng 230 máy bơm nớc công suất mỗi máy đạt N 250 KW
phục vụ nông nghiệp. Các máy bơm nớc cỡ lớn nhập của các nớc Nga, Hungary,
Rumani, Bắc Triều Tiên từ những năm 1960-1970 và Hàn Quốc, Đức, ấn Độ, úc
trong những năm gần đây.
Có thể nói, các máy bơm nớc cỡ lớn nhập khẩu từ những năm 1960-1970
đến nay vẫn còn đang hoạt động khá tốt (tuy hiệu suất và chất lợng đã giảm) và
đã có những đóng góp rất lớn phục vụ cho tới tiêu trong nông nghiệp nớc ta.
Bảng II.1 trình bày danh mục một số trạm bơm nớc tiêu biểu lắp máy bơm công
suất lớn N 250 KW. Có thể xác định là Dự án chế tạo bơm công suất lớn phục vụ
trớc mắt cho 04 trạm bơm Cổ Đam, Cốc Thành, Hữu Bị và Vĩnh Trị của tỉnh Nam
Định với 23 tổ máy 6-145 do Tổng công ty cung cấp từ những
năm 1965-1970.
Các bơm 6-145 lắp cho 04 trạm bơm ở Nam Định đang làm việc với số
vòng quay n = 300 v/ph.

14
Qua các đờng đặc tính tổng hợp của bơm 6-145 có thể các định đợc
vùng làm việc tối u của máy là:
- Với n = 290-300 v/ph:
H = 2,7 - 6,0 m
Q = 4 - 9,25 m
3
/s = 14.400 - 33.300 m
3
/h
- Với n = 365 - 375 v/ph:
H = 4,2 - 8,7 m
Q = 5,1 - 10,7 m
3
/s = 18.360 - 38.520 m
3
/h
Hiệu suất lớn nhất của bơm với hai loại vòng quay đạt
max
= 85%.
Tuy nhiên, cần đặc biệt chú ý là lu lợng lớn ứng với cột áp cao sẽ đòi hỏi
công suất động cơ điện tăng nhanh. Ví dụ: Với số vòng quay n = 290 -300v/ph, để
đạt lu lợng Q = 36.000 m
3
/h, cột nớc H = 6,0m thì động cơ phải có công suất
N
đc1
= 778,56KW. Nếu tính cả hệ số dự trữ an toàn K
dt

= 1,05 thì công suất động cơ
sẽ là N
đc1
= 817,45 KW. Tơng tự, tính cho số vòng quay n = 365 -375v/ph thì công
suất động cơ điện sẽ cần N
đc2
= 787,96 KW (với K
dt
= 1,0) và N
đc2
= 827,36 KW (với
K
dt
= 1,05).
Các thông số kỹ thuật cơ bản của bơm 6-145 đợc trình bày trong Bảng II.2
(n = 290 - 300v/ph) và Bảng II.3 (n = 365 - 375v/ph). Các công trình đầu mối trạm
bơm, các hệ thống kênh dẫn cấp 1, cấp 2, cấp 3 cũng nh các thiết bị điện (biến thế,
tủ điện, dây điện), các thiết bị phụ trợ (cống, cửa van) của 04 trạm bơm đã nêu
đều đợc tính toán, thiết kế theo máy bơm hớng trục đứng 6-145 với công suất
động cơ điện là N = 500 KW, đờng kính bánh công tác D
1
= 1450mm. Nghĩa là, nếu
sử dụng loại động cơ điện lớn hơn hay đờng kính bánh công tác máy bơm lớn hơn
để đạt lu lợng lớn hơn thì phải xem xét lại và bổ sung thêm hàng loạt thiết bị cũng
nh sửa chữa kênh dẫn, bể hút, bể xả, dầm đỡ bơm và động cơ Nh vậy, tăng
công suất động cơ điện để đạt lu lợng Q = 36.000 m
3
/h, cột áp H = 6m là không
kinh tế và dự án thiếu tính khả thi về nhiều mặt.
Với các điều kiện thực tế và các công trình hiện tại của 04 trạm bơm nêu trên

có thể xác định các thông số kỹ thuật nhằm đảm bảo vẫn sử dụng có hiệu quả các
công trình cũ là công suất động cơ điện N = 500 KW.
Lu
lợng
Cột
nớc
Ký hiệu
máy bơm
Công
suất
Số vòng
quay
-
m
3
/h
tổ máy m
m
3
/h
m - KW v/ph tấn/tấn -
1 Cổ Đam 209,000 7 4.80 32,000 5.00
O6 -145
500 300 12,50/14,00 Nga Tỉnh Nam Định
2 Cốc Thành 209,000 7 4.80 32,000 5.00
O6 -145
500 300 12,50/14,00 Nga Tỉnh Nam Định
3 Hữu Bị 113,000 4 4.80 32,000 5.00
O6 -145
500 300 12,50/14,00 Nga Tỉnh Nam Định

4 Vĩnh Trị 154,000 5 4.80 32,000 5.00
O6 -145
500 300 12,50/14,00 Nga Tỉnh Nam Định
5 Kim Đôi 54,000 5 5.00 11,000 6.00
KP
1
- 87
320 485 4,00/3,50
CHDCND
Triều Tiên
Tỉnh Bắc Ninh
6 Hiền Lơng 97,000 9 5.00 11,000 6.00
KP
1
- 87
320 485 4,00/3,50
CHDCND
Triều Tiên
Tỉnh Bắc Ninh
7 Phả Lại 21,600 2 5.00 11,000 6.00
KP
1
- 87
320 485 4,00/3,50
CHDCND
Triều Tiên
Tỉnh Hải Dơng
8 Bạch Hạc 37,800 5 8.50 7,000 9.00
C
S

V - 1000
320 485 2,50/2,00 Hungary Tỉnh Vĩnh Phúc
9 Nhâm Tràng 69,500 6 5.61 11,000 7.50
O6 -87
300 485 4,10/3,50 Nga Tỉnh Nam Định
10 Nh Trác 67,100 6 6.80 11,000 7.50
O6 -87
300 485 4,10/3,50 Nga Tỉnh Nam Định
11 Trịnh Xá 100,000 8 6.50 11,000 7.50 O4 - 87 300 485 4,20/3,50 Nga Tỉnh Bắc Ninh
12 Linh Cảm 65,500 6 6.32 11,000 7.50 O4 - 87 300 485 4,20/3,50 Nga Tỉnh Hà Tĩnh
13 Văn Giang 53,500 3 6.00 8,100 6.25
C
S
V - 1000
250 485 2,50/2,00 Hungary Tỉnh Hng Yên
Phần máy bơm
Bảng II.1. Danh mục một số trạm bơm tiêu biểu phục vụ nông nghiệp lắp các máy bơm hớng trục đứng
Các thông số kỹ thuật
Phần động cơ
Trọng lợng
bơm / động cơ
công suất lớn N > 250KW nhập của nớc ngoài từ những năm 1960 - 1970
Nớc
chế tạo
Ghi chúSTT
Tên
công trình
trạm bơm
Tổng
lu lợng

của
trạm bơm
Số
tổ máy
Cột nớc
thiết kế
ban đầu

16
Bảng II.2. Các thông số kỹ thuật của bơm

6-145 (D
1
= 1450 mm, n = 300 v/ph)
tính theo các điều kiện cụ thể các trạm bơm Cổ Đam, Cốc Thành, Hữu Bị và Vĩnh Trị tỉnh Nam Định

Cột nớc TT Góc
đặt cánh
()
Hiệu suất
đ
ộ
n
g
cơ

đc
Hiệu suất
máy bơm

b

Hệ số dự
trữ an toàn
K
dt
Địa hình
H
đh
Máy bơm
H
b
Lu l
ợ
n
g

máy bơm
Côn
g
suất
thủ
y
l
ự
c
N
tl
Côn
g

suất
trên trục
N
tr
Công suất
đ
ộ
n
g
cơ điện
N
đc
Số vòng
qua
y

n
Ghi chú
độ % % - m m m
3
/s m
3
/h KW KW KW v/ph -
1 1
0
30 90 83 1,05 4,00 4,48 8,104 29.174 356,15 429,10 500,61 300 Trạm bơm Cổ
Đam
2 1
0
30 90 83 1,05 4,80 5,38 6,748 24.293 356,15 429,10 500,61 300 Trạm bơm

Cốc Thành
3 6
0
00 90 81 1,05 3,50 3,92 9,038 32.537 347,57 429,10 500,62 300 Trạm bơm
Hữu Bị
4 0
0
00 90 75 1,05 5,90 6,61 4,963 17.867 321,83 429,11 500,62 300 Trạm bơm
Vĩnh Trị
5 -9
0
00 90 80 1,00 2,00 4,000 14.400 784,80 984,00 1090,00
300


6 2
0
30 90 80 1,00 6,00 6,475 23.310 381,12 476,40 529,33
300


7 6
0
00 90 80 1,05 3,70 9,250 33.300 335,75 419,69 489,64
300


8 7
0
00 90 77 1,00 3,53 10,000 36.000 316,50 411,04 456,71

300


9 1
0
00 90 79 1,00 6,00 6,040 21.744 355,50 450,00 500,00
300


10 * 90 84 1,00 6,00 10,000 36.000 588,60 700,71 778,57 300 Nằm ngoài
vùng làm việc


17
Bảng II.3. Các thông số kỹ thuật của bơm 6-145 (D
1
= 1450 mm, n = 375 v/ph)
tính theo các điều kiện cụ thể các trạm bơm Cổ Đam, Cốc Thành, Hữu Bị và Vĩnh Trị tỉnh Nam Định
Cột nớc TT Góc
đặt cánh
()
Hiệu suất
đ
ộ
n
g
cơ

đc
Hiệu suất

máy bơm

b

Hệ số dự
trữ an toàn
K
dt
Địa hình
H
đh
Máy bơm
H
b
Lu l
ợ
n
g

máy bơm
Côn
g
suất
thủ
y
l
ự
c
N
tl

Côn
g
suất
trên trục
N
tr
Công suất
đ
ộ
n
g
cơ điện
N
đc
Số vòng
qua
y

n
Ghi chú
độ % % - m m m
3
/s m
3
/h KW KW KW v/ph -
1 -5
0
90 80,5 1,05 4,00 4,48 7,860 28.296 345,43 429,11 500,62 375 Trạm bơm Cổ
Đam
2 -7

0
90 83,0 1,05 4,80 5,38 6,748 24.293 356,15 429,10 500,61 375 Trạm bơm Cốc
Thành
3 -4
0
90 77,0 1,05 3,50 3,92 8,592 30.931 330,41 429,10 500,62 375 Trạm bơm Hữu Bị
4 -11
0
90 80,5 1,05 5,90 6,61 5,327 19.177 345,42 429,09 500,61 375 Trạm bơm Vĩnh
Trị
5 -9
0
90 80,0 1,05 4,20 6,300 22.680 259,57 324,46 378,54 375
6 -3
0
90 80,0 1,00 8,70 6,500 23.400 554,76 693,45 770,50 375 Với K
dt
= 1,05 thì
N
đc
= 809,02 KW
7 +3
0
90 80,0 1,00 5,30 10,700 38.520 556,33 695,41 772,68 375 Với K
dt
= 1,05 thì
N
đc
= 811,30 KW
8 +3

0
90 70,0 1,00 3,21 10,000 36.000 315,00 450,00 500,00 375
9 -10
0
90 84,0 1,00 6,00 6,422 23.119 378,00 450,00 500,00 375
10 +2
0
90 83,0 1,00 6,00 10,000 36.000 588,60 709,16 787,95 375 Với K
dt
= 1,05 thì
N
đc
= 827,36 KW
11 -9
0
90 80,0 1,00 8,00 4,587 16.513 360,00 450,00 500,00 375

Ghi chú: Tính toán công suất theo công thức:
- Công suất thủy lực: N
tl
= 9,81.H.Q - Công suất động cơ điện: N
đc
= Ntr. K
dt
/
đc

- Công suất trên trục: N
tr
= N

tl
/
b


18
Với số vòng quay đồng bộ n = 300 - 375 v/ph thì cột nớc máy bơm đảm bảo
H = 3,53 - 6,00 m ứng với lu lợng Q = 13.133 36.000 m
3
/h và hiệu suất bơm đạt

b
= 77-84%.
II.1.3. Các thông số kỹ thuật của máy bơm Dự án
Máy bơm của Dự án cần đạt các thông số kỹ thuật cơ bản theo Hợp đồng đã
ký với Bộ khoa học và công nghệ và Ban chủ nhiệm chơng trình KC.05:
Công suất động cơ điện: N = 500KW
Số vòng quay: n = 300 - 365 v/ph
Lu lợng máy bơm: Q = 16.500 - 38.000 m
3
/h
Cột nớc máy bơm: H = 3,0 - 8,0 m
Với các thông số kỹ thuật nh trên sẽ đảm bảo các yêu cầu của thực tế sản
xuất cũng nh đảm bảo tính khả thi của Dự án thay thế các bơm cũ 6-145 của các
trạm bơm Cốc Thành, Cổ Đam, Vĩnh Trị và Hữu Bị (Nam Định) và khả năng phát triển
tiếp theo cho các công trình trạm bơm sẽ xây dựng mới trong thời gian tới.
II.2. Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế máy bơm hớng trục
II.2.1. Dòng chảy trong bơm hớng trục
Bơm hớng trục đã đợc chú ý nghiên cứu từ lâu và cơ sở lý thuyết thiết kế
bơm hớng trục, đặc biệt các phơng pháp tính prôfin cánh bánh công tác và cánh

hớng dòng, đã đạt kết quả tốt. Ngày nay, các phơng pháp tính toán vẫn tiếp tục
đợc hoàn thiện, nhất là sử dụng các tiến bộ về máy tính điện tử phơng tiện tính
toán quan trọng.
Trong bơm hớng trục dòng chất lỏng chuyển động dọc theo trục và không có
dòng hớng kính, do vậy, không tồn tại lực ly tâm tác dụng. Độ gia áp lực có đợc
nhờ biến đổi động năng thành thế năng. Nghĩa là: nguyên tắc tác động của bơm
hớng trục dựa vào việc sử dụng dòng chảy loe. Dòng chảy loe cần ổn định và tuân
theo các điều kiện biên để tránh hiện tợng tách lớp biên khỏi mặt phẳng chảy bao.
Máy bơm hớng trục bao gồm ba bộ phận cơ bản: dẫn dòng vào (ống hút),
bánh công tác và phần tháo có bộ phận chỉnh dòng (cánh hớng). Bánh công tác
quay so với vỏ. Điều kiện làm việc có tính nguyên tắc của bơm là sự chênh lệch áp

19
lực ở hai phía (cửa vào và cửa ra) của các cánh bánh công tác. Điều đó dẫn đến sự
không ổn định của vận tốc tuyệt đối và áp lực trong vùng bánh công tác. Tuy nhiên,
chuyển động tơng đối của dòng chất lỏng trong vùng bánh công tác là chuyển động
ổn định. Dòng chuyển động tuyệt đối của chất lỏng chỉ ổn định khi bộ phận hớng
dòng nằm cách xa cánh bánh công tác.
Bộ phận chỉnh dòng (cánh hớng nớc) đặt ngay sau bánh công tác với
khoảng cách đủ xa để tạo sự ổn định cho chuyển động tuyệt đối của dòng chảy. Khi
thiết kế bơm thờng giả thiết rằng vận tốc tuyệt đối ở trong bộ phận chỉnh dòng là ổn
định, mặc dù chỉ đúng với nghĩa của vận tốc trung bình.
Dòng chảy ở phía trớc và phía sau bánh công tác là dòng đối xứng với trục:
0=


=


=

z
y
x
V
V
V
(II.1)
Nghĩa là,
0
.
=
ru
V (II.2)
Trong khu vực hệ thống cánh, mặt đờng dòng gần nh hình trụ. Bỏ qua tác
dụng của lực ly tâm nên dòng hớng tâm ở vùng bánh công tác coi nh không có.
Khi tính toán cần điều kiện dòng chảy có tính chất trụ và thành phần vận tốc
hớng tâm bị triệt tiêu (
0=
r
V ). Nghĩa là giả thiết rằng không có sự tác dụng tơng
hỗ của dòng chảy trong các lớp trụ riêng biệt. ở bơm hớng trục, tính toán bánh
công tác theo sơ đồ dòng thế (
0
=
u

). Các thành phần của véc tơ xoáy trong hệ

toạ độ trục không gian:











=
r
V
z
V
zz
u
2
1


(
)

=
z
V
V
uz
z
r


2
1
(II.3)
()

=
z
V
r
V
r
z
uz
z
2
1


Dòng thế đồng thời là dòng đăng tốc cho các thành phần kinh tuyến của vận
tốc tuyệt đối.
Từ điều kiện đối xứng qua trục của dòng thế, ta có:
constVz
VV
rz
==


=


;0

(II.4)

20
Từ công thức (II.4) ta đợc hằng số:
constrV
u
=
. ở phía trớc và sau bánh
công tác. Nếu nh dòng chảy trớc bánh công tác không bị xoáy
(
)
0
1
=
u
V
, điều kiện
0=
r
V
sẽ dẫn đến sự không đổi của cột nớc và của lu số vận tốc dọc theo bán
kính ở bánh công tác
()
(
)
constrconstrH == , .
Thực ra, lu số vận tốc có thay đổi: tăng chút ít về phía bầu cánh và tăng
nhiều ở mép cánh.
Có thể xác định cột nớc lý thuyết của bánh công tác bơm hớng trục
L
H theo

trị số của lu tốc cánh
1
:
()
12
12
12
12
22
rVrV
gg
VUVU
H
uu
uu
L
=

=


g
z
g
H
L
22
1
1

==
(II.5)
ở đây:
21
,UU - Vận tốc vòng ở cửa vào và cửa ra của bơm;
11
,
uu
VV - Hình chiếu của vận tốc tuyệt đối trên tiếp tuyến ở cửa vào và ra

- Tần số quay của rôto
21
, rr
- Bán kính ở cửa vào và ra của bánh công tác
g
- Gia tốc rơi tự do.
Cột nớc lý thuyết của bơm hớng trục phụ thuộc vào dòng xoáy prôfin cánh
bánh công tác. Xoáy dọc trục không ảnh hởng tới
L
H
.
Do tác dụng của phân bổ xoáy dọc theo bán kính sau bánh công tác dẫn đến
tính chất trụ của dòng chảy bị phá vỡ và chảy trong vùng bánh công tác là dòng không
gian ba chiều. Giải bài toán không gian ba chiều rất phức tạp. Giả thiết về tính chất trụ
của dòng chảy là trải từng lớp trụ trên mặt phẳng tơng ứng và giải bài toán phẳng.
Nghiên cứu dòng chảy bao quanh một trụ tròn bằng các dòng nguyên tố có ý
nghĩa đặc biệt đối với khái niệm vật lý trong quá trình bao quanh prôfin trên mặt phẳng.
II.2.2. Các phơng pháp tính toán bánh công tác máy bơm
Để tính toán bánh công tác bơm thông thờng có thể sử dụng một trong các

phơng pháp sau:

21
a) Phơng pháp đồng dạng (tơng tự hình học)
Phơng pháp đồng dạng là phơng pháp đơn giản nhất, dựa vào các bơm
mẫu có sẵn hoặc các bơm mô hình có
s
n
tơng tự. Theo phơng pháp này, chỉ việc
nhân với hệ số tỉ lệ của các kích thớc của bơm thực và bơm mẫu. Để tính toán theo
phơng pháp đã nêu phải có bản thiết kế chuẩn của bơm mẫu hoặc bơm mô hình,
đặc tính năng lợng của bơm để dựa vào đó xác định hệ số chuyển đổi. Trong trờng
hợp không có bản thiết kế chuẩn thì rõ ràng là bản thiết kế mới sẽ không đạt yêu cầu
về thông số năng lợng cũng nh hiệu suất của bơm.
Các kích thớc cơ bản của bánh công tác xác định theo phơng trình đồng dạng:

n
H
KC
c
ì= (II.6)
Hệ số tỷ lệ đồng dạng theo bơm mô hình:
41
21

ì








==
H
H
Q
Q
D
D
m
mm

(II.7)
b) Phơng pháp một tọađộ
Phơng pháp một toạ độ là phơng pháp thiết kế đơn giản nhng có hiệu quả,
prôfin lá cánh thiết kế đảm bảo góc vào và góc ra của cánh phù hợp với đặc tính
dòng chảy. Khi sử dụng phơng pháp này đòi hỏi ngời thiết kế phải có kinh nghiệm
trong việc lựa chọn một số thông số hình học ban đầu của lới cánh. Thêm vào đó,
việc thiết kế lới cánh chỉ có thể thực hiện bằng phép dựng hình thủ công khó lập
trình tính toán trên máy vi tính.
c) Phơng pháp lực nâng
Phơng pháp lực nâng đợc sử dụng rộng rãi ở các nớc Tây âu. Bánh công
tác đợc tính toán bằng phơng pháp hai toạ độ tức là bánh công tác phải tính toán

cho một số tiết diện từ bầu cánh tới vỏ bơm. Thực tế mỗi tiết diện là một prôfin, các
prôfin tơng ứng với mỗi tiết diện khác nhau sẽ có các hệ số lực nâng khác nhau.
Nếu chọn prôfin khí động thoả mãn các hệ số lực nâng và lực cản tối u thì các tiết
diện sẽ có các prôfin dạng khác nhau. Nh vậy, khi xâu cánh sẽ khó đảm bảo sự
suôn đều của lá cánh. Chính vì vậy, trong quá trình thiết kế phải vẽ và điều chỉnh các
thông số nhiều lần tạo ra khó khăn cho việc lập trình và tính toán trên máy vi tính.
Phơng pháp này có u điểm là khối lợng tính toán đơn giản và sử dụng các prôfin
khí động đã đợc khảo nghiệm tin cậy, hiệu suất cao; phơng pháp này sử dụng cho

22
thiết kế bơm có số lá cánh Z nhỏ, việc xác định các thông số prôfin đơn với prôfin dẫy
cánh rất khó khăn.
d) Phơng pháp
Z
X
T
(phơng pháp của Nhà máy chế tạo tua bin Khác cốp)
Phơng pháp
Z
X
T

dựa trên giả thuyết là độ cong của đờng nhân prôfin có
ảnh hởng quyết định tới lu số vận tốc hay do cánh tạo nên, vì vậy, cũng ảnh hởng
quyết định tới lực nâng tác dụng lên prôfin cánh. Dựa theo quan hệ của lực nâng
y
C
,
với lu số vận tốc bao quanh prôfin và quan hệ của lực nâng
y

C với góc đặc trng
cho độ cong của prôfin
0

ta xác định đợc góc
0

theo các thông số hình học và
động học của cánh. Trong trờng hợp này đờng nhân của prôfin là một cung tròn.
e) Phơng pháp Bauerơsphelđơ
Giả thiết thành phần quay của vận tốc vòng của xoáy liên hợp bị triệt tiêu
0=
u

. Phơng pháp này đợc sử dụng rộng rãi để tính toán thiết kế bánh công tác
bơm ly tâm tỷ tốc cao.
Dựng đờng dòng thế trong tiết diện kinh tuyến của bánh công tác sẽ đợc
đờng dòng S, các đờng đẳng thế

và trờng vận tốc
m
V .
Theo điều kiện song song của véc-tơ xoáy bề mặt lá cánh F ta có:

0=ì


+ì

zr
z
F
r
F

(II.8)
ở đây:
z - Sự gia tăng theo trục máy bơm
Tiết diện kinh tuyến bề mặt lá cánh
m
F
trùng với các đờng xoáy thành
phần
u

. Nghĩa là, với các đờng constr
u
=
.

nằm trên mặt phẳng kinh tuyến, ở mặt
bằng sẽ là các đờng thẳng.
Cho quy luật thay đổi
(
)

fRV
u
=

.
đối với một trong các đờng dòng với giá trị
m
V , ta có thể xây dựng đợc bề mặt lá cánh nhờ phơng trình vi phân của đờng cắt
lá cánh với bề mặt đờng dòng:



d
RVR
RV
dS
u
m
ì=
2
2
(II.9)
Giả sử qui luật
(
)

fRV
u
= nh nhau đối với tất cả các đờng dòng. Phơng
trình đờng dòng đợc tích phân theo hàm đã cho dọc theo các đờng dòng:

23

ì

=
0
0
0
2
2
0
S
m
u
S
dS
RV
RVR


(II.10)
Trong thực tế, tích phân này thờng đợc cho dới dạng bảng.
f) Phơng pháp Vôzơnhexenski - Pêkin và Lêxôkhin- Simônôv (Trờng đại học
Bách khoa Xanh Petecbua)
Các phơng pháp tính toán của Vôzơnhexenski-Pêkin và Lêxôkhin-Simônôv
có nội dung cơ bản giống nhau, theo các phơng pháp này tác động của các prôfin
lên dòng chất lỏng đợc thay thế bởi các xoáy phân bố dọc đờng nhân theo một quy
luật xác định. Dòng chảy tổng hợp đợc xác định bằng tổng của dòng song phẳng
không nhiễu và dòng xoáy tạo bởi các xoáy phân bố theo đờng nhân của prôfin,
bằng cách xác định đờng dòng tổng hợp này sẽ xác định đờng nhân của prôfin, đó
cũng là prôfin cánh có chiều dày mỏng vô cùng. Để xác định prôfin có chiều dày hữu
hạn ta đắp độ dày trên đờng nhân prôfin theo một quy luật xác định, bằng cách

chọn các prôfin thực nghiệm có đặc tính khí động tốt rồi lấy quy luật phân bố độ dày
của nó để làm mẫu chuẩn cho prôfin thiết kế mới.
Điều khác nhau chính giữa hai phơng pháp là: theo phơng pháp
Vôzơnhexenski - Pêkin coi đờng nhân là một cung tròn khi đó có thể giải đợc
phơng trình tích phân hàm dòng của đờng dòng tạo bởi dòng song phẳng không
nhiễu và dòng xoáy tạo bởi các xoáy liên hợp phân bố trên đờng nhân của tất cả
các prôfin trong lới. Còn theo phơng pháp Lêxôkhin - Simônôv đờng nhân của
prôfin là một cung cong bất kỳ xác định bởi dòng song phẳng không nhiễu và các
xoáy phân bố trên đờng nhân của tất cả các prôfin. Trờng hợp này không thể giải
phơng trình tích phân bằng phơng pháp giải tích mà phải giải bằng phơng pháp
gần đúng liên tiếp. Vì vậy, việc giải phơng trình tích phân sẽ rất phức tạp, nhng đáp
lại, phơng pháp này cho các kết quả phù hợp hơn với bản chất dòng chảy.
Trong thực tế tính toán thiết kế máy bơm hớng trục thờng sử dụng phơng
pháp Vôzơnhexenski - Pêkin hơn do tính đơn giản, nhanh mà vẫn đảm bảo độ chính
xác cần thiết.
II.2.3. Lới phẳng của prôfin
Lấy trong khu vực bánh công tác một lớp hình trụ nguyên tố giới hạn bởi hai
mặt trụ gần nhau vô cùng (Hình II.1) và trải trên mặt phẳng. Tiết diện của lớp này do
các bánh công tác tạo ra sẽ cho một dãy. Kéo dài dãy ấy về hai phía tới vô cực. Sự

24
chảy bao quanh mỗi một trong các prôfin của dãy thẳng vô cực của prôfin với trục
lới (u) (hình II.2).
Hình II.1: Tiết diện trụ của Hình II.2: Lới phẳng thẳng vô tận
bơm hớng trục của prôfin
Đặc trng của lới: hình dạng prôfin, góc đặt prôfin trong lới (

), bớc lới
zrt /2

= ; (
r
- bán kính của tiết diện trụ, z - số cánh bánh công tác) và độ dày của
lới
tl / (tỉ số chiều dài prôfin và bớc lới).
Khi bánh công tác quay, lới prôfin chuyển động dọc theo trục của nó với vận
tốc theo (

.
r
u = ). ở điểm bất kỳ của dòng chảy trớc và sau lới có thể dựng đồ vận
tốc tơng ứng (Hình II.3).
Hình II.3: Đồ vận tốc trớc và sau lới thẳng các prôfin
Do dòng chảy liên tục nên thành phần hớng trục của vận tốc tuyệt đối
(
constVz = ) ở trớc và sau lới không đổi. Về nguyên tắc, lới prôfin có thể làm thay
đổi hớng.
II.2.4. Tính toán các lới prôfin cánh bánh công tác
Sử dụng phơng pháp tính lới cánh nhờ giải phơng trình tích phân chảy bao
lới các cung mỏng phơng pháp Vazơnhesenski Pekin. Có thể thay thế lới
thẳng các prôfin bằng lới tơng đơng các cung mỏng vô cùng. Khi tính ảnh hởng

25
tơng hỗ của các prôfin lới có thể bỏ qua ảnh hởng của chiều dày và lấy một phần
cung đờng tròn (gọi là cung tròn) để làm các cung tơng đơng.
Hình II.4: Sơ đồ tính lới các cung mỏng
Đây là phơng pháp cộng các dòng phẳng song song ở vô cực không rối với
các dòng tạo bởi các dòng đặc trng (dòng xoáy do thay cung mỏng bằng xoáy,
dòng vào, dòng ra) phân bố trên trục cung mỏng hoặc trên chính prôfin lá cánh. Trục
xơng của cánh đợc tính toán theo phơng trình tích phân (do vậy còn gọi là phơng

pháp tính lới 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
nằm cách đầu mút của nó một khoảng cách là (t) đợc xác định:
constttt
=
+= )()()(
10
(II.4)
Trong đó hàm số của các điểm xoáy của cung:

=
l
tSr
dSs
t
0
1
),(ln
2
)(
)(

(II.5)
ở đây:

=
= dSddSs )()(

- lợng xoáy vận tốc
Trong đó:

dS
d
S

=)(

- mật độ phân bố xoáy
),( tSr
- Khoảng cách từ điểm đang xét của prôfin đến điểm
chuyển động cùng với xoáy nguyên tố
)(sd
Khi đó:
constdStSrstt
l
=+=

0
0
),(ln).(
2
1
)()(


(II.6)
Định đề Traplghin ở mép ra sẽ đợc đảm bảo nếu chọn: