Thiết kế kỹ thuật bơm nước sử dụng thủy năng của suối, dẫn động kiểu tua bin phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ






ĐẶNG NGỌC TUYỀN




THIẾT KẾ KỸ THUẬT BƠM NƯỚC SỬ DỤNG
THỦY NĂNG CỦA SUỐI, DẪN ĐỘNG KIỂU
TUA BIN PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG
NGHIỆP VÙNG MIỀN NÚI TỈNH
KHÁNH HÒA






ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CHẾ TẠO MÁY

NHA TRANG - 07/2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ






ĐẶNG NGỌC TUYỀN




THIẾT KẾ KỸ THUẬT BƠM NƯỚC SỬ DỤNG
THỦY NĂNG CỦA SUỐI, DẪN ĐỘNG KIỂU
TUA BIN PHỤC VỤ SẢN XUẤT NÔNG
NGHIỆP VÙNG MIỀN NÚI TỈNH
KHÁNH HÒA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CHẾ TẠO MÁY


Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. PHẠM HÙNG THẮNG




NHA TRANG - 07/2013




NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ, tên sinh viên: Đặng Ngọc Tuyền Lớp : 51CT
Chuyên Ngành : Chế Tạo Máy MSSV : 51131824
Tên đề tài: “Thiết kế kỹ thuật bơm nước sử dụng thủy năng của suối, dẫn động
kiểu tua bin phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa”.
Số trang: 100 Số chương: 3 Số tài kiệu tham khảo: 10
Hiện vật: 2
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:


Nha Trang, ngày 20 tháng 6 năm 2013
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN



PGS.TS Phạm Hùng Thắng

ĐIỂM CHUNG
Bằng số

Bằng chữ





PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Họ, tên sinh viên: Đặng Ngọc Tuyền Lớp : 51CT
Chuyên Ngành : Chế tạo máy MSSV : 51131824
Tên đề tài: “Thiết kế kỹ thuật bơm nước sử dụng thủy năng của suối dẫn động

kiểu tua bin phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa”
Số trang: 100 Số chương: 3
Số tài kiệu tham khảo: 10 Hiện vật: 2
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN








Nha Trang, ngày … tháng… năm 2013.
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)




Nha Trang, ngày … tháng năm 2013.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)





MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
LỜI CÁM ƠN 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BƠM NƯỚC SỬ DỤNG THỦY NĂNG VÀ
NHU CẦU TƯỚI NƯỚC CHO SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP VÙNG MIỀN
NÚI TỈNH KHÁNH HÒA 3
I. TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU TƯỚI NƯỚC CHO SẢN XUẤT NÔNG
NGHIỆP VÙNG MIỀN NÚI TỈNH KHÁNH HÒA. 3
1. Sản xuất nông nghiệp ở vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa. 3
2. Tình hình phân bố nước theo hệ thống sông suối ở vùng miền núi Khánh
Hòa. 4
3. Nhu cầu tưới nước cho sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh
Hòa. 4
II. TỔNG QUAN VỀ BƠM NƯỚC SỬ DỤNG THỦY NĂNG 6
1. Khái niệm chung về bơm nước sử dụng thủy năng 6
2. Giới thiệu chung về bơm va do viện Thủy lợi thiết kế và chế tạo. 7
3. Giới thiệu về bơm thủy luân do viện Thủy lợi thiết kế chế tạo 8
4. Giới thiệu về bơm xoắn ốc. 10
5. Yêu cầu cơ bản về thiết kế chế tạo bơm thủy năng phục vụ sản xuất nông
nghiệp của vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa 12
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT BƠM THỦY NĂNG 13
I. YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA BƠM THỦY NĂNG. 13
II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 13
1. Phân tích các phương án thiết kế hiện hành 13
2. Xây dựng phương án thiết kế. 17
III. TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CƠ BẢN. 18
A. TÍNH TOÁN TUA BIN. 18
1. Tính chọn kiểu tuabin và các thông số cơ bản của tua bin. 18
2. Kiểm tra sức bền nén lên bề mặt cánh tua bin 19
3. Kiểm tra bền cho cánh tại mặt cắt nguy hiểm 21

B. CHỌN BƠM LY TÂM. 23
C. TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TĂNG TỐC 23
1. Xác định các thông số động học và động lực học trên các trục. 23
2. Chọn vật liệu chế tạo và phương pháp nhiệt luyện. 24
D. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC 29
1. Thiết kế trục 1 29
2. Thiết kế trục 2 38
E. THIẾT KẾ GỐI ĐỠ TRỤC 46
1. Chọn loại ổ lăn. 46
2. Tính ổ lăn trên trục 1. 46
3. Tính chọn ổ lăn trên trục 2. 48
4. Chọn cách bôi trơn cho ổ 50
F. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN NƯỚC VÀ BỆ MÁY 50
1. Xây dựng hệ thống đập ngăn dòng 51
2. Tính toán hệ thống đường ống dẫn nước vào buồng xoắn 52
3. Tính toán và thiết kế hệ thống buồng xoắn. 53
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 56
I. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC TUA BIN 56
1. Xác định dạng sản xuất. 56
2. Phân tích chi tiết gia công. 57
3. Chọn dạng phôi và phương pháp chế tạo phôi 58
4. Thiết kế quy trình gia công trục tua bin. 58
5. Xác định lượng dư và kích thước trung gian 70
6. Xác định chế độ cắt. 82
II. QUY TRÌNH CHẾ TẠO BUỒNG XOẮN. 105
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 108
I. KẾT LUẬN 108
II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN. 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1-1: Suối tại xã Phước Đồng – Nha Trang 5
Hình 1-3: Suối tại Ninh Thượng – Ninh Hòa 6
Hình 1-4: Cấu tạo bơm va 7
Hình 1-5: Bơm va 8
Hình 1-6: Bơm thủy luân 9
Hình 1-7: Cấu tạo bơm bánh xe xoắn ốc 10
Hình 1-8: Bơm bánh xe xoắn ốc 11
Hình 2-1: Bơm thủy luân. 14
Hình 2-2: Bơm xoắn ốc 14
Hình 2-3: Bơm thủy năng sử dụng bánh răng tăng tốc 15
Hình 2-4: Bơm thủy năng sử dụng bộ truyền bánh đai tăng tốc 16
Hình 2-5: Bơm thủy năng sử dụng bộ truyền bánh răng tăng tốc 18
Hình 2-6: Mô hình mô phỏng cánh tua bin trên phần mềm Pro Engineer 20
Hình 2-7: Sơ đồ chịu lực của bánh công tác tua bin. 20
Hình 2-8: Sơ đồ chịu lực của bánh công tác tua bin hướng trục 22
Hình 2-9: Sơ đồ chịu lực của cánh tua bin 22
Hình 2-10: Sơ đồ mặt cắt chịu lực nguy hiểm nhất của lá cánh tua bin. 22
Hình 2-13: Sơ đồ tính toán trục tua bin 33
Hình 2-14: Sơ đồ phác thảo kết cấu trục 2 39
Hình 2-15: Sơ đồ tính toán trục 2 40
Hình 2-16: Sơ đồ tính toán lực 41
Hình 2-17: Cấu tạo ổ bi đỡ chặn. 48
Hình 2-18: Mô hình xây dựng hệ thống bơm thủy luân. 51
Hinh 2-19: Xây dựng hệ thống đập ngăn dòng 52
Hình 2-20: Buồng tua bin kiểu hở hình xoắn ốc 54
Hình 3-1: Bản vẽ phôi 58

Hình 3-2: Bản vẽ đánh số 59
Hình 3-3: Sơ đồ gá đặt. 61



Hình 3-4: Mâm cặp 3 chấu tự định tâm. 62
Hình 3-5: Dao tiện ngoài thân cong 62
Hình 3-6: Mũi khoan tâm 63
Hình 3-7: Hình vẽ dao tiện mặt trụ ngoài. 66
Hình 3-8: Dao tiện ren 67
Hình 3-9: Dao phay rãnh then 69
Hình 3-10: Đá mài 70
Hình 3-11: Khung buồng xoắn ốc 106
Hình 3 -12: Buồng xoắn 107



DANH MỤC VIẾT TẮT
Ký hiệu Diễn giải
M
x
Mô men xoắn trên trục
R
a

Nhám bề mặt (µm)
N Công suất bơm (kw)
H Cột áp (m)
Q Lưu lượng
η

Hiệu suất máy
E Mô đun đàn hồi
δ

Ứng suất (N/mm
2
)
D, d,
φ

Đường kính (mm)
G Trọng lượng (kg)
L Chiều dài (mm)
F Diện tích tiết diện (mm
2
)
HB Độ cứng Brinen
τ

Ứng suất cắt (N/mm
2
)
P
atm
Áp suất khí
u
W

Mô men chống uốn (N.mm)

n Tốc độ vòng quay

1

1


LỜI NÓI ĐẦU
Từ hàng ngàn năm qua nước ta cơ bản là một nước nông nghiệp, trong đó
việc thâm canh trồng trọt là hoạt động chính. Nước ta có địa hình đa dạng nhiều
sông, suối ở những độ cao khác nhau. Bên cạnh đó khí hậu nhiệt đới gió mùa với
4 mùa khác nhau, nên lượng mưa và độ ẩm khác nhau. Do vậy việc tưới tiêu cho
trồng trọt là nhu cầu quan trọng hàng đầu để có được những vụ mùa bội thu.
Với đặc trưng của các vùng núi, vùng cao của tỉnh Khánh Hòa, có nhiều
các dòng suối tự chảy, vấn đề đặt ra dùng nước của những dòng suối đó để phục
vụ sản xuất cho đồng bào. Để góp phần giúp cho người nông dân tăng hiệu quả
canh tác và giảm thiểu chi phí sản xuất, Khoa Cơ khí trường Đại học Nha Trang
đã giao cho em thực hiện đề tài: “Thiết kế kỹ thuật bơm nước sử dụng thủy
năng của suối dẫn động kiểu tuabin phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng
miền núi tỉnh Khánh Hòa”. Đây cũng là cơ hội tốt cho sinh viên chế tạo máy
sắp tốt nghiệp tổng hợp lại tất cả kiến thức đã học ở trường Đại học và làm quen
với công việc của một kĩ sư chế tạo máy trong lĩnh vực thiết kế chế taọ máy công
tác. Đề tài gồm các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về bơm nước sử dụng thủy năng và nhu cầu
tưới nước cho sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa.
Chương 2: Thiết kế kỹ thuật bơm nước.
Chương 3: Thiết kế chế tạo các chi tiết điển hình.
Kết luận và đề xuất.
Tài liệu tham khảo.
Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã cố gắng học hỏi, tìm hiểu tài liệu

tham khảo, khảo sát thực tế và sự giúp đỡ và chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo
hướng dẫn, đến nay đề tài đã được hoàn thành. Nhưng do năng lực và sự hiểu
biết còn hạn chế, nên nội dung của đề tài không thể tránh khỏi những sai sót. Em
rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo chân thành của các thầy cô giáo và các
bạn để cho đề tài được hoàn thiện hơn.
2

2


Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CÁM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Bộ môn Chế tạo máy, khoa Cơ khí, Trường
Đại học Nha Trang đã giao phó cho em đề tài mang tính thực tiễn cao này.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Phạm Hùng
Thắng đã bỏ nhiều thời gian quý giá để tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em thực
hiện thành công đề tài này.

Nha Trang tháng 07 năm
2013.
Sinh viên thực hiện
Đặng Ngọc Tuyền.

3

3


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BƠM NƯỚC SỬ DỤNG
THỦY NĂNG VÀ NHU CẦU TƯỚI NƯỚC CHO SẢN
XUẤT NÔNG NGHIỆP VÙNG MIỀN NÚI TỈNH KHÁNH
HÒA.

I. TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU TƯỚI NƯỚC CHO SẢN XUẤT NÔNG
NGHIỆP VÙNG MIỀN NÚI TỈNH KHÁNH HÒA.
1. Sản xuất nông nghiệp ở vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa.
Tỉnh Khánh Hòa ở về phía khu vực duyên hải Nam Trung Bộ của Việt
Nam, phía Bắc giáp ba huyện Sông Hinh, Đông Hòa và Tây Hòa của tỉnh Phú
Yên, phía Tây giáp hai huyện M'Drăk và Krông Bông của tỉnh Đắk Lắk, phía
Nam giáp huyện Bác Ái và Thuận Bắc của tỉnh Ninh Thuận, phía Tây Nam giáp
huyện Lạc Dương của tỉnh Lâm Đồng, phía Đông giáp Biển Đông. Tỉnh lỵ của
Khánh Hòa là thành phố Nha Trang, cách Thành phố Hồ Chí Minh 447 km và
cách thủ đô Hà Nội 1.278 km đường bộ Khánh Hòa có diện tích tự nhiên là 5.197
km². Phần đất liền của tỉnh nằm kéo dài từ tọa độ địa lý 12°52’15" đến 11°42’50"
vĩ độ Bắc và từ 108°40’33" đến 109°27’55" kinh độ Đông. Là một tỉnh nằm
sát dãy núi Trường Sơn, đa số diện tích Khánh Hòa là núi non, miền đồng bằng
rất hẹp, chỉ khoảng 400 km², chiếm chưa đến 1/10 diện tích toàn tỉnh. Miền đồng
bằng lại bị chia thành từng ô, cách ngăn bởi những dãy núi ăn ra biển. Do đó để

đi suốt dọc tỉnh phải đi qua rất nhiều đèo như đèo Cả, đèo Cổ Mã, đèo Chín
Cụm, đèo Bánh Ít, đèo Rọ Tượng, đèo Rù Rì.
Là tỉnh có địa hình thuận lợi, đường bờ biển trải dài, với nguồn tài nguyên
thủy sản phong phú, rất thuận tiện cho việc khai thác đánh bắt cững như nuôi
trồng thủy hải sản… Bên cạnh những huyện giáp biển Khánh Hòa còn có những
huyện nằm sâu trong đất liền. Đa phần các huyện này đều có địa hình đồi núi
thấp nên thế mạnh của các vùng này không phải là phát triển nuôi trồng và đánh
bắt thủy sản mà thế mạnh là trồng cây nông nghiệp và cây công nghiệp.
4

4


Đất nông nghiệp ở Khánh Hòa có 81,8 nghìn ha, trong đó có 54,4 nghìn
ha đất canh tác, 8,2 nghìn ha trồng cây lâu năm, còn lại 19,2 nghìn ha trồng cây
hàng năm như lúa, ngô, sắn, mía, cà phê, hồ tiêu v.v…
2. Tình hình phân bố nước theo hệ thống sông suối ở vùng miền núi Khánh
Hòa.
Khánh Hòa là tỉnh có thời tiết vừa chịu sự chi phối của khí hậu nhiệt đới
gió mùa vừa mang tính chất khí hậu đại dương nên tương đối ôn hòa. Nhiệt độ
trung bình hàng năm khoảng 26
o
C, có khoảng hơn 300 ngày nắng. Lượng mưa
dao động từ 1000mm đến 2000mm, tập trung từ tháng 9 đến tháng 12 với hơn
70% cả năm.
Miền núi tỉnh Khánh Hoà gồm hai huyện Khánh Sơn và Khánh Vĩnh và
một số xã thuộc các huyện Cam Ranh, Ninh Hoà và Vạn Ninh với diện tích tự
nhiên khoảng 290.500ha, chiếm 63,5% diện tích toàn tỉnh. Với đặc trưng là vùng
núi, vùng cao có nhiều sông suối nhưng dốc và ngắn, vào mùa mưa thì hung dữ,
đến mùa khô thì lượng nước bốc hơi lớn dễ gây hạn hán. Dó đó để đảm bảo cho

việc tưới tiêu thì cần phải xây dựng đập chứa nước, thuận tiện cho việc bơm tưới.
3. Nhu cầu tưới nước cho sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh
Hòa.
Tỉnh Khánh Hoà có hai huyện miền núi là Khánh Sơn, Khánh Vĩnh và
một số xã miền núi của các huyện Cam Ranh, Diên Khánh, Ninh Hoà, Vạn Ninh,
có diện tích tự nhiên là 290.500 ha, chiếm 63,5% của tỉnh. Toàn tỉnh có 49 xã
thuộc khu vực miền núi, vùng cao, do điều kiện tự nhiên, những con suối được
hình thành tại các huyện miền núi này, hầu hết nước sinh hoạt của những người
dân vùng cao đều lấy tại các con suối này. Sông suối ở Khánh Hòa nhìn chung
ngắn và dốc, cả tỉnh có khoảng 40 con sông dài từ 10 km trở lên, tạo thành một
mạng lưới sông suối phân bố khá dày.
Ta thấy được rằng, mức nước cũng như tốc độ dòng chảy của suối vào
mùa mưa và mùa nắng là hoàn toàn khác nhau, về mùa mưa nước nhiều và chảy
5

5


mạnh, mùa nắng suối cạn, tốc độ dòng chảy chậm, để tăng dòng chảy của suối về
mùa nắng ta phải tiến hành ngăn dòng để trữ nước.
Một số hình ảnh về dòng suối ở xã Phước Đồng Nha Trang

Hình 1-1: Suối tại xã Phước Đồng – Nha Trang


Hình 1-2: Suối tại Nam Cát Tiên – Khánh Sơn
6

6

Hình 1-3: Suối tại Ninh Thượng – Ninh Hòa
Với việc canh tác nhỏ lẻ, sản xuất nông nghiệp phân tán với quy mô
trang trại hộ gia đình thì nhu cầu tưới tiêu cho cây trồng là không lớn nhưng lại
phải thường xuyên. Để góp phần cho người nông dân tăng hiệu quả canh tác và
giảm thiểu chi phí sản xuất. Trước tình hình đó, trường Đại học Nha Trang đã
giao đề tài: ” Thiết kế kỹ thuật bơm nước sử dụng thủy năng của suối, dẫn
động kiểu tua bin phục vụ sản xuất nông nghiệp vùng miền núi tỉnh Khánh
Hòa”. Nhưng nếu đầu tư máy bơm có công suất lớn thì sẽ rất lãng phí so với yêu
cầu thực tế, hơn nữa lại rất khó khăn trong việc quản lý. Do vậy để đảm bảo tốt
cho việc tưới tiêu phù hợp với sản xuất thì chỉ nên thiết kế bơm nước sử dụng
thủy năng có công suất nhỏ.
II. TỔNG QUAN VỀ BƠM NƯỚC SỬ DỤNG THỦY NĂNG.
1. Khái niệm chung về bơm nước sử dụng thủy năng.
Công nghệ bơm thủy năng hay còn gọi là bơm tuốc bin đã được áp
dụng từ những năm 70 trên địa bàn các tỉnh miền núi nước ta. Qua một thời gian
sử dụng công nghệ đã chứng tỏ nhiều ưu điểm như dễ vận hành, giá thành rẻ rất
thích hợp cho miền núi, đặc biệt là vùng sâu, vùng xa chưa có điện lưới. Bơm
thủy năng là một thiết bị gồm bơm và tuốc bin. Năng lượng của nước sẽ làm
quay cánh tuốc bin qua bộ phận tăng tốc sẽ làm quay cánh bơm và đưa nước lên
cao so với các loại bơm truyền thống thì bơm thủy năng có nhiều ưu điểm nổi bật
là nó không sử dụng năng lượng truyền thống như điện, than, dầu v.v…nó sử
7

7


dụng nguồn năng lượng tái tạo dùng sức nước để bơm nước. Một ưu điểm nữa là
kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ ứng dụng các nguồn sông suối miền núi, điều

này rất phù hợp với tình hình thực tế.
2. Giới thiệu chung về bơm va do viện Thủy lợi thiết kế và chế tạo.
a. Nguyên lý làm việc.
Bơm va (hay còn gọi là bơm nước va) là một thiết bị bơm nước lên
cao bằng cách dùng hiệu ứng nước va, trực tiếp biến năng lượng cột nước thấp
thành năng lượng cột nước cao (tối đa tới 130m). Dùng loại máy bơm này, người
sử dụng có thể đưa nước từ sông suối lên phục vụ cho các vùng đất dốc (có độ
cao 30- 80m). Bơm va có 10 bộ phận chính sau: đường ống nước vào, cụm van 1
chiều, cửa làm vệ sinh máy, bình tích áp, đường ống bơm lên, cụm van va, cần
khởi động, đế máy và thân bơm va. Hiện có 4 loại bơm va chính có ký hiệu:
HBIL 840, HBIL 630, HBIL 420 và BV 2000.

Hình 1-4: Cấu tạo bơm va
Về nguyên lý hoạt động, khi chưa khởi động, nước từ bể áp lực theo
đường ống áp lực vào bình điều áp, rồi ép không khí lại với áp lực ban đầu bằng
áp lực thuỷ tĩnh. Để khởi động, chỉ cần ấn cho van mở ra, dưới tác động của đầu
8

8


nước, nước sẽ trào ra khiến lưu lượng nước qua cửa van tăng dần. Khi tốc độ đạt
đến mức độ nhất định, nước kéo van va lên, van va đóng lại và trong hệ thống
van va sẽ xảy ra hiện tượng nước va. Lúc này, áp lực tăng lên, van được mở để
đẩy nước ra, nước theo quán tính và áp lực chảy vào bình điều áp ép không khí
lại, nước sẽ theo đường ống đẩy dâng lên và chảy ra bể xả. Cứ như vậy, sau một
thời gian, ở pha âm van đẩy đóng lại, van va mở ra, nước trào ra và tốc độ chảy
trong đường ống tăng dần. Khi tốc độ đạt đến mức nhất định, van va đóng lại,
van đẩy mở ra và quá trình được lặp lại tự động theo một chu kỳ nhất định

Hình 1-5: Bơm va
- Ưu điểm:
Cột áp cao.
Dễ vận hành.
Thích hợp với những dòng suối dốc và nhỏ.
- Nhược điểm:
Giá thành khá cao so với các loại bơm tự chảy khác.
Chế tạo phức tạp hơn so với các bơm tự chảy khác.
Phải xây ngăn dòng chảy để tạo lực đẩy.
Phù hợp với dòng suối sâu.
3. Giới thiệu về bơm thủy luân do viện Thủy lợi thiết kế chế tạo.
a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm.
9

9


Bơm thuỷ luân (hay còn gọi là bơm tuabin). Loại bơm này thực chất là
một thiết bị gồm bơm và tua-bin, trong đó cánh bơm và cánh tua- bin được lắp
đặt trên cùng một trục, năng lượng của nước làm quay cánh tua- bin, kéo theo
cánh bơm cũng quay và đưa nước lên cao. Tua-bin của bơm thuỷ luân là loại tua-
bin hướng trục, ly tâm. Ngoài những nguyên lý trên, bơm thuỷ luân có một số ưu
điểm chính: tua- bin và bơm là một khối thống nhất, nội dung một trục nên tiết
kiệm được cơ cấu truyền chuyển động mà kết cấu rất chặt chẽ. Do máy bơm làm
việc ở trong nước nên tiết kiệm được các thiết bị và thủ tục mồi nước ban đầu,
hơn nữa vì máy bơm không có quá trình hút nước, do đó máy rất ít bị hư hỏng.
Công suất trục của máy bơm được thiết kế bằng công suất trục của tua- bin, nên
khi làm việc, nếu phụ tải của máy bơm thay đổi, bộ phận trong tua- bin sẽ tự
động điều chỉnh tốc độ cho phù hợp. Còn về bản chất, tua- bin và máy bơm giống
như máy phát điện và động cơ điện, đây là đặc điểm rất phù hợp cho việc lắp đặt máy

móc trên địa hình các tỉnh miền núi. Bơm có khả năng đưa nước lên độ cao 10-15m.

Hình 1-6: Bơm thủy luân
Cấu tạo: Bao gồm các cụm chính
- Cụm tuabin hướng trục – bánh công tác tua bin - buồng tua bin
- Cụm bơm ly tâm – bánh công tác bơm - buồng bơm
- Cụm ổ bi, ổ bạc đỡ trục
10

10


Nguyên lý làm việc: Bơm thủy luân thường làm việc ngập dưới nước.
Nước chảy qua tua bin làm quay bánh công tác tua bin đồng thời làm quay bánh
công tác bơm ly tâm (do nối liền trục) – bơm quay tạo sức ly tâm đưa nước lên cao.
b. Ưu và nhược điểm của bơm
- Ưu điểm:
Lưu lượng lớn
Dễ vận hành
Thích hợp với những dòng suối dốc và nhỏ
- Nhược điểm:
Giá thành khá cao so với các loại bơm tự chảy khác
Chế tạo phức tạp hơn so với các bơm tự chảy khác
Phải ngăn dòng chảy để tạo lực đẩy
Bảo trì khó và tốn kém
4. Giới thiệu về bơm xoắn ốc.
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 1-7: Cấu tạo bơm bánh xe xoắn ốc
Máy bơm gồm các bộ phận: bánh xe bơm, cuộn ống, vòng xoắn ốc, gầu

múc, khung bơm, bàn đạp quay bơm, trục bơm, phao nổi, gối đỡ đầu trục bơm,
ống khít quay (đây là bộ phận liên kết để chuyền nước từ trục bơm vào ống dẫn
11

11


nước lên cao). Máy bơm có hình dáng giống như guồng nước (từng được người
dân vùng cao sử dụng để đưa nước lên ruộng) nhưng trên guồng máy bơm gắn
thêm các cuộn ống nước xếp hình xoắn ốc.

Hình 1-8: Bơm bánh xe xoắn ốc
Nguyên lý hoạt động: Đặt xuống suối, guồng tự quay theo sức đẩy của
nước, mỗi vòng sẽ lấy một lượng nước và không khí vào ống cuộn. Cứ theo các
vòng quay của guồng, lượng nước và không khí liên tục đi vào ống sẽ dồn ép tạo
ra áp suất lớn nhất ở vòng quay cuối cùng, đẩy nước phụt qua ống xả lên cao.
Trục bơm luôn quay còn ống dẫn nước lên cao phải cố định; ống khít quay được
cấu tạo đặc biệt để nước tuy dưới áp suất lớn nhưng không bị phụt rỉ ra ngoài. Vỏ
ống khít quay làm bằng thép hoặc nhựa, các bộ phận liên kết được chế tạo bằng
cao su, đồng, thép không gỉ; hai ổ bi là loại có chất lượng cao, ngăn được nước
không vào bi, không phải bơm mỡ.
b. Ưu và nhược điểm
- Ưu điểm:
Cột áp cao.
Dễ vận hành.
Thích hợp với nhiều địa hình.
Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
12

12

Kinh phí thấp vì có thể chế tạo bằng những vật liệu rẻ tiền như gỗ, tre…
Tính cơ động cao.
- Nhược điểm:
Lưu lượng thấp hơn bơm va và bơm thủy luân.
To, cồng kềnh hơn các loại trên.
5. Yêu cầu cơ bản về thiết kế chế tạo bơm thủy năng phục vụ sản xuất
nông nghiệp của vùng miền núi tỉnh Khánh Hòa.
Thông qua đặc điểm của các dòng suối tự chảy cũng như địa hình và yêu
cầu tưới tiêu của các huyện vùng núi tỉnh Khánh Hòa ta đưa ra được cách chọn
loại bơm sử dụng năng lượng dòng suối tự chảy tốt nhất, phù hợp nhất:
Giá thành bơm rẻ, vì người dân ở các khu vực miền núi thường có kinh tế
khó khăn.
Dễ lắp đặt, sử dụng và bảo trì, vì trình độ người dân còn hạn chế và các
thiết bị kỹ thuật ít .
Bơm phải có khả năng đưa được nước lên cao và lưu lượng ổn định.
⇒
Từ các yêu cầu trên chúng ta có thể chọn được loại bơm sử dụng năng
lượng dòng suối phù hợp nhất đó là bơm thủy năng.









13

13




CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT BƠM THỦY
NĂNG
I. YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA BƠM THỦY NĂNG.
Để phù hợp với điều kiện tự nhiên của con suối vùng núi Khánh Hòa với
vận tốc
sm /2,1
≤
, nhu cầu tưới tiêu của người dân và đường xá giao thông chật
hẹp, gây khó khăn cho quá trình vận chuyển bơm, ta thiết kế kỹ thuật của bơm
nước bằng năng lượng dòng suối sao cho thiết bị đạt được những thông số kỹ
thuật sau:
- Lưu Lượng : Q > 10 m
3
/h.
- Cột áp : H > 15 m.
II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
1. Phân tích các phương án thiết kế hiện hành.
1.1. Bơm thủy luân của viện thủy lợi.
1
2
3
4

14

14


Hình 2-1: Bơm thủy luân.
1- Trục bơm.
2- Cánh bơm.
3- Buồng xoắn.
4- Cánh tuốc bin.
- Ưu điểm:
Lưu lượng cao > 10m
3
/h.
Công suất lớn, thích hợp cho cấp nước sạch, tưới vườn đồi, tưới
ruộng bậc cao, diện tích tới vài chục hecta tại những nơi xa vùng điện lưới.
Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, công tác quản lý vận hành đơn giản,
tuổi thọ cao.
Thích hợp với những dòng suối dốc và nhỏ.
- Nhược điểm:
Cột áp khá thấp( h<10m)
Giá thành khá cao so với các loại bơm tự chảy khác.
Chế tạo phức tạp hơn so với các bơm tự chảy khác.
Phải ngăn dòng chảy để tạo lực đẩy.
Bảo trì khó và tốn kém.
1.2. Bơm xoắn ốc.

Hình 2-2: Bơm xoắn ốc.
15

15

- Ưu điểm:
Cột áp cao.
Dễ vận hành.
Thích hợp với nhiều địa hình .
Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Kinh phí thấp vì có thể chế tạo bằng những vật liệu rẻ tiền như gỗ, tre…
Tính cơ động cao.
- Nhược điểm:
Công suất thấp.
Lưu lượng rất nhỏ Q < 200m
3
/ngày.
To, cồng kềnh hơn các loại trên.
1.3. Bơm theo kết cấu tua bin – bộ truyền bánh răng tăng tốc – bơm
li tâm.
4
5
1
2
3

Hình 2-3: Bơm thủy năng sử dụng bánh răng tăng tốc.
1- Tua bin.
2- Buồng xoắn.
3- Bánh răng chủ động.
16

16

4- Bánh răng bị động.
5- Bơm li tâm 3 cấp.
- Ưu điểm:
Cột áp cao.
Dễ vận hành.
Lưu lượng lớn, tương đương với bơm điện.
Thích hợp với nhiều địa hình.
Kinh phí thấp.
Hiệu suất tương đối cao vì sử dụng bộ truyền bánh răng.
- Nhược điểm:
Làm việc có tiếng ồn lớn.
Không truyền được các trục xa nhau.
1.4. Bơm theo kiểu kết cấu tuabin – bộ truyền bánh đai tăng tốc – bơm li
tâm.
4
1
2
3
5

Hình 2-4: Bơm thủy năng sử dụng bộ truyền bánh đai tăng tốc.
1- Tua bin.
2- Buồng xoắn.