tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan 1
Lời cảm ơn 2
Mục lục 3
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 6
Danh mục các bảng 8
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9
MỞ ĐẦU 11
1. Tính cấp thiết của đề tài 11
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 11
3. Tổng quan nội dung nghiên cứu của đề tài 11
4. Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 12
Chương I 13
NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY SÔNG SUỐI VÀ VIỆC SỬ
DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG THIÊN NHIÊN PHỤC VỤ
SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở MIỀN NÚI
1.1 Dòng chảy sông suối – nguồn năng lượng sạch của thiên nhiên 13
1.1.1. Mạng lưới sông suối ở nước ta
13
1.1.2. Thủy chế của sông ngòi Việt nam
14
1.1.3. Dòng chảy sông suối 14
1.1.4. Dòng chảy sông suối Việt Nam và các yếu tố địa lý tác động tới
nó 15
1.2. Nhu cầu cung cấp nước cho sản xuất ở vùng cao
27
1.3. Sử dụng năng lượng dòng chảy sông suối phục vụ đời sống và sản
xuất 29
1.4. Các loại phương tiện cung cấp nước tưới dùng năng lượng dòng chảy
29

1.4.1. Cọn nước truyền thống
30
1.4.2. Bơm thủy luân
32
1.4.3. Bơm va
33
1.4.4. Bơm cuộn - xoắn ốc
34
1.4.5. Ưu, nhược điểm của bơm xoắn ốc và sự lựa chọn để cung cấp
nước tưới cây trồng vùng cao 36
1.5. Nghiên cứu và ứng dụng bơm xoắn ốc trên thế giới và trong nước
37
1.5.1. Nghiên cứu, ứng dụng bơm cuộn và bơm xoắn ốc trên thế giới 37
1.5.2. Nghiên cứu và ứng dụng bơm cọn xoắn ốc trong nước
41
1.6. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn 44
Chương II 45
MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 45
2.1.1 Mục tiêu chung 45
2.1.2. Nội dung nghiên cứu 45
2.2. Phương pháp nghiên cứu 45
2.3. Thiết bị khảo sát dòng chảy và các phương pháp đo 46
2.3.1. Lưu tốc dòng chảy và phương pháp đo 46
2.3.2. Các phương pháp đo lưu tốc 48
2.4. Các dụng cụ đo vận tốc 49
2.4.1. Lưu tốc kế - phân loại lưu tốc kế 49
2.4.2. Các bộ phận chủ yếu của lưu tốc kế 49
2.4.3. Ống đo thủy văn 49
2.4.4. Xác định vận tốc bằng xác định lực tác động của dòng chảy lên

vật trôi 52
2.5 Lưu lượng dòng chảy và phương pháp đo 53
2.6. Trang thiết bị đo khảo sát dòng chảy và thí nghiệm bơm 56
Chương III 60
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
VÀ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH
CỦA BƠM XOẮN ỐC
3.1. Cơ sở nguyên lý hoạt động của bơm xoắn ốc 60
3.2. Lý thuyết về quá trình hoạt động của bơm 64
3.2.1. Nguyên lý bơm - áp kế tầng 64
3.2.2. Sự chuyển động của phân đoạn chứa khí và nước 65
3.2.3. Đổ nước ngược 68
3.2.4. Mực nước dâng lên trong các cuộn ống 69
3.2.5. Ống dẫn xả nước 71
3.3. Xây dựng công thức tính thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc 73
3.3.1. Lượng nước gầu múc 73
3.3.2. Lưu lượng bơm 74
3.3.3. Công thức tính độ cao nâng nước tối đa của bơm xoắn ốc 75
3.4. Kết luận 75
Chương IV 77
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
BƠM XOẮN ỐC QUAY BẰNG SỨC NƯỚC DÒNG CHẢY
4.1. Điều tra khảo sát tình hình cây trồng, lượng mưa, sông suối ở một số
tỉnh miền núi phía Bắc, đánh giá khả năng ứng dụng bơm xoắn ốc 77
4.1.1. Điều tra khảo sát tình hình cây trồng hai bên bờ suối 77
4.1.2. Điều tra khảo sát tình hình thời tiết khí hậu mùa khô. Nhu cầu
và khó khăn trong việc tưới nước mùa khô 78
4.1.3. Khảo sát lưu lượng dòng chảy sông suối 78
4.1.4. Đánh giá khả năng ứng dụng ứng dụng bơm xoắn ốc chạy
bằng sức nước dòng chảy 79

4.1.5. Khả năng đưa nước lên cao 81
4.2. Thiết kế và chế tạo bơm xoắn ốc 81
4.2.1. Kết cấu các bộ phận kết cấu bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi 82
4.2.2. Tính toán các thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc 86
4.3. Thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật của bơm 87
4.4. Khảo nghiệm thực tế sử dụng 93
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 98
Tài liệu tham khảo 99
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hàng năm vào mùa khô cánh đồng bên các bờ sông suối thường thiếu nước
nghiêm trọng, nên việc canh tác sản xuất gặp khó khăn do nguồn nước sông suối ở
dưới thấp. Vào thời kỳ này bình độ các cánh đồng so với mặt nước sông suối thường
cao từ 5-15 mét. Để lấy nước sông suối tưới cho cây trồng phải lội xuống sông gánh
nước rất khó khăn vất vả. Hộ có điều kiện phải dùng bơm cao áp chạy động cơ nhưng
chi phí tốn kém, lại gây ô nhiễm môi trường Việc sử dụng bơm nước xoắn ốc dùng
sức nước dòng chảy sông suối để tưới cho cây trồng vào mùa khô có ý nghĩa thực tiễn
và hiệu quả kinh tế cao, không những cung cấp nước tưới liên tục mà bơm còn không
dùng nhiên liệu nên thân thiện với môi trường
Đề tài được chọn là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến
lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông
suối” .
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
*Ý nghĩa khoa học:
- Phát triển bổ xung thêm về loại hình bơm xoắn ốc ứng dụng trong thực tế.
- Sử dụng nguồn năng lượng sạch thiên nhiên phục vụ đời sống, là xu hướng đang
được quan tâm và phát triển.
- Nghiên cứu khoa học gắn kết với phát triển kinh tế, xã hội vùng cao.
*Ý nghĩa thực tiễn:
Tạo ra sản phẩm, kết quả nghiên cứu và sản phẩm mới phục vụ thiết thực cho sản

xuất nông nghiệp và phục vụ đời sống đồng bào vùng cao (miền núi).
Chương I
NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY SÔNG SUỐI VÀ VIỆC SỬ
DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG THIÊN NHIÊN PHỤC VỤ SẢN
XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở MIỀN NÚI
1.1. Dòng chảy sông suối – nguồn năng lượng sạch của thiên nhiên
1.1.1. Mạng lưới sông suối ở nước ta
Địa hình Việt nam chủ yếu là đồi núi được Tân Kiến Tạo làm trẻ lại do đó có độ
dốc lớn, trên đó lại được nhận lượng mưa khá lớn tập trung vào mùa hạ đã tạo nên
mạng lưới sông ngòi (nước chảy tràn) bao gồm hàng ngàn sông suối lớn nhỏ với hình
dạng, tính chất, hướng chảy khác nhau.
Nước ta có mật độ sông suối dày đặc với 2360 con sông. Trung bình cứ 1km
sông/1km
2
. Tuy nhiên có sự phân bố không đồng đều giữa các nơi: những vùng núi đá
rắn, đá vôi mưa ít có mật độ sông ngòi thấp 0,5km sông/1km
2
. Tại các sườn núi đón
gió, có lượng mưa nhiều, mật độ sông suối khoảng 1,5km sông/1km
2
. Riêng ở khu vực
đồng bằng mật độ khá lớn khoảng 3-4 km sông/1km
2
. Sông có lưu lượng lớn do ở
nước ta có lượng mưa lớn, lưu lượng bình quân là 26.200m
3
/s, tương ứng với tổng
lượng nước là 839 tỉ m
3
/năm (trong số này chỉ có 38,5% được sinh ra trong lãnh thổ

Việt Nam). Trong tổng lượng nước nói trên thì nước chảy tràn trên mặt chiếm 637 tỷ
m
3
/năm (76%), còn lại là nước ngầm.
1.1.2. Thủy chế của sông ngòi Việt nam
1.1.3. Dòng chảy sông suối
1.1.4. Dòng chảy sông suối Việt Nam và các yếu tố địa lý tác động tới nó
1.2. Nhu cầu cung cấp nước cho sản xuất ở vùng cao
1.3. Sử dụng năng lượng dòng chảy sông suối phục vụ đời sống và sản xuất
1.4. Các loại phương tiện cung cấp nước tưới dùng năng lượng dòng chảy
1.4.1. Cọn nước truyền thống
1.4.2. Bơm thủy luân
1.4.3. Bơm va
1.4.4. Bơm cuộn - xoắn ốc
1.4.5. Ưu, nhược điểm của bơm xoắn ốc và sự lựa chọn để cung cấp nước tưới cây
trồng vùng cao
1.5. Nghiên cứu và ứng dụng bơm xoắn ốc trên thế giới và trong nước
1.5.1. Nghiên cứu, ứng dụng bơm cuộn và bơm xoắn ốc trên thế giới
1.5.2. Nghiên cứu và ứng dụng bơm cọn xoắn ốc trong nước
1.6. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn
Chương II
MỤC TIÊU, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu chung
Nghiên cứu thiết kế bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi sử dụng sức nước dòng chảy
sông suối bơm tưới nước phục vụ sản xuất và đời sống sinh hoạt cho người dân vùng
cao.
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số và chế độ làm việc của bơm làm cơ
sở cho việc thiết kế chế tạo các kiểu cỡ bơm khác nhau phục vụ nhu cầu tưới nước và

đời sống sinh hoạt phù hợp với đặc điểm từng vùng.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu
1) Khảo sát đặc điểm dòng chảy sông suối về mùa cạn ở một số địa điểm ứng dụng
bơm xoắn ốc cung cấp nước tưới phục vụ sản xuất và đời sống dân sinh.
2) Thiết kế và chế tạo mẫu bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi.
Bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy có thể được thiết kế có kết cấu với các
kích cỡ lớn nhỏ khác nhau tùy theo yêu cầu về lưu lượng và khả năng đưa nước lên độ
cao cánh đồng cần tưới so với mực nước nguồn sông suối. Bơm có thể đặt cố định
hoặc đặt trên phao nổi tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.
Trong thiết kế và chế tạo, đề tài đã lựa chọn các nguyên vật liệu dễ tìm kiếm ở địa
phương, dễ chế tạo và chi phí thấp, phù hợp với khả năng kinh tế của đối tượng sử
dụng – đồng bào dân tộc vùng cao.
3) Thí nghiệm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu làm việc của bơm.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.3. Thiết bị khảo sát dòng chảy và các phương pháp đo
2.3.1. Lưu tốc dòng chảy và phương pháp đo
2.3.2. Các phương pháp đo lưu tốc
2.4. Các dụng cụ đo vận tốc
2.4.1. Lưu tốc kế - phân loại lưu tốc kế
2.4.2. Các bộ phận chủ yếu của lưu tốc kế
2.4.3. Ống đo thủy văn
2.4.4. Xác định vận tốc bằng xác định lực tác động của dòng chảy lên vật trôi
2.5. Lưu lượng dòng chảy và phương pháp đo
2.6. Trang thiết bị đo khảo sát dòng chảy và thí nghiệm bơm
- Máy đo lưu tốc
- Thước đo sâu chuyên dụng – vật liệu bằng gỗ đầu bịt sắt
Thước đo là cây sào hình trụ đường kính 6 - 8 cm làm bằng gỗ độ dài 3- 4 m.
Trên sào có khắc chia mực khoảng cách nhau 5cm.
- Đồng hồ đo thời gian.
Chương III

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
VÀ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH
CỦA BƠM XOẮN ỐC
3.1. Cơ sở nguyên lý hoạt động của bơm xoắn ốc
Bơm xoắn ốc là loại bơm có kết cấu và nguyên lý hoạt động rất đơn giản. Nó bao
gồm một ống mềm dẻo dài quấn thành cuộn hình tròn hoặc hình xoắn ốc, đặt ngập một
phần trong nước, với đường tâm trục cuộn ống song song với bề mặt nước. Một đầu
của đường ống được để mở và là đầu múc của cuộn ống (đầu vào của bơm). Một đầu
kia của ống được dẫn kết nối thông qua một khớp nối quay kín để ra ống xả nước được
thể hiện trong hình 3.1.
Hình 3.1. Sơ đồ một cuộn ống bơm xoắn ốc
Dưới tác động của sức nước dòng suối chảy lên cánh nhận nước làm bơm quay,
cứ mỗi vòng quay đầu cuộn ống múc nạp một lượng nước và một lượng không khí
vào trong vòng ống. Như vậy trong mỗi vòng ống có một phân đoạn ống chứa nước và
một phân đoạn chứa không khí. Quá trình quay tiếp tục tuần tự với các phân đoạn
Dòng chảy suối
Chiều quay bơm
Cánh nhận nước
Ống dẫn nước lên cao
Cuộn ống bơm
Ống múc nước
nước và không khí mới được nạp vào di chuyển trong đường ống, dồn ép các phân
đoạn nước và khí trước đó tạo áp lực cao nâng đẩy nước thoát ra theo đường ống trục
đẩy nước lên cao
3.2. Lý thuyết về quá trình hoạt động của bơm
3.2.1. Nguyên lý bơm - áp kế tầng
3.2.3. Đổ nước ngược
3.2.4. Mực nước dâng lên trong các cuộn ống
3.2.5. Ống dẫn xả nước
3.3. Xây dựng công thức tính thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc

3.3.1. Lượng nước gầu múc
Khi làm việc, dưới tác dụng của sức nước dòng suối làm bơm quay, gầu múc - đầu
vào của cuộn ống xoắn ốc di chuyển ngập dần vào dòng suối từ vị trí A và thoát ra ở
điểm C. Trong khoảng thời gian đó lượng nước chứa đầy phân đoạn ống có độ dài
cung tròn là L, là độ dài cung A - B - C. Lượng nước múc được mỗi lần của một cuộn
ống là:

L
d
LSq .
4
.
2
π
==
(3.29)
Trong đó: q - Lượng nước đi vào cuộn ống ứng với một vòng quay;
d - Đường kính của ống múc;
L - Độ dài phân đoạn nước đi vào ống múc;
S - Diện tích mặt cắt ngang ống múc.
Độ dài cung L ứng với góc chắn cung 2α có giá trị sau :

α
π
2
180
R
L =
; (3.30)
Trong đó R- là bán kính ngoài của cuộn ống xoắn ốc

2α - góc chắn cung L (cung A- B - C)
A
0
h
n
b
C
B
v
s
D
2α
R
d

Hình 3.10. Xác định lượng nước gầu múc
Góc α được xác định theo công thức sau:

R
hR −
= arccos
α
;
Trong đó: h - Mức ngập sâu trong nước của cuộn ống xoắn ốc
Từ đó ta nhận được lượng nước gầu múc được ứng với mỗi vòng quay của một
cuộn ống:

R
hRRd
R

hRRd
q
−
=
−
= arccos
360
arccos2
1804
222
πππ
(3.31)
3.3.2. Lưu lượng bơm
Theo lý thuyết lưu lượng bơm xoắn ốc được tính theo công thức sau:

1.
2
.
W
LrnQ
π
=
(3.32)
Trong đó: r – Bán kính của ống xoắn ốc (gầu múc ống ống xoắn ốc);
n – Số vòng quay của bơm
L
W.1
– Là độ dài của phân đoạn nước múc vào được;
Nếu tính không có tổn thất năng động thì L
w.1

=
θ
1
.R
Trong thực tế lưu lượng của bơm phụ thuộc vào lượng nước nạp được vào đường
ống theo đơn vị thời gian và số lượng cuộn ống của bơm, có tính đến ảnh hưởng việc
nạp nước vào ống phụ thuộc vào lượng khí chứa trong ống, áp suất dòng chảy, thông
qua hệ số k
1
:

NqkQ
1
=
(3.33)
Trong đó: N – Số cuộn ống xoắn ốc lắp trên bơm
K
1
– Hệ số nạp đầy, luôn nhỏ hơn 1, để xác định cần tiến hành qua thực
nghiệm.
Mức ngập sâu của cuộn ống trong dòng chảy cũng được thể hiện thông qua công
thức xác định lượng múc nước q ở trên, từ đó ta có lượng nước bơm tính được là:

R
hRRd
NkQ
−
= arccos
360
22

1
π
; (3.34)
3.3.3. Công thức tính độ cao nâng nước tối đa của bơm xoắn ốc:

.
4
1
2max
∑
=
n
DkH
(3.35)
Trong đó: H
ma x
- Độ cao nâng nước tối đa của bơm, m
D
n
- Các đường kính của các vòng xoắn ốc, từ vòng ngoài cùng (D
1
)
đến vòng trong cùng (D
n
), m
k
2
- Hệ số độ cao nâng nước, k
2
xác định bằng kết quả thực nghiệm

3.4. Kết luận
Ý tưởng về loại bơm sử dụng cuộn ống đã được ứng dụng từ rất lâu xong đến
nay nó vẫn tiếp tục được nghiên cứu triển khai ứng dụng và phát triển.
- Lý thuyết được đưa ra trong bài viết này không mô tả chi tiết tất cả các hoạt
động bên trong của máy bơm nhưng nó mô tả dự đoán hoạt động của máy bơm với độ
cần đủ phục vụ mục đích thiết kế.
- Mẫu bơm xoắn ốc mà đề tài thực hiện nghiên cứu ứng dụng chỉ là một kiểu
dạng trong phạm vi rộng của nhiều kiểu, dạng máy bơm sử dụng cuộn ống khác có thể
phát triển ứng dụng rộng trong lĩnh vực cung cấp nước, cũng như các hình thức khác
hữu ích của loại máy bơm ứng dụng nguyên lý này.
- Các máy bơm cuộn ống sẽ không thay thế các loại máy bơm hiện có. Nó chỉ bổ
sung thêm một loại thiết bị cung cấp nước mang lại hữu ích và hiệu quả kinh tế cho
việc cung cấp nước tưới tiêu quy mô nhỏ và vừa, đặc biệt phù hợp đối với vùng cao
miền núi.
Chương IV
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
BƠM XOẮN ỐC QUAY BẰNG SỨC NƯỚC DÒNG CHẢY
4.1. Điều tra khảo sát tình hình cây trồng, lượng mưa, sông suối ở một số tỉnh
miền núi phía Bắc, đánh giá khả năng ứng dụng bơm xoắn ốc
Đề tài đã tiến hành điều tra khảo sát dòng chảy sông suối một số tỉnh miền núi
phía Bắc, trong đó trọng tâm là tỉnh Yên Bái nhằm mục đích xem xét khả năng ứng
dụng bơm xoắn ốc ở những địa bàn trong các lưu vực có nguồn sông suối.
- Xem xét khả năng có ứng dụng được bơm xoắn ốc không.
- Thu thập số liệu thực trạng làm cơ sở cho việc thiết kế, sử dụng bơm xoắn ốc.
Đã điều tra trong các lĩnh vực:
- Cây trồng hai bên bờ suối.
- Lượng mưa hàng năm, phân bố theo mùa, độ chênh mức nước.
- Lưu lượng, vận tốc dòng chảy sông suối.
Để thực hiện các công việc này, đề tài đã tiến hành khảo sát thực địa, đến các địa
điểm để khảo sát, đo đạc, thu thập thông tin từ người dân địa phương.

Bằng cách gián tiếp đến các cơ quan có liên quan như địa chính, thủy văn, nông
học xin tài liệu, xin ý kiến tư vấn.
Từ các kết quả thu được qua khảo sát, tìm hiểu và thu hập tài liệu, đề tài phân tích,
lựa chọn, đánh giá tổng hợp để định hướng cho công việc tiếp theo của đề tài.
4.1.1. Điều tra khảo sát tình hình cây trồng hai bên bờ suối
4.1.2. Điều tra khảo sát tình hình thời tiết khí hậu mùa khô. Nhu cầu và khó khăn
trong việc tưới nước mùa khô
4.1.3. Khảo sát lưu lượng dòng chảy sông suối
4.1.4. Đánh giá khả năng ứng dụng bơm xoắn ốc chạy bằng sức nước dòng chảy
4.1.5. Khả năng đưa nước lên cao
4.2. Thiết kế và chế tạo bơm xoắn ốc
4.2.1. Kết cấu các bộ phận kết cấu bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi
Hình 4.2. Bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi
1 - Bánh xe bơm, 2 - Cuộn ống xoắn ốc, 3 - Gối đỡ trục, 4 - Khớp nối ống kín quay, 5
- Trụ đỡ, 6 - Cánh nhận nước, 7 - Trục bơm, 8 - Khung bơm, 9 - Phao
4.2.2. Tính toán các thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc
1/ Lưu lượng bơm trong một vòng quay (q) và trong 1 đơn vị thời gian (Q);
Để thuận đơn giản việc tính lưu lượng và xác định thông qua các mối liên hệ bằng
công thức sau, trong đó đưa vào hệ số K
1
:

4
22
1
Dd
NKq
π
=
Trong đó K

1
- Hệ số nạp đầy của ống và luôn luôn nhỏ hơn < 0,5. Chọn K
1
= 0,45.

5,37
4
25.58.0.
4.45,0
22
==
π
q
lít/vòng
Áp dụng công thức:
qnQ .
=
.Uớc lượng n = 4÷ 5 vòng/phút

8,1864,1495,37).54( ÷=÷=Q
lít /phút = 8,96÷11,21 m
3
/giờ.
Hoặc Q =215-269 m
3
/ngày đêm
2/ Tính chiều cao nâng nước tối đa của bơm nước H
max
1
2

3
5
6
4
9
8
7
Áp dụng công thức:

.
4
1
2max
∑
=
n
DKH
Trong đó: K
2
- hệ số độ cao nâng nước. K
2
bằng = 1,0÷1,2 (theo thực nghiệm).
Chọn K
2
= 1,0

.24,9)22,228,234,24,2(0,1
max
=+++=
H

m
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, d
gm;
- 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, d
gm
= 100mm,
n = 7 vòng/ph và mức nước ngập bánh xe bơm h = 320mm.
TT
Số vòng ống
trong mỗi cuộn z
(vòng)
Độ cao nâng
nước tối đa,

H
max
, m
Lưu lượng nước trong
1 vòng quay bơm ở
độ cao xả nước = 2/3
H
max
, q (lít/vòng)
Vận tốc quay
của bơm
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 (H
max
).
Hình 4.8. Ảnh hưởng của số vòng cuộn đến độ cao nâng nước
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 d
gm
.
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
H
max
(m) 4,60 4,60 4,60
Lưu lượng một vòng ở 2/3
H
max
4,12 5,80 7,48
6,0
H
max
9,10 9,10 9,10
Lưu lượng một vòng quay
ở 2/3 H
max
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.
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, d
gm
= 100mm,

z = 3,0 vòng/cuộn, h = 320 mm.
Thứ Vận tốc quay Chiều cao nâng Lưu lượng một vòng Ghi chú
tự
bơm n
(vòng/ph)
nước tối đa H
max
(m)
quay bơm ở 2/3 H
max
,
q (lít/vòng)
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 (n
max
) - 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.
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 H
max
= 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, d
gm
= 60 mm.
TT
Độ cao xả
nước
Lưu lượng trong một vòng
quay bơm nước q (lít/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;
d
gm
= 60 mm; h = 320mm).
Số cuộn ống
của bơm N
Chiều cao nâng
nước tối đa H
max
(m)

Lưu lượng nước trong 1
vòng quay ở 2/3 H
max
, 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, d
gm
= 60 mm, h = 320mm.
Đường kính
trong của ống,
d (mm)
Chiều cao nâng
nước tối đa, H
max
(m)
Lưu lượng nước trong 1
vòng quay ở 2/3 H

max
, 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, d
gm
= 60 mm
z = 5 vòng /cuộn, h = 320mm.
Đường kính
trong của ống d
(mm)
Chiều cao nâng
nước tối đa, H
max
(m)
Lưu lượng nước trong một
vòng quay ở 2/3 H
max
, Q
(lít/vòng)
Tốc độ quay
bơm, n

vòng/ph
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 cả
lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm.
Bảng 8. Kết quả khảo nghiệm bơm xoắn ốc
Mức nước ngập bánh xe: 70 cm
Vận tốc trung bình dòng suối: v
s
= 1,22 m/s
(Đo bằng lưu tốc kế kiểu cánh quạt của Trung Quốc)
N
0
Độ cao xả
nước, H(m)
Vòng quay
bơm, n
Lưu lượng bơm
Hệ số nạp
đầy ống, k
1
q
(lít/vòng)
Q
0

(lít /giây)
Q
m
3

/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
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.
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.
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
m
3
/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.
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.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
1. Nhu cầu về tưới nước 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.
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
Viện Cơ điện Nông nghiệp & Chế biến Nông sản.
2. Các số liệu thống kê từ Trung tâm Khí tượng TƯ và một số tỉnh miền núi
về: Lượng mưa, lượng nước bốc hơi, độ chênh lệch mức nước giữa mùa
mưa và mùa khô, lưu lượng, tốc độ dòng chảy sông suối ở một số tỉnh miền
núi.
Tiếng Anh
3. FAO Irrigation and Drainage, Water lifting Device - (1992).
4. D.J.Hilton, Further Development of a Coil Tube Irrigation Pump, 1990.
5. D.J. Hilton, The Coil tube pump - A new design, (Institute of Advanced
Education, Australia, 1992).
6. L.Naegel, G Real, A.M Mazaredo, Spiral pump: Alow - cost, rational,
stream- driven water-lifting device, Farm Machinery-IRRI, 1990.
7. L.C.A. Naegel, Evaluation of Stream-driven spiral pump under field
Conditions, UPLB, 1991.
8. Proceeding of the Internatonal Agricultural Engineering Conference and
Exhibition, bankok, Thailand, 3- 6 December 1990.
9. GH.Mortimer, R.Anable, The coil pump - Theory and practice, Journal of
hydraulic Reseach, Vol 22 1984, N01.
10. C. V. and A. D. Pope, "The Measurement of Pressure - Precision
Manometers", "Engineering Measurements", 1983.
11. Morgan, Peter R "A New Water Pump: Spiral Tube", The Zimbabwe
Rhodesia Science News,1979.