Xác định trạng thái ứng suất biến dạng của trạm bơm chìm theo mô hình không gian bằng phương pháp phần tử hữu hạn

L IC M

N

Qua m t th i gian nghiên c u và th c hi n d
c a giáo viên h

ng d n và các th y cô giáo tác gi

i s giúp đ ch b o nhi t tình
đã hoàn thành lu n v n t t

nghi p v i đ tài:
“Xác đ nh tr ng thái ng su t – bi n d ng c a tr m b m chìm theo mô
hình không gian b ng ph

ng pháp ph n t h u h n”

Tác gi đ c bi t xin bày t lòng c m n t i th y giáo Giáo s , Ti n s Ph m
Ng c Khánh đã t n tình h

ng d n, ch b o cho tác gi nhi u v n đ quý báu trong

nghiên c u khoa h c nói chung c ng nh trong b n thân lu n v n này.
Tác gi xin chân thành c m n các th y giáo, cô giáo trong khoa Công trình,
b môn S c b n - K t c u, phòng

ào t o

i h c và Sau đ i h c tr

ng

ih c

Thu L i đã t o đi u ki n giúp đ tác gi v các tài li u, thông tin khoa h c k
thu t và đóng góp nhi u ý ki n quý báu cho lu n v n.
Cu i cùng tác gi xin g i l i c m n chân thành t i gia đình, ban lãnh đ o
Công ty C ph n t v n xây d ng Nông nghi p và Phát tri n nông thôn và Công ty
TNHH m t thành viên

u t phát tri n Th y L i Sông Nhu n i tác gi công tác,

các đ ng nghi p và b n bè đã đ ng viên, t o m i đi u ki n thu n l i đ tác gi hoàn
thành lu n v n.
Tuy nhiên do th i gian nghiên c u c ng nh trình đ còn h n ch nên lu n
v n không th tránh kh i nh ng t n t i và thi u sót, tác gi r t mong nh n đ

cm i

ý ki n đóng góp, trao đ i chân thành c a các th y cô và các quý v quan tâm. Tác
gi r t mong nh ng v n đ còn t n t i s đ

c tác gi phát tri n

m c đ nghiên

c u sâu h n góp ph n đ a nh ng ki n th c khoa h c vào ph c v s n xu t.
Hà N i, tháng 5 n m 2015
Tác gi

Bùi Anh Tu n


L I CAM OAN
Tên tôi là Bùi Anh Tu n, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a
riêng tôi. Nh ng n i dung và k t qu trình bày trong lu n v n là trung th c và ch a
đ

c ai công b trong b t k công trình nghiên c u nào.
Hà N i, tháng 5 n m 2015
Tác gi

Bùi Anh Tu n


M CL C
M

U .................................................................................................................1

CH

NG 1: T NG QUAN....................................................................................3

1.1. T ng quan v tr m b m hi n nay ........................................................................3
1.2. T ng quan v tr m b m chìm...............................................................................6
1.3. M t s v n đ th
1.4. u, nh

ng g p ph i khi thi t k tr m b m.......................................16

c đi m c a các lo i tr m b m..............................................................17

1.4.1. Các tr m b m truy n th ng ............................................................................17
1.4.2. Các tr m b m chìm ........................................................................................17
CH

NG 2:CÁC PH

NG PHÁP NGHIÊN C U TR NG THÁI

NG

SU T – BI N D NG C A TR M B M CHÌM ................................................19
2.1. Các ph

ng pháp nghiên c u tr ng thái ng su t – bi n d ng ..........................19

2.1.1. Các ph
2.1.2. Ph

ng pháp nghiên c u .........................................................................19

ng pháp ph n t h u h n........................................................................19

2.2. Phân tích ng su t – bi n d ng c a công trình b ng ph
h n

ng pháp ph n t h u

...............................................................................................................22

2.2.1. C s lý thuy t ..............................................................................................22
2.2.2. Tính k t c u theo mô hình t

ng thích .........................................................23

2.3. Phân tích và l a ch n mô hình n n cho bài toán ...............................................29
2.3.1. Khái ni m v mô hình n n .............................................................................29
2.3.2. Mô hinh n n bi n d ng c c b (mô hình n n Winkler) .................................30
2.3.3. Mô hình n n n a không gian bi n d ng tuy n tính ........................................32
2.3.4. Mô hình l p không gian bi n d ng t ng th ..................................................35
2.4. Gi i thi u ph n m m Ansys ...............................................................................35
2.4.1. L ch s phát tri n............................................................................................35
2.4.2. Kh n ng c a ph n m m Ansys .....................................................................36
2.4.3. Các b
CH

c gi i bài toán b ng ph n m m Ansys ..............................................37

NG 3: NG D NG NGHIÊN C U TÍNH TOÁN TR NG THÁI

NG

SU T – BI N D NG C A TR M B M CHÌM ................................................38


3.1. Gi i thi u chung v công trình tr m b m Xóm Cát, huy n
Hà N i

ng Hòa, thành ph

...........................................................................................................38

3.1.1. M c tiêu đ u t c a d án ..............................................................................38
3.1.2. Quy mô và nhi m v c a d án......................................................................38
3.1.3. Các ch tiêu và thông s k thu t ch y u ......................................................38
3.1.4. V trí đ a lý và đ c đi m đ a hình vùng d án ................................................41
c đi m đ a ch t vùng d án ........................................................................41

3.1.5.

3.2. S d ng ph n m m Ansys đ tính toán tr ng thái ng su t – bi n d ng c a tr m
b m Xóm Cát ...........................................................................................................44
3.2.1. B n v thi t k c t d c và m t b ng nhà tr m................................................44
3.2.2. Mô hình tính toán ...........................................................................................46
3.2.3.

i u ki n đ u vào c a bài toán ......................................................................48

3.2.4. Tr

ng h p tính toán......................................................................................53

3.2.5. K t qu tính toán ............................................................................................54
3.3. Phân tích và nh n xét k t qu tính toán ..............................................................61
3.3.1. K t qu tính toán ............................................................................................61
3.3.2. Nh n xét.

...................................................................................................61

K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................62
1. K t lu n ...............................................................................................................62
2. Ki n ngh ..............................................................................................................63
TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................65


DANH M C HÌNH V
Hình 1. 1: S đ b trí h th ng các công trình tr m b m..........................................4
Hình 1.2: Hình nh tr m b m Vân ình .......................................................................5
Hình 1.3: Máy đ

c l p đ t trong tr m b m Vân ình ..............................................5

Hình 1.4: Máy đ

c l p đ t trong tr m b m Ngo i

2 ...........................................6

Hình 1. 5 Máy b m chìm ki u gi ng ........................................................................11
Hình 1. 6: Máy b m chìm tr c ngang .......................................................................11
Hình 1. 7: Máy b m chìm tr c đ ng .........................................................................12
Hình 1. 8: Lát c t máy b m chìm tr c đ ng .............................................................12
Hình 1.9: S đ t máy b m chìm l p t do có tr c d n h

ng ...............................12

Hình 1. 10: S đ t máy b m chìm l p trong ng ...................................................12
Hình 1.11: Hình nh l p đ t máy b m c a tr m b m chìm Belmont – Australia........13

Hình 1.12: Hình nh tr m b m chìm ..........................................................................13
Hình 1.13: Hình nh ph i c nh tr m b m Phú M – B c Ninh ..................................14
Hình 1.14: B n v c t d c thi t k tr m b m Phú M – B c Ninh .............................14
Hình 1.15: Hình nh ph i c nh tr m b m Hoàng Nguyên – Hà N i ..........................15
Hình 1.16: B n v c t d c thi t k tr m b m Hoàng Nguyên – Hà N i .....................15
Hình 2. 1: S đ gi i bài toán k t c u theo ph

ng pháp PTHH..............................28

Hình 2. 2: Mô hình n n .............................................................................................29
Hình 2. 3: Mô hình n n Winkler ...............................................................................30
Hình 2. 4: Bi n d ng c a n n Winkler và th c t .....................................................31
Hình 2. 5: Phân b

ng su t v i móng tuy t đ i c ng..............................................32

Hình 2. 6: khi d m tách kh i n n ..............................................................................32
Hình 2. 7: Hình d ng lún c a n n là đ

ng cong Hypecbol .....................................33

Hình 2. 8: Hình d ng lún c a n n là đ

ng cong hàm s Logarit ............................34

Hình 2. 9: Thi u xót c a Mô hình n n n a không gian bi n d ng tuy n tính .........34
Hình 3. 1: B n v thi t k c t d c nhà tr m ..............................................................44
Hình 3. 2: M t b ng nhà tr m ...................................................................................45
...................................................................................................................................46

Hình 3. 3: Mô hình không gian 3 chi u tr m b m Xóm Cát ....................................46
Hình 3. 4: Mô hình không gian 3 chi u tr m b m Xóm Cát ....................................47
Hình 3. 5: Mô hình tính toán và chia l

i ph n t . ...................................................48

Hình 3.6: Ph n t solid187........................................................................................50
Hình 3.7: Ph n t link180 .........................................................................................51
Hình 3.8: i u ki n biên đ i x ng ............................................................................52
Hình 3.9: Chuy n v theo ph

ng U x (m) .................................................................54

Hình 3.10: Chuy n v theo ph

ng U y (m)...............................................................55

Hình 3.11: Chuy n v theo ph

ng U z (m) ................................................................55

Hình 3. 12: Chuy n v t ng U (m) ............................................................................56
Hình 3. 13:

ng su t S x (T/m2).................................................................................56

Hình 3. 14:

ng su t S y (T/m2) .................................................................................57

Hình 3. 15:

ng su t S z (T/m2) .................................................................................57

Hình 3. 16:

ng su t chính S 1 (T/m2).......................................................................58

Hình 3. 17:

ng su t chính S 3 (T/m2).......................................................................58

Hình 3. 18: Chuy n v theo ph

ng U x (m)..............................................................59

Hình 3. 19: Chuy n v theo ph

ng U y (m)..............................................................59

Hình 3. 20: Chuy n v theo ph

ng U z (m) ..............................................................60

Hình 3.21: Chuy n v t ng U (m) .............................................................................60
Hình 3.22:

ng su t kéo chính và nén chính S 1 , S 3 (T/m2) ......................................61

1

M

U

1. Tính c p thi t c a đ tài
Tài nguyên n

c là thành ph n ch y u c a môi tr

thành công trong các chi n l

ng s ng, quy t đ nh s

c quy ho ch, k ho ch phát tri n kinh t , xã h i, đ m

b o qu c phòng an ninh qu c gia. Hi n nay d

i tác đ ng c a hi n t

khí h u toàn c u và tác đ ng khai thác c a con ng

ng bi n đ i

i ngu n tài nguyên thiên nhiên

quý hi m và quan tr ng này đang ph i đ i m t v i nguy c ô nhi m và c n ki t.
M t trong các bi n pháp kh c ph c v n đ trên là xây d ng nh ng h th ng

công trình thu l i h p lý nh m đi u ti t, b o t n và phát tri n ngu n tài nguyên
quý giá này. Trên th c t đã xu t hi n các công trình nh các c ng đi u ti t; c ng
l yn

c; tr m b m, đ p…nh m ph c v m c đích trên. Nh ng đ xây d ng đ

c

nh ng công trình thu l i có quy mô l n chúng ta c n nghiên c u đ y đ các y u t
nh h

ng đ n s b n v ng và n đ nh c a công trình đ có nh ng c s lý lu n

v ng ch c, t đó giúp cho con ng

i thi t k , xây d ng đ

c nh ng công trình an

toàn, hi u qu .
Ngày nay, các công trình th y l i không ch đ m b o m c tiêu an toàn và hi u
qu mà còn ph i quan tâm h n đ n v n đ th m m nh t là đ i v i các công trình
đ u m i nh h đ p, th y đi n, tr m b m, c u c ng,...
H ng thì công trình đ u m i tr m b m t
công trình đ
d nđ
th

vùng đ ng b ng sông

i, tiêu ngày càng phát tri n m nh, nhi u

c xây d ng v i quy mô l n và v n đ th m m c a công trình đang

c quan tâm, các công trình này không ch là m t công trình th y l i thông

ng mà nó còn là đ a đi m tham quan du l ch, chính vì v y mà các công trình

nh tr m b m chìm đã ra đ i. Tuy nhiên vi c nghiên c u v tr m b m chìm còn
khá ít d n đ n g p nhi u khó kh n khi thi t k , xây d ng công trình.
tài: “Xác đ nh tr ng thái ng su t – bi n d ng c a tr m b m chìm theo
mô hình không gian b ng ph
và th c ti n trong chi n l

ng pháp ph n t h u h n” có ý ngh a khoa h c

c phát tri n ngành th y l i và thúc đ y quá trình công

nghi p hóa, hi n đ i hóa n n nông nghi p n

c nhà.


2

2. M c đích c a đ tài
Xác đ nh tr ng thái ng su t – bi n d ng c a tr m b m chìm, qua đó đánh giá
đ

c tác đ ng c a các b ph n công trình lên nhau. Dùng làm tài li u tham kh o khi

thi t k tr m b m chìm
3. Cách ti p c n và ph

ng pháp nghiên c u

Ti p c n tr c ti p ho c gián ti p thông qua các t ch c, cá nhân khoa h c hay
các ph

ng ti n thông tin đ i chúng đ n m đ

các ph

ng pháp tính toán.

c t ng quan v tr m b m chìm và

T đó nh n th y r ng khi thi t k tr m b m chìm các ph
nay còn t

ng đ i đ n gi n, th

ph ng ch a th đánh giá đ
th

ng pháp tính hi n

ng là ch xét bài toán ph ng. Vi c ch xét bài toán

c h t tác đ ng c a các b ph n công trình v i nhau nên

ng gây lãng phí v m t kinh t . Vì v y v i đ tài “ Xác đ nh tr ng thái ng su t

– bi n d ng c a tr m b m chìm theo mô hình không gian b ng ph
t h u h n” tác gi s gi i quy t đ

c các nh

ng pháp ph n

c đi m v a nêu trên.

Thu th p, phân tích đánh giá các tài li u liên quan, các quy ph m h
tính toán k t c u t đó đ a ra ph

ng d n

ng pháp nghiên c u tính toán tr ng thái ng su t

c a tr m b m chìm.
Ph

ng pháp nghiên c u lý thuy t k t h p v i đúc rút kinh nghi m th c t ,

d a trên ch d n tính toán c a các quy trình quy ph m, s d ng mô hình toán và các
ph n m m ng d ng.
4. K t qu d ki n đ t đ
N m v ng ph
b ng ph

c

ng pháp tính toán ng su t - bi n d ng c a tr m b m chìm

ng pháp ph n t h u h n.
a ra k t qu nghiên c u v tr ng thái ng su t - bi n d ng c a tr m b m

chìm; đánh giá đ

c tác đ ng c a các b ph n tr m b m chìm v i nhau


3

CH

NG 1: T NG QUAN

1.1. T ng quan v tr m b m hi n nay
N

c có vai trò không th thi u đ i v i cu c s ng c a con ng

phân b c a n
ng

i, mà s

c không đ ng đ u trên b m t trái đ t nên mu n s d ng n
n

i luôn ph i tìm cách khai thác.

c ta, t đ i x a do yêu c u c p thi t c a

s n xu t và đ i s ng , ông cha ta đã bi t dùng các d ng c đ n gi n đ đ a n
đ ng ru ng, đó là các lo i g u sòng, g u giai, gu ng, xe n
Ngoài các công c t

c con

c lên

c...

i t p đ n gi n nh trên thì trong th i k Pháp thu c

m t s n i c ng đã dùng máy b m n

cđ t

i ru ng. Ta có th k đ n tr m b m

S n Tây b t đ u xây d ng t n m 1928 đ n n m 1932 hoàn thành, l p 3 máy b m
ly tâm tr c đ ng ch y b ng đ ng c d u, l u l
r i rác
C

các huy n Nam

ng vào kho ng 9m3/s, ngoài ra n m

àn, H ng Nguyên t nh Ngh An và Lâm Thao, S n

ng, V nh Phúc c ng có các tr m b m t 1 đ n 4 máy nh ng đ u ch y b ng

đ ng c d u. Sau Cách m ng Tháng 8, nhi u tr m b m đ

c xây d ng và khôi ph c

l i, các máy móc m i đ u nh p t Liên Xô (tr tr m b m S n Tây).
Ngày nay máy b m và các công trình tr m b m đ

c dùng r t r ng rãi trong

đ i s ng và các ngành kinh t qu c dân. Trong công nghi p, máy b m đ
đ cung c p n

c dùng

c cho các lò cao, h m m , nhà máy... b m d u trong công nghi p

khai thác d u m ... Trong k ngh ch t o máy bay, trong nhà máy đi n nguyên t
và ngay c k ngh ch t o tên l u v tr c ng có dùng các lo i máy b m. Trong
đ i s ng máy b m dùng c p n

c s ch cho nhu c u n u ng c a con ng

súc... Riêng vi c dùng máy b m đ b m t

i, gia

i và tiêu úng ph c v nông nghi p là r t

ph bi n và có t m quan tr ng r t l n.
V i s phát tri n c a khoa h c k thu t đã cho ra đ i nh ng máy b m r t
hi n đ i, có kh n ng b m hàng v n m3 ch t l ng trong m t gi và công su t đ ng
c tiêu th t i hàng nghìn kW, cùng v i đó là s t đ ng hóa r t cao.
t ođ

c nh ng máy b m có l u l

Nga đã ch

ng Q = 40 m3/s, công su t đ ng c N = 14.300

kW và có d án ch t o đ ng c đi n kéo máy b m v i công su t N = 200.000 kW.


4

M t h th ng công trình c a tr m b m th

ng bao g m các b ph n nh

hình1.1, tùy thu c vào v trí, đ a hình, nhi m v ... c a t ng h th ng mà s có hay
không có m t b ph n nào đó:

Hình 1. 1: S đ b trí h th ng các công trình tr m b m
1 - Công trình l y n c

4 - B t p trung n c
7 - B tháo

2 - Công trình d n n
5 - Nhà máy b m
8 - Kênh tháo

c

3 - B l ng cát
6 - ng đ y
9 - Công trình nh n n

c

Công d ng c a các b ph n nh sau:
- Công trình c a l y n
- Công trình d n n
trung n

c tr

c 1, l y n

c t ngu n (l y t sông, h , kênh d n...);

c 2, có nhi m v đ a n

c nhà máy b m. Công trình d n n

ct c al yn

cv b t p

c có th là kênh d n, đ

ng ng

d n ho c xi phông. Trên công trình d n có th có b l ng cát 3, n u có lu n ch ng
th a đáng;
- B t p trung n
đ

c 4 n m tr

ng d n v i công trình nh n n
- Công trình nh n n

c nhà máy b m, nó có nhi m v n i ti p

c (B hút) c a nhà máy sao cho thu n dòng;

c 9 (B hút) l y n

c t b t p trung và cung c p n

c

cho ng hút ho c ng t ch y vào máy b m;
- Nhà máy b m 5, đây là n i đ t các t máy b m và các thi t b ph c đi n;

-

ng ng áp l c ( ng đ y) 6, đ a n

- Công trình tháo 7 (B x ) nh n n
phân ph i n

c t máy b m lên công trình tháo 7;
ct

ng đ y, làm n đ nh m c n

c cho kênh d n 8 ho c công trình nh n n

c.

c,


5

* M t s hình nh tr m b m trong n

c hi n nay:

- Tr m b m Vân ình- Hà N i: Thu c huy n ng Hòa, thành ph Hà N i. Tr m
b m g m 28 t máy b m h n l u tr c đ ng, l u l

ng m i t máy là 8.000 m3/h.

Hình 1.2: Hình nh tr m b m Vân ình

Hình 1.3: Máy đ

c l p đ t trong tr m b m Vân ình


6

- Tr m b m Ngo i

2: Thu c huy n

ng Hòa, thành ph Hà N i. Tr m

b m g m 05 t máy b m h n l u tr c đ ng, l u l

Hình 1.4: Máy đ

ng m i t máy là 22.000 m3/h.

c l p đ t trong tr m b m Ngo i

2

1.2. T ng quan v tr m b m chìm
Ta bi t hi n nay tr m b m chìm đã đ

c s d ng r ng rãi trong nhi u l nh

v c trong cu c s ng nh :
- Thi t b x lý n

c th i cho Thành ph , cho các khu dân c , nhà cao t ng,

khách s n và các khu công nghi p; cho các khu x lý rác th i c ng: Lo i b m
chuyên dùng là CP, cùng v i các máy x c khí, máy khu y...
- Nông nghi p thu l i: ph c v l y n
t i các sông ngòi n i có đ chênh l n v m c n

ct

i - tiêu, r t c đ ng khi áp d ng

c gi a mùa m a và mùa khô.

- B m dùng cho các công trình bi n, dàn khoan d u, các c ng bi n; l y n

c

bi n vào trong các đ m, tr i nuôi tr ng thu s n và các khu công nghi p s n xu t


7

mu i do b m đ

c ch t o b ng v t li u đ c bi t có các l p áo b o v đ ch ng l i s

n mòn cao trong n

-L yn

c m n, tr c và bánh xe công tác đ

c làm b ng thép không r .

c thô t sông, su i, h cho các nhà máy x lý n

sinh ho t và c p n

c s ch, c p n

c

c cho các khu vui ch i gi i trí.

- i u ti t l v i các tr m b m tiêu có công su t l n.
- Tháo khô h móng t i các công tr
máy. Tháo khô

ng xây d ng c u đ

s a ch a tàu bi n. Hút bùn trong đ

ng, xây d ng nhà

ng h m tuy-nen, n o vét,

kh i thông lu ng l ch t i các c ng sông, bi n.
- Công tác tháo khô t i các m khoáng s n l thiên và h m lò.

Nhi u hãng trên th gi i đã đ u t nghiên c u sâu v nâng cao tu i th , đ
b n, kh n ng làm vi c theo nguyên lý t đ ng hóa c a thi t b c ng nh nâng cao
ch t l

ng th y l c ph n d n dòng c a b m chìm, nghiên c u các k t c u m i

nh m t ng công su t c a m i t máy b m N = 10.000KW, c t áp H = 600-800 m,
l ul

ng Q = 40.000m3/h. Lý thuy t tính toán thi t k máy b m chìm đã đ t đ

c

nhi u thành t u l n, đ c bi t, v ph n tính toán k t c u các lo i tr m b m chìm ki u
ly tâm, dòng chéo và h

ng tr c (k c tr c ngang và tr c đ ng) v i c u t o g i đ

ch u l c, h th ng làm kín c gi i, bôi tr n và làm mát. Lý thuy t tính toán đang
đ

c hoàn thi n và phát tri n. Nói chung lý thuy t tính toán ph n d n dòng máy

b m chìm không có gì quá khác bi t so v i tính toán d n dòng các b m cánh d n
thông th
là n

ng. Tuy nhiên, do đ c đi m đ t chìm trong môi tr

c s ch, ch t l ng th i, hóa ch t, n

ng ch t l ng (có th

c bùn cát... v i nhi t đ khác nhau) hay

trong đi u ki n th c t khác nhau nh b m t các gi ng khoan sâu vài tr m mét
(b m gi ng sâu), b m n

c ph c v làm mát

các nhà máy đi n nguyên t , b m

chìm ph c v cho công tác khai thác d u khí... s đòi h i các ph

ng pháp tính toán

đ c bi t khác nhau v i nh ng l u ý đ c thù.
Các b m chìm ph c v cho nông nghi p và thoát n
(đ xít th p, kích th

c các v t c ng trong n

c th i lo i bình th

ng

c th i không quá l n...) s cho phép


8

s d ng lo i b m chìm ki u cánh d n truy n th ng và ph n tính toán lý thuy t s
đ n gi n h n nhi u so v i b m chìm ph c v các m c đích đ c bi t đã nêu.
Các n

c ASEAN và Châu Á đã có nhi u liên doanh, liên k t v i các Hãng

b m l n trên th gi i trong nghiên c u, thi t k và ch t o các ki u b m chìm v i
các lo i công su t khác nhau và đ t k t qu t t. Rút kinh nghi m
nghi p phát tri n, các n

các n

c công

c ASEAN và Châu Á c ng s d ng r t r ng rãi các máy

b m chìm, đ u t cho nghiên c u, thi t k và ch t o các lo i b m chìm ph c v
n i tiêu và xu t kh u đ t hi u qu cao. Nguyên nhân d n đ n tình hình trên là do
tính u vi t c a tr m b m chìm: công trình tr m đ n gi n, r t phù h p v i các vùng
có s thay đ i m c n

c nhi u, nhanh, đ t ng t và đ c bi t là không gây ti ng n.

Ngoài ra, b m chìm cho phép s d ng v i m c đ t đ ng hóa cao r t thu n l i khi
l cl

ng lao đ ng ít.
T i Vi t Nam, máy b m chìm công su t l n, c t áp cao

sâu c p n
nghi p đã đ

d ng b m gi ng

c cho các khu dân c ph c v đ i s ng dân sinh ho c các nhà máy, xí
c s d ng

ki u gi ng sâu l u l

Vi t Nam t nh ng n m 1960-1970. Các máy b m chìm

ng nh , c t áp cao th

ng nh p

n

C ng hòa Séc...). Cho đ n nay, máy b m chìm s d ng

c ngoài (Nga, Bungary,
Vi t Nam ph c v t

i

tiêu trong nông nghi p còn quá ít (ch a quá 100 t máy các lo i) v i công su t N =
10-320KW. Nguyên nhân chính d n đ n tình tr ng trên là do giá thành các b m
chìm quá cao trong khi giá tr s n ph m nông nghi p th p, ngu n v n ngân sách
Nhà n

c l i h n ch . Ngoài ra, b n thân các nhà qu n lý, nh ng ng

máy b m và tr m b m ch a đ

i khai thác

c chu n b đ y đ ki n th c cho vi c ti p nh n lo i

máy b m này nh m đ t hi u qu cao. B Nông nghi p và Phát tri n nông thôn đã
b t đ u chú ý nh p các b m chìm ki u ly tâm, dòng chéo và h
công su t l n N max = 320KW, l u l
trong nông nghi p t các n

ng tr c m t c p

ng l n Q max = 16.000 m3/h ph c v t

c: Th y i n,

c,

n

i tiêu

, Hàn Qu c, .... Sau m t s

n m đ a vào s d ng trong th c t , có th rút ra m t s k t lu n v máy b m chìm:
các máy b m chìn làm vi c t t, n đ nh; công trình tr m r t đ n gi n, đ c bi t phù
h p và hi u qu đ i v i vùng sông h có s thay đ i m c n

c nhi u và nhanh đ t


9

ng t. Kinh nghi m c ng ch rõ ch t l
thi t b máy b m chìm c a Th y

ng máy c a m i n

i n, Hungary,

cđ

c có khác nhau. Các
c đánh giá cao còn các

máy b m chìm c a Hàn Qu c có k t c u đ n gi n h n nh ng c n chú ý đ n m t s
nh

c đi m khi s d ng.
Tuy v y, nh ng n m qua c ng th y rõ nhi u v n đ t n t i đ i v i ngành ch

t o máy b m. B m chìm công su t l n, l u l
n

ng l n ph c v nông nghi p và thoát

c th i còn quá m i m đ i v i Vi t Nam, k c cán b k thu t chuyên ngành

máy th y khí đ n cán b qu n lý, l p đ t và s d ng hay công nhân v n hành, s a
ch a,... H u nh ch a có tài li u k thu t nào v b m chìm chính th c đ
b và ph bi n m t cách bài b n có tính pháp quy, m c dù s l
máy b m chìm đ

c nh p kh u và s d ng

máy các lo i). Nhi u công ty khai thác n

c công

ng và ch ng lo i

Vi t Nam là r t đáng k (hàng ngàn t
c ng m ch y u ch quan tâm đ n tính

toán l a ch n các b m gi ng sâu và nh p kh u máy c a n

c ngoài.

B Nông nghi p và phát tri n nông thôn đã giao cho T ng công ty c đi n
nông nhi p và th y l i nghiên c u và ch u trách nhi m l p đ t h u h t các t máy
b m chìm có công su t l n (N max =320 KW, Q max = 16.000 m3/h) do B nh p kh u
c an

c ngoài ph c v t

i tiêu trong nông nghi p. T ng công ty đã hoàn thành t t

nhi m v nghiên c u tài li u v b m chìm, đ ng c chìm và các thi t b đi u khi n
kèm theo; đã nghiên c u các quy trình công ngh l p đ t máy b m chìm c l n và
tr c ti p ti n hành l p đ t b m chìm đ t k t qu t t. T ng công ty c ng nghiên c u,
thi t k , ch t o các ph tùng nh m b o d

ng, s a ch a, thay th các chi ti t b m

chìm nh p ngo i b h h ng nh m đ m b o cho t t c các máy b m ho t đ ng bình
th

ng không c n s can thi o c a chuyên gia n

c ngoài.

Hi n nay, trong nông nghi p đang s d ng các máy b m h

ng tr c, ly tâm và

dòng chéo ki u tr c ngang, tr c đ ng và tr c đ t nghiêng v i các thông s công su t
đ ng c đi n r t ph bi n (N = 0,15 - 650KW, s vòng quay n = 300 - 2900v/phút).
V i các máy b m chìm và đ ng c chìm đ

c thi t k và ch t o trong n

c

ch c ch n s h giá thành s n ph m t máy và cho phép ch đ ng cung c p thi t b ,


10

ph tùng thay th .

ây là gi i pháp t i u nh t đ áp d ng r ng rãi các máy b m

chìm vào s n xu t ph c v nông nghi p c ng nh các ngành kinh t khác. Ngoài ra,
đây c ng là bi n pháp c n thi t phát huy n i l c Vi t nam, góp ph n làm gi m kinh
phí nh p kh u, t ng ngo i t xu t kh u, nhanh chóng hòa nh p vàp AFTA trong th i
gian t i, đ c bi t là tham gia vào vi c th c hi n các D án xây l p các tr m b m
chìm theo ngu n v n c a Ngân hàng th gi i WB2, ADB và ODA.
V a qua, Trung tâm nghiên c u, t v n c đi n và xây d ng (REMECO)
thu c T ng công ty C đi n xây d ng Nông nghi p và Th y l i (AGRIMECO) đã
đ

c B Khoa h c và Công ngh giao cho th c hi n 02 đ tài nghiên c u khoa h c

c p Nhà n

c theo Ngh đ nh th v i n

máy b m chìm công su t l n ph c v t

c ngoài v "H p tác nghiên c u ch t o
i tiêu trong nông nghi p" (n m 2001-

2002) và "H p tác nghiên c u ch t o đ ng c đi n chìm N = 37 KW l p v i máy
b m chìm cho nông nghi p" (n m 2003-2004), 02 d án s n xu t th nghi m c p
Nhà n

c v thi t k , ch t o các máy b m chìm ki u ly tâm, h n l u và h

ng tr c

k c ch t o đ ng c đi n chìm công su t N ≤ 75 KW c ng nh thi t k , xây d ng
các tr m l p máy b m chìm. Hàng lo t máy b m chìm đã đ

c ch t o và áp d ng

vào s n xu t đ t k t qu t t.
Tóm l i, máy b m chìm là thi t b c đi n thu c lo i công ngh cao đã đ
s d ng v i s l

c

ng không nh và đang có nhu c u r t l n đ i v i nhi u ngành,

đ c bi t đ i v i nông nghi p và thoát n

c th i. Tuy nhiên, có th kh ng đ nh r ng,

v l nh v c máy b m chìm, Vi t Nam đã b t t h u khá xa so v i các n

c trong

khu v c (Singapor, Thái Lan, Malayxia, Indônêxia) v hi u bi t chuyên sâu trong lý
thuy t tính toán thi t k , công ngh ch t o, quy trình công ngh v l p đ t, v n
hành khai thác qu n lý và s a ch a máy b m chìm, các ki n th c v k t c u các lo i
máy b m chìm và các ki u công trình tr m l p đ t máy b m chìm, có quá ít các tài
li u thông tin, các tài li u k thu t; ch a quan tâm đ y đ đ n công tác b i d

ng

đào t o chuyên ngành v b m và tr m l p b m chìm đ i v i các cán b k thu t,
qu n lý, công nhân lành ngh v ch t o, l p đ t, s a ch a b m chìm.


11

* M t vài hình nh v máy b m chìm và s đ tr m b m chìm:

Hình 1. 5 Máy b m chìm ki u gi ng

Hình 1. 6: Máy b m chìm tr c ngang


12

Hình 1. 7: Máy b m chìm tr c đ ng

Hình 1. 8: Lát c t máy b m chìm tr c đ ng

Hình 1.9: S đ t máy b m chìm l p

Hình 1. 10: S đ t máy b m chìm l p

t do có tr c d n h

ng

trong ng

13

* M t vài hình nh v tr m b m chìm:
- Tr m b m nông nghi p t i
Belmont – Australia: Tr m b m g m
06 t máy b m chìm tr c đ ng ký hi u
Amacan P 1200-870/25010 UAG1 do
T p đoàn AMACAN c a

c s n

xu t. L u l

ng m i t

máy là

2,5m3/s, c t n

c b m 8,0m, đ ng c

công su t 250kw.

Hình 1.12: Hình nh tr m b m chìm
Belmont – Australia

Hình 1.11: Hình nh l p đ t máy b m c a tr m
b m chìm Belmont – Australia

14

- Tr m b m Phú M – B c Ninh: Thu c huy n Thu n Thành, t nh B c Ninh
công trình đang đ
đ ng. L u l

c đ u t xây d ng. Tr m b m g m 05 t máy b m chìm tr c

ng m i t máy là 9.500 m3/h, c t n

c b m 7,15m.

Hình 1.13: Hình nh ph i c nh tr m b m Phú M – B c Ninh

Hình 1.14: B n v c t d c thi t k tr m b m Phú M – B c Ninh


15

- Tr m b m Hoàng Nguyên – Hà N i: Thu c huy n Phú Xuyên, thành ph Hà
N i. Tr m b m g m 03 t máy b m chìm tr c đ ng. L u l

ng m i t máy là

2.165 m3/h.

Hình 1.15: Hình nh ph i c nh tr m b m Hoàng Nguyên – Hà N i

2

5
3

4

3

5

4

5

1
5

5
ký hiÖu ®Þa chÊt

2
1

2

3

2

3
4

4

3

4

5

5

Hình 1.16: B n v c t d c thi t k tr m b m Hoàng Nguyên – Hà N i


16

1.3. M t s v n đ th
-C al yn

ng g p ph i khi thi t k tr m b m

c b b i th

ng g p

tr m b m l y n

c ven sông.

- Tr m b m đ t xa sông l y n

c gây t n kém kinh phí đ n o vét kênh d n.

-C al yn

c b hút quá th p).

c b treo (m c n

- Tr m b m b xói l , b treo.
- nh h

ng do n n móng công trình

- Nh ng nguyên nhân gây ra:
+ i u tra, thu th p thi u tài li u v th y v n công trình.
+ Tính toán sai ch đ th y l c dòng ch y.
+ Thiên nhiên di n bi n ngày càng ph c t p không theo quy lu t, lu ng l ch
d nn

c thay đ i theo th i gian.

+ Khi thi t k các tr m b m không tính lún, khi x y ra lún m i tính ki m tra
ho c ch tính lún c a tr m b m không tính lún c a b hút, b x . Gian t đi n, gian
đi u hành là nh ng b ph n không x lý n n ho c x lý n n ch b ng đ m cát nh t
là các tr m b m có đ a ch t r t x u không x lý n n tri t đ .
+ Ch a tính đ n nh h

ng c a l p đ t đ p sau t

+ Không x lý b ng cùng m t bi n pháp t

ng bên c a b x .

ng x ng ho c do s c k t c a ph n

đ t ti p xúc v i b ph n công trình làm phát sinh l c nén tác đ ng vào công trình.
+ Thi t k bi n pháp tiêu n

c h móng không thích h p.

+ Thi công bi n pháp tiêu n

c h móng không t t, làm h ng s c k t c a đ t

n n công trình.
+ Thi công bi n pháp x lý n n ch a đ m b o ch t l
đ án thi t, đ ch i ch a đ t đ ch i thi t k .

ng và không theo đúng


17

u, nh

1.4.

c đi m c a các lo i tr m b m

1.4.1. Các tr m b m truy n th ng
u đi m:

-

+ Máy b m truy n th ng đ
b od

c s n xu t trong n

c, v n hành thông d ng,

ng đ n gi n;
+ Chi phí thi t b r h n so v i b m chìm.

- Nh

c đi m:

+ Kh i l

ng xây d ng nhà tr m l n, k t c u ph c t p (bao g m t ng hút,

t ng b m, t ng đ ng c ) và kém n đ nh trên n n đ a ch t y u;
+ Chi phí xây d ng t n kém do ph i xây d ng t ng b trí đ ng c , t đi n,
c u tr c;
+

c bi t, không gian ki n trúc khu đ u m i ch t h p, xây d ng tr m b m

m i đ s bên c nh tr m b m c và gi ng nhau v ki n trúc là không phù h p c nh
quan;

1.4.2. Các tr m b m chìm
u đi m:

-

+ K t c u nhà tr m ch có 01 t ng b m nên g n nh và có tính n đ nh cao
h n trên n n đ a ch t y u, đ c bi t t o đ

c m t b ng không gian ki n trúc cho khu

v c đ u m i. Di n tích dành xây d ng nhà tr m nh (ho c không có), cho nên kinh
phí xây d ng và l p đ t cho lo i b m chìm gi m đáng k : vì b m đ
xu ng n

c th chìm

c, không c n nhà tr m, ch y u ch là xây b hút, d n đ n ti t ki m khá

nhi u ti n v n đ u t cho xây l p (kho ng 40-60% so v i các tr m b m tr c ngang,
tr c đ ng l p đ t khô thông th

ng khác).

+ Tr m b m chìm không c n các thi t b ph tr nh van, đ ng h đo áp l c
đ

ng ng, h th ng đ

ng ng đ y ph c t p.


18

+ B m chìm đ
m cn

c phát huy kh n ng làm vi c t t nh t khi đ t t i các n i có

c dao đ ng l n gi a hai mùa l và mùa ki t. Khi mùa l đ n, m c n

c

sông, h dâng lên cao, không c n ph i di chuy n đ ng c đi n nh các lo i b m
tr c ngang ho c tr c đ ng khác.
+ Ti t ki m đi n n ng tiêu th : vì môi tr
máy b m, đ ng c c a máy b m đ

ng n

c n i v i bánh xe công tác b ng m t tr c ng n,

nên hi u su t c a máy b m cao, có th ti t ki m đ
th so v i các lo i b m thông th

c xung quanh đã làm mát

c t 30 - 45 % đi n n ng tiêu

ng khác.

+ Tu i th c a máy b m chìm cao, vì tr c ng n, không có hi n t

ng rung,

l c và h n n a đ đ ng tâm hoàn toàn chính xác gi a tr c đ ng c , tr c truy n và
bánh xe công tác d n đ n các vòng bi c a máy b m b n, th i gian s d ng vòng bi
thông th

ng là 10.000 gi t i 15.000 gi . Ví d , m t tr m b m t

i, hay l y n

c

thô v n hành kho ng 1.500 t i 2.000 gi /n m thì sau kho ng 7 - 8 n m m i ph i
thay vòng bi.
+ D l p đ t và v n hành, công tác b o d
máy đ nh k th

ng đ n gi n, th i gian b o d

ng 2 - 3 n m m t l n, do v y c ng ti t ki m đ

ng

c kho ng 75 %

chi phí trong công tác qu n lý (ti t ki m th i gian do máy móc hi n đ i, h s an
toàn c a tr m b m cao), v n hành, thao tác đ n gi n, gi m s công nhân v n hành d n đ n ti t ki m nhân công.
+ Khi v n hành máy b m không ph i m i n
gi liên t c vì là b m chìm trong n
n

c nên đ

c. B m đ

c phép ch y 24/24

c làm mát b i chính môi tr

c. Khi b m ch y không gây ra ti ng n.
+ R t an toàn trong các công trình tr ng đi m, mang tính qu c gia.
- Nh

c đi m

+ Giá thi t b thay th khá cao so v i các dòng b m khác s n xu t trong n
+B od

ng đòi h i công nhân ph i có trình đ tay ngh cao.

c.

ng

19

CH

NG 2: CÁC PH

NG PHÁP NGHIÊN C U TR NG THÁI NG SU T –

BI N D NG C A TR M B M CHÌM
2.1. Các ph

ng pháp nghiên c u tr ng thái ng su t – bi n d ng

2.1.1. Các ph

ng pháp nghiên c u

Có r t nhi u ph

ng pháp nghiên c u tr ng thái ng su t – bi n d ng c a

công trình trên n n đ t. M i ph

ng pháp đ u có nh ng u nh

c đi m riêng. Vi c

áp d ng là d a vào yêu c u, tính ch t, m c đ c a bài toán đ t ra.

Các ph

ng pháp tính toán hi n hành bao g m:

+ Ph

ng pháp gi i tích

+ Ph

ng pháp s

+ Ph

ng pháp th c nghi m

Do n i dung c a đ tài là nghiên c u tr ng thái ng su t – bi n d ng c a
công trình theo mô hình không gian b ng ph
nh ng ph

ng pháp c a ph

ng pháp s ), ph

ng pháp ph n t h u h n (m t trong
ng pháp này đã có nhi u ph n m m

u vi t ng d ng đ gi i quy t nên tác gi xin trình bày n i dung c a ph

ng pháp

ph n t h u h n.

2.1.2. Ph

ng pháp ph n t h u h n

2.1.2.1. N i dung ph
Ph

ng pháp ph n t h u h n [9]

ng pháp ph n t h u h n ra đ i vào cu i nh ng n m 1950 nh ng r t ít

đ

c s d ng vì công c toán h c còn ch a phát tri n. Vào cu i nh ng n m 1960,

ph

ng pháp này đ c bi t phát tri n nh vào s phát tri n nhanh chóng và d d ng

r ng rãi c a máy tính đi n t .
h nđ

c coi là ph

n nay có th nói r ng ph

ng pháp ph n t h u

ng pháp có hi u qu nh t đ gi i các bài toán c h c v t r n

nói riêng và các bài toán c h c môi tr
khí l c h c, bài toán v t tr

ng liên t c nói chung nh các bài toán th y

ng và đi n tr

ng..v.v..

M t trong nh ng u đi m n i b t c a ph

ng pháp ph n t h u h n là d