Bơm cột nước thấp phục vụ thủy lợi ở Việt Nam được nghiên cứu nhiều năm nay tại Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. Đã có nhiều đề tài, nhiều loại bơm được ứng dụng vào thực tế. Những năm gần đây một số loại kết cấu mới của bơm cột nước thấp được nghiên cứu ứng dụng. Những dạng kết cấu mới này có thêm nhiều tính năng ưu việt đáp ứng được nhu cầu cải tạo nâng cấp hay xây dựng mới các dự án tưới tiêu, đặc biệt cho đồng bằng sông Cửu Long.

 

Đặt vấn đề

Bơm cột nước thấp là các bơm có dao động cột áp dưới 10m với lưu lượng lớn, thường được sử dụng cho các mục đích tưới tiêu cho nông nghiệp hoặc tiêu nước cho các khu công nghiệp hoặc các đô thị.       

Như chúng ta đã biết, bơm phục vụ tưới tiêu ở Việt Nam chiếm một vị trí quan trọng trong canh tác nông nghiệp. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân, cho đến nay hầu hết các loại máy bơm, các trạm bơm ở khắp các tỉnh thành trong cả nước đều có nhiều vấn đề cả về chất lượng, phụ tùng thay thế, công tác bảo dưỡng, quản lý vận hành khai thác, hiệu quả sử dụng... Nhìn chung, cần phải  nghiên cứu cụ thể, để có thể có được những giải pháp từng bước cải thiện hiệu quả cho từng loại máy bơm đã và đang được sử dụng cho tưới tiêu nông nghiệp.

Các trạm bơm được xây dựng qua nhiều thời kỳ, hầu hết trong thời kỳ chiến tranh, thiết bị lắp đặt đa dạng do nhiều cơ sở trong nước sản xuất và nhập khẩu của nhiều nước, chủ yếu như: Liên Xô, Hunggary, Rumany... thời gian sử dụng đã nhiều năm, sửa chữa nhiều lần, hầu như không còn được các chỉ tiêu kỹ thuật như cũ.

Để tiếp tục duy trì, củng cố và phát huy các trạm bơm đã xây dựng, đồng thời định hướng cho kế hoạch tiếp tục xây các trạm bơm mới, việc nghiên cứu cải tiến công nghệ và kết cấu bơm cũng như trạm là rất cần thiết .

Mục tiêu của bài viết là xin được giới thiệu tóm tắt bước đầu một số kết quả nghiên cứu về bơm cột nước thấp của Viện Bơm và Thiết bị Thuỷ lợi một số  kiến nghị nhằm phát huy hiệu quả của các kết quả nghiên cứu đã đạt được đáp ứng yêu cầu của sản xuất nông nghiệp.

1. Bơm hướng trục loại buồng xoắn

Cho tới nay, tổng số máy bơm của các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ và bắc Khu 4 cũ là 13.305 máy, riêng máy bơm loại 4000m3/h hướng trục trục ngang có 796 máy. Những máy bơm 4000m3/h hướng trục trục ngang có nhiều nhược điểm như:

- Bơm phải mồi nước

- Phải thường xuyên bơm mỡ cho ổ chịu tải ở phần cánh hướng

- Hiệu suất bơm thấp trên dưới 60 %.

- Khi làm việc ở chế độ tưới thường bị xâm thực

- Bơm không bền, thường sau một vụ lại phải sửa chữa trục và bạc

- Các tiêu chuẩn về độ rung, ồn ... không đảm bảo

Với những nhược điểm trên, các máy bơm loại 4000m3/h hướng trục trục ngang thường không được ưu chuộng, xu hướng chung là đề nghị cải tạo nâng cấp thành trục đứng, điển hình là tỉnh Thái Bình, tỉnh Hải Dương nhiều trạm đang có kế hoạch cải tạo nâng cấp. Giá thành cải tạo thành trục đứng rất cao, hầu như không sử dụng được các công trình cũ ngoài trạm biến thế. Các trạm bơm đã cải tạo thành trục đứng đều phải phá bỏ trạm cũ, thay máy. Đây là một việc làm rất lãng phí.

Phải cải tạo và nâng cấp các loại trạm bơm này như thế nào trong tình hình kinh tế và kỹ thuật hiện nay có nên đập đi để làm lại để lắp máy 4000m3/h trục đứng không? Phải làm sao để 796 máy bơm 4000m3/h hướng trục đặt ngang được cải tạo một cách hợp lý nhất, hiệu quả nhất và mang lại được nhiều tính năng tốt nhất của các loại bơm trục ngang. 

Mục tiêu ban đầu nghiên cứu công nghệ bơm hướng trục buồng xoắn chỉ nhằm cải tiến cho bơm 4000m3/h trục ngang. Tuy nhiên, sự thành công của công nghệ này sẽ đem lại sự ứng dụng rộng rãi cho tất cả các loại bơm hướng trục nói chung.

Nghiên cứu thành công các loại bơm hướng trục dùng buồng xoắn sẽ là bước ngoặt trong việc cải tạo nâng cấp các trạm bơm cũ, vừa tiết kiệm, vừa thuận tiện trong vận hành sửa chữa. Nhưng quan trọng nhất là tạo ra một loại bơm mới có thể làm linh hoạt hơn khả năng ứng dụng, tạo điều kiện thuận lợi cho công tác tư vấn có nhiều phương án để lựa chọn thiết kế trạm bơm và máy bơm .

Bơm HT3600-5 được nghiên cứu chế tạo và lắp đặt thành công tại trạm bơm Văn Đức ở Hải Dương; Bùi Hạ ở Nam Định đã chứng minh một số ưu điểm nổi bật của loại bơm hướng trục dùng buồng xoắn: kết cấu gọn, dễ vận hành sửa chữa, hiệu suất cao, công trình trạm rẻ tiền, thuận tiện cho việc cải tạo nâng cấp cho các trạm bơm 4000m³/h trục ngang...

1.1.Kết quả đạt được bước đầu của bơm hướng trục loại buồng xoắn

1.1.1.Một số hình ảnh qua phần mềm Fluent

              Áp suất tĩnh trên bầu và cánh bơm 4000 m³/h cải tiến Phân bố vận tốc trên mặt cắt dọc buồng xoắn

1.1.2.Các thông số bơm HT3600-5 cải tiến

Kết quả đo thông số máy bơm HT3600-5

Bơm HT3600-5 lắp cho trạm bơm Văn Đức, Hải Dương

2. Bơm hướng trục loại capsule có tỷ tốc cao

2.1. Nhu cầu nghiên cứu bơm loại capsule có tỷ tốc cao

Ngành công nghiệp chế tạo máy bơm đã đạt được nhiều thành tựu trong nghiên cứu lý thuyết cơ bản, thiết kế kết cấu, công nghệ chế tạo và đã áp dụng vào sản xuất nhiều loại máy bơm. Máy bơm hướng trục cột nước thấp đã được nghiên cứu và cũng đạt được một số kết quả, đặc biệt là các bơm phục vụ nông nghiệp và thoát nước thải. Các bơm hướng trục cột nước thấp được nghiên cứu và thiết kế chế tạo hiện nay thường có cột nước H từ 2m đến 20m, với lưu lượng Q lớn đến 100.000 m3/h.

Để phân biệt các loại bơm người ta dựa vào số vòng quay đặc trưng hay còn gọi là tỷ tốc ns, Những bơm hướng trục được nghiên cứu thiết kế và chế tạo sử dụng hiện nay thường có ns nằm trong phạm vi từ 450v/ph đến 1000v/ph. Những bơm có ns lớn hơn 1000v/ph thường gọi là bơm có tỷ tốc cao.

Bơm hướng trục cột nước thấp tỷ tốc cao được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế, đặc biệt là vấn đề tiêu thoát nước ở các đô thị, ở các khu công nghiệp, khu vực đồng bằng ven biển, hoặc để chuyển nước các lưu vực…

Phần lớn máy bơm và trạm bơm sử dụng trong tưới tiêu cho nông nghiệp ở nước ta đa số tập trung ở các vùng đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng ven biển Miền Trung. Nhiều trạm bơm hiện nay đang hoạt động với hiệu suất chỉ trên dưới 50%, thậm chí có trạm chỉ dưới 40%. Một trong các nguyên nhân đó là: Hầu hết các trạm bơm tiêu, nhất là ở khu vực đồng bằng ven biển, có cột nước tiêu chỉ từ 1m - 2m,  trong khi đó các bơm được lắp ở đây thường từ 4m - 5m, thậm chí có trạm lắp đến 9m. Các bơm phù hợp loại cột nước này có ns lớn hơn 1000v/ph.

Những năm gần đây mực nước sông Hồng vào mùa khô thường xuống thấp, thấp hơn cả mực nước min thiết kế bể hút của các trạm bơm tưới ở ven sông. Xu hướng trong những năm tới khả năng này vẫn còn xuất hiện, thống kê sơ bộ hiện nay có 506 trạm bơm lấy nước tưới được lắp ven sông Hồng với lưu lượng trên 7000m3/h, ở Hà Nội có 33 trạm, chưa tính đến rất nhiều các trạm bơm nhỏ dưới 7000m3/h và các trạm bơm do các hợp tác xã tự làm. Một trong những giải pháp xử lý là nghiên cứu chế tạo các loại bơm có cột nước thấp làm nhiệm vụ tiếp nước vào mùa kiệt, các bơm này có ns lớn hơn 1000v/ph.

Những nhu cầu này đặt ra những nhu cầu nghiên cứu mới về các loại bơm có ns cao hơn 1000v/ph.

Đặc điểm của loại bơm capsule có tỷ tốc cao là hiệu suất không cao. Thông thường các loại cánh có tỷ tốc cao có hiệu suất chỉ trên dưới 75%. Vì vậy, kết cấu bơm capsule có tỷ tốc cao phải đảm bảo tổn thất qua bơm là nhỏ nhất.

2.2. Một số kết quả NC về bộ dẫn dòng bơm loại capsule có tỷ tốc cao

2.3. Một số ứng dụng của bơm hướng trục loại capsule

Bơm hướng trục chìm loại capsule tỷ tốc cao lắp trên cửa van để tiêu nước qua đê

3. Một số kiến nghị và những giải pháp nhằm phát huy hiệu quả của các kết quả nghiên cứu đã đạt được

Các kết quả trên đây là những kết quả nghiên cứu bước đầu, cần phải được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện tiếp trong những đề tài và dự án tiếp theo để thực sự đáp ứng được nhu cầu của thực tế.

Những kết quả nghiên cứu nói chung sau giai đoạn R-D thường vẫn còn nhiều thiếu sót cần phải được nghiên cứu tiếp trong giai đoạn dự án P. Để đạt được hiệu quả tốt, phát huy được tính liên tục và ý tưởng của tác giả giai đoạn R-D, theo chúng tôi giai đoạn P không nên đấu thầu mà nên giao cho chủ nhiệm đề tài đã thực hiện giai đoạn R-D.

Những công trình nghiên cứu ra các sản phẩm hàng loạt rất khó để giữ bản quyền. Do đó, loại đề tài nghiên cứu ra sản phẩm hàng loạt nên có dự án ứng dụng để giao cho chủ nhiệm đề tài để chủ nhiệm đề tài có cơ hội cải tiến hoàn thiện vừa có điều kiện thu hồi vốn.

Tác giả: TS. Phạm Văn Thu - Viện Bơm và Thiết bị Thủy lợi