Nghiên cứu, lựa chọn số lá cánh máy bơm ly tâm cột áp thấp và số lá cánh động cơ gió cho hệ thống máy bơm nước mặn sử dụng năng lượng gió phục vụ sản xuất muối cho vùng ven biển
BÀI BÁO KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN SỐ LÁ CÁNH MÁY BƠM LY TÂM CỘT
ÁP THẤP VÀ SỐ LÁ CÁNH ĐỘNG CƠ GIÓ CHO HỆ THỐNG MÁY BƠM
NƯỚC MẶN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ PHỤC VỤ SẢN XUẤT MUỐI
CHO VÙNG VEN BIỂN
Nguyễn Thị Nhớ1, Nguyễn Minh Tuấn2, Nguyễn Văn Bày2
Tóm tắt: Bài báo này tập trung phân tích ảnh hưởng của số cánh bơm ly tâm và số cánh của động cơ
gió đến các đặc tính thủy lực cho một hệ thống máy bơm ly tâm cột nước thấp chạy bằng động cơ gió
(ký hiệu LTM 15 – 1,2kW), phục vụ bơm nước biển cho sản xuất muối. Đây là mô hình đã lắp đặt và
ứng dụng tại Hòn Khói (Khánh Hòa). Năm phương án số cánh bơm bao gồm 2,3,4,5 và 6 cánh và hai
phương án số cánh tuabin gió là 4 và 6 đã được khảo sát. Kết quả cho thấy số cánh bơm là 5 và số cánh
tuabin gió là 6 cho hiệu suất tổ máy tuabin gió – máy bơm là tốt nhất, đảm bảo khả năng cung cấp nước
mặn cho diện tích ruộng muối F=(1÷2) ha. Các kết quả sau đó được kiểm chứng thực nghiệm tại hiện
trường cho thấy máy bơm thiết kế đạt được các thông số thiết kế bao gồm: Cột nước H=(1,1÷1,75)m,
lưu lượng Q =(15÷42)m3/h, hiệu suất máy bơm đạt ηb = (27÷60)%, tốc độ gió V= (3÷7)m/s.
Từ khóa: Bơm, tuabin, số cánh.
ở một số đơn vị sản xuất muối hiện nay tại các
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
*
vùng ven biển miền Trung (Nguyễn Minh Tuấn và
nnk, 2020), nhóm tác giả nhận thấy, chỉ cần sử
dụng máy bơm nước có công suất N ≥ 1,0 kW sẽ
đảm bảo bơm với lưu lượng Q = (10÷15) m3/h, cột
áp H=(1÷1,5)m đáp ứng đầy đủ yêu cầu thực tế
đặt ra. Khi đó, động cơ gió chỉ cần có công suất
N ≥ 1kW để lắp đặt với máy bơm nước mặn nêu
trên là đạt yêu cầu.
Thị trường tiêu thụ và xuất khẩu muối ở nước
ta hiện nay là rất lớn. Nghĩa là, nhu cầu cơ giới
hóa, hiện đại hóa trong sản xuất muối là rất cần
thiết, trong đó có các thiết bị phục vụ cấp nước
mặn chạy bằng sức gió, phục vụ cho dây chuyền
sản xuất muối. Tuy vậy, chúng ta đã không có sự
quan tâm cần thiết cho việc nghiên cứu, thiết kế,
chế tạo và sử dụng các thiết bị liên quan đến gió.
Đối với công nghệ sản xuất muối theo phương
pháp phơi nước, dung tích nước mặn được tích trữ
tại các khu ruộng với diện tích phổ biến khoảng
F=(1÷5) ha. Sau giai đoạn tích nước mặn từ trạm
bơm cấp 1 (bơm nước biển vào ô chứa) sẽ sử dụng
các máy bơm nước mặn để bơm nước lên, chiều
cao địa hình đến mặt ô thường nhỏ, dao động từ
(0,5÷1,0)m. Nghĩa là, nhu cầu sử dụng các máy
bơm hút và cấp nước mặn thường dùng là các tổ
máy công suất nhỏ, cột áp thấp. Trên cơ sở khảo
sát nhu cầu cấp nước mặn và địa hình ruộng muối
Khi thiết kể tổ máy bơm – động cơ gió, một
trong những thông số quan trọng ảnh hưởng nhiều
đến hiệu suất làm việc của máy là số cánh và tỷ lệ
giữa số cánh bơm và số cánh động cơ gió. Đã có
nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề này được
công bố trong các tài liệu (Sujoy Chakraborty et
al, 2012). Các nghiên cứu trên đã tìm ra được các
phương án thiết kế tối ưu bao gồm số cánh tối ưu
và các thông số hình học của bánh công tác. Tuy
nhiên, rất khó áp dụng cho các dạng máy khác do
các thông số tính toán và các điều kiện áp dụng
chưa được công bố rõ ràng và đầy đủ. Trong
nước, đã có một số công trình nghiên cứu về động
cơ điện gió (Nguyễn M. T., 2014; Trịnh & Lê,
1 Trường Đại học Thủy lợi
2 Trung tâm nghiên cứu tư vấn và chuyển giao công nghệ
máy thủy khí
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
53
2006). Tuy vậy, kết quả nghiên cứu đạt được của
các công trình nghiên cứu còn rất hạn chế. Cho
đến nay, vẫn chưa có thiết bị điện gió nào đạt mức
là sản phẩm hàng hoá, cho phép sản xuất hàng loạt
phục vụ nhu cầu đời sống trong nước.
bơm, cần đặc biệt chú ý đến trị số mô men tạo ra
của rôto tại thời điểm ban đầu. Nghĩa là, tuabin
gió của nghiên cứu cần khởi động ở tốc độ gió
thấp V 2m/s. Để đảm bảo được điều này, số lá
cánh của tuabin gió phải chọn số lá cánh lớn hơn,
tức là Ztb =(4÷16) lá cánh. Tuy nhiên, nếu Z càng
lớn thì tỷ lệ tốc độ đầu cánh λp càng thấp dẫn đến
đường kính bánh công tác càng lớn, kết cấu cồng
kềnh. Vì vậy, bài báo này sẽ đi sâu nghiên cứu
ảnh hưởng của số lá cánh bơm và số cánh động cơ
gió trục ngang với các phương án số lá cánh động
cơ gió là Ztb = 4 và 6 và số cánh bơm Z thay đổi từ
2 đến 6.
Bài báo này kết hợp giữa tính toán lý thuyết
với mô phỏng số 3D và có kiểm chứng thực
nghiệm để phân tích và đánh giá ảnh hưởng của số
cánh bơm và số cánh động cơ gió đến hiệu suất
của tổ máy bơm – tuabin gió. Qua đó đã xác đinh
được bộ thông số tối ưu về số cánh bơm và số
cánh động cơ cho một mô hình cụ thể được ứng
dụng tại Hòn Khói (Khánh Hòa). Đây là lần đầu
tiên ở Việt Nam đã tự thiết kế, chế tạo được máy
bơm ly tâm cột nước thấp sử dụng động cơ gió
phục vụ bơm nước biển cho sản xuất muối.
Trong nghiên cứu này, hệ thống máy bơm ly
tâm – tuabin gió được thiết kế gắn liền giữa lý
thuyết tính toán truyền thống, kết hợp với phần
mềm mô phỏng hiện đại và được kiểm nghiệm
thông qua các kết quả thí nghiệm hiện trường.
Phần mềm CFD (Computational Fluid Dynamics)
– tính toán động lực học chất lưu có sự trợ giúp
của máy tính được lựa chọn để mô phỏng. CFD là
một công cụ hiệu quả để dự đoán hiệu suất, đánh
giá phân bố vận tốc, áp suất và dễ dàng hiệu chỉnh
thiết kế (Massinissa et al, 2011). Trong quá trình
thiết lập bài toán mô phỏng, mô hình rối k -ε được
lựa chọn để tính toán vì đây là mô hình đầy đủ và
tương đối đơn giản với độ chính xác khá tốt. Đây
là mô hình bán thực nghiệm dựa trên các phương
trình chuyển động rối với năng lượng động học rối
k và tỷ lệ khuyếch tán của nó ε. Mô hình k -ε sử
dụng hai giả thiết quan trọng là dòng chảy rối
hoàn toàn và bỏ qua ảnh hưởng của độ nhớt phân
tử. Lưới có cấu trúc được sử dụng cho toàn miền
tính toán và được kiểm tra hội tụ cho các phương
án. Điều kiện biên “velocity inlet” được sử dụng
tại cửa vào của ống hút và điều kiện biên
“pressure outlet” được sử dụng tại cửa ra của
buồng xoắn với áp suất tĩnh được áp đặt bằng
không (P = 0Pa). Điều kiện biên lăn không trượt
được áp đặt tại các tường rắn và hàm biên rắn tiêu
chuẩn (standard wall function) được sử dụng để
tính toán năng lượng động năng dòng rối và tần số
tiêu tán dòng rối tại biên tường rắn. Liên kết vận
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối với khu vực duyên hải miền Trung (Khánh
Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận), vận tốc gió trung
bình trong khoảng Vgió,tb = (6÷8) m/s, do đó, có thể
chọn loại động cơ gió có số cánh là 3. Khi đó, hệ
số công suất của máy sẽ đạt trị số cao nhất Cp,tb
=
0,49 (Nguyễn Ngọc, 2012). Tuy nhiên, đối với các
động cơ gió dùng để chạy máy bơm nước, cách
lựa chọn số cánh có nhiều khác biệt. Nguyên nhân
chính dẫn đến sự khác biệt là các động cơ gió làm
việc tại các cánh đồng muối với số vòng quay
không ổn định, phụ thuộc hoàn toàn vào tình hình
gió của nơi lắp đặt tổ máy bơm– tuabin gió. Ngoài
ra, một đặc điểm rất quan trọng của bơm ly tâm là
tại điểm làm việc, với số vòng quay của rôto (nb =
0), lưu lượng bơm (Qb =0), công suất thủy lực
(Ntl,b = 0). Các trị số Qb và Ntl,b sẽ tăng dần theo tỉ
lệ với sự gia tăng của số vòng quay rôto. Đối với
vận tốc gió ở cánh đồng muối Hòn Khói (Khánh
Hòa) nói riêng và các vùng duyên hải miền Trung
nói chung, vận tốc gió trung bình cũng nằm trong
khoảng Vgió,tb = (6÷8) m/s, có thể chọn số vòng
quay định mức của bơm nước mặn là nb =
(150÷300) v/ph (Nguyễn Minh Tuấn và nnk,
2020). Để duy trì được sự hoạt động ổn định của
bơm nước mặn với việc dùng năng lượng gió kéo
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
54
có các thông số đã được khảo sát và lựa chọn
phù hợp vơi tình hình thực tế các tỉnh miền
Trung Việt Nam (Nguyễn Minh Tuấn và nnk,
2020) như bảng 1. Sau khi tính toán và thiết kế
theo lý thuyết (Lê Danh Liên, 2011), các thông
số kỹ thuật chính của bánh công tác máy bơm ly
tâm LTM 20-1,2 được cho như bảng 2, hình 1,
hình 2 và hình 3.
tốc – áp suất được giải thông qua thuật toán
SIMPLE. Hạng tử đối lưu được xấp xỉ bởi sai
phân tiến (upwind), và hạng tử khuếch tán được
xấp xỉ bởi sai phân trung tâm bậc 2.
3. CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH
TÍNH TOÁN
Một hệ thống máy bơm ly tâm lắp với động
cơ gió phục vụ cấp nước mặn cho sản xuất muối
Bảng 1. Các thông số đầu vào tính toán
Thông số
Đơn vị
m
Giá trị
1 ÷1,5
Cột nước H
Lưu lượng Q
m3/h
v/ph
kW
10 ÷15
150 ÷ 300
1,2
Số vòng quay trục bơm nb
Công suất động cơ gió N
Bảng 2. Các thông số hình học chính của máy đã thiết kế
Đơn vị
Thông số
Giá trị
150
160
470
60
Đường kính ngoài cửa vào bánh công tác D0
Đường kính mép vào bánh công tác D1
Đường kính mép ra bánh công tác D2
Chiều rộng tiết diện kinh tuyến tại cửa vào b1
Chiều rộng tiết diện kinh tuyến tại cửa ra b2
Góc nghiêng lá cánh β1,0
mm
mm
mm
mm
mm
23
120
Góc dòng chảy bao lá cánh β1
170
Hình 2. Biên dạng prôphin cánh bánh
công tác máy bơm ly tâm nước mặn
Hình 1. Kích thước cơ bản của bánh công tác máy
bơm ly tâm nước mặn, trục đứng LTM 20-1,2
Hình 3. Sản phẩm bánh công tác bơm ly tâm LTM 20-1,2 đã thiết kế
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
55
các trường hợp máy bơm có số lá cánh: Z = 2,
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3, 4, 5 và 6 cánh. Một số kết quả điển hình
4.1 Kết quả xác định số cánh bơm Z
Với máy bơm ly tâm sử dụng động cơ gió cho dưới hình 4, hình 5 và hình 6.
công suất N = 1,2kW, tiến hành mô phỏng cho
a) 2 cánh
c) 5 cánh
b) 3 cánh
Hình 4. Trường phân bố vận tốc dòng chất lỏng trong hệ thống dẫn dòng
a) 2 cánh
b) 3 cánh
c) 5 cánh
Hình 5. Trường phân bố vận tốc dòng chất lỏng trong hệ thống dẫn dòng
theo mặt cắt kinh tuyến bánh công tác
khi ấy, tại vị trí chuyển tiếp, vận tốc dòng chảy rất
thấp, V < 0,5 m/s. Hình 5a cho thấy vùng xoáy
rộng tại khu vực chuyển tiếp của dòng chảy, đây
là nguyên nhân gây ra tổn thất trong máy bơm,
dẫn đến hiệu suất máy bơm giảm. Đặc biệt, tại vị
trí này sẽ dễ gây nên xâm thực trong bơm, dẫn đến
độ bền giảm, máy bơm làm việc không ổn định,
sau một thời gian sẽ bị rung, ồn. Kết quả Hình 6
cho thấy hiệu suất lớn nhất của máy bơm trong
trường hợp 2 lá cánh đạt chỉ đạt ηb2max = 37%. Nói
chung, đối với máy bơm ly tâm công suất nhỏ, cột
áp thấp, hiệu suất này vẫn có thể chấp nhận được.
Đối với trường hợp máy bơm ly tâm có 3 lá
cánh. Hình 4b cho thấy tình hình dòng chảy trong
hệ thống dẫn dòng được cải thiện hơn so với
trường hợp 2 lá cánh. Tại vị trí chuyển tiếp của
Hình 6. Kết quả mô phỏng hiệu suất máy bơm
Đối với trường hợp máy bơm ly tâm có 2 lá
cánh (Hình 4a), thông qua hình ảnh mô phỏng cho
thấy dòng chất lỏng phân bố không đều, có hiện
tượng rối dòng tại vị trí chuyển tiếp của máng dẫn,
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
56
máng dẫn vẫn còn hiện tượng rối dòng, vận tốc tại yếu tố dẫn đến tổn thất của máy bơm. Vì vậy,
góc dưới của máng dẫn cũng chỉ đạt V < 0,5m/s. nhóm tác giả đã xem xét và tính toán để tăng bề
Tuy nhiên, vùng rối không lan rộng như đối với rộng b2 nhằm nâng cao khả năng thoát của dòng
trường hợp Z = 2, vận tốc dòng chảy tại miệng ra chất lỏng tại mép ra, giảm thiểu dòng rối tại vị
của buồng xoắn (thoát ra khỏi bánh công tác) trí này, tăng hiệu suất của máy bơm. Theo kết
(Hình 5b) tăng lên nhiều so với Z = 2, giá trị vận quả mô phỏng Hình 6, hiệu suất lớn nhất của
tốc đạt V= (1,5÷2,5)m/s. Hình 6 cho thấy hiệu máy bơm trong trường hợp 5 lá cánh đạt ηb5max
=
suất lớn nhất của máy bơm trong trường hợp 3 lá 50,2%. Tiếp tục tăng số cánh Z lên 6 cánh thì
cánh đạt ηb3max = 43,8%. Như vậy, trường hợp hiệu suất bắt đầu giảm xuống còn 46,1%. Như
máy bơm sử dụng số lá cánh Z =3, hiệu suất tăng vậy, trường hợp máy bơm sử dụng số lá cánh Z=
lên đáng kể so với máy bơm có Z = 2 ở cùng chiều 5 cho hiệu suất máy là cao nhất. Kết quả mô
cao bơm.
phỏng trên phù hợp với lý thuyết của máy cánh
Kết quả mô phỏng trường hợp số cánh Z = 5 dẫn, nghĩa là, hiệu suất của máy bơm sẽ tăng khi
về tình hình dòng chảy trong bộ phận dẫn dòng tăng số lá cánh và đối với máy bơm lý tưởng, sẽ
(Hình 4c và Hình 5c) cho thấy tại vị trí chuyển có số lá cánh nhiều vô cùng, chiều dày là cánh
tiếp của dòng chảy trong máng dẫn không còn vô cùng mỏng. Khi so sánh với nghiên cứu của
hiện tượng rồi dòng như đối với 2 trường hợp (Sanjay et al, 2014) cho thấy với cùng giá trị về
trên. Tuy nhiên, tại vị trí mép ra của máng dẫn số vòng quay đặc trưng ns thì thông số Z trong
trong trường hợp này lại có hiện tượng dòng bị nghiên cứu đưa ra là phù hợp. Dựa vào kết quả
rối, nguyên nhân có thể do dòng lưu lượng dòng trên, số cánh Z=5 được lựa chọn để tính toán và
chảy tại vị trí miệng ra lớn hơn 2 trường hợp Z thiết kế các bước tiếp theo.
= 2, 3. Tuy vậy, bề rộng tại mép ra (b2) không
4.2 Kết quả tính toán số cánh động cơ
gió ztb
thay đổi so với 2 trường hợp trên. Đây cũng là
Bảng 3. Kết quả tính toán 2 phương án số cánh của động cơ gió (Ztb=4 và 6)
Ztb=4
C (m)
Ztb=6
C (m)
0,60
0,63
0,56
0,48
0,42
0,36
0,32
0,29
0,26
0,23
Mặt Cắt
r (m)
0,25
0,475
0,7
φº
βº
λr
λo
λr
λo
1
2
53,77
34,30
24,46
18,83
15,26
12,81
11,03
9,68
47,27
27,80
17,96
12,33
8,76
6,31
4,53
3,18
2,12
1,27
0,40
0,76
1,12
1,48
1,84
2,20
2,56
2,92
3,28
3,64
0,7
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
0,30
0,57
0,84
1,11
1,38
1,65
1,92
2,19
2,46
2,73
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
0,66
0,54
0,45
0,38
0,32
0,28
0,27
0,25
0,23
3
4
0,925
1,15
1,375
1,6
5
6
7
8
1,825
2,05
2,50
9
8,62
10
7,77
r - bán kính; φ - góc tới; β - góc đặt cánh (góc cơ gió vào sản xuất và phục vụ đời sống dân sinh
giữa dây cung profil và mặt phẳng quay cánh); λ - là sử dụng trực tiếp năng lượng cơ học của tuabin
là tỉ số vận tốc mút cánh; C – chiều dài dây cung gió để chạy máy bơm nước. Trong trường hợp
profil cánh.
này, số cánh của tuabin gió thay đổi từ vài chục
Một trong những ứng dụng phổ biến của động cánh ứng với những tuabin gió tốc độ thấp ứng
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
57
dụng trong việc khai thác nước ngầm đến các tuabin gió. Điều đó có nghĩa là, tùy thuộc vào số
tuabin gió có số cánh phù hợp để kéo máy phát vòng quay của trục ra của tuabin gió hoặc của đối
điện bắt đầu từ 3 cánh đến một cánh. Về mặt khí tượng công tác (cụ thể ở đây là bơm ly tâm cột áp
động học thì số cánh ít sẽ có tổn thất khí động ít thấp, lưu lượng nhỏ) để quyết định số cánh bánh
hơn nhưng lại nảy sinh nhiều vấn đề khác như khả công tác của tuabin gió mà không liên quan đến số
năng cân bằng và dao động của cánh. Trong lá cánh bánh công tác của bơm.
nghiên cứu này, động cơ gió của nghiên cứu là
loại động cơ gió trục ngang công suất nhỏ
(1÷3)kW với số lá cánh là Ztb= 4 và 6. Các kết quả
cho dưới Bảng.
4.3 Kết quả thử nghiệm hệ thống máy bơm
ly tâm cột nước thấp chạy bằng động cơ gió
Cánh đồng muối Nghĩa Phú, huyện Nghĩa
Hưng, tỉnh Nam Định được lựa chọn để thử
Bảng cho thấy các thông số động học của lá nghiệm có các điều kiện gió phù hợp với địa điểm
cánh bánh công tác trong hai trường hợp Ztb = 4 và được ứng dụng sau này của nghiên cứu. Đối với
Ztb = 6 sai khác nhau không nhiều, đặc biệt, góc máy bơm của nghiên cứu, lưu lượng thuộc cỡ nhỏ
tấn và góc đặt cánh trong hai trường hợp này là Q = (10÷15)m3/h, do đó, nghiên cứu sử dụng
như nhau. Chính vì vậy, về nguyên tắc có thể sử phương pháp đo lưu lượng theo nguyên lý chiếm
dụng tùy ý trường hợp Ztb = 4 lá cánh và trường chỗ. Cột áp bơm H=(1÷1,5)m được đo bằng
hợp Ztb= 6 lá cánh để nghiên cứu. Tuy nhiên, để phương pháp đo trực tiếp theo thực tế dòng chảy
đảm bảo khả năng bắt đầu làm việc với vận tốc qua máy bơm. Thiết bị đo tốc độ gió cầm tay GM
gió thấp (vận tốc gió khởi động), tác giả lựa chọn – 8901, thiết bị đo số vòng quay laser không tiếp
phương án Ztb = 6 để nghiên cứu tiếp theo.
xúc đạt chuẩn EU. Thời gian lấy mẫu 0,5s (trên
Trên thực tế, số lá cánh tuabin gió sẽ được lựa 120 vòng/phút). Sơ đồ lắp đặt thí nghiệm được
chọn theo tốc độ gió và số vòng quay của trục thể hiện trên Hình 7.
Hình 7. Sơ đồ lắp đặt hệ thống máy bơm ly tâm – tuabin gió tại xã Nghĩa Phú - huyện Nghĩa Hưng –
tỉnh Nam Định (1.Cống điều tiết nước biển, 2. Hệ thống tuabin gió, 3. Bơm ly tâm)
Đối với tổ máy tuabin gió – bơm ly tâm, đường quả cho trên Hình 8, Hình 9 và Hình 10. Khác với
đặc tính được thể hiện thông qua hai phần: Đường các tổ máy bơm làm việc với động cơ điện có
đặc tính thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc gió (V) công suất và số vòng quay cố định, những máy
và công suất tuabin gió (P) Đường đặc tính thể bơm trong chế độ này có các thông số kỹ thuật
hiện của máy bơm: Ntr(Q); H (Q) và η(Q). Các kết gồm lưu lượng (Q), cột áp (H), hiệu suất có mối
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
58
quan hệ chặt chẽ với nhau. Nghĩa là, với công công suất động cơ gió sẽ tăng và ngược lại (Hình
suất Ntr cố định thì khi Q tăng, H sẽ giảm và sẽ 8). Như vậy, với mỗi trị số của vận tốc gió, bơm
tồn tại điểm làm việc ở đó cho hiệu suất cao nhất sẽ làm việc ở một công suất tương ứng. Do đó,
(điểm làm việc tối ưu). Tuy nhiên, đối với máy đường đặc tính của bơm H(Q), Ntr(Q), η(Q)
bơm chạy bằng năng lượng gió, mối quan hệ này (Hình 9 và Hình 10) thực chất là đường quan hệ
không bị giàng buộc bởi vì công suất của máy chỉ ra sự thay đổi của các thông số kỹ thuật của
bơm (thông qua công suất động cơ gió) sẽ thay bơm trong điều kiện vận tốc gió thay đổi (hay
đổi khi vận tốc gió thay đổi. Vận tốc gió tăng, công suất thay đổi).
Hình 9. Đường đặc tính H(Q) và Ntr (Q)
của máy bơm ly tâm
Hình 8. Biểu đồ quan hệ P(V)
của tuabin gió
Hình 10. Đường đặc tính η(Q) máy bơm ly tâm
Hình 9 trình bày mối quan hệ Ntr(Q) cho thấy máy bơm của đề tài phù hợp với điều kiện làm
khi Q tăng thì Ntr cũng tăng. Với các giá trị công việc với các thông số kỹ thuật: H =(1,1÷1,75)m, Q
suất trên trục của tuabin Ntr đạt được khác nhau =(15÷42)m3/h, hiệu suất máy bơm đạt ηb =
(do tuabin gió tạo ra theo từng trị số vận tốc gió), (27÷60)%, tốc độ gió V= (3÷7)m/s. Với thông số
máy bơm sẽ có điểm làm việc khác nhau. Hình 10 này, máy bơm của nghiên cứu hoàn toàn đáp ứng
trình bày mối quan hệ η(Q) cho thấy máy bơm của được yêu cầu đề ra, nghĩa là, tổ máy tuabin gió –
nghiên cứu phù hợp với điều kiện làm việc với cột máy bơm ly tâm cột áp thấp đảm bảo các thông số
nước thấp. Khi cột nước càng cao (H), lưu lượng kỹ thuật, hoàn toàn đủ điều kiện để ứng dụng vào
càng lớn (Q) thì hiệu suất bơm càng giảm. Kết quả thực tế sản xuất muối theo quy mô hợp tác xã, các
thử nghiệm trong bảng 4 cũng khẳng định rằng, xí nghiệp sản xuất vừa và nhỏ.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
59
Bảng 4. Bảng thông số thử nghiệm tổ máy tuabin gió – máy bơm ly tâm
Lần đầu tiên ở Việt Nam đã tự thiết kế, chế
5. KẾT LUẬN
Bài báo đã phân tích và lựa chọn được số cánh tạo được máy bơm ly tâm cột áp thấp sử dụng
bơm và số cánh của động cơ gió cho tổ máy động cơ gió, phục vụ bơm nước biển cho sản
tuabin gió – máy bơm ly tâm cột áp thấp đảm bảo xuất muối. Tổ máy này đã được triển khai lắp đặt
khả năng cung cấp nước mặn cho diện tích ruộng vào thực tế sản xuất tại xí nghiệp muối xuất khẩu
muối F=(1÷2) ha. Kết quả đã tính toán và xác Hòn Khói (Khánh Hòa) để phục vụ công đoạn
định được số cánh bơm là 5 và số cánh động cơ bơm nước mặn lên ô bay hơi từ kênh dẫn nước.
tuabin là 6 cho hiệu suất tổ máy là lớn nhất. Các Tuy nhiên, nghiên cứu này vẫn còn mới ở Việt
kết quả sau đó đã được kiểm chứng thực nghiệm Nam, cần có thêm những nghiên cứu chuyên sâu
tại hiện trường cho thấy máy bơm thiết kế đạt hơn nữa để chúng ta có thể hoàn toàn làm chủ
được các thông số bao gồm: H =(1,1÷1,75)m, được công nghệ thiết kế, đặc biệt là các vấn đề
Q=(15÷42)m3/h, hiệu suất máy bơm đạt ηb = kỹ thuật về biên dạng lá cánh bánh công tác và
(27÷60)%, tốc độ gió V= (3÷7)m/s.
kết cấu máy bơm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nguyễn, Tuấn Minh, et al., et al. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống máy bơm nước mặn sử
dụng năng lượng gió phục vụ sản xuất muối cho vùng ven biển. Hà Nội : Đề tài cấp bộ, 2020.
Sujoy Chakraborty, K.M. Pandey, Bidesh Roya. Numerical Analysis on Effects of Blade Number
Variations on Performance of Centrifugal Pumps with Various Rotational Speeds. 2012,
International Journal of Current Engineering and Technology, pp. ISSN 2277 - 4106.
Liu Houlin, Wang Yong, Yuan Shouqi, Tan Minggao. Effects of Blade Number on Characteristics of
Centrifugal Pumps.. Jan-March 2012, Journal of Environmental Research And Development, pp.
863-867.
K.M.Pandey, S.Chakraborty and. Numerical Studies on Effects of Blade Number Variations.
International Journal of Engineering and Technology, Vol.3, No.4, August 2011, pp. 410-416.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
60
Nguyễn, Mịch Thế. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống tua bin gió kiểu trục ngang có công suất
trong dải từ 15-20kW. Hà Nội : sn, 2014. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước.
Trịnh, Chất en Lê, Uyển. Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí . Hà Nội : NXB Giáo dục , 2006.
Nguyễn, Ngọc. Điện gió. Hà Nội : Nhà xuất bản Lao Động, 2012.
Massinissa, Djerroud, Guyh, Ngoma Dituba en Walid, Ghie. Numerical identification of key design
parameters enhancingthe centrifugal pump performance: impeller,impeller-volute, and impeller-
diffuser. 2011, ISRN Mechanical Engineering, pp. 1-16.
Lê, Liên Danh. Tính toán thiết kế bánh công tác của bơm ly tâm. Bơm, quạt cánh dẫn. Hà Nội : Nhà
xuât bản Bách Khoa, Hà Nội, 2011, pp. 120-130.
Sanjay, V Jain, et al., et al. Effects of impeller diameter and rotational speed on performance. 2014,
Energy Conversion and Management.
Abstract:
STUDYING AND SELECTING THE BLADES NUMBER OF THE CENTRIFUGAL PUMP
WITH LOW HEAD AND THE WIND ENGINE FOR A SYSTEM OF PUMP USING WIND
TURBINE TO PRODUCE SALT FOR COASTAL AREAS
This paper focuses on analyzing the effects of the number of blades of pump and wind engine on the
hydraulic characteristics of a centrifugal pump using engine wind (LTM 15 – 1,2kW), which is used for
pumping the seawater to produce salt. This is a new model that was installed and applied in Hon Khoi
(Khanh Hoa). Five options of the number of pump blades including 2,3,4,5 and 6 and two options of the
number of wind turbine blades, 4 and 6 were investigated. The results show that the number of pump
and wind turbine blades are 5 and 6 respectively for the maximum efficiency and this system ensures the
ability to provide seawater for the salt field with area F=(1÷2)ha. Then, the results are verified
experimentally. The pump–wind turbine system has parameters: head H=(1,1 ÷1,75)m, rate Q
=(15÷42)m3/h, efficiency ηb =(27÷60)%, wind speed V = (3 ÷ 7) m/s.
Keywords: Pump, Turbine, number of blades.
Ngày nhận bài:
17/12/2020
Ngày chấp nhận đăng: 19/3/2021
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
61
9 trang
10320
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu, lựa chọn số lá cánh máy bơm ly tâm cột áp thấp và số lá cánh động cơ gió cho hệ thống máy bơm nước mặn sử dụng năng lượng gió phục vụ sản xuất muối cho vùng ven biển", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_lua_chon_so_la_canh_may_bom_ly_tam_cot_ap_thap_va.pdf
