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

Nội dung text: 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

1. 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, 3 lưu lượng Q =(15÷42)m /h, hiệu suất máy bơm đạt ηb = (27÷60)%, tốc độ gió V= (3÷7)m/s. Từ khóa: Bơm, tuabin, số cánh. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * ở một số đơn vị sản xuất muối hiện nay tại các Thị trường tiêu thụ và xuất khẩu muối ở nước vùng ven biển miền Trung (Nguyễn Minh Tuấn và ta hiện nay là rất lớn. Nghĩa là, nhu cầu cơ giới nnk, 2020), nhóm tác giả nhận thấy, chỉ cần sử hóa, hiện đại hóa trong sản xuất muối là rất cần dụng máy bơm nước có công suất N ≥ 1,0 kW sẽ 3 thiết, trong đó có các thiết bị phục vụ cấp nước đảm bảo bơm với lưu lượng Q = (10÷15) m /h, cột mặn chạy bằng sức gió, phục vụ cho dây chuyền áp H=(1÷1,5)m đáp ứng đầy đủ yêu cầu thực tế sản xuất muối. Tuy vậy, chúng ta đã không có sự đặt ra. Khi đó, động cơ gió chỉ cần có công suất quan tâm cần thiết cho việc nghiên cứu, thiết kế, N ≥ 1kW để lắp đặt với máy bơm nước mặn nêu chế tạo và sử dụng các thiết bị liên quan đến gió. trên là đạt yêu cầu. Đối với công nghệ sản xuất muối theo phương Khi thiết kể tổ máy bơm – động cơ gió, một pháp phơi nước, dung tích nước mặn được tích trữ trong những thông số quan trọng ảnh hưởng nhiều tại các khu ruộng với diện tích phổ biến khoảng đến hiệu suất làm việc của máy là số cánh và tỷ lệ F=(1÷5) ha. Sau giai đoạn tích nước mặn từ trạm giữa số cánh bơm và số cánh động cơ gió. Đã có bơm cấp 1 (bơm nước biển vào ô chứa) sẽ sử dụng nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề này được các máy bơm nước mặn để bơm nước lên, chiều công bố trong các tài liệu (Sujoy Chakraborty et cao địa hình đến mặt ô thường nhỏ, dao động từ al, 2012). Các nghiên cứu trên đã tìm ra được các (0,5÷1,0)m. Nghĩa là, nhu cầu sử dụng các máy phương án thiết kế tối ưu bao gồm số cánh tối ưu bơm hút và cấp nước mặn thường dùng là các tổ và các thông số hình học của bánh công tác. Tuy máy công suất nhỏ, cột áp thấp. Trên cơ sở khảo nhiên, rất khó áp dụng cho các dạng máy khác do sát nhu cầu cấp nước mặn và địa hình ruộng muối các thông số tính toán và các điều kiện áp dụng chưa được công bố rõ ràng và đầy đủ. Trong 1 Trường Đại học Thủy lợi nước, đã có một số công trình nghiên cứu về động 2 Trung tâm nghiên cứu tư vấn và chuyển giao công nghệ máy thủy khí cơ điện gió (Nguyễn M. T., 2014; Trịnh & Lê, KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021) 53
2. 2006). Tuy vậy, kết quả nghiên cứu đạt được của bơm, cần đặc biệt chú ý đến trị số mô men tạo ra các công trình nghiên cứu còn rất hạn chế. Cho của rôto tại thời điểm ban đầu. Nghĩa là, tuabin đến nay, vẫn chưa có thiết bị điện gió nào đạt mức gió của nghiên cứu cần khởi động ở tốc độ gió là sản phẩm hàng hoá, cho phép sản xuất hàng loạt thấp V 2m/s. Để đảm bảo được điều này, số lá phục vụ nhu cầu đời sống trong nước. cánh của tuabin gió phải chọn số lá cánh lớn hơn, Bài báo này kết hợp giữa tính toán lý thuyết tức là Ztb =(4÷16) lá cánh. Tuy nhiên, nếu Z càng với mô phỏng số 3D và có kiểm chứng thực lớn thì tỷ lệ tốc độ đầu cánh λp càng thấp dẫn đến nghiệm để phân tích và đánh giá ảnh hưởng của số đường kính bánh công tác càng lớn, kết cấu cồng cánh bơm và số cánh động cơ gió đến hiệu suất kềnh. Vì vậy, bài báo này sẽ đi sâu nghiên cứu của tổ máy bơm – tuabin gió. Qua đó đã xác đinh ảnh hưởng của số lá cánh bơm và số cánh động cơ được bộ thông số tối ưu về số cánh bơm và số gió trục ngang với các phương án số lá cánh động cánh động cơ cho một mô hình cụ thể được ứng cơ gió là Ztb = 4 và 6 và số cánh bơm Z thay đổi từ dụng tại Hòn Khói (Khánh Hòa). Đây là lần đầu 2 đến 6. tiên ở Việt Nam đã tự thiết kế, chế tạo được máy Trong nghiên cứu này, hệ thống máy bơm ly bơm ly tâm cột nước thấp sử dụng động cơ gió tâm – tuabin gió được thiết kế gắn liền giữa lý phục vụ bơm nước biển cho sản xuất muối. thuyết tính toán truyền thống, kết hợp với phần 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG mềm mô phỏng hiện đại và được kiểm nghiệm PHÁP NGHIÊN CỨU thông qua các kết quả thí nghiệm hiện trường. Đối với khu vực duyên hải miền Trung (Khánh Phần mềm CFD (Computational Fluid Dynamics) Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận), vận tốc gió trung – tính toán động lực học chất lưu có sự trợ giúp bình trong khoảng Vgió,tb = (6÷8) m/s, do đó, có thể của máy tính được lựa chọn để mô phỏng. CFD là chọn loại động cơ gió có số cánh là 3. Khi đó, hệ một công cụ hiệu quả để dự đoán hiệu suất, đánh số công suất của máy sẽ đạt trị số cao nhất Cp,tb = giá phân bố vận tốc, áp suất và dễ dàng hiệu chỉnh 0,49 (Nguyễn Ngọc, 2012). Tuy nhiên, đối với các thiết kế (Massinissa et al, 2011). Trong quá trình động cơ gió dùng để chạy máy bơm nước, cách thiết lập bài toán mô phỏng, mô hình rối k -ε được lựa chọn số cánh có nhiều khác biệt. Nguyên nhân lựa chọn để tính toán vì đây là mô hình đầy đủ và chính dẫn đến sự khác biệt là các động cơ gió làm tương đối đơn giản với độ chính xác khá tốt. Đây việc tại các cánh đồng muối với số vòng quay là mô hình bán thực nghiệm dựa trên các phương không ổn định, phụ thuộc hoàn toàn vào tình hình trình chuyển động rối với năng lượng động học rối gió của nơi lắp đặt tổ máy bơm– tuabin gió. Ngoài k và tỷ lệ khuyếch tán của nó ε. Mô hình k -ε sử ra, một đặc điểm rất quan trọng của bơm ly tâm là dụng hai giả thiết quan trọng là dòng chảy rối tại điểm làm việc, với số vòng quay của rôto (nb = hoàn toàn và bỏ qua ảnh hưởng của độ nhớt phân 0), lưu lượng bơm (Qb =0), công suất thủy lực tử. Lưới có cấu trúc được sử dụng cho toàn miền (Ntl,b = 0). Các trị số Qb và Ntl,b sẽ tăng dần theo tỉ tính toán và được kiểm tra hội tụ cho các phương lệ với sự gia tăng của số vòng quay rôto. Đối với án. Điều kiện biên “velocity inlet” được sử dụng vận tốc gió ở cánh đồng muối Hòn Khói (Khánh tại cửa vào của ống hút và điều kiện biên Hòa) nói riêng và các vùng duyên hải miền Trung “pressure outlet” được sử dụng tại cửa ra của nói chung, vận tốc gió trung bình cũng nằm trong buồng xoắn với áp suất tĩnh được áp đặt bằng khoảng Vgió,tb = (6÷8) m/s, có thể chọn số vòng không (P = 0Pa). Điều kiện biên lăn không trượt quay định mức của bơm nước mặn là nb = được áp đặt tại các tường rắn và hàm biên rắn tiêu (150÷300) v/ph (Nguyễn Minh Tuấn và nnk, chuẩn (standard wall function) được sử dụng để 2020). Để duy trì được sự hoạt động ổn định của tính toán năng lượng động năng dòng rối và tần số bơm nước mặn với việc dùng năng lượng gió kéo tiêu tán dòng rối tại biên tường rắn. Liên kết vận 54 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
3. tốc – áp suất được giải thông qua thuật toán có các thông số đã được khảo sát và lựa chọn SIMPLE. Hạng tử đối lưu được xấp xỉ bởi sai phù hợp vơi tình hình thực tế các tỉnh miền phân tiến (upwind), và hạng tử khuếch tán được Trung Việt Nam (Nguyễn Minh Tuấn và nnk, xấp xỉ bởi sai phân trung tâm bậc 2. 2020) như bảng 1. Sau khi tính toán và thiết kế 3. CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH theo lý thuyết (Lê Danh Liên, 2011), các thông TÍNH TOÁN số kỹ thuật chính của bánh công tác máy bơm ly Một hệ thống máy bơm ly tâm lắp với động tâm LTM 20-1,2 được cho như bảng 2, hình 1, cơ gió phục vụ cấp nước mặn cho sản xuất muối hình 2 và hình 3. Bảng 1. Các thông số đầu vào tính toán Thông số Đơn vị Giá trị Cột nước H m 1 ÷1,5 Lưu lượng Q m3/h 10 ÷15 Số vòng quay trục bơm nb v/ph 150 ÷ 300 Công suất động cơ gió N kW 1,2 Bảng 2. Các thông số hình học chính của máy đã thiết kế Thông số Đơn vị Giá trị Đường kính ngoài cửa vào bánh công tác D0 mm 150 Đường kính mép vào bánh công tác D1 mm 160 Đường kính mép ra bánh công tác D2 mm 470 Chiều rộng tiết diện kinh tuyến tại cửa vào b1 mm 60 Chiều rộng tiết diện kinh tuyến tại cửa ra b2 mm 23 0 Góc nghiêng lá cánh β1,0 12 0 Góc dòng chảy bao lá cánh β1 17 Hình 1. Kích thước cơ bản của bánh công tác máy Hình 2. Biên dạng prôphin cánh bánh bơm ly tâm nước mặn, trục đứng LTM 20-1,2 công tác máy bơm ly tâm nước mặn 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
4. 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN các trường hợp máy bơm có số lá cánh: Z = 2, 4.1 Kết quả xác định số cánh bơm Z 3, 4, 5 và 6 cánh. Một số kết quả điển hình 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 b) 3 cánh c) 5 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 Hình 6. Kết quả mô phỏng hiệu suất máy bơm 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 2 lá Đối với trường hợp máy bơm ly tâm có 3 lá cánh (Hình 4a), thông qua hình ảnh mô phỏng cho cánh. Hình 4b cho thấy tình hình dòng chảy trong thấy dòng chất lỏng phân bố không đều, có hiện hệ thống dẫn dòng được cải thiện hơn so với tượng rối dòng tại vị trí chuyển tiếp của máng dẫn, trường hợp 2 lá cánh. Tại vị trí chuyển tiếp của 56 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
5. 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 thay đổi so với 2 trường hợp trên. Đây cũng là gió ztb Bảng 3. Kết quả tính toán 2 phương án số cánh của động cơ gió (Ztb=4 và 6) Ztb=4 Ztb=6 Mặt Cắt r (m) φº βº λr C (m) λo λr C (m) λo 1 0,25 53,77 47,27 0,40 0,7 4,0 0,30 0,60 3,0 2 0,475 34,30 27,80 0,76 0,66 4,0 0,57 0,63 3,0 3 0,7 24,46 17,96 1,12 0,54 4,0 0,84 0,56 3,0 4 0,925 18,83 12,33 1,48 0,45 4,0 1,11 0,48 3,0 5 1,15 15,26 8,76 1,84 0,38 4,0 1,38 0,42 3,0 6 1,375 12,81 6,31 2,20 0,32 4,0 1,65 0,36 3,0 7 1,6 11,03 4,53 2,56 0,28 4,0 1,92 0,32 3,0 8 1,825 9,68 3,18 2,92 0,27 4,0 2,19 0,29 3,0 9 2,05 8,62 2,12 3,28 0,25 4,0 2,46 0,26 3,0 10 2,50 7,77 1,27 3,64 0,23 4,0 2,73 0,23 3,0 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
6. 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 4.3 Kết quả thử nghiệm hệ thống máy bơm loại động cơ gió trục ngang công suất nhỏ ly tâm cột nước thấp chạy bằng động cơ gió (1÷3)kW với số lá cánh là Ztb= 4 và 6. Các kết quả Cánh đồng muối Nghĩa Phú, huyện Nghĩa cho dưới Bảng. 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 58 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
7. 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 8. Biểu đồ quan hệ P(V) Hình 9. Đường đặc tính H(Q) và Ntr (Q) của tuabin gió của máy bơm ly tâm 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
8. Bảng 4. Bảng thông số thử nghiệm tổ máy tuabin gió – máy bơm ly tâm 5. KẾT LUẬN Lần đầu tiên ở Việt Nam đã tự thiết kế, chế 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 3 Q=(15÷42)m /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. 60 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 73 (3/2021)
9. 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 3 =(15÷42)m /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