Nghiên cứu khoa học - Nghiên cứu và chế tạo máy bơm nước phục vụ cho nhà cao tầng dùng năng lượng gió

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 136 NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÁY BƠM NƯỚC PHỤC VỤ CHO NHÀ CAO TẦNG DÙNG NĂNG LƯỢNG GIÓ RESEARCHING AND MANUFACTURING THE WIND POWER WATER PUMP FOR MULTI – STORY BUILDINGS SVTH: Đinh Hiếu Đức, Huỳnh Bá Hùng Lớp 05N2, Trường Đại học Bách khoa GVHD: PGS.TS. Nguyễn Bốn Khoa Công Nghệ Nhiệt – Điện Lạnh, Trường Đại học Bách khoa TÓM TẮT Trong thực tế, máy bơm nước phục vụ cho đời sống và sản xuất tiêu tốn rất nhiều điện. Mục đích của đề tài là nghiên cứu và chế tạo máy bơm nước phục vụ cho nhà cao tầng dùng năng lượng gió. Máy bơm nước dùng năng lượng gió có rất nhiều ưu điểm, nó sẽ thay thế máy bơm nước dùng điện và được ứng dụng rộng rãi khắp nơi như: khu vực dọc bờ biển, hộ gia đình, những vùng chưa có điện. Ngoài ra, nó còn được ứng dụng tưới tiêu trong nông nghiệp. ABSTRACT In reality, water pumps for life and manufacture are very electricity-consuming. This article is aimed at manufacturing the wind power water pump for multi-story buildings. Wirh a lot of strong points, this device will replace electric water pumps and will be appbled nationwide such as: coastal regions, families or non-electricity regions. Besides, this device can be applied in agriculture irrigation. 1. Đặt vấn đề Hiện nay, năng lượng đang là chủ đề “nóng” không chỉ trong phạm vi từng Quốc gia mà đã trở thành vấn đề lớn mà thế giới phải đối mặt. Các nguồn năng lượng hoá thạch trên thế giới đang cạn kiệt dần. Do đó, con người đã và đang nghiên cứu, ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo để đáp ứng được nhu cầu thiếu hụt năng lượng hiện nay. Ở Việt Nam, hiện tại và tương lai việc thiếu hụt năng lượng ngày càng trầm trọng, tình trạng thiếu hụt điện ngày càng thể hiện rõ nét và giá điện ngày càng leo thang. Vì thế, việc ứng dụng năng lượng gió phục vụ đời sống và sản xuất là một việc làm rất cấp thiết hiện nay. Dự án “Nghiên cứu và chế tạo máy bơm nước phục vụ nhà cao tầng dùng năng lượng gió” là cần thiết, góp phần tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường cho Quốc gia. 2. Nội dung 2.1. Các yêu cầu để bơm nước cho nhà cao tầng - Khối lượng nước yêu cầu một ngày, với 8 giờ làm việc là 700 lít. - Nước cấp cho nhà được dùng vào việc: tắm, giặt,vệ sinh, phun sương …v.v. Cột áp đẩy là 10 m. Tốc độ gió là 3 m/s. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 137 2.2. Sơ đồ nguyên lý của bơm nước 2.2.1. Cấu tạo của bơm 2.2.2. Nguyên lý làm việc Khi gió tác động vào cánh quạt Savonius thì làm cho quạt quay, truyền động cho 2 ổ bi quay và làm trục quay. Do bơm được nối với dây kéo thông qua ròng rọc và vòng dẫn hướng nên bơm chuyển động lên xuống. Mỗi một vòng quay của quạt bao gồm chuyển động lên và xuống của bơm dao động. Khi bơm chuyển đi xuống do lực quán tính và lực đẩy của nước làm cho viên bi chuyển động đi lên, ngược lại bơm lại chuyển động đi xuống tạo thành khoảng hở. Vì thế nước sẽ đi vào bơm qua khe hở này. Khi bơm được kéo lên nhờ lực quán tính, trọng lượng của nước và viên bi làm cho viên bi chuyển động đi xuống đóng kín miệng dưới của bơm và nước được điền đầy vào bơm. Cứ như thế quá trình hoạt động diễn ra liên tục mỗi khi có gió tác động vào cánh quạt. Bơm được nối với ống nước mềm và được dẫn lên tới bồn chứa nước. 2.2.3. Ưu điểm và nhược điểm của bơm nước bằng năng lượng gió a. Ưu điểm Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ sửa chữa Momen khởi động nhỏ, do đó có thể hoạt động ở vận tốc gió thấp. Bơm có tuổi thọ cao. Độ tin cậy khi vận hành cao, bơm nước với cột áp khá cao. Giá thành rẻ. Hình 1: Hình chiếu đứng của bơm nước dùng năng lượng gió 1: Trục; 2: Ổ bi; 3: Vòng đệm bulông; 4: khuy dẫn hướng; 5: Ròng rọc; 6: Dây kéo; 7: Bơm dao động Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 138 b. Nhược điểm Bơm có cột áp cao nhưng có lưu lượng nhỏ. Yêu cầu chất lỏng làm việc phải sạch. 2.3. Kết cấu quạt Quạt Savonius gồm ba tầng cánh, mỗi tầng cánh đặt lệch nhau 120 0 nên hạn chế được điểm chết và đón gió từ mọi hướng thổi vào. 2.4. Kết cấu bơm dao động : 2.4.1. Cấu tạo Hình 3: Cấu tạo của bơm dao động 1 : Cây ti nối với dây không dãn; 2 : Ống nối với ống mềm; 3 : Ống chữ T; 4 : Thân bơm 5 : dẫn hướng ; 6 : Hòn bi sắt . Hình 2: Hình không gian và hình chiếu bằng quạt Savonius Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 139 2.4.2. Nguyên lý làm việc: Khi có gió tác động vào quạt sẽ làm quạt quay, quạt quay sẽ làm dây kéo chuyển động lên xuống thông qua ròng rọc và vòng dẫn hướng. Do dây kéo được mắc vào bơm nên cùng kéo bơm chuyển động tịnh tiến lên xuống theo phương thẳng đứng. Khi bơm chuyển đi xuống do lực quán tính và lực đẩy của nước làm cho viên bi chuyển động đi lên, ngược lại bơm lại chuyển động đi xuống tạo thành khoảng hở. Vì thế nước sẽ đi vào bơm qua khe hở này. Khi bơm được kéo lên nhờ lực quán tính, trọng lượng của nước và viên bi làm cho viên bi chuyển động đi xuống đóng kín miệng dưới của bơm và nước được điền đầy vào bơm. Qúa trình cứ diễn ra liên tục khi có gió tác động và nước được bơm lên bồn. 2.5. Mô hình thực tế 2.6. Kết quả thí nghiệm Bảng 1: Kết quả thí nghiệm bơm nước bằng năng lượng gió Số thứ tự Tốc độ gió ( m/s) Tốc độ vòng quay ( vòng/phút) Cột áp ( mH 2 O) Lưu lượng ( lít/giờ) Lưu lượng ( lít/ngày) 1 2,7 86 1 12 96 2 3 96 1 18 144 3 3,3 105 1 30 240 Kết quả này chưa đúng với tính toán lý thuyết do hiệu suất bơm dao động còn thấp. Hình 4: Bố trí cánh quạt Savonius Hình 5: Kết cấu quạt Savonius Hình 6: Bỏm dao động được cố định Hình 7: Bộ phận đỡ ổ bi Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 140 3. Kết luận Ứng với tốc độ gió càng cao thì lượng nước bơm được càng tăng, nhưng đến một tốc độ gió giới hạn thì phải ngừng bơm vì vận tốc quá cao thì ổ đỡ trục sẽ bị hỏng. Do thời gian và kinh phí hạn chế nên bơm dao động thiết kế chưa đúng với hiệu suất của bơm. Do vậy, muốn bơm nước đạt hiệu quả thì cần phải nghiên cứu thêm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn Việt Nam 4088-1985. [2] GS. TS. Peter Werner, Năng lượng gió và ứng dụng chương trình đào tạo hợp tác quốc tế Việt Nam - CHLB Đức về Năng Lượng Gío, ĐHBK Đà Nẵng 16-20/11 năm 2009. [3] Animesh Dutta, Energy, Asian Institute Of Technology, Basics Of Wing Energy Technology, July 06/2006. [4] The World Bank Asia Alternative Energy Program, True Wind Solution, LLC Albany Newyork, Wind Energy Resource Atlas Of Southeast Asia, September 2001. [5] Jean-Luc menet, Nachida Bourabaa Increase in the savonius rotors efficiency via a parametric in vestigation, Ecole national superiuere D’Ngenieurs en informatique mecanique énergestique élestronique De Valencienes (ÉNINAME) – Université De valencienes Le Mont Hony, F-59313 Valencienes Cedex France. [6] http:\\ www.truewind.com [7] http:\\ www.winpower.com [8] http:\\ www.winpower-monthly.com