MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan 1
Lời cảm ơn 2
Mục lục 3
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 6
Danh mục các bảng 8
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9
MỞ ĐẦU 11
1. Tính cấp thiết của đề tài 11
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 11
3. Tổng quan nội dung nghiên cứu của đề tài 11
4. Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 12
Chương I 13
NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY SÔNG SUỐI VÀ VIỆC SỬ
DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG THIÊN NHIÊN PHỤC VỤ
SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở MIỀN NÚI
1.1 Dòng chảy sông suối – nguồn năng lượng sạch của thiên nhiên 13
1.1.1. Mạng lưới sông suối ở nước ta
13
1.1.2. Thủy chế của sông ngòi Việt nam
14
1.1.3. Dòng chảy sông suối 14
1.1.4. Dòng chảy sông suối Việt Nam và các yếu tố địa lý tác động tới
nó 15
1.2. Nhu cầu cung cấp nước cho sản xuất ở vùng cao
27
1.3. Sử dụng năng lượng dòng chảy sông suối phục vụ đời sống và sản
xuất 29
1.4. Các loại phương tiện cung cấp nước tưới dùng năng lượng dòng chảy
29

vật trôi 52
2.5 Lưu lượng dòng chảy và phương pháp đo 53
2.6. Trang thiết bị đo khảo sát dòng chảy và thí nghiệm bơm 56
Chương III 60
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
VÀ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH
CỦA BƠM XOẮN ỐC
3.1. Cơ sở nguyên lý hoạt động của bơm xoắn ốc 60
3.2. Lý thuyết về quá trình hoạt động của bơm 64
3.2.1. Nguyên lý bơm - áp kế tầng 64
3.2.2. Sự chuyển động của phân đoạn chứa khí và nước 65
3.2.3. Đổ nước ngược 68
3.2.4. Mực nước dâng lên trong các cuộn ống 69
3.2.5. Ống dẫn xả nước 71
3.3. Xây dựng công thức tính thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc 73
3.3.1. Lượng nước gầu múc 73
3.3.2. Lưu lượng bơm 74
3.3.3. Công thức tính độ cao nâng nước tối đa của bơm xoắn ốc 75
3.4. Kết luận 75
Chương IV 77
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
BƠM XOẮN ỐC QUAY BẰNG SỨC NƯỚC DÒNG CHẢY
4.1. Điều tra khảo sát tình hình cây trồng, lượng mưa, sông suối ở một số
tỉnh miền núi phía Bắc, đánh giá khả năng ứng dụng bơm xoắn ốc 77
4.1.1. Điều tra khảo sát tình hình cây trồng hai bên bờ suối 77
4.1.2. Điều tra khảo sát tình hình thời tiết khí hậu mùa khô. Nhu cầu
và khó khăn trong việc tưới nước mùa khô 78
4.1.3. Khảo sát lưu lượng dòng chảy sông suối 78
4.1.4. Đánh giá khả năng ứng dụng ứng dụng bơm xoắn ốc chạy
bằng sức nước dòng chảy 79

xuất nông nghiệp và phục vụ đời sống đồng bào vùng cao (miền núi).
Chương I
NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY SÔNG SUỐI VÀ VIỆC SỬ
DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG THIÊN NHIÊN PHỤC VỤ SẢN
XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở MIỀN NÚI
1.1. Dòng chảy sông suối – nguồn năng lượng sạch của thiên nhiên
1.1.1. Mạng lưới sông suối ở nước ta
Địa hình Việt nam chủ yếu là đồi núi được Tân Kiến Tạo làm trẻ lại do đó có độ
dốc lớn, trên đó lại được nhận lượng mưa khá lớn tập trung vào mùa hạ đã tạo nên
mạng lưới sông ngòi (nước chảy tràn) bao gồm hàng ngàn sông suối lớn nhỏ với hình
dạng, tính chất, hướng chảy khác nhau.
Nước ta có mật độ sông suối dày đặc với 2360 con sông. Trung bình cứ 1km
sông/1km
2
. Tuy nhiên có sự phân bố không đồng đều giữa các nơi: những vùng núi đá
rắn, đá vôi mưa ít có mật độ sông ngòi thấp 0,5km sông/1km
2
. Tại các sườn núi đón
gió, có lượng mưa nhiều, mật độ sông suối khoảng 1,5km sông/1km
2
. Riêng ở khu vực
đồng bằng mật độ khá lớn khoảng 3-4 km sông/1km
2
. Sông có lưu lượng lớn do ở
nước ta có lượng mưa lớn, lưu lượng bình quân là 26.200m
3
/s, tương ứng với tổng
lượng nước là 839 tỉ m
3
/năm (trong số này chỉ có 38,5% được sinh ra trong lãnh thổ

đời sống sinh hoạt phù hợp với đặc điểm từng vùng.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu
1) Khảo sát đặc điểm dòng chảy sông suối về mùa cạn ở một số địa điểm ứng dụng
bơm xoắn ốc cung cấp nước tưới phục vụ sản xuất và đời sống dân sinh.
2) Thiết kế và chế tạo mẫu bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi.
Bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy có thể được thiết kế có kết cấu với các
kích cỡ lớn nhỏ khác nhau tùy theo yêu cầu về lưu lượng và khả năng đưa nước lên độ
cao cánh đồng cần tưới so với mực nước nguồn sông suối. Bơm có thể đặt cố định
hoặc đặt trên phao nổi tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.
Trong thiết kế và chế tạo, đề tài đã lựa chọn các nguyên vật liệu dễ tìm kiếm ở địa
phương, dễ chế tạo và chi phí thấp, phù hợp với khả năng kinh tế của đối tượng sử
dụng – đồng bào dân tộc vùng cao.
3) Thí nghiệm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu làm việc của bơm.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.3. Thiết bị khảo sát dòng chảy và các phương pháp đo
2.3.1. Lưu tốc dòng chảy và phương pháp đo
2.3.2. Các phương pháp đo lưu tốc
2.4. Các dụng cụ đo vận tốc
2.4.1. Lưu tốc kế - phân loại lưu tốc kế
2.4.2. Các bộ phận chủ yếu của lưu tốc kế
2.4.3. Ống đo thủy văn
2.4.4. Xác định vận tốc bằng xác định lực tác động của dòng chảy lên vật trôi
2.5. Lưu lượng dòng chảy và phương pháp đo
2.6. Trang thiết bị đo khảo sát dòng chảy và thí nghiệm bơm
- Máy đo lưu tốc
- Thước đo sâu chuyên dụng – vật liệu bằng gỗ đầu bịt sắt
Thước đo là cây sào hình trụ đường kính 6 - 8 cm làm bằng gỗ độ dài 3- 4 m.
Trên sào có khắc chia mực khoảng cách nhau 5cm.
- Đồng hồ đo thời gian.
Chương III

3.3.1. Lượng nước gầu múc
Khi làm việc, dưới tác dụng của sức nước dòng suối làm bơm quay, gầu múc - đầu
vào của cuộn ống xoắn ốc di chuyển ngập dần vào dòng suối từ vị trí A và thoát ra ở
điểm C. Trong khoảng thời gian đó lượng nước chứa đầy phân đoạn ống có độ dài
cung tròn là L, là độ dài cung A - B - C. Lượng nước múc được mỗi lần của một cuộn
ống là:

L
d
LSq .
4
.
2
π
==
(3.29)
Trong đó: q - Lượng nước đi vào cuộn ống ứng với một vòng quay;
d - Đường kính của ống múc;
L - Độ dài phân đoạn nước đi vào ống múc;
S - Diện tích mặt cắt ngang ống múc.
Độ dài cung L ứng với góc chắn cung 2α có giá trị sau :

α
π
2
180
R
L =
; (3.30)
Trong đó R- là bán kính ngoài của cuộn ống xoắn ốc

hRRd
q
−
=
−
= arccos
360
arccos2
1804
222
πππ
(3.31)
3.3.2. Lưu lượng bơm
Theo lý thuyết lưu lượng bơm xoắn ốc được tính theo công thức sau:

1.
2
.
W
LrnQ
π
=
(3.32)
Trong đó: r – Bán kính của ống xoắn ốc (gầu múc ống ống xoắn ốc);
n – Số vòng quay của bơm
L
W.1
– Là độ dài của phân đoạn nước múc vào được;
Nếu tính không có tổn thất năng động thì L
w.1

1
π
; (3.34)
3.3.3. Công thức tính độ cao nâng nước tối đa của bơm xoắn ốc:

.
4
1
2max
∑
=
n
DkH
(3.35)
Trong đó: H
ma x
- Độ cao nâng nước tối đa của bơm, m
D
n
- Các đường kính của các vòng xoắn ốc, từ vòng ngoài cùng (D
1
)
đến vòng trong cùng (D
n
), m
k
2
- Hệ số độ cao nâng nước, k
2
xác định bằng kết quả thực nghiệm

Bằng cách gián tiếp đến các cơ quan có liên quan như địa chính, thủy văn, nông
học xin tài liệu, xin ý kiến tư vấn.
Từ các kết quả thu được qua khảo sát, tìm hiểu và thu hập tài liệu, đề tài phân tích,
lựa chọn, đánh giá tổng hợp để định hướng cho công việc tiếp theo của đề tài.
4.1.1. Điều tra khảo sát tình hình cây trồng hai bên bờ suối
4.1.2. Điều tra khảo sát tình hình thời tiết khí hậu mùa khô. Nhu cầu và khó khăn
trong việc tưới nước mùa khô
4.1.3. Khảo sát lưu lượng dòng chảy sông suối
4.1.4. Đánh giá khả năng ứng dụng bơm xoắn ốc chạy bằng sức nước dòng chảy
4.1.5. Khả năng đưa nước lên cao
4.2. Thiết kế và chế tạo bơm xoắn ốc
4.2.1. Kết cấu các bộ phận kết cấu bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi
Hình 4.2. Bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi
1 - Bánh xe bơm, 2 - Cuộn ống xoắn ốc, 3 - Gối đỡ trục, 4 - Khớp nối ống kín quay, 5
- Trụ đỡ, 6 - Cánh nhận nước, 7 - Trục bơm, 8 - Khung bơm, 9 - Phao
4.2.2. Tính toán các thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc
1/ Lưu lượng bơm trong một vòng quay (q) và trong 1 đơn vị thời gian (Q);
Để thuận đơn giản việc tính lưu lượng và xác định thông qua các mối liên hệ bằng
công thức sau, trong đó đưa vào hệ số K
1
:

4
22
1
Dd
NKq
π
=
Trong đó K

3
5
6
4
9
8
7
Áp dụng công thức:

.
4
1
2max
∑
=
n
DKH
Trong đó: K
2
- hệ số độ cao nâng nước. K
2
bằng = 1,0÷1,2 (theo thực nghiệm).
Chọn K
2
= 1,0

.24,9)22,228,234,24,2(0,1
max
=+++=
H

H
max
, m
Lưu lượng nước trong
1 vòng quay bơm ở
độ cao xả nước = 2/3
H
max
, q (lít/vòng)
Vận tốc quay
của bơm
n (vòng/ph)
1 2 4,62 5,84 3,63
2 3 6,85 5,80 7,32
3 4 9,24 6,08 6,93
4 5 11,33 6,22 7,01
5 6 13,56 6,10 6,90
Qua thí nghiệm trên ta nhận thấy rằng số vòng quay bơm (n) không ảnh hưởng
đến lưu lượng nước q. Nhưng số vòng ống tăng lên làm tăng nhanh độ
cao nâng nước (H
max
).
Hình 4.8. Ảnh hưởng của số vòng cuộn đến độ cao nâng nước
Hình 4.9. Ảnh hưởng của số vòng cuộn đến lưu lượng nước một vòng quay
Bảng 2. Kết quả thí nghiệm thay đổi kích thước gầu múc d
gm
.
Các thông số không tay đổi là: D = 2,5 m, d = 58mm, N = 4 cuộn,
n = 7 vòng/ph, h = 320mm.
Số vòng ống trong

z = 3,0 vòng/cuộn, h = 320 mm.
Thứ Vận tốc quay Chiều cao nâng Lưu lượng một vòng Ghi chú
tự
bơm n
(vòng/ph)
nước tối đa H
max
(m)
quay bơm ở 2/3 H
max
,
q (lít/vòng)
1 4,22 9,2 6,40
2 7,12 9,2 5,80
3 9,53 9,2 5,44
4 11,50 9,2 4,30
5 15,79 (n
max
) - 0
Nước xả lại
gầu múc

Nhận xét: Vận tốc quay của bơm không ảnh hưởng đến chiều cao nâng nước của
bơm, nhưng có ảnh hưởng nhiều đến lưu lượng một vòng quay. Bơm quay nhanh làm
cho khả năng nạp nước vào ống không kịp, kết quả là lưu lượng bơm bị giảm. Có một
giới hạn tốc độ quay bơm tối ưu, nằm ở vùng vận tốc thấp để cho lưu lượng lớn nhất
và ổn định.
Hình 4.10. Ảnh hưởng của vòng quay bơm đến độ cao nâng nước
Bảng 4. Kết quả thí nghiệm quan hệ giữa lưu lượng một vòng quay của bơm (q)
với độ cao xả nước (H).

Lưu lượng nước trong 1
vòng quay ở 2/3 H
max
, q
(lít /vòng)
Vận tốc quay của
bơm, n
(vòng/phút)
2 cuộn 4,6 3,20 4,22
4 cuộn (mỗi
bánh xe công
tác 2 cuộn)
4,6 6,25 4,39
Nhận xét: Số cuộn ống không ảnh hưởng đến độ cao nâng nước. Lưu lượng tăng
lên rõ rệt và hầu như tỷ lệ thuận với số cuộn ống. Đây là cơ sở chính để làm tăng lưu
lượng của bơm.
Bảng 6. Kết quả thí nghiệm thay đổi đường kính ống d
Các thông số giữ cố định D = 2,5 m, N = 4 cuộn, n = 7,0 vòng phút, z = 5,0
vòng/ cuộn, d
gm
= 60 mm, h = 320mm.
Đường kính
trong của ống,
d (mm)
Chiều cao nâng
nước tối đa, H
max
(m)
Lưu lượng nước trong 1
vòng quay ở 2/3 H

vòng/ph
2,0 5,2 2,24 7,05
2,5 7,5 3,32 7,20
Nhận xét: Đường kính bánh xe (đường kính cuộn ống) ảnh hưởng nhiều đến cả
lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm.
Bảng 8. Kết quả khảo nghiệm bơm xoắn ốc
Mức nước ngập bánh xe: 70 cm
Vận tốc trung bình dòng suối: v
s
= 1,22 m/s
(Đo bằng lưu tốc kế kiểu cánh quạt của Trung Quốc)
N
0
Độ cao xả
nước, H(m)
Vòng quay
bơm, n
Lưu lượng bơm
Hệ số nạp
đầy ống, k
1
q
(lít/vòng)
Q
0

(lít /giây)
Q
m
3

nạp nước vào cuộn ống.
4). Thay đổi độ cao xả nước khi bơm, H.
Lưu lượng nước của bơm hầu như không giảm khi tăng độ cao xả nước.
Trong thực tế cho thấy: Khi bơm đang hoạt động tại một dòng suối nào đó, nếu
tăng độ cao xả nước sẽ làm cho lực quay bơm nặng hơn và bơm sẽ phải quay chậm đi,
tức là V giảm, do đó lưu lượng bơm (Q=V.q) cũng giảm.
5). Thay đổi số cuộn ống trên bánh xe bơm, N.
Số cuộn ống không ảnh hưởng đến độ cao nâng nước tối đa của bơm.
Số cuộn ống tăng giảm làm tăng giảm lưu lượng bơm rất rõ rệt và theo tỷ lệ
thuận. Đây là giải pháp chủ yếu để tăng lưu lượng bơm xoắn ốc.
6). Thay đổi đường kính ống, d.
Đường kính ống của cuộn bơm (kích thước ống) không ảnh hưởng tới độ cao
nâng nước của bơm.
Đường kính ống tăng giảm làm tăng giảm lưu lượng bơm rõ rệt.
7). Thay đổi đường kính bánh xe bơm (Đường kính cuộn ống). D.
Đường kính bánh xe bơm có ảnh hưởng lớn đến cả lưu lượng và độ cao độ cao
nâng nước của bơm. Tăng giảm đường kính bánh xe làm tăng giảm rõ rệt lưu lượng
trong một vòng quay của bơm và cả độ cao nâng nước tối đa của bơm.
Đánh giá nơi lắp đặt sử dụng bơm xoắn ốc.
Máy bơm nước bằng sức nước này hiện đang được triển khai tại Yên Bái. Máy
không sử dụng nhiên liệu, nhưng có thể đưa nước lên cao 9 m, lưu lượng bơm 202-239
m
3
/ngày đêm (khi tốc độ dòng suối 1,2-1,3m/giây, tốc độ quay của bơm là 4 - 4,8
vòng/phút). Ở các tỉnh miền núi, sông suối mùa khô vẫn có lưu lượng lớn và tốc độ
dòng chảy mạnh (trên 1m/giây), nên máy bơm xoắn ốc có thể tận dụng sức nước này
để vận hành.
Máy bơm xoắn ốc rất phù hợp với địa phương, giải quyết được tình trạng khó
khăn đưa nước tưới từ dưới suối lên cánh đồng. Do thiết bị vận hành bằng sức nước,
nên người dân sẽ giảm được các khoản chi phí xăng dầu hay điện năng chạy máy,

1. ThS. Vũ Đình Phiên và các cộng sự, Cọn nước xoắn ốc quay bằng sức
dòng suối để tưới cây trồng ở vùng miền núi, Tạp chí Kết quả nghiên cứu
Viện Cơ điện Nông nghiệp & Chế biến Nông sản.
2. Các số liệu thống kê từ Trung tâm Khí tượng TƯ và một số tỉnh miền núi
về: Lượng mưa, lượng nước bốc hơi, độ chênh lệch mức nước giữa mùa
mưa và mùa khô, lưu lượng, tốc độ dòng chảy sông suối ở một số tỉnh miền
núi.
Tiếng Anh
3. FAO Irrigation and Drainage, Water lifting Device - (1992).
4. D.J.Hilton, Further Development of a Coil Tube Irrigation Pump, 1990.
5. D.J. Hilton, The Coil tube pump - A new design, (Institute of Advanced
Education, Australia, 1992).
6. L.Naegel, G Real, A.M Mazaredo, Spiral pump: Alow - cost, rational,
stream- driven water-lifting device, Farm Machinery-IRRI, 1990.
7. L.C.A. Naegel, Evaluation of Stream-driven spiral pump under field
Conditions, UPLB, 1991.
8. Proceeding of the Internatonal Agricultural Engineering Conference and
Exhibition, bankok, Thailand, 3- 6 December 1990.
9. GH.Mortimer, R.Anable, The coil pump - Theory and practice, Journal of
hydraulic Reseach, Vol 22 1984, N01.
10. C. V. and A. D. Pope, "The Measurement of Pressure - Precision
Manometers", "Engineering Measurements", 1983.
11. Morgan, Peter R "A New Water Pump: Spiral Tube", The Zimbabwe
Rhodesia Science News,1979.