Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8639:2023 Công trình thủy lợi - Máy bơm nước - Phương pháp thử nghiệm các thông số cơ bản

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8639:2023

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - MÁY BƠM NƯỚC PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

Hydraulic structures - Water pumps - Methods of testing basic parameters

Lời nói đầu

TCVN 8639:2023 thay thế TCVN 8639:2011;

TCVN 8639:2023 do Viện Bơm và Thiết bị thủy lợi thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - MÁY BƠM NƯỚC PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

Hydraulic structures - Water pumps - Methods of testing basic parameters

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu và phương pháp thử nghiệm thông số kỹ thuật cơ bản của các loại máy bơm ly tâm, máy bơm hỗn lưu, máy bơm hướng trục sử dụng trong các trạm bơm thuộc công trình thủy lợi.

Tiêu chuẩn này không áp dụng trong thử nghiệm độ rung, độ ổn, độ bền chi tiết, tính chất cơ, lý, hóa của vật liệu chế tạo bơm và các sai số do chế tạo.

Trong tiêu chuẩn này đề cập đến ba cấp thử nghiệm: cấp 1 áp dụng cho các phép thử chính xác, cấp 2 cho các phép thử thông thường và cấp 3 cho các phép thử mở rộng.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 6812, Đo mô men xoắn và xác định công suất trục truyền động quay bằng kỹ thuật điện trở ứng suất.

TCVN 6814, Xác định công suất và điện năng tiêu thụ của máy, thiết bị sử dụng điện dùng trong nông lâm nghiệp và thủy lợi.

TCVN 6816, Đo lưu lượng chất lỏng và chất khí trong ống dẫn kín - Phương pháp ứng dụng máy đo lưu lượng siêu âm thời gian đi qua.

TCVN 8113, Đo dòng lưu chất bằng các thiết bị chênh áp gắn vào các đường ống có tiết diện tròn chảy đầy.

TCVN 8193, Đo đạc thủy văn - Đo dòng trong kênh hở sử dụng đập thành mỏng.

TCVN 8440, Đo dòng chất lỏng trong ống dẫn kín - Phương pháp cân.

TCVN 9496, Đo dòng chất lỏng dẫn điện trong ống dẫn kín - Phương pháp dùng lưu lượng kế điện từ.

TCVN 9497, Đo dòng chất lỏng trong ống dẫn kín - Phương pháp thu chất lỏng vào bình thể tích.

TCVN 11574, Đo đạc thủy văn - Đồng hồ đo dòng có phần tử quay.

ISO 748, Hydrometry - Measurement of liquid flow in open channels - Velocity area methods using point velocity measurements (Đo đạc thủy văn - Đo lưu lượng chất lỏng trong các kênh hở - Phương pháp miền vận tốc sử dụng phép đo vận tốc điểm).

ISO 15769, Hydrometry - Guidelines for the application of acoustic velocity meters using the Doppler and echo correlation methods (Đo đạc thủy văn - Hướng dẫn áp dụng máy đo vận tốc siêu âm hiệu ứng Doppler và phương pháp phản hồi).

3  Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu, đơn vị và thuật ngữ viết tắt

3.1  Thuật ngữ, định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ, định nghĩa sau:

3.1.1

Lưu lượng khối lượng (mass flow rate) q

Khối lượng chất lỏng đi qua máy bơm trong một đơn vị thời gian.

3.1.2

Lưu lượng thể tích (volume flow rate) Q

Thể tích chất lỏng đi qua máy bơm trong một đơn vị thời gian.

Lưu lượng thể tích có thể tính từ lưu lượng khối lượng bằng công thức:

Trong đó:

ρ là khối lượng riêng của chất lỏng.

3.1.3

Áp suất đo (gauge pressure) p

Áp suất tương đối so với áp suất khí quyển, đọc trên thiết bị đo áp suất.

CHÚ THÍCH 1:

- Áp suất đo mang dấu dương, nếu lớn hơn áp suất khí quyển;

- Áp suất đo mang dấu âm, nếu nhỏ hơn áp suất khí quyển;

CHÚ THÍCH 2: Tất cả áp suất trong tiêu chuẩn này là áp suất đo được trên áp kế, ngoại trừ áp suất khí quyển và áp suất hơi chất lỏng là áp suất tuyệt đối.

3.1.4

Mặt chuẩn (reference plane)

Bất kỳ mặt phẳng nằm ngang nào được sử dụng làm cơ sở để xác định chiều cao. Mặt chuẩn thường được sử dụng để xác định cột áp toàn phần. Trong thực tế thường sử dụng mặt phẳng nền lắp đặt máy bơm làm mặt chuẩn.

3.1.5

Vận tốc trung bình (mean velocity) V

Vận tốc trung bình dọc trục của dòng chảy tại mặt cắt đo lường có lưu lượng thể tích Q và diện tích tiết diện A

3.1.6

Cột áp động (velocity head) H_đ

Động năng của dòng chất lỏng, tính theo biểu thức

Trong đó:

g là gia tốc trọng trường.

3.1.7

Cột áp toàn phần cửa vào (inlet total head) H₁

Được xác định tại mặt cắt đo lường cửa vào theo công thức

Trong đó:

Z₁ là độ cao giữa điểm đặt đồng hồ đo áp cửa vào so với mặt chuẩn;

p₁ là áp suất đo tại cửa vào của bơm (đọc trên đồng hồ đo áp);

V₁ là vận tốc trung bình của dòng chảy tại mặt cắt đo áp cửa vào.

3.1.8

Cột áp toàn phần cửa ra (outlet total head) H₂

Được xác định tại mặt cắt đo lường cửa ra theo công thức

Trong đó:

Z₂ là độ cao giữa điểm đặt đồng hồ đo áp cửa ra so với mặt chuẩn;

p₂ là áp suất đo tại cửa ra của bơm (đọc trên đồng hồ đo áp);

V₂ là vận tốc trung bình của dòng chảy tại mặt cắt đo áp cửa ra.

3.1.9

Cột áp toàn phần của bơm (pump total head) H

Hiệu của cột áp toàn phần cửa ra H₂ và cột áp toàn phần cửa vào H₁.

Công thức (6) có thể viết thành

3.1.10

Cột áp hút dương tối thiểu (net positive suction head) NPSH

Thông số đặc trưng cho khả năng hút và chống xâm thực của máy bơm.

Trong đó:

Z_D là khoảng cách từ mặt chuẩn đến mặt phẳng cơ sở NPSH (xem Hình C.7);

p_abm là áp suất môi trường;

p_h là áp suất hóa hơi của môi chất tại nhiệt độ môi trường.

CHÚ THÍCH:

- Đối với bơm ly tâm (kể cả bơm hút hai phía) mặt phẳng cơ sở NPSH là mặt phẳng nằm ngang đi qua điểm giao giữa đường tâm bánh công tác với mặt phẳng mép vào tại đĩa trước bánh công tác tầng đầu tiên;

- Đối với bơm hướng trục mặt phẳng cơ sở NPSH là mặt phẳng nằm ngang đi qua điểm giao giữa đường tâm bánh công tác với đường tâm xoay cánh bơm;

- Nhà sản xuất phải chỉ dẫn vị trí của mặt phẳng cơ sở NPSH để có thể xác định nhanh và đúng điểm chuẩn trên bơm.

- Có thể tham khảo phụ lục C để xác định vị trí của mặt phẳng cơ sở NPSH.

3.1.11

Công suất thủy lực (hydraulic capacity) N_tl

Năng lượng của dòng chất lỏng nhận được từ máy bơm khi chuyển động qua máy bơm (công suất đầu ra), tính theo công thức

3.1.12

Công suất trên trục (drive shaft power) N_t

Công suất đầu vào của bơm, có thể xác định trực tiếp từ momen và vận tốc góc trục bơm theo công thức

Trong đó:

M là momen xoắn trên trục;

ω là vận tốc góc.

3.1.13

Công suất điện (electric power) N_đc

Công suất tiêu thụ của động cơ điện dẫn động bơm (công suất dẫn động đầu vào của tổ máy).

3.1.14

Hiệu suất bơm (pump efficiency) η_b

Tỷ số giữa công suất thủy lực và công suất trên trục

3.1.15

Hiệu suất tổ máy (overall efficiency) η_tm

Tỷ số giữa công suất thủy lực và công suất dẫn động đầu vào của tổ máy

3.1.16

Số vòng quay danh nghĩa (specified speed of rotation) n_dn

Số vòng quay được nhà sản xuất sử dụng để xác định các thông số như lưu lượng, cột áp toàn phần, công suất trên trục.

CHÚ THÍCH: Số vòng quay danh nghĩa được nhà sản xuất cung cấp trong tài liệu kỹ thuật cùng với các thông số khác của máy bơm và được ghi trên nhãn bơm;

3.1.17

Đường đặc tính máy bơm (pump performance curves)

Các quan hệ H(Q), N(Q), η(Q) được biểu thị bằng các đồ thị gọi là đường đặc tính năng lượng của máy bơm. Quan hệ NPSH(Q) được biểu thị bằng đồ thị gọi là đường đặc tính khả năng hút của máy bơm.

3.1.18

Điểm làm việc cam kết (guarantee point) G

Điểm làm việc mà tại đó cột áp toàn phần, lưu lượng của máy bơm thử nghiệm phải đạt được với sai số nằm trong giới hạn cho phép tương ứng với cấp thử nghiệm. Điểm làm việc cam kết được cung cấp và đảm bảo bởi nhà sản xuất.

3.2  Ký hiệu, đơn vị và thuật ngữ viết tắt

Bảng 1 - Danh mục ký hiệu bằng chữ cái

Bảng 2 - Danh mục ký hiệu chỉ số

4  Yêu cầu kỹ thuật thử nghiệm

4.1  Quy định chung

4.1.1  Quy định đối với cấp thử nghiệm

a) Khi cần thử nghiệm công suất trên trục (thông qua momen và số vòng quay) cần áp dụng thử nghiệm cấp 1.

b) Áp dụng thử nghiệm cấp 2 đối với máy bơm có công suất trục > 100 kW.

c) Áp dụng thử nghiệm cấp 3 với máy bơm có công suất trục ≤ 100 kW.

d) Không thử nghiệm cột áp hút dương tối thiểu (NPSH).

4.1.2  Các thông số thử nghiệm

a) Các thông số cần thử nghiệm bao gồm: lưu lượng thể tích (Q), cột áp toàn phần của bơm (H), công suất điện tiêu thụ của động cơ dẫn động (N_đc), số vòng quay trục bơm (n), hiệu suất tổ máy (η_tm);

b) Tùy theo điều kiện cụ thể có thể bổ sung thêm các thông số thử nghiệm khác như công suất trên trục (N_t) và hiệu suất bơm (η_b).

4.1.3  Các thiết bị dùng để thử nghiệm phải còn thời hạn hiệu chuẩn theo quy định; thiết bị dùng để thử nghiệm được lựa chọn phù hợp với quy trình đo, có độ không đảm bảo đo không được vượt quá giới hạn cho phép lớn nhất quy định trong bảng A.3. Độ không đảm bảo đo toàn phần bao gồm độ không đảm bảo đo ngẫu nhiên và độ không đảm bảo đo thiết bị không được vượt quá giới hạn cho phép lớn nhất quy định trong bảng A.4.

4.2  Số lượng máy bơm cần thử nghiệm

4.2.1  Với máy bơm mới hoặc máy cũ sau khi sửa chữa có thay thế bánh công tác:

a) Khi số lượng không lớn hơn 08 tổ máy thì số máy bơm chọn để thử nghiệm tối thiểu là 01 máy;

b) Khi số lượng từ 09 tổ máy đến 16 tổ máy thì số máy bơm được chọn để thử nghiệm tối thiểu là 02 máy;

c) Khi số lượng từ 17 máy trở lên chọn ít nhất 03 máy để thử nghiệm.

4.2.2  Trong trường hợp thử nghiệm để đánh giá hiện trạng chất lượng các máy bơm cũ sẽ thực hiện với từng máy bơm cần đánh giá.

4.3  Thực hiện thử nghiệm

4.3.1  Trước khi tiến hành thử nghiệm máy bơm phải lập đề cương bao gồm các nội dung chính sau: cấp thử nghiệm, các thông số thử nghiệm, sơ đồ bố trí thử nghiệm, thiết bị đo sử dụng, quy trình đo và ghi dữ liệu.

4.3.2  Tương ứng với cấp thử nghiệm và điều kiện lắp máy để lựa chọn phương pháp đo phù hợp: lưu lượng theo điều 5, cột áp theo điều 6, số vòng quay theo điều 7, công suất theo điều 8 của tiêu chuẩn này.

4.3.3  Sơ đồ bố trí thử nghiệm

4.3.3.1  Điều kiện thử nghiệm tốt nhất đạt được tại mặt cắt đo, khi dòng chảy thỏa mãn yêu cầu sau:

a) Phân bố vận tốc đối xứng qua trục đường ống dẫn;

b) Áp suất phân bố theo quy luật thủy tĩnh;

c) Không có xoáy cục bộ do lắp đặt gây ra.

4.3.3.2  Đối với thử nghiệm có dòng chảy từ hồ chứa hoặc từ bể có mặt thoáng qua một ống dẫn kín có đường kính D thì chiều dài L của đoạn ống thẳng ở lối vào lấy theo công thức sau:

Trong đó: K là hệ số hình dạng của ống. Với các loại ống thép: 1,0 ≤ K ≤ 2,0

4.3.2.3  Có thể tham khảo phụ lục C khi lựa chọn sơ đồ bố trí đo cột áp máy bơm. Tùy thuộc phương pháp đo lưu lượng để bố trí sơ đồ và thiết bị tương ứng theo yêu cầu của từng phương pháp.

4.3.4  Số vòng quay trục bơm thử nghiệm

Nếu phải thực hiện thử nghiệm ở số vòng quay khác với số vòng quay danh nghĩa thì số vòng quay đó phải nằm trong dải từ 50 % đến 120 % số vòng quay danh nghĩa.

4.3.5  Điều chỉnh chế độ làm việc

4.3.5.1  Các chế độ làm việc của máy bơm được điều chỉnh bằng việc điều tiết lưu lượng tại cửa ra.

4.3.5.2  Điều chỉnh chế độ làm việc và tiến hành lấy số liệu tại 5 điểm làm việc với mọi cấp thử nghiệm: hai điểm lân cận điểm làm việc yêu cầu (một điểm trong khoảng từ 95 % đến 100 % lưu lượng yêu cầu, một điểm trong khoảng từ 100 % đến 105 % lưu lượng yêu cầu); ba điểm còn lại đặt cách nhau trong phạm vi hoạt động của bơm với các điểm được lấy gần vùng có cột áp cao nhất (với máy bơm hướng trục và hỗn lưu) hoặc điểm gần vùng có lưu lượng cao nhất (với máy bơm ly tâm).

4.3.6  Ghi số liệu

a) Tại mỗi điểm đo đọc lặp lại giá trị các đại lượng đo bao gồm lưu lượng, áp suất đo tại cửa vào và cửa ra, mức nước (nếu cột áp được xác định thông qua mức nước), công suất điện, momen xoắn trên trục, số vòng quay trục bơm với khoảng thời gian ngẫu nhiên không nhỏ hơn 10 s;

b) Lấy ít nhất ba bộ số liệu tại mỗi điểm thử nghiệm. Số lần đo lặp lại, phần trăm sai lệch giữa giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của từng đại lượng đo không được vượt quá giá trị cho phép trong Bảng A.2;

c) Nếu kết quả thử nghiệm không thỏa mãn điều kiện quy định tại Bảng A.2, phải loại bỏ toàn bộ loạt số liệu đọc ban đầu, xác định nguyên nhân, điều chỉnh lại điều kiện thử nghiệm rồi mới tiến hành đo để tạo ra bộ số liệu với số đọc hoàn toàn mới. Không được phép tùy tiện loại bỏ các giá trị đọc trong bộ số liệu thu được, nếu đơn giản chỉ vì chúng nằm ngoài giới hạn cho phép;

d) Giá trị trung bình số học của các số đọc của đại lượng đo (quan sát), được xem là giá trị thực cần xác định cho mục đích thử nghiệm.

4.4  Phân tích kết quả thử nghiệm

4.4.1  Căn cứ các số liệu thu được từ quá trình đo để tính toán, xác định cột áp toàn phần theo điều 6, công suất thủy lực theo điều 3.1.11, hiệu suất bơm theo điều 3.1.14 hoặc hiệu suất tổ máy theo điều 3.1.15 tiêu chuẩn này.

4.4.2  Phải quy đổi các kết quả đo và tính toán tại số vòng quay thực tế (đo và tính trực tiếp tại mỗi điểm làm việc) về số vòng quay danh nghĩa của máy bơm. Nếu không có sự khác biệt giữa chất lỏng thử nghiệm và chất lỏng thực thì số liệu đo đạc về lưu lượng Q, cột áp toàn phần H, công suất trên trục N và hiệu suất bơm η, được quy đổi theo công thức của định luật tương tự như sau:

Trong đó:

n_tt, n_dn là số vòng quay thực tế và số vòng quay danh nghĩa;

Q_tt, H_tt, N_tt, η_tt là lưu lượng, cột áp toàn phần, công suất và hiệu suất tại số vòng quay thực tế;

Q_dn, H_dn, N_dn, η_dn là lưu lượng, cột áp toàn phần, công suất và hiệu suất tại số vòng quay danh nghĩa.

CHÚ THÍCH: Giá trị của số mũ x nằm trong khoảng từ 1 đến 3.

4.4.3  So sánh kết quả thử nghiệm với các thông số tại điểm làm việc yêu cầu:

a) Vẽ đồ thị các đường đặc tính máy bơm H(Q), N(Q), η(Q) từ giá trị đại lượng đo và tính toán sau khi quy đổi về số vòng quay danh nghĩa (xem hình 1);

b) Xác định điểm làm việc cam kết (giá trị do nhà sản xuất cung cấp và đảm bảo) trên đồ thị;

c) Vẽ đoạn thẳng nằm ngang giới hạn bởi ±τ_Q và các đoạn thẳng đứng giới hạn bởi ±τ_H; +τ_N; -τ_η, (giới hạn sai lệch cho phép τ lấy theo bảng A.5);

d) Vẽ đường thẳng nối gốc tọa độ với điểm làm việc yêu cầu (Q_G; H_G), từ giao điểm giữa đường OG với đường cong H(Q) gióng đường thẳng đứng cắt các đường cong N(Q), η(Q) tại các điểm có giá trị N và η;

e) Cột áp toàn phần và lưu lượng được coi là đạt nếu đường cong thực nghiệm H(Q) cắt hoặc chạm với ít nhất 1 đoạn thẳng đứng ±τ_H.H_G hoặc nằm ngang ±τ_Q.Q_G;

f) Hiệu suất bơm được coi là đạt nếu giá trị hiệu suất tại điểm giao cao hơn hoặc ít nhất bằng η_G (1- τ_η);

g) Công suất trên trục được coi là đạt nếu giá trị công suất tại điểm giao thấp hơn N_G (1 + τ_N);

Hình 1 - Kiểm chứng thông số tại điểm làm việc yêu cầu

4.5  Trình bày kết quả thử nghiệm

4.5.1  Kết quả thử nghiệm được tổng hợp trong báo cáo, bao gồm các nội dung sau:

a) Thời gian và địa điểm tiến hành thử nghiệm;

b) Tên nhà sản xuất, loại máy bơm, ký hiệu, năm sản xuất, số xuất xưởng;

c) Các thông số kỹ thuật chính của máy bơm như: lưu lượng, cột áp toàn phần, công suất, số vòng quay danh nghĩa; các thông số tại điểm làm việc cam kết;

d) Các đặc điểm của máy bơm, điều kiện làm việc của máy bơm trong lúc tiến hành thử nghiệm;

e) Sơ đồ bố trí thử nghiệm, đường kính tại các mặt cắt đo lường;

f) Quy trình thử nghiệm và thiết bị đo kèm dữ liệu hiệu chuẩn;

g) Các bảng số liệu đo đạc có chữ ký của người phụ trách thử nghiệm và các thành viên tham gia. Mẫu bảng số liệu có thể tham khảo trong phụ lục B;

h) Phân tích và đánh giá kết quả thử nghiệm;

i) Kết luận.

4.5.2  Kết quả thử nghiệm phải được thống nhất giữa đại diện các đơn vị liên quan trước khi tháo dỡ thiết bị thử nghiệm để có thể đo kiểm tra lại số liệu nếu cần.

5  Đo lưu lượng

5.1  Phương pháp khối lượng

Phương pháp khối lượng cho giá trị lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian làm đầy bể chứa. Kết quả đo bị ảnh hưởng bởi các sai số liên quan đến quá trình cân như đo thời gian bơm đầy bể chứa, xác định khối lượng riêng liên quan đến nhiệt độ chất lỏng, sai số do chuyển hướng dòng chảy (phương pháp tĩnh) hay hiện tượng động học tại thời điểm cân (phương pháp động).

Đày là phương pháp đo có độ chính xác cao nhất trong số các phương pháp đo lưu lượng, chủ yếu được sử dụng để hiệu chuẩn các lưu lượng kế khác.

Phương pháp cân (đo khối lượng) thực hiện theo TCVN 8440.

5.2  Phương pháp đo thể tích

Phương pháp đo thể tích cho biết giá trị lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian nước chảy vào làm đầy thể tích đo. Phương pháp này bị ảnh hưởng bởi sai số liên quan tới hiệu chuẩn thể tích đo, đo mực nước, đo thời gian cấp đầy nước và dịch chuyển dòng chảy. Ngoài ra còn phải tính đến sai số do tính thấm nước của thể tích đo.

Khi thực hiện trong phòng thí nghiệm với bình chuẩn sẽ cho độ chính xác cao. Tuy nhiên khi áp dụng phương pháp đo thể tích với dòng chảy có lưu lượng lớn ngoài hiện trường sẽ cho độ chính xác thấp vì khó xác định chính xác thể tích hồ chứa, mức độ thấm cũng như sự thay đổi mức nước.

Phương pháp đo thể tích thực hiện theo TCVN 9497.

5.3  Phương pháp đo bằng thiết bị đo độ chênh áp suất

Nguyên lý của phương pháp đo dựa trên việc lắp đặt một thiết bị sơ cấp (như tấm tiết lưu, vòi phun hoặc ống Venturi) vào trong đường ống có lưu chất chảy đầy. Việc lắp thiết bị sơ cấp tạo nên chênh lệch áp suất tĩnh giữa phía dòng vào và phía dòng ra phía sau của thiết bị. Lưu lượng có thể được xác định từ giá trị chênh áp đo được và từ đặc tính của dòng lưu chất cũng như các điều kiện sử dụng thiết bị. Phương pháp này ít được sử dụng để đo lưu lượng máy bơm trong thủy lợi do tính chất gây cản trở dòng chảy, khó lắp đặt trong hệ thống.

Phương pháp đo lưu lượng bằng thiết bị đo độ chênh áp thực hiện theo TCVN 8113.

5.4  Phương pháp đo bằng đập tràn thành mỏng

Lưu lượng dòng chảy qua đập tràn phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm vật lý của đập tràn và kênh đập tràn. Đập tràn thành mỏng đặc biệt phụ thuộc vào các đặc điểm của hệ thống điều chỉnh phân bố vận tốc trong đoạn kênh dẫn đo lường, đặc điểm cấu trúc và khả năng duy trì bảo dưỡng tỷ mỉ đỉnh đập tràn phù hợp với các đặc tính kỹ thuật tiêu chuẩn. Phương pháp này có độ chính xác khá cao, thường sử dụng để đo lưu lượng máy bơm lớn.

Phương pháp đo lưu lượng nước trong kênh hở bằng đập tràn và máng lường venturi thực hiện theo TCVN 8193.

5.5  Phương pháp điện từ

Lưu lượng kế tạo ra từ trường vuông góc với dòng chảy, vì vậy cho phép xác định tốc độ dòng chảy từ sức điện động cảm ứng được tạo ra bởi chuyển động của chất lỏng dẫn điện trong từ trường.

Đồng hồ đo lưu lượng điện từ được sử dụng để đo tốc độ của dòng chất lỏng dẫn điện. Để có độ tin cậy cao nhất của phép đo lưu lượng, đồng hồ nên được lắp đặt để đảm bảo chất lỏng luôn chảy đầy ống và loại trừ các bọt khí. Phương pháp này có độ chính xác cao, được lắp đặt cố định và sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thử nghiệm tại nhà máy chế tạo và các phòng thử nghiệm máy bơm.

Phương pháp đo lưu lượng nước trong ống dẫn kín bằng đồng hồ đo lưu lượng điện từ thực hiện theo TCVN 9496.

5.6  Phương pháp siêu âm

Dựa trên nguyên lý âm thanh chuyển động cùng chiều với dòng chảy nhanh hơn so với âm thanh chuyển động ngược chiều dòng chảy. Dựa trên hiệu thời gian đi qua theo hai chiều để xác định tốc độ dòng chảy trong ống dẫn kín. Đây là phương pháp được sử dụng khá rộng rãi hiện nay vì tính tiện dụng, lắp đặt ngay bên ngoài thành ống xả mà không phải tháo ống, thuận tiện khi đo lưu lượng tại hiện trường.

Máy đo lưu lượng siêu âm rất nhạy cảm với các bọt khí, các nhiễu loạn phân bố dòng chảy.

Phương pháp đo lưu lượng nước trong ống dẫn kín bằng đồng hồ đo lưu lượng siêu âm thực hiện theo TCVN 6816.

5.7  Các phương pháp khác

Một số phương pháp khác như đo trường vận tốc và diện tích mặt cắt ngang trên kênh hở bằng đồng hồ đo tốc độ có phần tử quay hoặc rada không tiếp xúc (Acoustic Doppler Velocimeter); đo lưu lượng bằng lưu tốc kế dạng tua bin trong áng dẫn kín cũng có thể sử dụng nhưng phải được hiệu chuẩn để đảm bảo độ không đảm bảo đo nằm trong phạm vi cho phép. Khi áp dụng phương pháp đo trường vận tốc với kênh dẫn có tiết diện lớn ngoài hiện trường sẽ cho độ chính xác không cao vì khó xác định chính xác sự phân bố vận tốc tại các điểm trên mặt cắt đo.

Có thể tham khảo phương pháp đo lưu lượng nước trên kênh hở bằng thiết bị đo trường vận tốc như đồng hồ đo tốc độ có phần tử quay theo TCVN 11574 hoặc hoặc rada không tiếp xúc theo ISO 15769 kết hợp với ISO 748 để tính toán ra lưu lượng trên kênh hở.

6  Xác định cột áp toàn phần của bơm

6.1  Khái quát

Cột áp toàn phần của bơm H được xác định theo điều 3.1.9 thông qua các thông số đo tại mặt cắt ngang cửa vào S₁ và cửa ra S₂ của bơm. Trên thực tế các phép đo thường được thực hiện tại các mặt cắt ngang S'₁ và S'₂ ở khoảng cách thích hợp ở phía trước mặt cắt cửa vào S₁ và phía sau mặt cắt cửa ra S₂ (xem hình 2). Khi đó cột áp toàn phần phải tính thêm tổn thất do ma sát trong các đoạn ống cửa vào H_j1 từ S₁ đến S'₁ và tổn thất H_j2 ở cửa ra từ S₂ đến S’₂ (và các tổn thất cục bộ nếu có):

Trong đó: H’₁ và H'₂ là cột áp toàn phần tại S’₁ và S'₂

Hình 2 Bố trí đo áp máy bơm

Tùy thuộc vào điều kiện lắp đặt bơm, cột áp toàn phần của bơm có thể xác định bằng cách đo riêng rẽ cột áp toàn phần cửa vào và cửa ra hoặc đo độ chênh áp (bằng áp kế vi sai) cộng thêm hiệu cột áp động giữa cửa ra với cửa vào. Cột áp toàn phần cũng có thể xác định thông qua đo mức nước trong bể hút và bể xả.

6.2  Độ không đảm bảo đo (KĐBĐ)

Độ KĐBĐ cột áp toàn phần của bơm được xác định từ các độ KĐBĐ thành phần cấu thành, cách thực hiện tính toán phụ thuộc vào phương pháp đo được sử dụng và bởi vậy chỉ có thể đưa ra một số thông tin chung về một số sai số liên quan dưới đây:

a) Sai số liên quan đến đo độ cao (đặt đồng hồ đo áp suất) không đáng kể so với các nguồn sai số khác;

b) Sai số xác định cột áp động phụ thuộc vào sai số đo vận tốc dòng chảy (thông qua sai số đo lưu lượng và sai số đo diện tích mặt cắt ngang tại mặt cắt đo lường);

c) Sai số đo mức nước (tại bể hút và bể xả) hoặc đo áp suất phụ thuộc sai số thiết bị đo và cả điều kiện sử dụng (số lượng ống đo áp suất, độ kín khít của ống nối) và theo đặc tính của dòng chảy (độ không ổn định, độ biến động và phân bố áp suất).

6.3  Xác định mặt cắt đo

6.3.1  Mặt cắt đo lối vào

Mặt cắt đo lối vào (điểm 1’) bố trí tại vị trí có khoảng cách theo phương dòng chảy không bé hơn hai lần đường kính ống hút kể từ mặt bích cửa vào máy bơm.

Trong một số trường hợp có thể chọn mặt cắt đo lối vào tại một khoảng cách nào đó cách xa mặt cắt nối với máy bơm hay ở ngay tại bể chứa. Cả hai trường hợp này phải kể đến tổn thất cột áp giữa mặt cắt đo và mặt cắt nối với máy bơm.

Khi cột áp được xác định qua đo mực nước, các sai số xuất hiện khi bề mặt thoáng không ổn định. Vị trí đo phải chọn và bố trí thiết bị đo thích hợp để hạn chế được tối đa các ảnh hưởng nói trên. Phải chú ý đến cột nước động và áp dụng trên bề mặt thoáng tại vị trí đo.

6.3.2  Mặt cắt đo lối ra

Mặt cắt đo lối ra (điểm 2’) được xác định tại vị trí cách mặt bích cửa ra của máy bơm ít nhất bằng hai lần đường kính ống xả.

Sai số xuất hiện trong trường hợp điều kiện dòng chảy không đối xứng hay có xoáy tại mặt cắt đo do sự nhiễu của dòng chảy thẳng sau khi chuyển qua bánh xe công tác và qua cánh hướng dòng (hoặc buồng xoắn) của máy bơm. Điều này thường xảy ra do chế độ làm việc của máy bơm khác với chế độ danh nghĩa. Trong trường hợp này có thể đo cột áp với độ chính xác yêu cầu đối với các thử nghiệm thuộc loại chính xác bằng cách thiết lập mặt cắt đo lui về phía sau để đảm bảo sự ổn định của dòng chảy và tính tổn thất cột áp giữa chỗ nối lối ra và mặt cắt đo.

6.4  Khảo sát phân bố vận tốc

Khi có liên quan thử nghiệm cột áp toàn phần bằng cách đo áp suất trong đường ống ở lối vào và lối ra, trong trường hợp các điều kiện đo được thỏa mãn, dòng chảy ổn định thì không phải xác định phân bố vận tốc tại mặt cắt đo.

Nếu tỷ số của cột áp động so với cột áp toàn phần lớn hơn 2,0 % nhất thiết phải khảo sát phân bố vận tốc nhằm đảm bảo mặt cắt đã được lựa chọn thích hợp đối với yêu cầu đo và phải đánh giá hệ số cột áp động.

Sự xuất hiện xoáy sẽ dẫn đến sai số trong cả đo áp suất và đánh giá cột áp động làm cho kết quả đo bị sai lệch. Trong trường hợp có nghi ngờ, khi mặt cắt đo lối ra cách không xa chỗ nối lối ra của máy bơm, phải kiểm tra phân bố áp suất tại mặt cắt đo bằng cách đo 4 giá trị áp suất bố trí tại thành ống tròn ở hai đường kính vuông góc với nhau để quyết định xem có tiến hành khảo sát phân bố vận tốc hay không.

6.5  Tính toán tổn thất cột áp tại lối vào và lối ra

6.5.1  Khi chọn mặt cắt đo lối vào và mặt cắt đo lối ra không trùng với các mặt bích cửa vào và mặt bích cửa ra của máy bơm sẽ phải cộng thêm tổn thất cột áp do ma sát và tổn thất cột áp cục bộ giữa các mặt cắt đo và các chỗ nối lối vào H_j1 và lối ra H_j2 của máy bơm vào cột áp toàn phần của máy bơm.

6.5.2  Nếu tổng tổn thất này (H_j1 + H_j2) nhỏ hơn 0,5 % cột áp toàn phần của máy bơm (đối với thử nghiệm cấp 2 và cấp 3) hoặc nhỏ hơn 0,2 % cột áp toàn phần của máy bơm (đối với thử nghiệm cấp 1) thì cho phép bỏ qua lượng tổn thất này khi xác định cột áp toàn phần máy bơm.

6.5.3  Nếu đường ống ở các mặt cắt đo là đồng nhất, tổn thất cột áp H_j do ma sát trong đoạn ống có chiều dài L và đường kính D được tính theo công thức:

Trong đó: λ là hệ số tổn thất dọc đường cho dòng chảy rối, phụ thuộc vào hệ số Râynol, được xác định theo các công thức (21), (22) và (23);

Nếu  (với ống nhẵn)

Nếu  (vùng quá độ)

Nếu  (với ống nhám)

Hệ số Râynol, Re được xác định theo công thức

Hệ số nhám đồng nhất tương đương k của ống cho trong bảng A.6

6.5.4  Đối với các đường ống có mặt cắt không đồng nhất hoặc có những thay đổi hình dạng như cong, chia nhánh, có van cần phải có hiệu chỉnh kết quả đo.

6.6  Đo mức nước

6.6.1  Bố trí vị trí đo

Bố trí thiết bị đo mức nước tại nơi dòng chảy ổn định, không có sóng nhiễu cục bộ. Phải sử dụng cơ cấu hoặc hộp lắng để giảm sóng bằng các tấm chắn đục lỗ, nếu bề mặt nước tự do bị nhiễu bởi các sóng nhỏ hoặc xoáy. Lỗ trên tấm chắn phẳng phải đủ nhỏ (đường kính khoảng 3 mm đến 5 mm) để giảm dao động áp suất.

6.6.2  Thiết bị đo

Chọn thiết bị đo có kết cấu, dải đo, cấp chính xác phù hợp với cột áp toàn phần của bơm và điều kiện thử nghiệm cụ thể (như bề mặt thoáng dễ thao tác, ổn định hoặc không ổn định). Các thiết bị đo được sử dụng phổ biến là:

a) Thiết bị đo lắp đặt đứng hoặc nghiêng, gắn vào tường;

b) Thiết bị đo điểm hoặc hình móc, lắp đặt trong giếng hoặc hộp lắng sóng bằng khung đỡ gắn sát gần với mặt thoáng;

c) Thiết bị đo kiểu đĩa kim loại nằm ngang treo và dải băng bằng thép vạch chia độ;

d) Thiết bị đo dạng phao (chỉ sử dụng trong giếng/ hộp lắng sóng);

e) Thiết bị kiểu siêu âm hoặc quang học;

f) Đầu đo áp suất chìm dưới nước.

6.7  Đo áp suất

6.7.1  Ống đo áp suất

Đối với thử nghiệm cấp 1 phải bố trí bốn ống đo áp suất tĩnh trên đường tròn tại mỗi mặt cắt đo (hình 3a). Đối với thử nghiệm cấp 2 và cấp 3, chỉ cần dùng một ống đo áp suất tĩnh trên mỗi mặt cắt đo lường (hình 3b). Trong trường hợp dòng chảy không ổn định phải sử dụng hai hay nhiều ống đo hơn.

Các ống đo áp tĩnh đặt trên đường kính vuông góc với nhau và thông với nhau, vị trí đặt ống không được đặt gần điểm cao nhất hay thấp nhất của mặt cắt ngang để tránh khí tích đọng hay bụi bẩn trong các đầu nối.

Vị trí ống đo áp suất được xác định theo điều 6.3.1 và điều 6.3.2 nếu không có yêu cầu riêng biệt.

CHÚ DẪN:

1  Vòi xả khí;

2  Vòi xả nước;

3  Nối với thiết bị đo áp suất

Hình 3 Bố trí ống đo áp suất

6.7.2  Hình dạng và kích thước của lỗ khoan đặt ống đo áp

Đối với ống có đường kính D tại mặt cắt đo lường, lỗ khoan hình trụ trên thành ống có đường kính trong từ 3mm đến 6mm hoặc bằng 0,1 lần đường kính D và chiều dài nhỏ nhất bằng 2,5 lần đường kính của lỗ. Lỗ khoan phải vuông góc với thành ống, không có gờ hoặc có hình dạng khác thường, có góc lượn với bán kính r không được lớn hơn 0,1 d.

CHÚ DẪN:

1  d = 3mm đến 6mm hoặc d = 1/10 đường kính ống tại mặt cắt đo lường

2  l ≥ 2,5d

3  r ≤ d/10

Hình 4 Yêu cầu đối với lỗ đo áp suất

Tránh không bố trí lỗ vòi đo áp suất gần vị trí vết hàn dọc đường ống. Nếu đường ống hàn dọc theo chiều dài đường ống, lỗ trích áp phải được bố trí cách xa đường hàn.

Chi tiết về hình dạng và kích thước của lỗ khoan như Hình 4.

6.7.3  Nối ống với thiết bị ổn áp

Các ống đo áp của từng mặt cắt đo được nối với bình ổn áp, các điểm cao trong tuyến ống được lắp các van xả để tránh bọt khí trong khi đo. Đường ống dẫn phải được kiểm tra, tránh rò rỉ. Phải dùng ống trong suốt làm bằng vật liệu chất dẻo.

6.7.4  Kiểm tra đo áp suất

Các số đo áp suất phải được kiểm tra trước và sau khi thử nghiệm bằng cách so sánh với cao độ cột chất lỏng trong điều kiện tĩnh.

Trong khi đo, sự chênh lệch giữa áp suất đo tại bất kỳ một ống đo nào với áp suất trung bình đo ở tất cả các ống trong cùng một mặt cắt đo không được vượt quá 0,5% cột áp toàn phần của máy bơm hoặc một nửa cột áp động tại mặt cắt đo. Nếu ống đo áp suất nào có sai số lớn, phải xác định và loại bỏ nguồn gốc sự sai lệch, nếu không khắc phục được, ống đo này phải loại bỏ.

6.7.5  Thiết bị đo áp suất

6.7.5.1  Đồng hồ đo áp kiểu cột chất lỏng

Được sử dụng để đo áp suất thấp. Chiều cao của cột chất lỏng có thể thay đổi bằng cách dùng một chất lỏng đo áp với trọng lượng riêng thích hợp. Để hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng của mao dẫn, lỗ của các ống đồng hồ đo áp phải lớn hơn 8 mm đối với áp kế thủy ngân và 12 mm đối với áp kế chất lỏng khác. Độ sạch của chất lỏng trong áp kế và của bề mặt trong ống phải được đảm bảo để tránh sai số do sự thay đổi sức căng bề mặt. Các áp kế kiểu cột chất lỏng có thể có một đầu hở hay cả hai đầu đều bịt kín có gắn thước đo tỷ lệ để đọc giá trị áp suất hoặc dùng ống chữ U.

6.7.5.2  Đồng hồ đo áp kiểu lò xo

Hoạt động trên nguyên tắc dịch chuyển cơ khí của vòng ống phẳng hoặc xoắn ốc (áp kế Bourdon) hay màng chỉ thị, tỷ lệ với áp suất bên trong ống. Khi sử dụng áp kế lò xo cần chú ý:

a) Mỗi thiết bị đo sử dụng trong dải đo tối ưu (trên 40 % toàn dải đo);

b) Khoảng chia vạch thang đo liền nhau: giữa 1,5 mm đến 3 mm;

c) Các vạch chia tương ứng tối đa bằng 5% cột áp toàn phần.

Phải hiệu chuẩn, kiểm tra áp kế định kỳ để đạt độ chính xác và tin cậy cần thiết.

6.7.5.3  Đồng hồ đo áp kiểu cảm biến điện tử

Có rất nhiều loại đồng hồ đo áp suất như tuyệt đối hoặc vi sai, dựa trên sự thay đổi của các đặc tính cơ hoặc điện. Các loại đồng hồ này có thể được sử dụng cùng với các thiết bị đo điện tử đáp ứng độ chính xác yêu cầu, độ lặp và độ tin cậy trong dải đo, được hiệu chuẩn định kỳ bằng cách so sánh với thiết bị áp suất có độ chính xác và độ tin cậy cao hơn.

7  Đo số vòng quay

Số vòng quay trục máy bơm được đo trực tiếp bằng cách đếm số vòng quay trong một khoảng thời gian nhất định. Có thể dùng máy dinamô tốc độ góc, máy đếm quang học hoặc điện từ để đo số vòng quay.

Nếu không đo trực tiếp được số vòng quay (ví dụ như bơm chìm), có thể đánh giá thông qua tần số lưới điện, điện áp cung cấp và hệ số trượt, đường đặc tính làm việc của động cơ do nhà chế tạo cung cấp.

8  Đo công suất

8.1  Để đo công suất trên trục (công suất đầu vào của máy bơm) có thể áp dụng phương pháp sau:

a) Đo trực tiếp bằng cách xác định số vòng quay và mô men xoắn của trục máy bơm. Đo momen xoắn và số vòng quay phải được tiến hành đồng thời;

b) Đo gián tiếp từ công suất điện tiêu thụ của động cơ dẫn động bơm (nếu biết hiệu suất hoặc đường đặc tính làm việc của động cơ). Khi đó công suất trục có thể xác định theo:

Trong đó:

η_đc là hiệu suất của động cơ, được cung cấp bởi nhà sản xuất.

8.2  Phương pháp đo công suất điện tiêu thụ của động cơ dẫn động bơm thực hiện theo TCVN 6814.

8.3  Phương pháp đo mô men xoắn và xác định công suất trục truyền động có thể thực hiện theo TCVN 6812.

Phụ lục A

(Quy định)

Một số chỉ tiêu kỹ thuật chính khi thử nghiệm các thông số máy bơm

Bảng A.1 - Các chỉ tiêu kỹ thuật của nước sạch

Bảng A.2 - Giá trị sai số cho phép lớn nhất của các giá trị trung bình các đại lượng đo trong trường hợp quan trắc trực tiếp

Bảng A.3 - Độ không đảm bảo đo (KĐBĐ) cho phép của thiết bị

Bảng A.4 - Độ không đảm bảo đo (KĐBĐ) toàn phần cho phép

Bảng A.5 - Giới hạn lớn nhất cho phép của sai số kết quả đo

Bảng A.6 - Độ nhám đồng nhất tương đương k đối với bề mặt ống dẫn

Phụ lục B

(Tham khảo)

Mẫu bảng ghi chép số liệu thử nghiệm

Mẫu bảng ghi chép số liệu thử nghiệm (kết thúc)

CHÚ THÍCH: Khi tiến hành thử nghiệm thông số thủy lực đồng thời với công tác chạy thử nghiệm thu có thể bổ sung thông số độ rung động vào bảng này. Việc thử nghiệm rung động tiến hành theo ISO10816-7.

Phụ lục C

(Tham khảo)

Sơ đồ bố trí đo cột áp máy bơm

Hình C.1 - Đo cột áp máy bơm ly tâm trục ngang sử dụng chân không kế và áp kế

Hình C.2 - Đo cột áp máy bơm ly tâm trục ngang sử dụng áp kế vi sai (chênh áp)

Hình C.3 - Đo cột áp máy bơm hướng trục đặt đứng

Hình C.4 - Đo cột áp máy bơm chìm

Hình C.5 - Đo cột áp máy bơm hướng trục đặt ngang

Hình C.6 - Đo cột áp máy bơm có ống xả nằm dưới mức nước bể xả

Hình C.7 - Mặt phẳng cơ sở NPSH

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] TCVN 9222:2012 (ISO 9906:1999) Bơm cánh quay - Thử nghiệm chấp nhận tính năng thủy lực - Cấp 1 và cấp 2.

[2] TCVN 8531:2010 (ISO 9905:1994) Đặc tính kỹ thuật của bơm ly tâm - Cấp I

[3] TCVN 8532:2010 (ISO 5199:2002) Đặc tính kỹ thuật của bơm ly tâm - Cấp II

[4] TCVN 4208:2009 Bơm cánh - Yêu cầu kỹ thuật chung

[5] TCVN 9731:2013 (ISO 17766:2005) Bơm ly tâm vận chuyển chất lỏng nhớt - Hiệu chỉnh tính năng

[6] TCVN 13505:2022 Công trình thủy lợi - Trạm bơm cấp, thoát nước - Yêu cầu thiết kế

[7] QCVN 03:2021/BCA Phương tiện phòng cháy và chữa cháy

[8] ISO 9906:2012 Rotodynamic pumps - Hydraulic performance acceptance tests - Grades 1,2 and 3

[9] ISO 5198:1987 Centrifugal, mixed flow and axial pumps - Code for hydraulic performance test - Precision grade.

[10] JIS B 8327:2013 Testing methods for performance of pump using model pump.

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu, đơn vị và thuật ngữ viết tắt

3.1  Thuật ngữ, định nghĩa

3.2  Ký hiệu, đơn vị và thuật ngữ viết tắt

4  Yêu cầu kỹ thuật thử nghiệm

4.1  Quy định chung

4.2  Số lượng máy bơm cần thử nghiệm

4.3  Thực hiện thử nghiệm

4.4. Phân tích kết quả thử nghiệm

4.5  Trình bày kết quả thử nghiệm

5  Đo lưu lượng

5.1  Phương pháp khối lượng

5.2  Phương pháp đo thể tích

5.3  Phương pháp đo bằng thiết bị đo độ chênh áp suất

5.4  Phương pháp đo bằng đập tràn thành mỏng

5.5  Phương pháp điện từ

5.6  Phương pháp siêu âm

5.7  Các phương pháp khác

6  Xác định cột áp toàn phần của bơm

6.1  Khái quát

6.2  Độ không đảm đo (KĐBĐ)

6.3  Xác định mặt cắt đo

6.4  Khảo sát phân bố vận tốc

6.5  Tính toán tổn thất cột áp tại lối vào và lối ra

6.6  Đo mức nước

6.7  Đo áp suất

7  Đo số vòng quay

8  Đo công suất

Phụ lục A (Quy định) Một số chỉ tiêu kỹ thuật chính khi thử nghiệm các thông số máy bơm

Phụ lục B (Tham khảo) Mẫu bảng ghi chép số liệu thử nghiệm

Phụ lục C (Tham khảo) Sơ đồ bố trí đo cột áp máy bơm

Thư mục tài liệu tham khảo