Trong các hệ thống cấp nước quy mô lớn, đặc biệt là các trạm bơm thành phố hay công nghiệp, việc sử dụng nhiều máy bơm cùng lúc để đẩy nước vào một mạng lưới gồm nhiều đường ống đẩy riêng biệt là thiết kế phổ biến. Đây là bài toán thủy lực phức tạp đòi hỏi phải cân bằng đồng thời giữa khả năng cung cấp của nhóm bơm ghép song song và khả năng tiêu thụ/tổn thất của mạng lưới ống ghép song song. Giải pháp kỹ thuật nằm ở việc xây dựng chính xác hai đường đặc tính: Đường Đặc Tính Tổng Của Bơm và Đường Đặc Tính Tổng Của Ống.

Bài viết chuyên sâu này sẽ tập trung vào phân tích thủy lực của hệ thống bơm ghép song song với nhiều ống đẩy (minh họa bằng sơ đồ 3 bơm giống nhau, 2 ống giống nhau – Hình 6-8). Chúng ta sẽ trình bày chi tiết Phương Pháp Cộng Hoành Độ Kép để xây dựng cả hai đường đặc tính tổng, từ đó xác định chính xác Điểm Công Tác Chung $A$. Cuối cùng, chúng ta sẽ hướng dẫn cách phân chia lưu lượng chung $Q_A$ trở lại lưu lượng riêng của từng bơm ($Q_{\text{bơm}}$) và từng ống ($Q_{\text{ống}}$) trong cả trường hợp bơm và ống giống/khác đặc tính.
 

Phần 1: Nguyên Tắc Phân Tích Thủy Lực Chung Cho Hệ Thống Đa Bơm - Đa Ống

• 1.1. Mục tiêu: Tìm Điểm Công Tác Chung $A$ – điểm cân bằng giữa tổng năng lượng bơm cung cấp và tổng năng lượng đường ống tiêu thụ (bao gồm cột áp tĩnh và tổn thất).
• 1.2. Nguyên tắc Thủy lực Chung:
  • Đối với Bơm (Ghép Song Song): Tại mọi cột nước $H$, tổng lưu lượng cung cấp $Q_{\Sigma}$ bằng tổng lưu lượng của các bơm thành phần: $Q_{\Sigma} = \sum Q_{\text{bơm, } i}$.
  • Đối với Ống (Ghép Song Song): Tại mọi cột nước $H$ (áp lực tại điểm nối chung), tổng lưu lượng tiêu thụ $Q_{\Sigma}$ bằng tổng lưu lượng của các đường ống thành phần: $Q_{\Sigma} = \sum Q_{\text{ống, } j}$.
• 1.3. Điều kiện Cân Bằng: Điểm Công Tác Chung $A$ là điểm có cột nước và lưu lượng bằng nhau giữa nhóm bơm và nhóm ống:

$$ H_{\text{bơm, tổng}} = H_{\text{ống, tổng}} \text{ và } Q_{\text{bơm, tổng}} = Q_{\text{ống, tổng}}$$

Phần 2: Xây Dựng Đường Đặc Tính Tổng Cho Bơm và Ống (Ví Dụ Hình 6-8)

• 2.1. Xây Dựng Đường Đặc Tính Tổng Của Bơm (Đường III):
  • Mục đích: Xác định khả năng cung cấp $Q_{\Sigma}$ của toàn bộ nhóm bơm tại mỗi mức cột nước $H$.
  • Trường hợp Bơm Giống Nhau (Hình 6-8: 3 bơm):
    • Lấy đường đặc tính của một bơm (Đường 1).
    • Nhân hoành độ lưu lượng (Q) của Đường 1 với số lượng bơm (n=3) tại mỗi trị số cột nước $H$.
    • Kết quả là Đường Đặc Tính Tổng Bơm (Đường III).
  • Trường hợp Bơm Khác Nhau: Áp dụng nguyên tắc cộng hoành độ lưu lượng của từng đường đặc tính bơm thành phần tại mỗi mức $H$.
• 2.2. Xây Dựng Đường Đặc Tính Tổng Của Ống (Đường $H_{\text{o, Tổng}}$):
  • Mục đích: Xác định tổng lưu lượng $Q_{\Sigma}$ mà mạng lưới ống có thể tiêu thụ (dựa trên $H_{\text{cm}}$ và tổn thất).
  • Trường hợp Ống Giống Nhau (Hình 6-8: 2 ống):
    • Lấy đường đặc tính của một ống (Đường $H_{\text{o}}$).
    • Nhân hoành độ lưu lượng (Q) của Đường $H_{\text{o}}$ với số lượng ống (n=2) tại mỗi trị số cột nước $H$.
    • Kết quả là Đường Đặc Tính Tổng Ống (Đường $H_{\text{o}}$ tổng).
  • Trường hợp Ống Khác Nhau: Áp dụng nguyên tắc cộng hoành độ lưu lượng của từng đường đặc tính ống thành phần tại mỗi mức $H$.

Phần 3: Xác Định Điểm Công Tác Chung và Phân Chia Lưu Lượng

• 3.1. Xác Định Điểm Công Tác Chung $A$:
  • $A$ là giao điểm của Đường Đặc Tính Tổng Bơm (III) và Đường Đặc Tính Tổng Ống ($H_{\text{o}}$ tổng).
  • Từ điểm $A$, ta xác định được:
    • Cột Nước Chung $H_A$: Cột nước của hệ thống tại điểm nối chung.
    • Lưu Lượng Tổng $Q_A$: Tổng lưu lượng của toàn bộ hệ thống.
• 3.2. Phân Chia Lưu Lượng Cho Từng Ống:
  • Tại cột nước $H_A$, lưu lượng qua mỗi ống riêng lẻ $Q_{\text{ống, } j}$ được xác định bằng cách chiếu điểm $H_A$ lên đường đặc tính riêng của từng ống $j$.
  • Ví dụ Hình 6-8 (2 ống giống nhau): $Q_{\text{ống, } 1} = Q_{\text{ống, } 2} = Q_A / 2$.
• 3.3. Phân Chia Lưu Lượng Cho Từng Bơm:
  • Tại cột nước $H_A$, lưu lượng của mỗi bơm riêng lẻ $Q_{\text{bơm, } i}$ được xác định bằng cách chiếu điểm $H_A$ lên đường đặc tính riêng của từng bơm $i$.
  • Ví dụ Hình 6-8 (3 bơm giống nhau): $Q_{\text{bơm, } 1} = Q_{\text{bơm, } 2} = Q_{\text{bơm, } 3} = Q_A / 3$.
• 3.4. Nhận xét về Hiệu suất:
  • Tương tự như ghép song song một ống, $Q_{\text{bơm}}$ riêng lẻ và $H_A$ phải được kiểm tra trên đường đặc tính $\eta-Q$ của bơm để đảm bảo bơm hoạt động gần điểm hiệu suất tối đa, tránh lãng phí năng lượng.

Việc ghép song song máy bơm với nhiều ống đẩy là một chiến lược hiệu quả để mở rộng phạm vi cấp nước. Chìa khóa kỹ thuật để giải quyết bài toán này nằm ở nguyên tắc cộng hoành độ kép: xây dựng đường đặc tính tổng bơm và đường đặc tính tổng ống. Giao điểm của chúng là Điểm Công Tác Chung $A$, từ đó chuyên gia có thể dễ dàng phân chia lưu lượng tổng $Q_A$ trở lại lưu lượng hoạt động của từng bơm và lưu lượng phân phối của từng đường ống, đảm bảo sự cân bằng áp lực và lưu lượng trong toàn bộ mạng lưới.