Thực hiện chức năng, nhiệm vụ cụ thể được phân công trong năm 2021 Trung tâm Mô phỏng công nghệ và Phát triển sản phẩm (REPD) thuộc Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ (NIPTECH) về nghiên cứu xác định nội dung cần cải tiến, hoàn thiện sản phẩm của các nhà sáng chế không chuyên trong lĩnh vực máy nông nghiệp, nhằm tìm kiếm, đánh giá thông tin ban đầu về thực trạng các sản phẩm khoa học công nghệ của các nhà sáng chế không chuyên, các cán bộ nghiên cứu và chuyên gia của trung tâm tranh thủ thời gian giãn dịch Covid-19 đã có chuyến khảo sát thực tế cơ sở sản xuất của nhà sáng chế không chuyên Phùng Tiến Chiến tại TP. Hải Dương.
Trong chuyến khảo sát, nhà sáng chế Phùng Tiến Chiến chia sẻ với nhóm nghiên cứu: “hiện nay máy bơm phục vụ tưới, tiêu trên thực tế gồm nhiều chủng loại có thông số kỹ thuật như về cột áp, lưu lượng, công suất… khác nhau, các bơm có lưu lượng từ 2500m3/h trở lên hầu hết đều có cột áp trên 3m. Trong khi đó địa hình tưới, tiêu nhiều nơi chỉ cần bơm có cột áp nhỏ hơn 3m, như tại tỉnh Hưng Yên và các tỉnh Đồng bằng Bắc Bộ, ven biển miềnTrung, Đồng bằng Nam Bộ”. Ngoài ra, việc bố trí hệ thống trạm tưới tiêu tách biệt cũng gây tốn diện tích mặt bằng, không thuận lợi cho việc quản lý và vận hành đồng bộ. Theo báo cáo thường niên, được biết hàng năm các tỉnh đều chi phí nhiều tiền điện phục vụ cho việc tưới, tiêu tại các trạm khi sử dụng phổ biến loại máy bơm có cột áp cao trên 3m. Nhận thấy những khó khăn, bất hợp lý đó, năm 2017 nhà sáng chế không chuyên Phùng Tiến Chiến đã có những trăn trở, suy nghĩ nhằm khắc phục sự bất hợp lý trên. Ông đã phân tích, đánh giá nhận định máy bơm phục vụ tưới, tiêu tại các địa phương ở bình địa thấp như đồng bằng hoặc một số miền trung du có độ cao so với mức nước biển thấp thì việc sử dụng các loại bơm có cột áp dưới 3m là hợp lý và nên phổ biến, cùng với việc bố trí kết hợp các trạm tưới và tiêu để tăng hiệu quả sử dụng, vận hành
Ông Chiến cũng nhận định tại Việt Nam, việc tưới và tiêu nước cho một vùng sản xuất nông nghiệp là một trong những công việc thường xuyên của công tác thủy lợi, vì trong năm việc canh tác nông nghiệp có hai, ba vụ với thời tiết mưa nắng thất thường dễ gây nên tình trạng úng ngập hay hạn hán xen kẽ nhau nếu không bố trí và vận hành tốt hệ thống tưới, tiêu. Do vậy, ông đã đề xuất ý tưởng xây dựng hệ thống tưới, tiêu trong đó có các trạm bơm tưới, tiêu được bố trí kết hợp sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng máy bơm và công trình, hạ giá thành hơn so với việc xây các trạm bơm tưới và tiêu riêng biệt. Vì lợi ích này nên khi có điều kiện cho phép cần quan tâm hơn đến việc chọn sơ đồ trạm bơm tưới tiêu kết hợp, đặc biệt cho vùng đồng bằng có cột nước địa hình có độ cao cột áp dưới 3m.
Việc xây dựng trạm bơm tưới, tiêu kết hợp đã biết nói chung không có gì khác như đối với trạm bơm thông thường, mà sáng kiến ở đây là việc bố trí trạm cần làm sao bảo đảm hai nhiệm vụ đồng bộ tưới và tiêu, với những đề xuất sáng tạo trong việc bố trí các vị trí thiết bị và công trình hợp lý. Như thể hiện trên hình 1, trạm bơm tưới tiêu kết hợp được sử dụng phổ biến hiện nay có cấu tạo bao gồm bể hút (13) để nhận nước tưới/tiêu từ kênh tưới/tiêu tương ứng, bể tháo chung (16) cho hai mục đích tháo tưới/tiêu ra kênh tưới/tiêu tương ứng, các máy bơm (14) bơm nước từ bể hút (13) lên bể tháo chung (16) thông qua hệ thống ống dẫn (15).
Trong chuyến khảo sát, nhà sáng chế Phùng Tiến Chiến chia sẻ với nhóm nghiên cứu: “hiện nay máy bơm phục vụ tưới, tiêu trên thực tế gồm nhiều chủng loại có thông số kỹ thuật như về cột áp, lưu lượng, công suất… khác nhau, các bơm có lưu lượng từ 2500m3/h trở lên hầu hết đều có cột áp trên 3m. Trong khi đó địa hình tưới, tiêu nhiều nơi chỉ cần bơm có cột áp nhỏ hơn 3m, như tại tỉnh Hưng Yên và các tỉnh Đồng bằng Bắc Bộ, ven biển miềnTrung, Đồng bằng Nam Bộ”. Ngoài ra, việc bố trí hệ thống trạm tưới tiêu tách biệt cũng gây tốn diện tích mặt bằng, không thuận lợi cho việc quản lý và vận hành đồng bộ. Theo báo cáo thường niên, được biết hàng năm các tỉnh đều chi phí nhiều tiền điện phục vụ cho việc tưới, tiêu tại các trạm khi sử dụng phổ biến loại máy bơm có cột áp cao trên 3m. Nhận thấy những khó khăn, bất hợp lý đó, năm 2017 nhà sáng chế không chuyên Phùng Tiến Chiến đã có những trăn trở, suy nghĩ nhằm khắc phục sự bất hợp lý trên. Ông đã phân tích, đánh giá nhận định máy bơm phục vụ tưới, tiêu tại các địa phương ở bình địa thấp như đồng bằng hoặc một số miền trung du có độ cao so với mức nước biển thấp thì việc sử dụng các loại bơm có cột áp dưới 3m là hợp lý và nên phổ biến, cùng với việc bố trí kết hợp các trạm tưới và tiêu để tăng hiệu quả sử dụng, vận hành
Ông Chiến cũng nhận định tại Việt Nam, việc tưới và tiêu nước cho một vùng sản xuất nông nghiệp là một trong những công việc thường xuyên của công tác thủy lợi, vì trong năm việc canh tác nông nghiệp có hai, ba vụ với thời tiết mưa nắng thất thường dễ gây nên tình trạng úng ngập hay hạn hán xen kẽ nhau nếu không bố trí và vận hành tốt hệ thống tưới, tiêu. Do vậy, ông đã đề xuất ý tưởng xây dựng hệ thống tưới, tiêu trong đó có các trạm bơm tưới, tiêu được bố trí kết hợp sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng máy bơm và công trình, hạ giá thành hơn so với việc xây các trạm bơm tưới và tiêu riêng biệt. Vì lợi ích này nên khi có điều kiện cho phép cần quan tâm hơn đến việc chọn sơ đồ trạm bơm tưới tiêu kết hợp, đặc biệt cho vùng đồng bằng có cột nước địa hình có độ cao cột áp dưới 3m.
Việc xây dựng trạm bơm tưới, tiêu kết hợp đã biết nói chung không có gì khác như đối với trạm bơm thông thường, mà sáng kiến ở đây là việc bố trí trạm cần làm sao bảo đảm hai nhiệm vụ đồng bộ tưới và tiêu, với những đề xuất sáng tạo trong việc bố trí các vị trí thiết bị và công trình hợp lý. Như thể hiện trên hình 1, trạm bơm tưới tiêu kết hợp được sử dụng phổ biến hiện nay có cấu tạo bao gồm bể hút (13) để nhận nước tưới/tiêu từ kênh tưới/tiêu tương ứng, bể tháo chung (16) cho hai mục đích tháo tưới/tiêu ra kênh tưới/tiêu tương ứng, các máy bơm (14) bơm nước từ bể hút (13) lên bể tháo chung (16) thông qua hệ thống ống dẫn (15).
Hình 1. Sơ đồ bố trí trạm bơm truyền thống (Ảnh: NSC cung cấp)
Hoạt động của trạm bơm này (Hình 1) được mô tả như sau:
- Thời đoạn tưới: đóng các van (18) của kênh tiêu và van (19) của kênh tháo nước ra sông, mở van lấy nước (12) lấy nước từ sông chính cấp nước vào bể hút (13) và mở van (17) của kênh tháo tưới, bơm nước từ bể hút (13) lên bể tháo chung (16) theo kênh dẫn vào sông nội đồng.
- Thời đoạn tiêu nước: đóng các van lấy nước tưới (12) và van (17) của kênh tháo tưới, mở van (18) và van (19) của kênh tiêu đưa nước từ sông nội đồng về bể hút (13), bơm nước lên bể tháo chung (16) và dẫn nước tiêu ra sông chính qua van (19) của kênh tháo đã mở.
Từ hiện trạng khảo sát ý tưởng sáng tạo và kết quả sản phẩm của nhà sáng chế không chuyên Phùng Tiến Chiến, đoàn khảo sát có một số đánh giá như sau:
- Việc xây dựng trạm bơm tưới, tiêu kết hợp có giá thành xây dựng giảm hơn, diện tích đất xây dựng nhỏ hơn, tiết kiệm kinh phí đầu tư ban đầu. Việc bố trí cùng một khu sẽ tạo thuận lợi cho việc vận hành, quản lý so với việc xây các trạm bơm tưới và trạm bơm tiêu riêng biệt.
Tuy nhiên, trạm bơm này vẫn tồn tại một số nhược điểm như chưa tối ưu về diện tích xây dựng do cần phần diện tích để xây dựng bể hút, bể tháo nước chung và các kênh dẫn nước độc lập từ sông nội đồng/sông chính cấp nước đến bể hút hoặc bể tháo nước và phải lắp đặt hệ thống đường ống để dẫn nước từ máy bơm đến bể thoát nước chung, vấn đề tự điều tiết (khi máy bơm không hoạt động) chưa được đề cập nhiều.
Sau chuyến khảo sát, trung tâm REPD và nhà sáng chế Phùng Tiến Chiến đã phối hợp cùng nhau trong việc khắc phục các vấn đề còn hạn chế của hệ thống trạm bơm tưới, tiêu kết hợp.
Qua nhiều thử nghiệm trên thực tế, tác giả Phùng Tiến Chiến nhận thấy rằng, với kết cấu nhà trạm bơm hướng trục không ống cột nước thấp kiểu hai tầng như kiểu bơm truyền thống (buồng xả phía trên buồng hút), nếu sử dụng máy bơm hướng trục đứng truyền thống đã biết là không phù hợp do kết cấu bơm và kết cấu nhà trạm tuy đều hai sàn nhưng hoàn toàn khác nhau.
Các kiểu bơm truyền thống có thân bơm thường là hình tròn kiểu cút cong 60o liên kết với ống điều chỉnh - với ống dẫn - với cút 30o - với ống dẫn ngang - liên kết cuối cùng với nắp van xả hoặc kiểu thân bơm khác có tiết diện hình tròn kiểu cút cong 90o - liên kết với ống điều chỉnh - với miệng xả - với nắp miệng xả.
Cả hai kiểu bơm này chỉ xả được một hướng, thân bơm cong hình chữ L kéo dài, phải xây trạm bơm tưới riêng, trạm bơm tiêu riêng. Đối với các bơm đã biết muốn tưới tiêu kết hợp phải xây ba khoang (một khoang hút, hai khoang xả), vẫn xây hai sàn (sàn đặt bơm phía dưới, sàn đặt bơm phía trên). Do đó, ông Chiến đã tiếp tục đề xuất và thiết kế một loại máy bơm hướng trục cải tiến (Hình 2) trong trạm bơm tưới tiêu kết hợp này.
Sau chuyến khảo sát, trung tâm REPD và nhà sáng chế Phùng Tiến Chiến đã phối hợp cùng nhau trong việc khắc phục các vấn đề còn hạn chế của hệ thống trạm bơm tưới, tiêu kết hợp.
Qua nhiều thử nghiệm trên thực tế, tác giả Phùng Tiến Chiến nhận thấy rằng, với kết cấu nhà trạm bơm hướng trục không ống cột nước thấp kiểu hai tầng như kiểu bơm truyền thống (buồng xả phía trên buồng hút), nếu sử dụng máy bơm hướng trục đứng truyền thống đã biết là không phù hợp do kết cấu bơm và kết cấu nhà trạm tuy đều hai sàn nhưng hoàn toàn khác nhau.
Các kiểu bơm truyền thống có thân bơm thường là hình tròn kiểu cút cong 60o liên kết với ống điều chỉnh - với ống dẫn - với cút 30o - với ống dẫn ngang - liên kết cuối cùng với nắp van xả hoặc kiểu thân bơm khác có tiết diện hình tròn kiểu cút cong 90o - liên kết với ống điều chỉnh - với miệng xả - với nắp miệng xả.
Cả hai kiểu bơm này chỉ xả được một hướng, thân bơm cong hình chữ L kéo dài, phải xây trạm bơm tưới riêng, trạm bơm tiêu riêng. Đối với các bơm đã biết muốn tưới tiêu kết hợp phải xây ba khoang (một khoang hút, hai khoang xả), vẫn xây hai sàn (sàn đặt bơm phía dưới, sàn đặt bơm phía trên). Do đó, ông Chiến đã tiếp tục đề xuất và thiết kế một loại máy bơm hướng trục cải tiến (Hình 2) trong trạm bơm tưới tiêu kết hợp này.
Hình 2. Máy bơm hướng trục cải tiến (Ảnh: NSC cung cấp)
Cũng qua quá trình làm việc với nhà sáng chế Phùng Tiến Chiến, các cán bộ của trung tâm đã tiến hành tìm kiếm, tra cứu thêm các thông tin sáng chế liên quan trong hệ thống CSDL sáng chế trong nước và quốc tế (Sáng chế CN205444312 U (ngày công bố: 10/08/2016), Sáng chế EP 1301665 B1 (ngày công bố 11/02/2009 đã bộc lộ trạm bơm có lắp máy bơm trục đứng không ống) để đề xuất các giải pháp khắc phục, cải tiến thêm về mặt thiết kế, bố trí thiết bị, quy trình vận hành cho trạm bơm tưới, tiêu kết hợp được đề xuất bởi tác giả Phùng Tiến Chiến như: buồng xả ở tầng trên được ngăn cách với buồng hút bằng sàn mà không cần thân bơm vì vậy có thể kết hợp tiêu úng và chống hạn.
Hệ thống tưới, tiêu được hoàn thiện có thể sử dụng để điều tiết mực nước giữa sông nội đồng (khu vực tưới) và sông chính cấp nước (khu vực xả) theo các chế độ vận hành linh hoạt như sau:
i). Tự điều tiết (máy bơm không hoạt động)
- Tự tiêu: Khi mực nước sông nội đồng lớn hơn mực nước sông chính cấp nước và có yêu cầu tiêu úng thì mở hai cửa van hút tưới và hút tiêu, khi đó nước sẽ tự chảy từ sông nội đồng ra sông chính cấp nước qua buồng hút hai chiều 2 để tiêu úng.
- Tự tưới: Khi mực nước sông chính cấp nước lớn hơn mực nước sông nội đồng và yêu cầu tưới thì mở hai cửa van hút tưới và hút tiêu , khi đó nước sẽ tự chảy từ sông chính cấp nước vào sông nội đồng qua buồng hút hai chiều 2 để cấp tưới.
ii). Điều tiết nâng xả hoặc nâng tưới cưỡng bức bằng máy bơm hướng trục đứng không ống
- Nâng xả: Khi mực nước sông nội đồng lớn hơn mực nước sông ngoài, thậm chí mực nước sông nội địa nhỏ hơn mực nước sông ngoài một chút nhưng phải xả cưỡng bức, mở hai cửa van hút tiêu và cửa van xả tiêu, các cửa van hút tưới và cửa van xả tưới ở trạng thái đóng. Dòng nước sẽ được hướng tỏa ra xung quanh bên trong buồng xả hai chiều, phần nước này sẽ chảy qua cửa van xả tiêu để giảm mực nước sông nội đồng.
- Nâng tưới: Khi mực nước sông nội đồng nhỏ hơn hoặc thậm chí lớn hơn mực nước sông chính cấp nước nhưng cần phải nâng tưới cưỡng bức, mở hai cửa van hút tưới và cửa van xả tưới, các cửa van hút tiêu và cửa van xả tiêu ở trạng thái đóng. Dòng nước sẽ được hướng tỏa ra xung quanh bên trong buồng xả hai chiều, phần nước này sẽ chảy qua cửa van xả tưới để nâng cao mực nước sông nội đồng.
Như vậy, bằng việc cung cấp các thông tin sáng chế bao gồm thông tin kỹ thuật và thông tin pháp lý có thể giúp cho các tổ chức, cá nhân: Tìm kiếm các giải pháp sẵn có cho các vấn đề kỹ thuật; Lấy ý tưởng cho những sáng kiến tiếp theo; Theo kịp các công nghệ mới nhất trong lĩnh vực chuyên môn của doanh nghiệp… để hoàn thiện, cải tiến được sản phẩm, đưa vào sử dụng hiệu quả hơn.
Các tổ chức, cá nhân khác có nhu cầu khai thác sáng chế để hoàn thiện sản phẩm và phát triển sản phẩm mới xin liên hệ: Trung tâm Mô phỏng công nghệ và Phát triển sản phẩm (REPD) – Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ. Số điện thoại: 024.3943 9663; Địa chỉ: P 309, 39 Trần Hưng Đạo, Hoàn Kiếm, Hà Nội./.
Các tổ chức, cá nhân khác có nhu cầu khai thác sáng chế để hoàn thiện sản phẩm và phát triển sản phẩm mới xin liên hệ: Trung tâm Mô phỏng công nghệ và Phát triển sản phẩm (REPD) – Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ. Số điện thoại: 024.3943 9663; Địa chỉ: P 309, 39 Trần Hưng Đạo, Hoàn Kiếm, Hà Nội./.
Nguồn: Trung tâm Mô phỏng công nghệ và Phát triển sản phẩm (REPD)
