Việc ghép song song trở nên phức tạp hơn nhiều khi áp dụng cho các hệ thống có đặc điểm thủy lực phân nhánh và thay đổi, điển hình là hệ thống Bơm Nước Giếng Khoan Bằng Nhiều Máy Bơm Nhúng (Hình 6-7). Trong trường hợp này, các máy bơm không chỉ làm việc chung một đường ống đẩy mà còn phải đối mặt với hai thách thức kỹ thuật lớn: (1) Ảnh hưởng của việc Hạ Mực Nước trong giếng khoan (thay đổi cột áp tĩnh) và (2) Tính toán tổn thất trên các đoạn ống riêng rẽ có chiều dài và đặc tính khác nhau (tương tự như ghép nối tiếp-song song phức hợp).
Bài viết chuyên sâu này sẽ tập trung vào phân tích ứng dụng phức tạp của bơm nhúng ghép song song. Chúng ta sẽ trình bày chi tiết phương pháp xây dựng Đường Đặc Tính Tổng ($H-Q$) lồng ghép ảnh hưởng của việc giảm mực nước. Quan trọng nhất, chúng ta sẽ hướng dẫn quy trình xác định Lưu Lượng ($Q_i$) và Cột Nước ($H_i$) riêng của từng bơm thành phần (Bơm 1, 2, 3) thông qua phương pháp trừ lùi từ điểm công tác chung $A$ trên đường đặc tính tổng, giải quyết bài toán thủy lực đa điểm nối.
Phần 1: Xây Dựng Đường Đặc Tính Của Từng Bơm (Có Kể Đến Hạ Mực Nước)
- 1.1. Thách thức Hạ Mực Nước Giếng Khoan:
- Trong giếng khoan, việc bơm nước làm mực nước động giảm so với mực nước tĩnh. Mức giảm này (độ hạ mực nước) phụ thuộc vào lưu lượng ($Q$) bơm ra.
- Tác động: Độ hạ mực nước làm tăng cột áp tĩnh $H_{\text{cm}}$ yêu cầu của bơm, nghĩa là làm giảm cột nước hữu ích mà bơm sản ra.
- 1.2. Đường Đặc Tính Bơm (Đã Tính Đến Hạ Mực Nước):
- Đường 1 (Hình 6-7, b): Đường đặc tính $H-Q$ của máy bơm nhúng đã được hiệu chỉnh bằng cách trừ đi cột nước tương đương với độ hạ mực nước tại mỗi lưu lượng $Q$. Đây là đường đặc tính gốc đã được “làm yếu” do ảnh hưởng của giếng khoan.
- 1.3. Hiệu chỉnh cho Tổn Thất Ống Riêng Lẻ:
- Đường 1′ (Hình 6-7, b): Đường đặc tính 1 được trừ đi tổn thất cột nước ($h_{msr}$) trên đoạn ống riêng từ bơm 1 đến điểm nối chung gần nhất (ví dụ: đoạn $1-2$). $H’_{1} = H_{1} – h_{ms, 1-2}$.
Phần 2: Xây Dựng Đường Đặc Tính Tổng Từng Bước tại Các Điểm Nối
- 2.1. Mục Tiêu: Xây dựng đường đặc tính tổng $(I + II + III)$ tại điểm cuối (điểm 4, cửa ra bể tháo) bằng cách cộng dần từng bơm thành phần và trừ đi tổn thất trên các đoạn ống nối tiếp.
- 2.2. Đặc Tính Tổng Hai Bơm (Tại Điểm 2):
- Đường 2 (Hình 6-7, c): Là đường đặc tính tổng của Bơm 1 và Bơm 2, được xác định bằng cách cộng hoành độ của đường 1′ (đặc tính Bơm 1 tại điểm 2) và đường đặc tính đã hiệu chỉnh của Bơm 2 (tại điểm 2).
- Đường 2′ (Tại Điểm 3): Là đường đặc tính 2 đã được trừ đi tổn thất cột nước trên đoạn ống nối tiếp $2-3$. $H’_{2} = H_{2} – h_{ms, 2-3}$.
- 2.3. Đặc Tính Tổng Ba Bơm (Tại Điểm 4):
- Đường 3 (Tại Điểm 3): Là đường đặc tính tổng của ba máy bơm $(1+2)+3$ tại điểm 3 (chưa kể tổn thất $3-4$), được xác định bằng cách cộng hoành độ của đường 2′ và đường đặc tính đã hiệu chỉnh của Bơm 3 (tại điểm 3).
- Đường 3′ (Tại Điểm 4): Là đường đặc tính 3 đã được trừ đi tổn thất cột nước trên đoạn ống cuối cùng $3-4$. $H’_{3} = H_{3} – h_{ms, 3-4}$.
Phần 3: Xác Định Điểm Công Tác Chung và Lưu Lượng/Cột Nước Riêng Lẻ
- 3.1. Xác Định Điểm Công Tác Chung (A):
- Đường Đặc Tính Đường Ống ($H_{\text{o}}$): Được vẽ với cột nước tĩnh $H_{\text{cm}}$ (độ chênh mực nước từ bể tháo đến mực nước tĩnh) và tổn thất đường ống sau điểm 4.
- Giao điểm A: Giao điểm của Đường Đặc Tính Tổng Cuối Cùng (Đường 3′) và Đường Đặc Tính Đường Ống $H_{\text{o}}$ chính là Điểm Công Tác Chung của cả hệ thống tại cửa ra bể tháo.
- Lưu lượng Chung: $Q_{\Sigma} = \overline{O A’}$.
- 3.2. Phương Pháp Trừ Lùi Để Tìm $Q_i, H_i$:
- Tìm H của Bơm 3: Cột nước Bơm 3 tại điểm 4 là $H_{3} = H_{\text{cm}} + \overline{A’A}$ ($\overline{A’A}$ là tổn thất cột nước trên đoạn $3-4$).
- Tìm $Q_{1+2}$ (Bơm 1 và 2): Kẻ đường ngang qua điểm $A$, cắt đường 2′ tại điểm $B’$. Điểm $B’$ xác định tổng lưu lượng của Bơm 1 và 2 ($Q_{1+2}$) và cột nước của Bơm 2 tại điểm 3.
- Cột nước Bơm 2: $H_{2} = H_{\text{cm}} + \overline{A’A} + \overline{B’B}$ ($\overline{B’B}$ là tổn thất trên đoạn $2-3$).
- Tìm $Q_1$ (Bơm 1): Kẻ đường ngang qua điểm $B’$, cắt đường 1′ tại điểm $C’$. Điểm $C’$ xác định lưu lượng của Bơm 1 ($Q_{1}$) và cột nước Bơm 1 tại điểm 2.
- Cột nước Bơm 1: $H_{1} = H_{\text{cm}} + \overline{A’A} + \overline{B’B} + \overline{C’C}$.
- Tính Lưu lượng Riêng Lẻ:
$$ Q_3 = Q_{\Sigma} – Q_{1+2} \quad (\text{Tại Cột Nước } H_3)$$
$$ Q_2 = Q_{1+2} – Q_1 \quad (\text{Tại Cột Nước } H_2)$$
- 3.3. Kết quả và Ứng dụng:
- Phương pháp này cho phép chuyên gia phân tích chi tiết chế độ làm việc (cột nước và lưu lượng) của từng máy bơm riêng lẻ trong hệ thống phức tạp, từ đó kiểm soát được sự cân bằng lưu lượng và cột nước của cả trạm bơm giếng khoan.
Hệ thống bơm nhúng ghép song song với đường ống dài và khác nhau là một ví dụ điển hình về ghép song song phức hợp. Việc xác định điểm công tác đòi hỏi một quy trình tỉ mỉ: xây dựng đường đặc tính từng bước tại các điểm nối, lồng ghép ảnh hưởng của độ hạ mực nước và trừ đi tổn thất ống liên tục. Bằng cách áp dụng phương pháp trừ lùi từ điểm công tác chung $A$, chuyên gia kỹ thuật có thể phân tách lưu lượng và cột nước chính xác cho từng bơm, đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động ổn định và đạt được lưu lượng mong muốn.