Bài giảng Cao học Cơ sở khoa học nghiên cứu hệ thống tưới tiêu bằng động lực - GS.TS. Lê Chí Nguyện

Bài giảng Cao học Cơ sở khoa học nghiên cứu hệ thống tưới tiêu bằng động lực trình bày các nội dung: Đặc tính máy bơm và trạm bơm, giới thiệu lý thuyết phân tích hệ thống V ứng dụng, xác định các thông số thiết kế, công trình hút nước trạm bơm, đánh giá kinh tế xây dựng trạm bơm. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cao học Cơ sở khoa học nghiên cứu hệ thống tưới tiêu bằng động lực - GS.TS. Lê Chí Nguyện TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN KỸ THUẬT HẠ TẦNG VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN ---------------*-------------- BÀI GIẢNG CAO HỌC CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU BẰNG ĐỘNG LỰC GS. TS.LÊ CHÍ NGUYỆN HÀ NỘI - 2013 MỞ ĐẦU Máy bơm và trạm bơm là một loại thiết bị và công trình được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân. Nhằm mục đích tưới tiêu và cung cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp, đến nay chúng ta đã xây dựng nhiều trạm bơm lớn, nhỏ. Tất cả các trạm bơm trên đều do cán bộ kỹ thuật nước ta thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành và đã phát huy hiệu quả tưới tiêu đảm bảo an toàn sản xuất nông nghiệp nâng cao năng suất và sản lượng cây trồng. Song song với các trạm bơm tưới tiêu có áp lực thấp xây dựng chủ yếu ở các vùng đồng bằng, các trạm bơm áp lực cao dùng để tưới cho các vùng đồi, cây chuyên canh, sử dụng các kỹ thuật tưới phun, tưới gốc…., các trạm bơm cấp nước cho các khu dân cư đang được xây dựng và phát triển. Để đáp ứng yêu cầu sản xuất, không ngừng hiện đại hóa hệ thống thủy lợi ở nước ta yêu cầu cấp thiết phải: 1. Nâng cao trình độ thiết kế, xây dựng đảm bảo công trình hiện đại, hợp lý. 2. Nâng cao trình độ khai thác vận hành để giảm chi phí quản lý, tăng hiệu quả tưới, tiêu và cấp thoát nước. Để đáp ứng các yêu cầu trên, cần thiết phải nghiên cứu để giải quyết những vấn đề sau đây : Về máy bơm : 1. Xác định được một gam bơm hợp lý phủ được toàn bộ các yêu cầu dùng bơm trong cả nước. 2. Hiện đại hóa thiết bị và trình độ chế tạo. 3. Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống dẫn dòng thủy lực (bánh xe cánh quạt, cánh hướng nước…) để nâng cao hiệu suất bơm, kết cấu bơm gọn nhẹ. 4. Nghiên cứu áp dụng các vật liệu mới nâng cao độ bền, giảm trọng lượng, chống khí thực, nước va… Về trạm bơm: 1. Nghiên cứu xác định quy mô tối ưu các hệ thống tưới tiêu bằng động lực. 1 2. Nghiên cứu xác định các thông số thiết kế hợp lý Zh, Zt, H, Q… cho các trạm bơm tưới, tiêu và cấp nước. 3. Nghiên cứu các kết cấu nhà trạm phù hợp với các loại thiết bị bơm và yêu cầu về nền móng và các điều kiện tự nhiên khác. 4. Nghiên cứu hình dạng và cấu tạo hợp lý các công trình hút nước, tháo nước. 5. Phương pháp tính toán tối ưu mạng ống tưới và cấp nước. 6. Nghiên cứu lập chương trình điều khiển, vận hành tối ưu các trạm bơm và hệ thống tưới tiêu cấp nước bằng động lực. Những vấn đề trên được giải quyết dựa vào các cơ sở. - Lý thuyết phân tích hệ thống - Lý thuyết tối ưu - Lý thuyết về thủy lực và cơ chất lỏng - Các phương pháp thí nghiệm mô hình vật lý… Cuốn sách này giúp người đọc nâng cao một số kiến thức chủ yếu về máy bơm, trạm bơm và cung cấp một số vấn đề cơ sở có thể áp dụng để giải quyết các bài toán về hệ thống tưới tiêu và cấp nước bằng động lực. CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH MÁY BƠM VÀ TRẠM BƠM 1.1. ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH MÁY BƠM 1.1.1. Đường đặc tính máy bơm cánh quạt: 2 • Máy bơm cánh quạt là máy bơm có bánh xe công tác (BXCT) gắn cnh quạt v khi BXCT quay sẽ truyền năng lượng cho chất lỏng. • Đây là loại máy bơm được dng phổ biến nhất và được nghin cứu đầy đủ nhất. Máy bơm cánh quạt được phn ra thnh 3 loại theo hướng của dịng chảy chuyển động trong máy bơm so với trục bơm: - M¸y b¬m ly t©m - M¸y b¬m hưíng trơc - M¸y b¬m hưíng chÐo MBLT MBHC MBHT Đặc tính công tác của mỗi loại máy bơm biểu thị bằng các đường đặc tính máy bơm. Đường đặc tính máy bơm là đường quan hệ giữa các thông số cột nước H, công suất N, hiệu suất và đặc tính hút (Độ cao chân không cho phép, độ cao hút cho phép hoặc độ dữ khí thực) với lưu lượng Q, số vòng quay n và đường kính ngoài bánh xe cánh quạt D. Với một máy bơm (D = const) làm việc với số vòng quay n = const có một họ đường đặc tính gồm H = f(Q), η = f(Q), N = f(Q), ∆H(NPSH) = f(Q) (hoặc [H CK ] = f(Q)). Họ đường đặc tính này có dạng khác nhau tùy theo loại khác nhau của máy bơm cánh quạt. Máy bơm cánh quạt có 3 loại : - Bơm ly tâm : n S ≤ 300 - Bơm hướng chéo n S > 300 ÷ 500 - Bơm hướng trục n S > 500 Dạng đường đặc tính của ba loại máy bơm cánh quạt này (hình 1.1) có khác nhau. 3 Η η Ν Η η Ν η=f(Q) Η A' A η Ν η=f(Q) η=f(Q) B Η=f(Q) B' Η=f(Q) Ν=f(Q) Ν=f(Q) Q a. Bơm ly tâm C C' Η=f(Q) Ν=f(Q) Q Q b. Bơm hướng chéo c. Bơm hướng trục Hình1 : Dạng đường đặc tính máy bơm cánh quạt * Máy bơm ly tâm, là loại máy bơm truyền lực ly tâm cho chất lỏng, có hệ số tỷ tốc n S ≤ 300. Họ đường đặc tính bơm ly tâm biểu thị ở hình 1-1a. Dạng đường H = f(Q) có dạng cong trơn, phạm vi hiệu suất cao rộng, Đường N = f(Q) tăng dần theo lưu lượng. Máy bơm hướng trục truyền lực nâng cho chất lỏng có n S ≥ 500 có họ đường đặc tính biểu thị ở hình 1.1.c. Đường H = f(Q) và N = f(Q) giảm với tốc độ lớn theo Q tăng và xuất hiện các cực đại và cực tiểu. Vùng từ cực đại C về phía Q giảm đột ngột. Đường hiệu suất η = f(Q) nhọn nên phạm vi hiệu suất cao thường rất bé. Máy bơm hướng chéo (hỗn lưu) là loại máy bơm truyền cho chất lỏng cả lực ly tâm và lực nâng, hệ số tỷ tốc n S = 300 ÷ 500. Các dạng đường đặc tính đều nằm trung bình giữa đường đặc tính của hai loại máy bơm li tâm và hướng trục. Đặc biệt đường N = f(Q) thay đổi rất ít khi Q thay đổi làm cho động cơ làm việc khá ổn định. 1.1.2. Sự tương tự của đường đặc tính máy bơm. Việc xác định các đường đặc tính máy bơm bằng lý thuyết có rất nhiều khó khăn. Vì vậy hiện nay để có các đường đặc tính mỗi loại máy bơm đều dựa vào kết quả thí nghiệm đồng thời dùng phương pháp tương tự và phân tích thứ nguyên làm cơ sở để tổng hợp phát triển kết quả thí nghiệm. Phương pháp tương tự và thứ nguyên cho ta tìm được các quy luật quan hệ giữa cột nước H = f(Q,n,D), công suất N = f(Q,n,D) với lưu lượng Q, số vòng quay n và đường kính ngoài bánh xe cánh quạt D, khi đồng dạng hình học giữa 2 máy bơm đã được xác lập, tức là tỷ số kích thước hình học của hai bộ phận dẫn l l2 D D2 1 1 dòng của 2 máy bơm luôn luôn không thay đổi (= = const ). 4  ...