Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 32 - * Theo áp lực đầu vòi phun ta có thể chia vòi phun làm 3 loại: - Loại vòi phun áp lực thấp, bán kính tầm phun nhỏ: Tiêu hao năng lợng tơng đối ít, hạt ma nhỏ, độ đồng đều tới tơng đối cao phù hợp tới diện tích nhỏ, vờn rau, cây non, vờn cây trong nhà kính. - Loại vòi phun áp lực trung bình, bán kính tầm phun trung bình: Độ đồng đều tới tơng đối cao, hạt ma và cờng độ phun trung bình. Thích hợp ở vờn cây ăn quả, diện tích lớn và các loại đất. - Loại vòi phun áp lực cao, bán kính tầm phun lớn: Tiêu hao năng lợng lớn, khống chế diện tích tới lớn, hiệu suất tới cao, hạt ma to. Thích hợp tới cây trồng diện tích lớn, đồng cỏ. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 33 - áp lực đầu vòi (m) cột nớc Bán kính tầm phun (m) Lu lợng phun (lít/giờ) 1. áp lực đầu vòi thấp, bán kính tầm phun nhỏ 10 ữ 20 5 ữ 14 300 ữ 2.500 2. áp lực đầu vòi trung bình, bán kính tầm phun trung bình 20 ữ 50 14 ữ 40 800 ữ 40.000 3. áp lực đầu vòi cao, bán kính tầm phun lớn 50 ữ 80 > 40 > 40.000 Theo hình thức kết cấu ta có thể chia vòi phun làm các loại: *Vòi phun kiểu xé nớc: Tạo thành làn nớc mỏng phun ra xung quanh dới dạng hình tròn hoặc hình quạt và trong quá trình phun các bộ phận đều cố định nên còn gọi là vòi phun cố định. Loại vòi phun này có kết cấu đơn giản, chắc chắn,áp lực làm việc thấp, bán kính phun bé, cờng độ phun cao phù hợp tới ở công viên, thảm cỏ, cây xanh, vờn ơm, nhà kính. Theo kết cấu phân thành 3 loại: * Vòi phun kiểu tia đổi hớng: Các bộ phận bao gồm đầu phun, chóp xé nớc và giá đỡ. Khi vận hành dòng nớc từ đầu vòi phun ra đập vào chóp xé nớc tạo thành làn nớc mỏng toả ra xung quanh gặp sức cản không khí hình thành các hạt ma nhỏ rơi xuống đất. * Vòi phun kiểu khe hở: ở đầu vòi tạo ra một khe hở để dòng nớc phun ra từ đó phân tán đồng đều, thành hạt ma nhỏ. Khe hở đặt nghiêng so với mặt phẳng một góc 30 để phun đợc xa. * Vòi phun kiểu ly tâm: Các bộ phận cấu thành gồm: Thân vòi và đầu vòi dạng buồng xoáy. Do kết cấu của vòi phun nên dòng nớc phun ra mang tốc độ ly tâm, gặp sức cản không khí bị phân thành hạt ma rơi xuống đất. - Vòi phun kiểu dòng tia: Các bộ phận gồm đầu vòi, thân vòi, cơ cấu xé nớc, cơ cấu quay. Do kết cấu của vòi phun nên tạo thành dòng xoáy trong làn . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 34 - nớc phun ra từ vòi phun khi nó gặp bộ phận xé nớc. Có thể điều chỉnh tốc độ nhanh, chậm của cơ cấu quay. Theo cơ cấu quay có thể phân thành 3 loại: - Vòi phun kiểu va đập: Vòi phun quay đợc nhờ dòng nớc tác động vào tấm lệch dòng và tấm hớng dòng lắp trên cần lắp có gắn lò xo gây ra va đập vào vòi phun. Loại vòi này kết cấu đơn giản, đợc ứng dụng ở nhiều nớc nhng có nhợc điểm là khi lắp không cân tốc độ quay sẽ không đều và ảnh hởng của gió sẽ làm bộ phận quay không đều. - Vòi phun kiểu bánh răng: Vòi phun quay đợc nhờ dòng nớc phun ra từ đầu vòi va đập vào bánh công tác kéo cơ cấu quay. Do tốc độ của bánh công tác quá nhanh (1000 vòng/phút) trong khi tốc độ quay của vòi chậm (3 ữ 5 vòng/phút) vì vậy ta cần phải có bộ phận điều tốc. - Vòi phun kiểu phản lực: Vòi phun quay đợc nhờ tác động của mô men quay do phản lực của dòng nớc khi thoát ra khỏi miệng vòi. b. Đờng ống Đờng ống là bộ phận quan trọng trong hệ thống tới phun ma và nó phải đảm bảo các yêu cầu sau: ẽ Có thể chịu đợc áp lực làm việc thiết kế: Khả năng chịu áp lực của đờng ống phụ thuộc vào chất lợng vật liệu, quy cách ống và cách lắp ghép do đó khi đa ra đợc áp lực thiết kế thì ta phải chọn các tính chất của đờng ống sao cho phù hợp. ẽ Có khả năng tải đợc lu lợng thiết kế. ẽ Có khả năng chống ăn mòn va đập để kéo dài tuổi thọ của công trình. ẽ Thuận tiện trong vận chuyển và lắp đặt. ẽ Quy cách kích thớc ống đợc tiêu chuẩn hoá. ẽ Giá thành hạ. * Các loại đờng ống: Tuỳ thuộc vào mục đích tới của hệ thống mà ta có các hệ thống đờng ống khác nhau. Trên thực tế gồm có các loại đờng ống lắp đặt cho hệ thống: . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 35 - Dựa vào tổn thất năng lợng hw trong ống ta có các loại đờng ống Đờng ống ngắn : Là đờng ống có chiều dài không đáng kể, tổn thất cục bộ là chủ yếu (h wc > 0,1h w ). Ví dụ ống hút bơm ly tâm, đờng ống dẫn nhiên liệu, dầu bôi trơn trên các động cơ Đờng ống đơn giản: Là loại đờng ống có chiều lớn, tổn thất năng lợng dọc đờng là chủ yếu (h wc < 0,1h w ). Ví dụ đờng ống trong hệ thống cấp thoát nớc, dẫn nhiên liệu tới các nơi phân bố. Dựa vào điều kiện thuỷ lực và cấu trúc đờng ống ta có các loại đờng ống: Đờng ống đơn giản: Là đờng ống có đờng kính d hoặc lu lợng Q không đổi dọc theo chiều dài đờng ống (Hình 2-5 a) Đờng ống phức tạp : Là đờng ống có d và Q thay đổi tức hệ thống đờng ống bao gồm nhiều đoạn đờng ống đơn giản ghép lại, đờng ống có thể phân nhánh song song hoặc ốnh có mạch vòng kín (Hình 2-5 b) Do trong h thống tới rau bao gm mt ng ống chính và các phân nhánh có dạng nh (Hình 2-5 c) khi đó để tính toán thuỷ lực đờng ống ta cần xác định các thông số qua yêu cầu của hệ thống: - Bán kính đờng ống di. - Chiều dài từng phân đoạn ống li. - Hệ số tổn thất cục bộ trên đờng ống . - Hệ số ma sát . - Vận tốc dòng chảy cho phép v. o Nếu chảy tầng = Re 64 o Nếu chảy rối = C g8 Trong đó:Re: hệ số Reynolds. g: Gia tốc trọng trờng. C: Hệ số phụ thuộc vào hệ số nhám n và bán kính thuỷ lực R. - Khi đó lu lợng tại các đầu vòi Qi đợc xác định theo công thức: . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 36 - Qi = v. 2 13.1 di Lu lợng tại đầu ống chính là: Q = = = nni i Qi 1 (2-20). - Trị số cột áp cần thiết ở đầu hệ thống đờng ống đợc xác định theo công thức: H = nn . Q gd d l i i i 42 . 8 + (2-21). nn: Số nhánh. Hình 2-6:Hệ thống bơm đẩy 2.2.7. Các thông số cơ bản lựa chọn máy bơm Ta xét một trờng hợp cụ thể làm việc trong một hệ thống đờng ống trên hình 2-6. Trong đó: Zh- Chiều cao hút. Zd- Chiều cao đẩy. Z- Chênh lệch độ cao giữa miệng vào và miệng ra của bơm. Z - Cao trình của bơm. P1- áp suất trên mặt thoáng bể hút. P2- áp suất tại miệng vào của bơm. P3- áp suất tại miệng ra của bơm . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 37 - P4- áp suất trên mặt thoáng bể chứa. C- Chân không kế lắp ra ở miệng vào của bơm. A- áp kế lắp ở miệng ra của bơm. K1- Khoá trên ống hút. K2- Khoá trên ống đẩy. L- Dụng cụ đo lu lợng. - Trọng lợng riêng của chất lỏng (N/m 3 ),(KG/m 3 ) a. Lu lợng Lu lợng của bơm là lợng chất lỏng do bơm truyền đi trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là Q, đơn vị đo (m 3 /h), (m 3 /s), (l/s). b. Cột áp Cột áp của bơm là năng lợng đơn vị mà bơm truyền đợc cho chất lỏng, ký hiệu H, đơn vị đo (mH 2 0). H = E3 - E2 = ++ +++ Zh g vP ZZn g vP 2 22 2 33 22 (2-22) H = 23 PP + Z g vv + 2 23 22 (2-23) c. Công suất và hiệu suất - Công suất thuỷ lực Ntl (công suất hữu ích) của bơm là công suất dùng để truyền trọng lợng của lu lợng Q với cột áp H: Ntl = 1000 HQ (kW) (2-24) Trong đó: - Trọng lợng riêng của chất lỏng (N/m 3 ) Q - Lu lợng của bơm (m 3 /s) H - Cột áp toàn phần của bơm (mH 2 0) Công suất đòi hỏi trên trục của bơm cần phảI lớn hơn công suất thuỷ lực Ntl vì bơm phải tiêu hao một phần năng lợng để bù vào các tổn thất thuỷ lực, tổn thất ma sát giữa các bộ phận làm việc của bơm N = 1000 HQ Ntl = (kW) (2-25) < 1 : Hiệu suất toàn phần của bơm (%). . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 38 - 2.3. Thiết kế hệ thống tới phun ma Trình tự thiết kế hệ thống tới phun ma bao gồm các bớc sau: 1. Điều tra khảo sát tài liệu Điều tra khảo sát thu thập các tài liệu cơ bản nh: Địa hình, địa chất thuỷ văn, khí tợng, trên cơ sở điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội phân tích tính cấp thiết đầu t hệ thống phun ma. Quy hoạch bố trí hệ thống gồm bể chứa, kênh dẫn. Từ đó tính toán vật liệu, thiết bị, kinh phí và hiệu quả đầu t hệ thống tới phun ma. 2. Chọn vòi phun và sơ đồ bố trí vòi phun. - Chọn vòi phun: Căn cứ các thông số mà nhà sản xuất yêu cầu nh loại đất, điều kiện khí hậu từ đó có các chỉ số nh áp suất, bán kính phun, lu lợng vòi từ đó ta chọn loại vòi phun phù hợp với bài toán. - Sơ đồ bố trí vòi phun: Bao gồm xác định hớng bố trí các ống nhánh, sơ đồ bố trí tổ hợp vòi, khoảng cách giữa các vòi dọc theo ống nhánh và khoảng cách giữa các nhánh. + Phơng hớng bố trí ống nhánh: Ta phải căn cứ vào hớng gieo trồng, hớng dốc mặt đất và hớng gió. + Sơ đồ bố trí tổ hợp vòi: Bao gồm các sơ đồ có dạng nh sau: (a) Tổ hợp vòi hình vuông (b) Tổ hợp vòi hình tam giác đều. (c) Tổ hợp vòi hình chữ nhật (d) Tổ hợp vòi hình tam giác cân. Hình 2-7: Sơ đồ bố trí tổ hợp vòi phun ma. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 39 - - Xác định khoảng cách tổ hợp vòi: Khoảng cách vòi có quan hệ trực tiếp với bán kính phun. Việc xác định khoảng cách tổ hợp có nhiều cách trong đó có phơng pháp tổ hợp hình học là phơng pháp đợc a dùng. Theo phơng pháp này thì toàn bộ diện tích đợc tới phủ kín, không bỏ sót. Trên cơ sở các hình thức tới của vòi (chữ nhật hoặc tam giác), sử dụng phơng pháp đồ giải, lấy bán kính thiết kế( bán kính phun hiệu quả ) theo công thức (2-25) làm căn cứ đồ giải. R TK = K.R (2-26) Trong đó: R TK . Bán kính phun thiết kế. K . Hệ số ổn định. K = 0,7 - 0,9. R . Bán kính phun (m) có thể tra trong bảng thông số kỹ thuật của sản phẩm vòi phun. 3. Bố trí sơ đồ hệ thống tới phun ma * Chọn loại sơ đồ: Sơ đồ hệ thống tới phun kiểu đờng ống thờng áp dụng theo hai cách: Hệ thống cố định và hệ thống bán di động tuỳ thuộc yêu cầu mà ta lựa chọn cách bố trí sao cho phù hợp. 4. Tính toán chế độ tới phun ma ế Xác định mức tới thiết kế: M TK = 10 .H. G V .( max - min ). 1 (2-27) Trong đó: M TK .Mức tới thiết kế (m 3 /ha). H .Độ sâu lớp đất tới (mm). G V .Dung trọng đất khô (T/m 3 ). . Hệ số hiệu ích tới phun ma: = 0,8-0,95. max . Độ ẩm tối đa đồng ruộng. min . Độ ẩm giới hạn dới cho phép. min = 70 ữ 80% max ế Chu kỳ tới thiết kế:( khoảng cách thời gian giữa hai lần tới). T TK - Chu kỳ tới (ngày) . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 40 - E - Cờng độ hao nớc bình quân của cây trồng, thờng lấy thời kỳ sinh trởng của cây trồng có trị số cao nhất. ế Thời gian tới mỗi lần t = 1000 q Mba TK (2-28) Trong đó: a. Khoảng cách giữa các vòi phun. b. Khoảng cách giữa các đờng ống nhánh. M TK . Mức tới thiết kế. . Hệ số hiệu ích tới phun ma: = 0,8-0,95. q. Lu lợng vòi.( m 3 /s). q = . gh2 (2-29) . Hệ số lu lợng. . Tiết diện thông nớc đầu vòi( m 2 ) đối với vòi hình tròn. =.d 2 /4 (2-30) d . Đờng kính trong đầu vòi (m). h . Cột nớc đầu vòi (m). g . Gia tốc trọng trờng m/s 2 . 5. Xác định chế độ hoạt động của hệ thống tới phun - Số vòi phun hoạt động đồng thời n p n P = TK Tn N . (2-31) N: Tổng số vòi phun. n : Số vị trí di chuyển trong mỗi ngày của vòi 6. Tính toán lu lợng của ống chính, ống nhánh tới phun ma. a. Tính toán lu lợng đầu vào ống nhánh Q n = n V .q (2-32) Q n - Lu lợng đầu vào ống nhánh (l/giờ) q - Lu lợng bình quân của các vòi phun ma trên ống nhánh n V - Số lợng vòi trên một ống nhánh. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 41 - b. Tính toán lu lợng đầu vào ống chính Q C = 2.N.Q n (2-33) Q n - Lu lợng đầu vào ống nhánh (l/giờ) N - Số lợng hàng ống nhánh (chiếc) Số 2 chỉ một ống nhánh đợc bắt vào hai bên của ống chính đối diện nhau 7. Tính toán thuỷ lực: * Tính toán thuỷ lực ống nhánh tới phun ma: Tính toán thuỷ lực đờng ống là công việc xác định tổn thất cột nớc và đờng kính ống nhánh. ễ Xác định tổn thất đờng dài của ống nhánh: h f = b m d LQf (2-34) h f : Tổn thất đờng dài ống nhánh (m). Q : Lu lợng đầu ống nhánh (m 3 /giờ). L : Chiều dài ống nhánh (m). d : Đờng kính trong của ống nhánh (mm). f : Hệ số ma sát đờng dài. m, b : Phân biệt chỉ số lu lợng và chỉ số đờng kính, f, m, b tra bảng. Vật liệu ống ống bê tông và bê tông cốt thép: f m B n = 0,013 1,312 x 10 6 2 5,33 n = 0,014 1,516 x 10 6 2 5,33 n = 0,015 1,749 x 10 6 2 5,33 ống thép cũ, ống gang cũ 6,25 x 10 6 1,9 5,10 ống xi măng sợi thuỷ tinh 1,455 x 10 6 1,85 4,89 ống chất dẻo 0,948 x 10 6 1,77 4,77 ống nhôm, ống nhôm hợp kim 0,861 x 10 6 1,74 4,74 . . hớng gieo trồng, hớng dốc mặt đất và hớng gió. + Sơ đồ bố trí tổ hợp vòi: Bao gồm các sơ đồ có dạng nh sau: (a) Tổ hợp vòi hình vuông (b) Tổ hợp vòi hình tam giác đều. (c) Tổ hợp vòi hình chữ. thông số kỹ thuật của sản phẩm vòi phun. 3. Bố trí sơ đồ hệ thống tới phun ma * Chọn loại sơ đồ: Sơ đồ hệ thống tới phun kiểu đờng ống thờng áp dụng theo hai cách: Hệ thống cố định và hệ thống. 40.000 Theo hình thức kết cấu ta có thể chia vòi phun làm các loại: *Vòi phun kiểu xé nớc: Tạo thành làn nớc mỏng phun ra xung quanh dới dạng hình tròn hoặc hình quạt và trong quá trình phun