Đối với những hệ thống phức tạp do sự tồn tại cc yếu tố bất định trong hệ thống, người nghin cứu khơng thể ngay một lc pht hiện hết được những tính chất của hệ thống, cũng khơng thể dự báo ngay được xu thế pht triển của hệ thống. Do đó, các mục tiu khai thc hệ thống cũng chỉ hình thnh r nt sau khi thử phản ứng của hệ thống bằng cc kỹ thuật phn tích hợp lý. Mơ hình mơ phỏng đóng vai trị đặc biệt quan trọng trong qu trình tiếp cận hệ thống.
Trn hình vẽ trình by sơ đồ tổng qut của qu trình tiếp cận hệ thống bằng cch sử dụng mơ hình mơ phỏng. Qu trình tiếp cận hệ thống theo sơ đồ ny l qu trình tìm lời giải của hệ thống trên cơ sở lin tiếp lm r mục tiu của khai thc hệ thống, v xem xt sự cần thiết bổ sung thơng tin về hệ thống.
Câu hỏi thảo luận:
CHƯƠNG III
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ 3.1. MỞ ĐẦU
Các trạm bơm được xây dựng với các mục đích khác nhau và với những điều kiện khác nhau thì việc xác định các thông số tối ưu để dùng cho thiết kế và quản lý sẽ khác nhau.
Có thể kể đến các loại trạm bơm sau đây :
1. Trạm bơm tưới áp lực thấp: sử dụng thích hợp cho điều kiện các vùng đồng bằng, các vùng đồi thấp. Trạm bơm cung cấp nước cho một hệ thống các kênh dẫn nước tự chảy vào các ô ruộng.
2. Trạm bơm tưới áp lực cao: Dùng để tưới cho các cây trồng cạn ở vùng đồi núi, các vùng chuyên canh. Mạng dẫn nước tưới là hệ thống ống dẫn có áp.
3. Trạm bơm tiêu nước mặt cho các vùng đồng bằng.
4. Trạm bơm tiêu nước ngầm dùng cho việc cải tạo đất phèn mặn hoặc cho các vùng đồi.
Các trạm bơm trên đều được xây dựng trong các điều kiện khác nhau về nguồn nước, về các đối tượng dùng nước, về các yếu tố địa hình địa thế và các yếu tố tự nhiên khác nhau.
Các thông số thiết kế chủ yếu của trạm bơm bao gồm: - Lưu lượng (Q)
- Cột nước (H) - Mực nước (Z)
Các thông số này đều cần được xác định trong các trường hợp thiết kế và trường hợp kiểm tra.
Cc ti liệu cơ bản cần trong qu trình thiết kế kỹ thuật trạm bơm gồm: Cc thơng số cơ bản : H tk, H max, H min, Q tk, Q max, Q min • Biểu đồ cung cấp nước bình thường theo thời gian Q~t
• Cc ti liệu về nguồn nước :
Lưu lượng theo thời gian Mực nước theo thời gian
Các điều kiện quản lý khai thc như: có phải cung cấp lượng nước tăng cường khơng, trạm bơm có ngừng hoạt động trong một thời gian di khơng,..
Các kích thước cơ bản v cấu tạo của cc knh hoặc cc cơng trình lin quan với trạm bơm,..
Ti liệu địa hình khu vực đặt trạm bơm Ti liệu địa chất và địa chất thủy văn Cc cơng trình lin quan khc: knh dẫn, knh tho,..
3.2 TÍNH TỐN CỘT NƯỚC
3.2.1 Tính cột nước thiết kế Htk:
Cột nước thiết kết của my bơm cũng chính l cột nước thiết kế của trạm bơm được tính theo cơng thức:
∑ + = dhbq ms TK H h H H
dhbq : cột nước địa hình bình qun m tính theo phương pháp bình qun gia quyền với địa hình.
∑hms: tổng tổn thất thuỷ lực trên đường ống hút và đẩy.
Theo kinh nghiệm thì : TB thơng thường lấy ∑hms =1−1,5m
TB có đường ống đầy Lođ dài : hđ = 2-3 m/km
(Q~t) (Zt~t) (Zh~t) t1 t2 t3 t4 t5 4 2 3 Zt Zh h5 Q t 0 h1 h2 h3 h4
Công tiêu hao để bơm nước ln với cột nước bình qun gia quyền bằng cơng cần tiêu hao để bơm nước ln với cc cột nước thay đổi theo cc thời kỳ. Ta cĩ:
∑( . )= .∑( . . ) .
.Hdhbq Qiti γ Qitihi
∑ ∑ = = = ⇒ n i i i n i i i i dhbq t Q h t Q H 1 1 ) . ( ) . . (
3.2.2 Tính cột nước kiểm tra:
Dùng để kiểm tra qu tải động cơ và khí thực
a. H max: ∑ + =Hdh hms H max max min max max h t dh Z Z H = − Với Z
tmax được xác định như sau:
• Với trạm bơm tưới: Z
t ứng với Qgia cường
• Với trạm bơm tiêu: Z
s ứng với tần suất kiểm tra Pkiểm tra Với Z
hmin được xác định như sau: • Với TB tưới: Z
s ứng với P
kimtra min (90%)
Với TB tiu:
• Tiu triệt để: Zhmin = A0 + h0 -Σi.l - Σhc • Thủy sản
• Tiêu nước điệm
b. Hmin:Hmin =Hdhmin +∑hms
Trong đó: min
dh
H : cột nước địa hình nhỏ nhất trong qu trình lm việc.
max min min h t dh Z Z H = − Z tmin với:
• Trạm bơm tưới: Zt ứng với Qmin • Với trạm bơm tiêu:
Nếu Zđáy kênh tháo + h
min > Z sơng Z tmin = Z đáy kênh + h min Nếu Zđk + h min < Z s Z tmin = Z sơng + ∆Z Z hmax với: • Trạm bơm tưới:
Trạm ngoài đê: Z
hmax ứng với Zs kiểm tra.
• Với trạm bơm tiêu: Mực nước điều tra ngập lớn nhất khi chưa xây dựng trạm bơm.
3.3 CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ TRẠM BƠM
3.3.1 Với trạm bơm tưới
Q t 0 (Q~t) Qmax Q TK = Q max trn biểu đồ Q gia cường = K.Q TK Q min = Q min trn biểu đồ
3.3.2 Với trạm bơm tiêu
• Q
TK = q.ω
q: hệ số tiu thiết k (l/s-ha)
ω: diện tích khu vực cần tiu (ha) • Q gia cường = K.Q TK 3 min TK Q Q =
3.4. NHỮNG VẤN ĐỀ RING BIỆT CỦA TRẠM BƠM TƯỚI VNG CAO
Vùng núi và trung du, các khu tưới thường mang những đặc điểm sau: • Khu tưới nhỏ hẹp & phn tn Qyc nhỏ.
• Xa nguồn nước nên H cao, thay đổi nhiều.
Từ những điều kiện địa hình đặc biệt như vậy, ta đưa ra các giải php kĩ thuật sau:
a) d)
b)
3.4.1 Bố trí cơng trình trạm bơm tưới vng cao
Theo điều kiện địa hình, ta cĩ 4 cch bố trí:
Bố trí một trạm bơm đảm bảo tưới cho cả vùng. Khi đó cao trình bể tho phải khống chế được tồn bộ khu tưới. Bố trí một trạm bơm lên nhiều bể tho cĩ cao trình khc nhau. Bố trí nhiều trạm bơm riêng biệt cung cấp nước cho từng
khu tưới cĩ cao trình khống chế khc nhau.
Bố trí nhiều cấp trạm bơm, nối từng trạm bơm cấp 1 đến trạm bơm cấp cuối cng.
Nhận xt:
Hình a,c l hình thức thơng dụng mà ta đ biết.
Hình b,d l trường hợp đặc biệt. Nếu chng ta phn cấp bể tho hoặc phn cấp trạm bơm thì đạt được yu cầu tiết kiệm năng lượng bơm hơn là làm 1 trạm bơm tập trung.
3.4.2 Phn cấp khu tưới & xác định vị trí bể tho
Để lm sng tỏ nhận xt trn ta xt ví dụ sau:
Một vùng tưới cĩ diện tích l ωv cột nước yu cầu để khống chế hết diện tích khu tưới.
Khi bố trí trạm bơm một cấp cơng suất yu cầu l: tr tr yc QH qH N η γ η γω = = Trong đó: q- hệ số tưới thiết kế
ηtr- hiệu suất của trạm bơm
Q- lưu lượng thiết kế của trạm bơm
Giả sử hệ thống trạm bơm có 3 cấp, giả thiết cc cấp cĩ cột nước bằng nhau thì khi đó công suất yu cầu cho khu tưới l: H1=H
2=H 3= H/3 3 3 3 3 2 2 2 3 2 1 1 1 1 . . ) ( . tr K tr K tr K yc H q H q H q N η η ω γ η η ω ω γ η η ω γ + + + = Trong đó: ω ω ω ω1+ 2+ 3= 3 2 1;ω ;ω
ω : - diện tích tưới cho mỗi cấp trạm bơm phụ trch; H1;H2;H3 - cột nước yu cầu của mỗi cấp trạm bơm
Nếu coi : ηK1=ηK2 =ηK3 =ηK ηtr1=ηtr2 =ηtr3 =ηtr Cơng suất tiết kiệm được l:
tr K yc yc qH qH N N N η η ω ω γ γω . ) ( ' 1 2+ 2 + 3 3 = − = ∆
Như vậy, khi bố trí trạm bơm phân thành nhiều cấp sẽ cĩ lợi về mặt kinh tế năng lượng v cần xc định phương n cĩ cơng suất tiết kiệm được DN l lớn nhất.
Câu hỏi thảo luận :
Trong công tác thiết kế các trạm bơm hiện nay, việc xác định các thông số cần thiết cho thiết kế còn có điểm nào chưa hợp lý. Để khắc phục điều chưa hợp lý đó ta làm thế nào?
CHƯƠNG IV
CÔNG TRÌNH HÚT NƯỚC TRẠM BƠM 4.1. MỞ ĐẦU
Bộ phận hút nước của trạm bơm là một bộ phân quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả làm việc của máy bơm.
Phụ thuộc từ chiều cao hút nước, loại máy bơm và loại nhà máy bơm mà bộ phận hút nước có cấu tạo khác nhau. Đối với các loại máy bơm ly tâm, chiều cao hút dương, ống hút hút nước trực tiếp từ bể tập trung nước (là một bộ phận của bể hút), với nhà máy bơm kiểu buồng, máy bơm hút nước qua ống loe đặt trong buồng hút và với trạm bơm kiểu khối tảng, máy bơm lớn, ống hút có dạng hướng dòng dẫn nước từ bể hút vào máy bơm.
Bộ phận hút nước không tốt sẽ ảnh hưởng đến tình trạng làm việc của máy bơm, đó là :
- Đưa không khí vào ống hút và vào máy bơm làm giảm lưu lượng, hiệu suất máy bơm, thậm chí làm cho bơm không hút được nước.
- Làm cho phân bố áp lực không đều tạo chỗ vào máy bơm và cả trong máy bơm làm giảm hiệu suất máy bơm, gây ra mất cân bằng động và rung động.
Vì vậy bộ phận hút nước của trạm bơm được nhiều người nghiên cứu cả về lý thuyết lẫn trên mô hình và đã có được một số kết quả tốt.
Nhiều kết quả nghiên cứu đều nhận thấy rằng sự hình thành các dòng xoáy trong các bộ phận hút nước là nguyên nhân chủ yếu gây ra các hiệu quả không tốt trên đây.
4.2 ỐNG HT TRONG NH MY BƠM KHỐI TẢNG
Trong nhà máy bơm khối tảng, ống ht rất quan trọng, thường lưu lượng Q1may lớn nn Doh lớn hmsoh nhỏ, nhưng nếu ta tăng đường kính ống ht qu lớn thì khối lượng mĩng nh my gi thnh xy dựng tăng.
Để xác định được hình dạng, đường kính của ống hút, người ta đ thí nghiệm mơ hình. Thiết kế sao cho nước chảy vào máy bơm được đều đặn, tốc độ dịng chảy biến đổi từ từ.
. 2ghmso
=
Hiệu suất của ống ht: oh oh ξ η + = 1 1 h mso – tổn thất mực nước do ma st ở ống ht (m); v – tốc độ dịng chảy trong ống ht (m/s);
Theo kinh nghiệm, ống ht cĩ 2 loại:
Thẳng : D
ctac < 1m.
Cong : cĩ 2 loại:
Bình diện rộng, chiều cao nhỏ.
Bình diện hẹp, chiều cao lớn.
Ty tình hình thực tế m ta chọn 1 trong 2 loại trn.
4.3. DÒNG XOÁY TRONG BỘ PHẬN HÚT NƯỚC TRẠM BƠM
Dòng xoáy được hình thành dưới các dạng
- Dòng xoáy mặt: Là dòng xoáy tạo nên trên mặt nước ở vùng quanh miệng ống hút. Nguyên nhân chủ yếu sinh ra xoáy mặt là độ ngập miệng ống hút không đủ. Một nguyên nhân nữa là do dòng chảy đến ống hút vì một nguyên nhân nào đó phân bố lệch hoặc do bố trí máy bơm không hợp lý. - Dòng xoáy ngầm cục bộ sinh ra tại các góc buồng hút, ở thành ống hút,
đáy bể hút, tại các mặt cắt co hẹp và mở rộng đột ngột của bộ phận hút. Dòng xoáy mặt gồm dòng xoáy cục bộ và xoáy vòng quanh ống hút.
Xoáy cục bộ phụ thuộc chủ yếu từ độ ngập h2 ở các mức độ khác nhau. (Xem hình 4 – 1)
- Xoáy gợn lăn tăn : Ở mức độ cao khi mặt nước bị lõm xuống nhưng lưu tốc xoáy còn bé và chưa hình thành bọt khí trong nước.
- Xoáy cạn : Mặt nước hình thành các phễu cục bộ nhưng nằm trên miệng ống hút. Bọt khí bị hút vào và đưa vào miệng ống hút một phần nhỏ, mức độ ảnh hưởng nhẹ.
- Xoáy sâu : Lưu tốc xoáy tăng lên và áp lực tâm xoáy là áp lực chân không, đuôi xoáy sâu vào miệng ống đưa một bộ phận lớn không khí vào ống.
- Xoáy vòng là xoáy vòng quanh đồng tâm với ống hút. Phụ thuộc từ độ ngập miệng ống hút, xoáy vòng sẽ phát triển với các mực độ khác nhau. Sự hạ thấp phễu xoáy đến mép ống sẽ đưa ồ ạt không khí vào máy bơm làm ngắt dòng hút.
a) Xoáy lăn
tăn b) Xoáy chứa bọt khí ngắt quãng bọt khí liên tục c) Xoáy chứa d) Xoáy đồng trục Xoáy mặt
Xoáy đáy Dòng xoáy ngầm tạo nên khi :
- Phân bố lưu tốc dòng chảy vào không đối xứng với công trình.
- Tại các vị trí có cấu tạo thay đổi như góc buồng, chỗ có vật cản, chổ mở rộng, co hẹp đột ngột….(hình 4 – 2).
Trên hình vẽ cho thấy với xoáy cục bộ ở mức độ xoáy cạn và xoáy vòng nhưng chưa ăn sâu đến mép ống thì đã có một bộ phận không khí dưới dạng bọt khí đi vào miệng ống hút. Nếu dòng xoáy phát triển sâu đến mép ống hút thì lượng không khí vào ống hút và vào bơm sẽ lớn làm cho lưu lượng, cột nước và hiệu suất giảm thấp nhanh chóng.
Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy nếu lượng không khí vào bơm bằng 3% so với lưu lượng bơm thì lưu lượng bơm sẽ giảm 16%, hiệu suất và công suất giảm 9%. Còn nếu không khí vào 10% thì lưu lượng sẽ giảm 44%, hiệu suất giảm 28%, nếu tiếp tục bơm sẽ không hút được nước.
8 6 4 2 10 12 14 H,m Q l/s 16 18 20 8 6 4 2 10 12 14 16 18 20 10 20 30 40 50 η% 60 50 40 30 20 10 0 0 η∼Q α=0,10 α=0,075 α=0,05α=0,03 α=0 Q~H 3Κ−6 D=218MM α=0 α=0,03 α=0,05 α=0,075 α=0,10 d D h1 h2 Lk D D B
Anh hưởng của lượng không khí lọt vào bơm đến năng suất bơm.
Trên hình biểu thị đường đặc tính của máy bơm 3K – 6 phụ thuộc vào tỷ lệ không khí đưa vào.
khi nuoc
Q Q
α =
Các hiện tượng xoáy ngầm làm cho dòng chảy bị thiên lệch (hình 4 – 2), sự phân bố lưu tốc và áp lực tại tiết diện vào ống hút không đều. Vì vậy áp lực khi ra khỏi cánh cũng không đều và dòng chảy sau cánh quạt không đi theo hướng đã định, tạo nên dòng uốn lượn gây ra tổn thất xung kích phụ thêm rất lớn; mặc khác do áp lực phân bố không đều nên lực tác động lên cánh quạt lớn nhỏ khác nhau khi quay vòng. Sự tác dụng không đều đó sẽ làm cân bằng động trục bơm bị phá vỡ và gây ra rung động lớn.
Đối với máy bơm ly tâm, do có ống hút dài nên áp lực và lưu tốc đủ thời gian phân bố lạ trước khi đi vào bánh xe cánh quạt nằm trực tiếp gần loa hút nước nên ảnh hưởng của hiện tượng này đối với máy bơm hướng trục trầm trọng và trực tiếp hơn so với máy bơm ly tâm.
4.4. HÌNH DẠNG CẤU TẠO ỐNG HÚT VÀ BUỒNG HÚT CỦA TRẠM BƠM . BƠM .
4.4.1 Nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt chìm
min 17.5 max a h1 h2 hs Dv
Tính toán xác định kích thước buồng ướt:
Để đảm bảo được yu cầu trn thì h2 phải được xác định hợp lý, theo kinh