Giáo trình hình thành ứng dụng phân tích sơ đồ lập trình chăm sóc cây trồng p4 ppt

* 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 lượng tương đối ít, hạt mưa nhỏ, độ đồng đều tưới tương

* 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 lượng tương đối ít, hạt mưa nhỏ, độ đồng đều tưới tương đối cao phù hợp tưới diện tích nhỏ, vườn rau, cây non, vườn cây trong nhà kính

- Loại vòi phun áp lực trung bình, bán kính tầm phun trung bình: Độ

đồng đều tưới tương đối cao, hạt mưa và cường độ phun trung bình Thích hợp

ở vườn cây ăn quả, diện tích lớn và các loại đất

- Loại vòi phun áp lực cao, bán kính tầm phun lớn: Tiêu hao năng lượng lớn, khống chế diện tích tưới lớn, hiệu suất tưới cao, hạt mưa to Thích hợp tưới cây trồng diện tích lớn, đồng cỏ

áp lực đầu vòi (m) cột nước

Bán kính tầm phun (m)

Lưu lượng 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 nước: Tạo thành làn nước mỏng phun ra xung quanh

dưới 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, cường độ phun cao phù hợp tưới ở công viên, thảm cỏ, cây xanh, vườn ươm, nhà kính Theo kết cấu phân thành 3 loại:

* Vòi phun kiểu tia đổi hướng: Các bộ phận bao gồm đầu phun, chóp xé nước và giá đỡ Khi vận hành dòng nước từ đầu vòi phun ra đập vào chóp xé nước tạo thành làn nước mỏng toả ra xung quanh gặp sức cản không khí hình thành các hạt mưa nhỏ rơi xuống đất

* Vòi phun kiểu khe hở: ở đầu vòi tạo ra một khe hở để dòng nước phun ra

từ đó phân tán đồng đều, thành hạt mưa nhỏ Khe hở đặt nghiêng so với mặt phẳng một góc 30˚ để phun được 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 nước phun ra mang tốc độ ly tâm, gặp sức cản không khí bị phân thành hạt mưa rơi xuống đất

- Vòi phun kiểu dòng tia: Các bộ phận gồm đầu vòi, thân vòi, cơ cấu xé nước, cơ cấu quay Do kết cấu của vòi phun nên tạo thành dòng xoáy trong làn

nước phun ra từ vòi phun khi nó gặp bộ phận xé nước 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 được nhờ dòng nước tác động vào tấm lệch dòng và tấm hướng dòng lắp trên cần lắp có gắn lò xo gây ra va

đập vào vòi phun Loại vòi này kết cấu đơn giản, được ứng dụng ở nhiều nước nhưng có nhược điểm là khi lắp không cân tốc độ quay sẽ không đều và ảnh hưởng của gió sẽ làm bộ phận quay không đều

- Vòi phun kiểu bánh răng: Vòi phun quay được nhờ dòng nước 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 được nhờ tác động của mô men quay do phản lực của dòng nước khi thoát ra khỏi miệng vòi

b Đường ống

Đường ống là bộ phận quan trọng trong hệ thống tưới phun mưa và nó phải đảm bảo các yêu cầu sau:

ẽ Có thể chịu được áp lực làm việc thiết kế: Khả năng chịu áp lực của

đường ống phụ thuộc vào chất lượng vật liệu, quy cách ống và cách lắp ghép

do đó khi đưa ra được áp lực thiết kế thì ta phải chọn các tính chất của đường ống sao cho phù hợp

ẽ Có khả năng tải được lưu lượng 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 thước ống được tiêu chuẩn hoá

ẽ Giá thành hạ

* Các loại đường ống:

Tuỳ thuộc vào mục đích tưới của hệ thống mà ta có các hệ thống đường ống khác nhau Trên thực tế gồm có các loại đường ống lắp đặt cho hệ thống:

Dựa vào tổn thất năng lượng hw trong ống ta có các loại đường ống

⊕ Đường ống ngắn : Là đường ống có chiều dài không đáng kể, tổn thất

cục bộ là chủ yếu (hwc > 0,1hw) Ví dụ ống hút bơm ly tâm, đường ống dẫn nhiên liệu, dầu bôi trơn trên các động cơ…

⊕ Đường ống đơn giản: Là loại đường ống có chiều lớn, tổn thất năng

lượng dọc đường là chủ yếu (hwc< 0,1hw) Ví dụ đường ống trong hệ thống cấp thoát nước, dẫn nhiên liệu tới các nơi phân bố

Dựa vào điều kiện thuỷ lực và cấu trúc đường ống ta có các loại đường ống:

⊕ Đường ống đơn giản: Là đường ống có đường kính d hoặc lưu lượng Q

không đổi dọc theo chiều dài đường ống (Hình 2-5 a)

⊕ Đường ống phức tạp : Là đường ống có d và Q thay đổi tức hệ thống

đường ống bao gồm nhiều đoạn đường ống đơn giản ghép lại, đường ống có thể phân nhánh song song hoặc ốnh có mạch vòng kín (Hình 2-5 b)

Do trong hệ thống tưới rau bao gồm một đường ống chính và các phân nhánh có dạng như (Hình 2-5 c) khi đó để tính toán thuỷ lực đường ống ta cần xác định các thông số qua yêu cầu của hệ thống:

- Bán kính đường ống di

- Chiều dài từng phân đoạn ống li

- Hệ số tổn thất cục bộ trên đường ống ξ

- Hệ số ma sát λ

- Vận tốc dòng chảy cho phép v

o Nếu chảy tầng λ =

Re 64

o Nếu chảy rối λ =

C

g

8

Trong đó:Re: hệ số Reynolds

g: Gia tốc trọng trường

C: Hệ số phụ thuộc vào hệ số nhám n và bán kính thuỷ lực R

- Khi đó lưu lượng tại các đầu vòi Qi được xác định theo công thức:

Qi = v

13

1 ⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ di

Lưu lượng tại đầu ống chính là: Q = ∑=

=

nn i

i 1 Qi (2-20)

- Trị số cột áp cần thiết ở đầu hệ thống đường ống được xác định theo

g d d

l

i i

i

4

2

8

∏

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

∑ξ λ (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 trường hợp cụ thể làm việc trong một hệ thống đường ống trên hình 2-6 Trong đó:

Zh- Chiều cao hút

Zd- Chiều cao đẩy

ΔZ- 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

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 lưu lượng

γ- Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3),(KG/m3)

a Lưu lượng

Lưu lượng của bơm là lượng chất lỏng do bơm truyền đi trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là Q, đơn vị đo (m3/h), (m3/s), (l/s)

b Cột áp

Cột áp của bơm là năng lượng đơn vị mà bơm truyền được cho chất lỏng,

ký hiệu H, đơn vị đo (mH20)

H = E3 - E2 = ⎜⎜⎝⎛ + + +Δ ⎟⎟⎠⎞ư⎜⎜⎝⎛ + +Zh⎟⎟⎠⎞

g

v P Z Zn g

v P

2

2 2 2

3

γ

H =

γ

2

3 P

g

v v

Δ +

ư 2

2

3 2 2

(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 lượng của lưu lượng Q với cột áp H:

Ntl =

1000

.

H Q

γ

(kW) (2-24) Trong đó:γ - Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)

Q - Lưu lượng của bơm (m3/s)

H - Cột áp toàn phần của bơm (mH20)

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 lượng để bù vào các tổn thất thuỷ lực, tổn thất ma sát giữa các bộ phận làm việc của bơm…

N =

η

γ

η 1000

.

H Q Ntl = (kW) (2-25)

η < 1 : Hiệu suất toàn phần của bơm (%)

2.3 Thiết kế hệ thống tưới phun mưa

Trình tự thiết kế hệ thống tưới phun mưa bao gồm các bước sau:

1 Điều tra khảo sát tài liệu

Điều tra khảo sát thu thập các tài liệu cơ bản như: Địa hình, địa chất thuỷ văn, khí tượng, trên cơ sở điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội phân tích tính cấp thiết đầu tư hệ thống phun mưa 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 tư hệ thống

tưới phun mưa

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 như loại

đất, điều kiện khí hậu từ đó có các chỉ số như áp suất, bán kính phun, lưu lượng vòi từ đó ta chọn loại vòi phun phù hợp với bài toán

- Sơ đồ bố trí vòi phun: Bao gồm xác định hướng 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

+ Phương hướng bố trí ống nhánh: Ta phải căn cứ vào hướng gieo trồng, hướng dốc mặt đất và hướng gió

+ Sơ đồ bố trí tổ hợp vòi: Bao gồm các sơ đồ có dạng như 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 mưa

- 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 phương pháp tổ hợp hình học là phương pháp được ưa dùng Theo phương pháp này thì toàn bộ diện tích được tưới phủ kín, không bỏ sót Trên cơ sở các hình thức tưới của vòi (chữ nhật hoặc tam giác), sử dụng phương pháp đồ giải, lấy bán kính thiết kế( bán kính phun hiệu quả ) theo công thức (2-25) làm căn

cứ đồ giải

RTK = K.R (2-26) Trong đó: RTK 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 tưới phun mưa

* Chọn loại sơ đồ: Sơ đồ hệ thống tưới phun kiểu đường ống thường 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 tưới phun mưa

ế Xác định mức tưới thiết kế:

MTK = 10 H GV.(βmax- βmin)

η

1 (2-27) Trong đó: MTK Mức tưới thiết kế (m3/ha)

H Độ sâu lớp đất tưới (mm)

GV .Dung trọng đất khô (T/m3)

η Hệ số hiệu ích tưới phun mưa: η = 0,8-0,95.

βmax Độ ẩm tối đa đồng ruộng

βmin Độ ẩm giới hạn dưới cho phép βmin = 70 ữ 80% βmax

ế Chu kỳ tưới thiết kế:( khoảng cách thời gian giữa hai lần tưới)

TTK- Chu kỳ tưới (ngày)

E - Cường độ hao nước bình quân của cây trồng, thường lấy thời

kỳ sinh trưởng của cây trồng có trị số cao nhất

ế Thời gian tưới mỗi lần

t =

η

1000

.

q

M b

(2-28) Trong đó: a Khoảng cách giữa các vòi phun

b Khoảng cách giữa các đường ống nhánh

MTK Mức tưới thiết kế

η Hệ số hiệu ích tưới phun mưa: η = 0,8-0,95.

q Lưu lượng vòi.( m3/s)

q = μ.ω 2gh (2-29)

μ Hệ số lưu lượng

ω Tiết diện thông nước đầu vòi( m2) đối với vòi hình tròn

ω=π.d2/4 (2-30)

d Đường kính trong đầu vòi (m)

h Cột nước đầu vòi (m)

g Gia tốc trọng trường m/s2

5 Xác định chế độ hoạt động của hệ thống tưới phun

- Số vòi phun hoạt động đồng thời np

nP =

TK

T n

N

. (2-31) N: Tổng số vòi phun

n : Số vị trí di chuyển trong mỗi ngày của vòi

6 Tính toán lưu lượng của ống chính, ống nhánh tưới phun mưa

a Tính toán lưu lượng đầu vào ống nhánh

Qn = nV.q (2-32)

Qn - Lưu lượng đầu vào ống nhánh (l/giờ)

q - Lưu lượng bình quân của các vòi phun mưa trên ống nhánh

nV- Số lượng vòi trên một ống nhánh

b Tính toán lưu lượng đầu vào ống chính

QC = 2.N.Qn (2-33)

Qn - Lưu lượng đầu vào ống nhánh (l/giờ)

N - Số lượng hàng ống nhánh (chiếc)

Số 2 chỉ một ống nhánh được bắt vào hai bên của ống chính đối diện nhau

7 Tính toán thuỷ lực:

* Tính toán thuỷ lực ống nhánh tưới phun mưa:

Tính toán thuỷ lực đường ống là công việc xác định tổn thất cột nước và

đường kính ống nhánh

ễ Xác định tổn thất đường dài của ống nhánh:

hf = b

m

d

L Q

f .

(2-34)

hf : Tổn thất đường dài ống nhánh (m)

Q : Lưu lượng đầu ống nhánh (m3/giờ)

L : Chiều dài ống nhánh (m)

d : Đường kính trong của ống nhánh (mm)

f : Hệ số ma sát đường dài

m, b : Phân biệt chỉ số lưu lượng và chỉ số đường kính, f, m, b tra bảng

Vật liệu ống ống bê tông và bê tông cốt thép:

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 nhôm, ống nhôm hợp kim 0,861 x 10 6 1,74 4,74