CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU THỦY LỢI 1.1 Khái niệm hệ thống tưới – tiêu thủy lợi 1.1 Khái niệm hệ thống tưới - tiêu thủy lợi “Hệ thống tưới – tiêu” là một công trình nhân tạo, sử dụng chủ yếu cho nông nghiệp, nhằm mục đích giúp cho con người chủ động cung cấp nước đầy đủ theo nhu cầu phát triển của cây trồng; đồng thời hệ thống cũng giúp cho việc tiêu thoát nước hợp lý giúp cho cây trồng không bị nguy hại do ngập úng. Hệ thống tưới – tiêu là một trong những cơ sở vật chất hạ tầng của nông nghiệp và nông thôn. Hệ thống giúp cho mùa màng phát triển ổn định, hạn chế những sự thất thường của thời tiết và điều kiện tự nhiên liên quan đến nguồn nước, đất và cây trồng. Hệ thống tưới nước là một tổng thể các bộ phận, các công trình và thiết bị làm nhiệm vụ lấy nước từ nguồn chuyển và phân phồi nước tới từng khoảnh ruộng cần tưới, đồng thời khi cần thiết có thể tháo đi lượng nước thừa từ mặt ruộng đến nơi quy định.2 Phân loại trạm bơm tiêu: Trạm bơm tiêu được phân loại như sau: - Trạm bơm tiêu nước mặt.
- Trạm bơm tiêu nước ngầm. - Trạm bơm tiêu kết hợp cả nước mặt và nước ngầm. Thời gian làm việc của các trạm bơm tiêu cũng khác nhau: các trạm bơm tiêu nước lũ và nước mưa rào làm việc có tính chu kỳ, thời gian ngắn trong năm, còn bơm nước ngầm thông thường làm việc quanh năm. Ở nước ta hiện nay chủ yếu là tiêu nước mặt cho cây trồng.3 Đặc điểm trạm bơm tiêu: Trạm bơm tiêu có những đặc điểm sau: - Lưu lượng nước không đều và rất lớn.
Mức độ không đều tùy thuộc vào sự giao động của nước mặt và nước ngầm. 1 - Làm việc gián đoạn, thời gian trạm không làm việc phụ thuộc vào sức chứa của dung tích điều tiết và thời gian ngập cho phép của khu vực. Thời gian trạm bơm tiêu làm việc trong năm tuy ít nhưng rất căng thẳng. - Cột nước cần bơm thấp nhưng thay đổi liên tục.
- Lưu lượng tính toán của các máy bơm chính trong trạm bơm tiêu được chọn cần phải tính đến ngập cục bộ có thể xảy ra trong thời gian ngắn. Bởi vì vậy phần trên của kết cấu dưới nước nhà máy và sàn phần trên nhà máy cần phải đặt cao hơi từ >0,5m so với cao trình nền hoặc mực nước tính toán lớn nhất khi có sóng dâng. - Khi cột nước trạm tương đối nhỏ (đến 5m) và với việc dùng máy bơm lớn, nhà máy bơm có thể kết họp với công trình tháo. Thường dùng dường ống dẫn để đưa nước cần tiêu đến nhà máy bơm.
Khi đường ống làm chức năng kênh vận chuyển chính vận chuyển nước thì trạm bơm được thiết kế như trạm bơm nâng cấp II thông thường, còn nếu như đường ống làm việc với chế độ thường xuyên không đầy, thì trước nhà máy đặt một bể điều tiết lấy mực nước lớn nhất trong bể thấp hơn tâm đường ống.2 Sơ đồ phổ biến của một hệ thống tưới – tiêu thủy lợi 1.1 Nguồn nước Đối với nguồn nước phục vụ tưới – tiêu cần lưu ý đến hai vấn đề là nguồn nước của trạm bơm và đặc điểm về cấp nước cho khu tưới. Về nguồn nước thiên nhiên của trạm bơm có thể chia thành bốn loại là nguồn nước sông thiên nhiên, nguồn nước hồ nhân tạo, nguồn nước hồ thiên nhiên và nguồn nước ngầm. Sông và hồ nhân tạo là hai loại nguồn nước phục vụ nông nghiệp phổ biến nhất hiện nay. Chúng có đặc điểm chung là mực nước nguồn dao động khá lớn trong năm làm cho mực nước tại bể hút cũng dao dộng lớn, do đó máy bơm cần phải lựa chọn loại có chiều sâu hút phù hợp, đồng thời cao trình đặt máy bơm cũng cần phải được thiết kế để đảm bảo không sinh hiện tượng khí thực.
Ngoài ra chất lượng nước nguồn cũng thay đổi trong năm theo mùa lũ hay mùa cạn. Hơn nữa loại nguồn này còn phải lưu ý tới việc hạn chế hoặc loại bỏ rác rưởi, vật nổi kéo vào bể hút. 2 Với nguồn nước là hồ thiên nhiên và nước ngầm, mực nước nguồn khá ổn định, chất lượng nước cũng ít biến đổi, đồng thời vấn đề chắn và vớt rác cũng được giảm nhẹ so với hai loại nguồn nêu trên.2 Bể hút và nguồn hút Bể hút đóng vai trò quan trọng quyết định nhiều đến chất lượng thủy lực của buồng hút và do đó ảnh hưởng nhiều đến độ bền và chất lượng làm việc của máy bơm. Cho đến nay hầu hết các trạm bơm lớn vấn đề bể hút và buồng hút vẫn chưa được cải thiện nhiều, đa số các trạm bơm lớn khi hoạt động hai máy hai đầu vẫn bị thiếu nước, bị xoáy, máy rung nhiều và chóng hỏng.
Buồng hút có kết cấu khác nhau tùy thuộc vào loại máy khác nhau. Buồng hút của các loại bơm có lưu lượng lớn phải được đặc biệt chú ý đến chất lượng thủy lực. Người ta thường bố chí các chóp dẫn dòng ở buồng hút hoặc các vách dấn dòng ở phía cuối buồng hút để làm nhiệm vụ dẫn dòng và tránh phát sinh hiện tượng xoáy.3 Trạm bơm Máy bơm giữ vai trò chính trong quá trình vận hành khai thác. Mỗi loại bơm thích ứng với một loại đặc điểm địa hình và có những ưu điểm phù hợp với điều kiện tự nhiên nếu chọn nhầm sẽ gây tốn kém và không phát huy được hiệu quả.
Đối với một hệ thống tưới – tiêu số máy bơm trong trạm lớn hay nhỏ sẽ làm thay đổi đáng kể đến chi phí xây dựng, quản lí, vận hành và khai thác. Theo khuyến cáo số máy bơm trong một trạm ít nhất là từ 4-6 máy. Tuy nhiên điều này chỉ dựa trên kinh ngiệm, dựa trên thực tế trước đây khi sự phát triển, tiến bộ khoa học chưa thực sự phát triển. Việc thiết kế một máy bơm còn phải được xem xét dựa vào khả năng đáp ứng các loại máy bơm của nơi cung cấp.
3 Kênh tưới dài 1 – 2 Km, Cửa van Cửa van ▼ + 1m tưới A1 tiêu B Ruộng rau A, mạng sensor không dây V-55 V-6 V-9 V-12 V-13 V-15 Nguồn nước Van tiêu ▼ -5m Van tưới A2 Van tưới 1 V-7 V-10 V-11 V-14 V-16 Trạm bơm đầu nguồn Ruộng nho B V-51 Bể hút Bể xả ▼ +1m trạm bơm V-19 V-20 V-26 V-22 V-27 Cửa van nguồn Van tiêu E-1 Van tưới 2 V-24 V-17 V-23 V-21 V-18 Van tiêu A1 Ruộng cây hoa màu C V-52 Kênh tiêu ▼ -0.5m V-32 V-30 V-33 V-35 V-28 Van tiêu Van tưới 3 V-38 V-29 V-37 V-31 V-36 Ruộng cây măng tây D V-53 V-44 V-45 V-47 V-41 V-39 Van tiêu Van tưới 4 V-43 V-42 V-40 V-49 V-46 Kênh tiêu ▼ -0.1: Sơ đồ hệ thống tưới tiêu thủy lợi 1.4 Máy bơm Là một loại máy thủy lực, nhận năng lượng từ bên ngoài (cơ năng, điện năng, thủy năng.v) và truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống. Người ta chia máy bơm ra nhiều loại dựa vào những đặc điểm như: nguyên lý tác động của cánh bơm vào dòng nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, mục đích bơm, loại chất lỏng cần bơm.2: Máy bơm thủy lợi Phân loại: Theo nguyên lí tác động của cánh bơm vào dòng nước, máy bơm được chia theo làm hai nhóm: bơm động học và bơm thể tích. + Bơm động học: Trong buồng công tác của máy bơm nước động học, chất lỏng được nhận năng lượng liên tục từ cánh bơm truyền cho nó suốt từ cửa vào đến cửa ra của bơm. Loại máy bơm này gồm có những bơm sau: Bơm xoắn: Chất lỏng qua các rãnh BXCT của máy bơm sẽ nhận được năng lượng để tạo dòng chảy xoắn và được đẩy khỏi cửa ra BXCT.
Người ta dùng máy bơm này chủ yếu trong công tác hút nước hố thấm, tiêu nước, cứu hỏa. Bơm cánh quạt (gồm máy bơm nước li tâm, hướng trục, cánh chéo): Trong loại máy bơm này, các cánh quạt gắn trên bánh xe công tác (BXCT) sẽ truyền trực tiếp năng lượng lên chất lỏng để đẩy chất lỏng dịch chuyển. Loại bơm này thường có lưu lượng lớn, cột áp thấp (trong bơm nước gọi cụ thể là cột nước) và hiệu suất tương đối cao, do vậy thường được dùng trong nông nghiệp và các ngành cấp nước khác Bơm tia: Dùng một dòng tia chất lỏng hoặc dòng khí bên ngoài có động năng lớn phun vào buồng công tác của bơm nhờ vậy hút và đẩy chất lỏng. Loại máy bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dùng để hút nước giếng và dùng trong thi công.
5 Bơm rung: Cơ cấu công tác của bơm này là pít tông-van giao động qua lại với tầng số cao gây nên tác động rung cơ học lên dòng chất lỏng để hút đẩy chất lỏng. Loại bơm này có lưu lượng nhỏ, thường được dùng bơm nước giếng và giếng mỏ. Bơm khí ép: Loạị máy bơm nước này nhờ tạo hỗn hợp khí và nước có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước để dâng nước cần bơm lên cao. Loại bơm này thường dùng để hút nước b n hoặc nước giếng Bơm nước va (bơm Taran): Lợi dụng hiện tượng nước va thủy lực để đưa nước lên cao.
Loại bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dùng cấp nưóc cho vùng nông thôn, miền núi. + Bơm thể tích: Nguyên lý làm việc của loại máy bơm này là thay đổi có chu kỳ thể tích của buồng công tác truyền áp lực hút đẩy chất lỏng. Máy bơm nước thể tích có những loại sau: Bơm pít tông (BPT): bơm thể tích có pít tông chuyển động tịnh tiến qua lại trong xi lanh và truyền cho chất lỏng (hoặc khí) một áp suất dư. Đặc điểm của BPT là lưu lượng không đều.
Để giảm xung động, dùng loại máy bơm nước này yêu cầu nhiều xi lanh hoặc có bộ đệm thuỷ lực - khí nén. Phân biệt hai loại BPT: BPT chuyển động thẳng và BPT rôto (quay). Trong kĩ thuật, ở những hệ thống dầu ép cao áp (như trong động cơ điêzen, trong máy thuỷ lực. áp suất tới 68,6 MPa) chủ yếu dùng BPT rôto.
Bơm pit tông rôto phân thành: BPT hướng tâm và BPT chiều trục. BPT có thể chế tạo với lưu lượng cố định hoặc lưu lượng điều chỉnh. Các cụm chủ yếu của các loại BPT rôto là cơ cấu kéo, cụm phân phối chất lỏng và đối với loại bơm có lưu lượng điều chỉnh còn có thêm cơ cấu điều chỉnh. Cơ cấu kéo của BPT (tay quay - thanh truyền, culit, vv.) bảo đảm chuyển động tịnh tiến qua lại của pít tông.