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

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (329.03 KB, 20 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

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

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

MỞ ĐẦU

Máy bơm và trạm bơm là một loại thiết bị và cơng 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 tồn sản
xuất nơng 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, khơng 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 cơng 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 hồn 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:

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

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 cơng trình hút nước, tháo
nước.

5. Phương pháp tính tốn 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 mơ 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

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

• Máy bơm cánh quạt là máy bơm có bánh xe cơng 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 mỏy bm so vi trc bm:

- Máy bơm ly tâm
- Máy bơm hớng trc
- Máy bơm hớng chÐo

MBLT

MBHC

MBHT

Đặc tính cơng 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 vịng quay n và
đường kính ngồi bánh xe cánh quạt D.

Với một máy bơm (D = const) làm việc với số vịng quay n = const có
một họ đường đặc tính gồm H = f(Q), η = f(Q), N = f(Q), ∆H(NPSH) = f(Q)
(hoặc [HCK] = 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 : nS ≤ 300

- Bơm hướng chéo nS > 300 ÷ 500

- Bơm hướng trục nS > 500

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Q
Η

Ν η=f(Q)

Ν=f(Q)
Η=f(Q)
C

B' C'
η

Q
Η

η=f(Q)

Ν=f(Q)

Η=f(Q)
η

Q
Η

η=f(Q)

Ν=f(Q)
Η=f(Q)

a. Bơm ly tâm 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 nS ≤ 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 nS≥ 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 nS = 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 vịng
quay n và đường kính ngồi 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
dịng của 2 máy bơm ln ln khơng thay đổi ( 1 1

2 2

l D

const

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Với một máy bơm (D = const) lưu lượng Q và số vòng quay n là đại
lượng xác định chế độ làm việc của bơm; Tính chất của chất lỏng được biểu thị
bằng mật độ ρvà hệ số nhớt µ. Đối với chất lỏng là không nén được, sự chuyển
động của chất lỏng trong máy bơm có thể được xác định bằng các thơng số có
thứ ngun D,Q,n,ρ,µ.

Cột nước H do bơm tạo ra cho chất lỏng và công suất N biểu thị qua mô
men quay M được xác định bởi dạng chuyển động của chất lỏng trong bánh xe
cánh quạt, do đó nó sẽ được xác định bởi các thơng số có thứ ngun nêu trên.

Cơng thức thứ nguyên của các thông số trên :

D = (m); Q = (m3/s); n = (1/s); ρ = (KG.s2/m4); µ = (KG.s/m2).

Theo lý thuyết về thứ nguyên thì số tổ hợp các đại lượng không thứ
nguyên m sẽ bằng hiệu số của số đại lượng có thứ nguyên p và số đại lượng có
thứ nguyên độc lập k. Ở đây số tổ hợp của các đại lượng không thứ nguyên m
= p – k = 5 – 3 = 2.

Do đó ta có 2 tổ hợp Q
D

µ và

3
nD

Q

Tổ hợp thứ nhất có dạng của số Raynơn và tổ hợp thứ hai có dạng số
Strukhan.

Ta có đại lượng thứ nguyên của mô men quay ( ; )

3
2
Q
nD
Q
Q
f
n

M M µ

ρ
ρ

= .

và cơng suất N = ρn3D5

3
( ; )
M
Q nD
f
D Q
ρ
µ

Đại lượng khơng thứ ngun của cột nước có thể xác định bằng tỷ số :
H =

2 2 3

M

D n Q nD

f

g D Q

ρ
µ

 

 

 

Các quan hệ trên chưa tính đến tổn thất bề mặt thành khe cánh quạt và các
tổn thất ổ trục.

Cột nước H và công suất N phụ thuộc vào Q
D

µ hạn chế bằng một vùng

rộng, trong đó hiện tượng chuyển động có tương tự cơ học khi:
1. Hai máy bơm đồng dạng hình học.

2. Đảm bảo quan hệ

3
nD

const

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Từ đó ta có các cơng thức đồng dạng :

1 1 1

2 2 2

2 2

1 1 1

2 2

2 2 2

5 3

1 1 1

5 3

2 2 2

Q D n

H D n

N D n


=


 =



 =


Nếu tính đến tổn thất bề mặt có thể viết:

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

1.1.3. Đường đặc tính tổng hợp máy bơm

Với cùng một máy bơm thì 1
2

D

D = , các loại tổn thất thủy lực, tổn thất dung

tích và tổn thất cơ khí trong một phạm vi rất rộng thay đổi khơng đáng kể. Vì
vậy quan hệ đồng dạng có dạng :

2 3

1 1 1 1 1 1

2 3

2 2 2 2 2 2

; ;

Q n H n N n

Q = n H = n N = n

Trong vùng mơ hình tự động có thể coi η = const đối với các điểm nằm
trên đường parabol.

H = 1 2
2
1

H
Q
Q

Từ các kết quả thí nghiệm máy bơm ứng với số vịng quay cho trước có
thể vẽ lại đường đặc tính khi số vịng quay thay đổi. Và ta có đường đặc tính
tổng hợp của máy bơm (hình 1 – 2). Đường đặc tính tổng hợp máy bơm có được
bằng cách trên cùng một đồ thị vẽ các đường đặc tính Hi = f(Q) ứng với số vòng

quay ni = const và đường đẳng hiệu suất η.

Η

0

5

10

15

20

25 Q

l/s

160

120

80

40

n=960 v/ph

750
600

500

Hình 2: Đường đặc tính tổng hợp máy bơm

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

các số vòng quay cần thiết và hiệu suất của máy bơm sẽ đạt được ứng với một
giá trị cột nước và lưu lượng.

Đường đặc tính tổng hợp máy bơm xác định bằng các công thức đồng
dạng trên đây sẽ có mức độ chính xác cần thiết vì trong điều kiện mơ hình tự
động thì hiệu suất thủy lực, hiệu suất dung tích và hiệu suất cơ khí trong bơm sẽ
giữ khơng đổi trong giới hạn rất rộng và được sử dụng phổ biến trong xác định
điểm làm việc của bơm điều tốc, ứng dụng biến tần để thay đổi vòng quay của
bơm.

1.1.4. Đường đặc tính tồn phần của bơm

Khi máy bơm làm việc bình thường số vịng quay n, lưu lượng Q, cột áp
H và mô men quay M có trị số dương. Trong trường hợp có sự cố ở mức độ nào
đó, máy bơm sẽ làm việc trong chế độ thuận nghịch.

Đường đặc tính tồn phần của một máy bơm biểu thị tính năng máy bơm
trong các trạng thái công tác quá độ đó.

Nếu biểu thị :

%; %

H H

H Q

h q

H Q

n M

m

n M

= =

Trong đó hệ số h, q,α, m là tỷ số giữa cột nước, lưu lượng, số vịng quay
và mơ men quay so với chế độ định mức (ứng với ηmax).

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

-q

q =

Q

%

-

α

α=

n

0
-50
-100

-150 50 100 150 200

B

C

D

E

F

G

A

I

50
100
150

-50
-100
-150

+100%

+50%

-50%

-100%

h=0

m=0

h=0
m=

0
+100%

+50% -50%

-100%

Hình 3: Đường đặc tính tồn phần của máy bơm
Ghi chú :

: Đường m
: Đường h

Quy ước như sau: Quay thuận chiều (n>0), quay ngược chiều (n<0)
Bơm thuận chiều : H>0, Q>0;

Tự chảy qua máy bơm Q>0, H<0
Chảy ngược qua máy bơm Q<0, H>0

Từ quan hệ đó cho thấy đường đặc tính tồn phần chia làm 8 khu vực :

1. Khu vực A : Lưu lượng có trị số dương (lưu lượng bơm lên) và bơm quay
thuận chiều (n>0) : bơm làm việc với trạng thái bơm thuận chiều.

2. Khu vực B : Bơm quay thuận nhưng lưu lượng chảy ngược trong trường
hợp này bơm nhận được năng lượng của dòng chảy (bắt đầu chảy ngược
n>0, H>0, Q<0).

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

4. Khu D là khu vực máy bơm quay ngược, lưu lượng chảy ngược, máy bơm
làm việc ở trạng thái hãm tiêu hao năng lượng ở dòng chảy và cả động cơ
(Từ trạng thái Turbin sang trạng thái tự chảy n < 0, Q <0; H>0).

5. Khu E có n < 0 và Q> 0 và H>0 thuộc trạng thái làm việc bơm chuyển
động ngược (kết thúc trạng thái bơm quay ngược bắt đầu chuyển sang
trạng thái tự chảy qua bơm).

6. Khu F có n < 0 nhưng Q > 0, H < 0 và M < 0 thuộc trạng thái hãm (hãm
chảy ngược khi bơm quay ngược, chuyển sang tự chảy từ bể hút qua
bơm).

7. Khu G có n > 0, Q > 0 Nhưng cả H < 0, M < 0 là giai đoạn có trạng thái
tuốc bin chuyển ngược (Tự chảy qua bơm nhưng vẫn cịn mơmen quay
ngược theo đà).

8. Khu I có n > 0, Q > 0, M > 0, nhưng H < 0 là khu vực hãm (Hãm tự chảy
qua bơm, chuyển sang bơm thuận chiều).

1.1.5. Số học hóa đường đặc tính máy bơm

Đường đặc tính của một máy bơm được xác định từ thí nghiệm. Để có
thể sử dụng trong tự động hóa thiết kế hoặc điều hành có thể biểu thị đường đặc
tính dưới dạng hàm số phương trình số học.

Có thể biểu thị các đường đặc tính H = f(Q), [HCK] = f(Q) và N = f(Q)

dưới dạng đường cong bậc 2. Theo E.A.Grepera thì sai số về lưu lượng khơng
q 6% và cột nước khơng q 3%.

Các phương trình như sau :

0 1 2

( ) ( ) ( )

[ ] ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

CK

H a x a x Q a x Q

H b x b x Q b x Q

N c x c x Q c x Q

 = + +



= + +



 = + +



Trong đó : a x b x c x a x b x c x a x b x c x0( ), 0( ), 0( ); 1( ), ( ), ( );1 1 2( ), 2( ), 2( ); là các hệ số phụ thuộc

vào các thông số điều chỉnh x. Nếu không điều chỉnh, các hệ số trên là hằng số
phụ thuộc từng loại máy bơm và có thể xác định bằng phương pháp bình
phương nhỏ nhất.

Chẳng hạn muốn tìm a0, a1, a2 ta lấy 3 điểm bất kì trên đường H ∼ Q, tìm

tọa độ được hệ 3 phương trình với 3 ẩn số a0, a1, a2. Giải hệ 3 phương trình này

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

Chẳng hạn nếu máy bơm hướng trục có 6 khả năng thay đổi góc nghiêng
cánh quạt thì sẽ có tương ứng 6 phương trình số học khác nhau biểu thị quan hệ
H = f(Q); [HCK] = f(Q) và N = f(Q).

Ngoài phương pháp số học hóa, để giải trên máy tính, có thể cho bằng bảng các
đường đặc tính của máy bơm.

1.2. MÁY BƠM LÀM VIỆC TRONG HỆ THỐNG

1.2.1. Điểm công tác máy bơm

Một máy bơm làm việc trong hệ thống sẽ làm việc ổn định tại một điểm, đó
là điểm công tác máy bơm.

Điểm công tác máy bơm là điểm gặp nhau giữa hai đường : đường đặc tính
máy bơm H = f(Q) và được đặc tính yêu cầu : Hyc.

Hyc = Hdh + ht = Hdh + SQ2.

Ở đây : Hdh : cột nước bơm địa hình.

ht : tổng tổn thất thủy lực trên đường ống hút và ống đẩy của máy

bơm. Trong khu vực bình phương sức cản có thể viết : ht = SQ2 với S là hệ số

tổn thất.

Có nghĩa là điểm cơng tác là điểm cân bằng giữa năng lượng cung cấp của
máy bơm và năng lượng yêu cầu ở môi trường sử dụng bơm.

H = f(Q) = Hdh + SQ
2

η

Q

Η

Η=f(Q) η=f(Q)

Ηyc=Hdh+SQ

[ΗCK]=f(Q)

Α
ηA

ΗΑ

[ΗCK]Α

Q

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

Nếu đặt Hdh = f(Q) – SQ

2 thì điểm cơng tác máy bơm có thể tìm được khi

biết Hdh = Zt - Zh .

Ở đây : Zt, Zh là cao trình mực nước tháo và mực nước hút.

Nếu biểu thị cột nước máy bơm :
H = a0(x) + a1(x)Q + a2(x)Q

thì:

Hdh = a0(x) + a1(x)Q + [a2(x) – S]Q2 hay:

a0(x) + a1(x)Q + [a2(x) – S]Q
2

– Hdh = 0

Nếu cột nước địa hình là hằng số Hdh = Zt - Zh = const thì phương trình

trên sẽ có dạng một phương trình bậc hai cho phép có thể xác định giá trị
nghiệm QA và từ đó xác định HA của điểm công tác A.

1.2.2. Máy bơm làm việc song song

Có n máy bơm làm việc song song cùng làm việc chung với một đường ống
(hình 1.5)

+ Hệ thống làm việc cân bằng khi :

PM1 = PM2 = …. = PMn

+ Áp lực tại M do các máy bơm tạo nên :

PM = PMi = Phi + γ[Hi – (ZM - Zhi) -

2 2

]
2

M hi
ti

V V

h
g

−

Trong đó :

- Phi, Zhi và Vhi : áp lực, cao trình và lưu tốc ống hút tại bể hút.

- PM, ZM và VM : áp lực, cao trình và lưu tốc tại điểm M.

- hti : Tổn thất của đường ống máy bơm i từ bể hút đến M.

- Hi : Cột nước bơm máy i

+ Để bơm nước lên cao trình ZN đáp ứng áp lực PN và lưu tốc VN, áp lực

tại M phải bằng :

PM = PN + γ(ZN - ZM) +

2 2

N M

tMN

V V

h
g

− +

Trong đó :

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

- htMN : tổn thất thủy lực ống chính (M – N)

Như vậy muốn làm việc chung thì tại M phải có áp lực cân bằng đối với
các máy bơm, tức là :

PM = PMi = const

Áp lực PM do các máy bơm i sinh ra phải cân bằng với yêu cầu về áp lực

tại M.

Muốn cho áp lực tại M cân bằng thì cột nước do bơm tạo ra phải đảm bảo để
khắc phục cột nước địa hình và tổn thất M – N.

- Để tìm đường đặc tính chung khi ghép song song n máy bơm, từ đường đặc
tính của các máy i (1,……, n).

Hi = fi(Q)

Xác định các đường Mi ( )

i
P

f Q

γ = tức là :
γ
γ

Mn
M

M P P

P

=
=

= 2 ...

(1)

∑

=
= n

i
i

Q
Q

(2)

P h1

Z h1

V h1

P h2

Z h2

V h2

P hn

Z hn

V hn

M(PM, ZM, VM)
N(PN, ZN, VN)

I II n

Hình 5 : Máy bơm ghép song song
Từ quan hệ trên vẽ đường đặc tính chung của n máy.

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

1.2.3. Máy bơm làm việc nối tiếp.

Khi cột nước cần lớn mà cột nước bơm bé thì cần mắc nối tiếp hai hoặc
nhiều máy bơm . (hình 1- 6)

Có n máy mắc nối tiếp :
H1 = f1(Q)

H2 = f2(Q)

….

Hn = fn(Q)

Thì :

Q = Q1 = Q2 =… = Qn

1 1

( )

n n

i i

H H f Q

= =

∑

Trong đó : Q, H lưu lượng và cột nước làm việc chung của các máy bơm
nối tiếp

Điểm công tác : Hyc = Hdh + SQ
2

( )

n
i

f Q

∑

Từ đây tìm được Q và các thông số khác

I II

Hdh

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

Câu hỏi thảo luận

1. Với trạm bơm cụ thể (máy bơm đã xác định : số máy, loại máy. Hình thức

cơng trình đã xác định). Để nâng cao hiệu quả phục vụ của các trạm bơm 
thì biện pháp quản lý phải thế nào?

2. Các yêu cầu cần đạt được khi điều chỉnh điểm công tác của máy bơm (nói

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

CHƯƠNG II

GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT

PHN TÍCH HỆ THỐNG V ỨNG DỤNG

2.1. HỆ THỐNG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG

2.1.1. Định nghĩa

Hệ thống l một tập hợp cc phần tử được sắp xếp theo một trật tự nào đó,
có mối tác động tương tác lẫn nhau tạo thnh một tập hợp đầy đủ.

Hệ thống cơng trình trạm bơm l một tập hợp cc phần tử: nguồn nước ->
trạm bơm -> knh v cơng trình trn knh -> khu tưới; cĩ mối tác động tương hỗ lẫn
nhau thnh một tập hợp đầy đủ lm nhiệm vụ đặt ra (tưới, tiu, kết hợp tưới tiu).

2.1.2. Các đặc trưng của hệ thống

1. Cấu trc hệ thống

Cấu trc hệ thống l sự sắp xếp cc phần tử trong hệ thống theo một trật tự
nào đó cùng với các tác động tương tác giữa chng. Cấu trc của hệ thống được
mơ tả ty thuộc vo mục đích nghiên cứu của hệ thống. Một hệ thống thực, nhưng
mục đich nghiên cứu khc nhau sẽ cĩ sự mơ tả cấu trc khc nhau. Mỗi thnh phần
tham gia vo cấu trc của hệ thống được đặc trưng bởi tham số nào đó gọi l tham
số cấu trúc. Như vậy, nói đến cấu trúc có nghĩa là đ kể đến những tham số đặc
trưng cho cấu trc v mối quan hệ qua lại giữa cc thnh phần của cấu trc ấy.

Cc thơng số về cấu trc của hệ thống bao gồm: Nhiệm vụ trạm bơm, quy
mơ trạm bơm, vị trí đặt trạm bơm, kết cấu nh trạm, chủng loại my bơm, diện
tích khu tưới, kích thước mặt cắt knh, chiều dài kênh, đặc điểm v số lượng cc
cơng trình trn knh.

2. Thơng tin vo, ra của hệ thống

Cĩ thể định nghĩa như sau:

- Thơng tin vo của hệ thống l tập hợp tất cả các “ tác động” vo hệ thống
để nhận được cc thơng tin ra của hệ thống.

- Thơng tin ra của hệ thống l tập hợp tất cả những đặc trưng mà người
nghin cứu quan tâm khi có tác động tương ứng ở đầu vo.

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

+ Cc thơng tin vo của hệ thống trạm bơm bao gồm: các điều kiện khí
tượng thủy văn; nguồn nước; nhu cầu nước; loại cy trồng; cơ cấu cy trồng; tập

qun canh tc; gi thnh sản phẩm.

+ Cc thơng tin ra của hệ thống trạm bơm bao gồm: quy trình điều khiển;
quản lý; vận hnh hệ thống nh trạm bơm knh; cơng trình trn knh; cc chỉ tiu kinh
tế, kỹ thuật.

- Các thông tin vào và ra được đặc trưng bởi một đại lượng nào đó có thể
coi l cc biến v gọi l biến vo, biến ra. Nếu các đại lượng này là các đại lượng phụ
thuộc vo thời gian gọi l cc qu trình vo, ra hoặc l cc hm vo, ra của hệ thống.

- Cc biến vo của hệ thống bao gồm cả cc biến điều khiển được v cc biến
không điều khiển được. Ví dụ, khi vận hnh một trạm bơm tiêu, quá trình mưa,
bốc hơi là các biến vào khơng điều khiển được, lưu lương bơm qua trạm bơm
tiêu là biến vào điều khiển được. Biến ra của hệ thống cĩ thể l qu trình năng
lượng tiu hao cho trạm bơm tiêu là hàm của cc biến vo, cũng cĩ thể l sự biến đổi
mực nước trong khu tiu.

3. Trạng thi của hệ thống v biến của trạng thi

Trạng thi của hệ thống l một đặc trưng quan trọng của bài toán điều khiển
hệ thống. Với tác động từ bn ngồi hệ thống sẽ “chuyển động” theo một quỹ đạo
biến đổi theo thời gian. Quỹ đạo chuyển động của hệ thống tại thời điểm bất kỳ
phụ thuộc vo trạng thi của nĩ ở thời điểm trước đó và những tác động từ bn ngồi
ở chính thời điểm đó. Hệ thống m trạng thi của nĩ ở một thời điểm nào đó khơng
những phụ thuộc vào tác động từ bn ngồi ở chính thời điểm đó, mà cịn phụ
thuộc vo trạng thi của nĩ ở những thời điểm trước đó gọi l hệ thống cĩ nhớ. Đối
với hệ thống cĩ nhớ người ta đưa vào một loại biến đặc trưng cho trạng thi của
nĩ, gọi l biến trạng thi. Biến trạng thi l một hm của thời gian.

Trong trường hợp m trạng thi của hệ thống chỉ phụ thuộc vào tác động bn

ngồi ở chính thời điểm đó gọi l hệ thống khơng cĩ nhớ thì việc mơ tả thm biến
trạng thi l khơng bắt buộc.

Sự mơ tả hệ thống trình by trn đây cần được hiểu nghĩa đầy đủ theo ý
nghĩa tốn học của nĩ, tức l sự mơ tả biến vo, biến ra của hệ thống cĩ thể khơng
trng với “ ci vo”, “ci ra” của hệ thống thực. Như vậy, cng một hệ thống thực
nhưng mục đích nghiên cứu khc nhau thì sự mơ tả hệ thống, bao gồm cc biến ra
v biến trạng thi cũng khc nhau.

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

cũng phải mơ phỏng được qu trình trao đổi thơng tin giữa cc thnh phần trong hệ
thống, quan hệ giữa biến vo, biến ra v biến trạng thi.

2.1.3. Phn loại hệ thống

Phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống, mục đích nghiên cứu m cĩ cch phn
loại khác nhau. Dưới đây là một số loại hệ thống đặc trưng:

- Hệ thống với mơ hình vo, ra:

Loại ny khơng cho biết cấu trc bn trong của hệ thống m chỉ cho biết quan
hệ tương tác giữa cc biến vo v biến ra. Hệ thống loại ny cĩ tn l “ hộp đen” (hình
trn).

Đối với hệ thống trn, biến vo v biến ra cĩ thể l hm của thời gian. Cch mơ
tả ny phụ thuộc loại hệ thống khơng cĩ nhớ, tức l kết quả ở đầu ra tại một thời
điểm chỉ phụ thuộc vào tác động tại đầu vo ở chính thời điểm đó.

Quy trình sản xuất sản phẩm khp kín l loại hệ thống ny. Với đầu vào quy
định về vật liệu, thnh phần v quy trình cơng nghệ xác định ra được sản phẩm
như tiu chuẩn.

- Hệ tĩnh v hệ động:

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

- Hệ có điều khiển v hệ khơng có điều khiển

- Hệ thống cĩ mơ tả cấu trc bn trong – Hộp trắng:

Khc với loại hộp đen các hệ thống loại hộp trắng cĩ thm cc biến trạng thi.
Việc đưa vào khơng gian biến trạng thái giúp ta phân tích được “quỹ đạo chuyển
động” của hệ thống hoặc đoán biết được xu hướng pht triển của hệ thống trong
tương lai. Do đó người nghin cứ định hướng được các tác động vo hệ thống để
đạt được mục tiu mong muốn.

Cấu trc bn trong của hệ thống cịn phải được mơ tả bằng cc biến gọi l
thơng số cấu trc, vì rằng cc thơng số ny sẽ quyết định sự truyền thơng tin từ đầu
vào đến sự thay đổi trạng thi v cc phản ứng ở đầu ra.

Một hệ thống m mối quan hệ giữa biến vo, biến ra v biến trạng thái được
mơ tả một cch chặt chẽ bằng cc biểu thức tốn học gọi l hệ cĩ “cấu trc chặt”,
ngược lại l hệ thống “phi cấu trc”, loại hệ thống có đặc tính trung gian gọi l hệ
thống cĩ “ cấu trc yếu”.

Hệ thống khơng có điều khiển l hệ m cc thơng tin vo khơng chứa cc biến
điều khiển được, ngược lại l hệ có điều khiển. Nĩi chung, biến điều khiển v biến
trạng thi l cc biến độc lập nhau, nhưng trong một số trường hợp, biến trạng thi
cũng chính l biến điều khiển.

- Hệ thống trạm bơm thuộc loại ny. Cấu trc bn trong hệ thống được mơ tả
bằng cc biến gọi l thơng số cấu trc như: chủng loại my bơm, kết cấu nh trạm,
ống ht, ống đẩy.

- Hệ thống cĩ "cấu trc yếu"

</div>

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

<b>BÀI GIẢNG CAO HỌC </b>

<b>CƠ SỞ KHOA HỌC </b>

<b>NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU BẰNG ĐỘNG LỰC </b>

<b>MỞ ĐẦU </b>

<b>CHƯƠNG I: </b>

<b>ĐẶC TÍNH MÁY BƠM VÀ TRẠM BƠM </b>

MBLT

MBHC

MBHT

Η

0

5

10

15

20

25

Q

160

120

80

40

-q

q =

Q

Q

%

-

α

α=

n

n

B

C

D

E

F

G

A

I

η

Q

Η

Q

∑

∑

∑

∑

<b>CHƯƠNG II </b>

<b>GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT </b>

<b>PHN TÍCH HỆ THỐNG V ỨNG DỤNG </b>

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về