CÁC THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG - KIỂM TRA

Dựa vào mức độ tự động hóa, trạm bơm nông nghiệp có thể chia làm ba nhóm:

- Nhóm điều khiển thủ công: Khi kiểm tra trạng thái trang thiết bị và các dạng đóng ngắt các tổ máy chính hay phụ đều thực hiện bằng tay tại nơi điều khiển, chỉ trừ khi có sự cố tổ máy bơm chính mới ngắt tự động. Trạm bơm điều khiển thủ công ( thường là trạm bơm di động ) thường dùng với diện tích tưới nhỏ, thường không có các dụng cụ kiểm tra và tín hiệu, nhân viên vận hành tiến hành kiểm tra bằng mắt thường, đôi khi để đề phòng sự cố trên trạm bơm họ dùng thiết bị bảo vệ đơn giản nhất như dùng dụng cụ điện để bảo vệ động cơ điện.

- Nhóm nửa tự động: Nhân viên vận hành từ phòng điều khiển trung tâm điều khiển các thiết bị ( như khởi động hay ngắt tổ máy chính ở chế độ bình thường ) dựa vào biểu đồ cấp nước hoặc điều khiển theo lệnh của lãnh đạo hệ thống tưới. Chỉ dừng tự động máy bơm chính khi sự cố và các hệ thống thiết bị phụ làm việc đảm bảo vận hành không bị sự cố. Trên các trạm bơm điều khiển nửa tự động, việc mở hay dừng tổ máy bơm chính từ xung lệnh, cần được tiến hành theo trình tự nghiêm ngặt. Ví dụ, ở trạm bơm mà các máy bơm chính được đặt cao hơn mực nước bể hút thì đầu tiên đóng thiết bị mồi nước cho máy bơm, khi nước đã mồi đủ thì cảm biến tiếp xúc điện tác động gởi tín hiệu khởi động động cơ điện và ngắt thiết bị chân không. Khi động cơ điện đạt vòng quay định mức thì cho tín hiệu mở van đường ống và khi van đã được mở toàn bộ thì cho tín hiệu hoàn thành mở máy. Việc ngắt tổ máy bơm làm thứ tự ngược lại.

Trong quá trình trạm bơm làm việc bình thường, cần tiến hành kiểm tra: mực nước ở thượng hạ lưu, ở các giếng thấm và giếng tháo; kiểm tra mực dầu ở các thùng dầu của động cơ của két dầu áp lực, kiểm tra nhiệt độ ổ trục và ở cuộn dây của động cơ điện, kiểm tra áp lực nước, áp lực dầu và không khí trong đường ống, kiểm tra dòng chảy trong hệ thống cấp nước kỹ thuật, kiểm tra độ chênh áp lực trước và sau lưới chắn rác và các công trình thiết bị khác ...

- Nhóm tự động: Máy móc làm việc theo chương trình lập sẵn, không có tác động của nhân viên vận hành.

Phương pháp điều khiển được phổ biến hơn cả là điều khiển từ xa, từ phòng điều khiển trung tâm thông qua thiết bị cơ học từ xa truyền và nhận số lượng thông tin lớn

( về trạng thái thiết bị và công trình, về các tổ máy đã đóng ngắt, sữa chữa, các số đọc trên các thiết bị đo lường - kiểm tra, về phụ tải trên các động cơ điện, về lưu lượng và số lượng nước, về nhiệt độ ổ trục ..v.v... ). Điều khiển từ xa được dùng cả trong các trạm bơm lớn riêng biệt hoặc nhóm các trạm bơm. Trạm bơm tự động hóa được dùng trong trường hợp khi có khả năng tổ chức tín hiệu đơn trị để mở hoặc dừng máy chính: khi cần duy trì mực nước đã cho trong kênh dẫn và kênh tháo hoặc trong tháp điều tiết, khi cấp nước vào các mạng lưới tưới kín ...

Thiết bị đo lường - kiểm tra trạng thái của trang thiết bị và thượng hạ lưu và cấp tín hiệu cho hệ thống tự động của trạm bơm gồm: thiết bị đo mực nước, tín hiệu dòng, thiết bị đo lưu lượng ..v.v... Sau đây ta nghiên cứu một số thiết bị đã nêu trên.

Thiết bị đo mực nước :

Thiết bị đo mực nước: phao, tiếp điểm điện, âm học, dùng để đo mực nước hoặc mực dầu trong các thùng hoặc bể hở. Hình 10 - 19,a trình bày một sơ đồ cảm biến để đo từ xa mực nước trong giếng hở có giao động mực nước lớn ( đến 20 m ). Khi mực nước trong giếng 1 hạ xuống ( hoặc tăng lên ) thì phao 4 hạ xuống còn đối trọng 2 nâng lên, trục chính của tổ máy bơm chính quay một góc tỷ lệ với sự thay đổi mực nưóc. Sự thay đổi tương ứng này được chỉ ra trên máy đếm và tạo xung gởi đến dụng cụ đo thứ cấp. Để kiểm tra mực nước trong vỏ máy bơm, trong thùng chân không, trong các giếng thấm và giếng tháo ..v.v.. ta có thể dùng bộ truyền tín hiệu mực nước như Hình 10 - 19,b. Nguyên tắc hoạt động của dụng cụ này là sự thay đổi điện dung phụ thuộc vào sự thay đổi mực nước. Bộ rơle biến điện trở của các cảm biến 2, 3, 4 thành tín hiệu điện . Để đo mực nước hoặc mực dầu ở các trạm bơm người ta sử dụng các thước đo mực nước hoặc các ống thủy tinh đo nước.

a - Sơ đồ cẩm biến để đo mực nước từ xa;

b - Sơ đồ tín hiệu - điều chỉnh mực nước:

Ký hiệu của sơ đồ b :1- cáp ; 2, 3, 4- các cảm biến tương ứng với mực nước: trên,

dưới, " khô " ; 5 - máy bơm chìm ; 6 - giếng khoan.

Tín hiệu dòng:

Tín hiệu dòng ( rơle dòng ) được đặt trong phần chảy ổn định của đường ống để báo tình trạng dòng chảy trong ống. Nguyên tắc hoạt động của tín hiệu dùng sự cân bằng mô men xoắn phát sinh trong dòng chất lỏng ổn định hoặc dựa vào sự chênh lệch áp lực ở hai phía của bộ phận cản cục bộ đặt trong phần dòng chảy ổn định.

Máy đo lưu lượng.

Thiết bị đo lưu lượng có nhiều loại: đập tràn tam giác thành mỏng, thước đo mực nước, đồng hồ đo nước kiểu turbin, ống Ven tu ri, vòi ven tu ri, ống đo khuỷu cong ...

Đồng hồ đo nước kiểu turbin

Đồng hồ đo nước kiểu turbin gồm: bánh xe xoắn 2 ( xem Hình 10 - 20 ) đặt nằm ngang quay quanh một trục, số vòng quay tỷ lệ với lượng nước chảy qua nó, khi bánh xe quay sẽ truyền lên kim đồng hồ đo nước 4 qua trục truyền 3. Để biểu thị các đặc trưng thủy lực của đồng hồ đo lưu tốc người ta dùng lưu lượng đặc trưng. Khi chọn đồng hồ đo nước để sử dụng cần phải căn cứ vào những các điều kiện sau: Lưu lượng định đo lớn nhất không lớn hơn 50% lưu lượng đặc trưng, phụ tải sử dụng lớn nhất bằng 0,2 ... 0,25

lưu lượng đặt trưng và lưu lượng nhỏ nhất không nhỏ hơn 0,02 ... 0,05 lưu lượng đặc trưng để đảm bảo độ nhậy của đồng hồ đo. Lưu lương đặc trưng tra trong bảng tra cứu của đồng hồ đo. Để đảm bảo độ chính xác của số liệu đo, quy định: trước đồng hồ đo nước phải có một đoạn ống thẳng bằng 5 ...10 lần đường kính ống, phía sau đồng hồ có đoạn thẳng dài 3... 5 lần đường kính ống, van phải lắp xa đồng hồ một đoạn lớn hơn 0,5 m. Nhược điểm của đồng hồ đo nước kiểu này là không thể đo được lưu lượng tức thời.

Ống Ven tu ri:

Ống Ven tu ri ( Hình 10 -21,a ) gồm hai đoạn nón cụt nối lại với nhau. Tỷ số giữa đường kính nhỏ và đường kính lớn thường là : d/D = 0,3 ... 0,7. Lưu lượng chảy qua ống Ven tu ri được tính theo công thức sau:

Trong đó: d - đường kính ống nhỏ, ( mm );

h_n- độ chênh áp lực của cột chất lỏng trong ống đo áp lực;

$\gamma$ - dung trọng của nước, ( kg/m³ );

c - hệ số, lấy bằng 0,04445 khi nhiệt độ t = 1 ... 20⁰C, chất lỏng trong ống

đo áp là thủy ngân và d tính bằng mm, $\gamma$ tính bằng kg/m³;

$\alpha$- hệ số phụ thuộc tỷ số d/D, lấy như sau:

d/D	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
Anpha	0,989	0,994	1,006	1,032	1,089

Tổn thất cột nước trong ống Ven tu ri có thể tính:

Ống Ven tu ri dùng để đo lưu lượng trong đường ống có đường kính ≥ 150 mm, ống phải được lắp giữa hai đoạn ống thẳng, đoạn ống thẳng trước Ven tu ri dài 13 lần đường kính ống, đoạn sau dài bằng 5 lần đường kính ống.

Vòi Ven tu ri

Vòi Ven tu ri về nguyên lý giống ống Ven tu ri chỉ khác là dùng vòi sẽ cho chiều dài ngắn hơn, do đó tổn thất cột nước cũng nhỏ hơn so với ống Ven tu ri.

Loại ống đo và vòi Ven tu ri có các ưu điểm : có thể dùng đo được chất lỏng bẩn, lưu lượng lớn, có thể đo dược lưu lượng tức thời, tổn thất cột nước nhỏ ( dưới 0,4 m ). Nhưng nó cũng có nhược điểm là : chiều dài lớn ( bằng 5 ... 8 lần D, vòi Ven tu ri nhỏ hơn ) và phải lắp bộ phận đo áp bằng thủy ngân ở ngoài. Để rút ngắn kích thước nhà máy, ống Ven tu ri có thể đặt trong hầm ngoài nhà máy.

Khuỷu cong đo nước:

Tại chỗ uốn cong 1 của đường ống ( xem Hình 10 - 23 ) ta khoan một lỗ ở chỗ lồi và một lỗ ở chỗ lõm có đường kính 10 mm và nối chúng với thiết bị đo áp lực hình chữ U hoặc một loại đồng hồ đo lưu lượng làm việc theo nguyên lý chênh lệch áp lực. Dựa vào độ chênh lệch áp lực giữa hai phía ta có thể tính được lưu lượng chảy qua ống. Tốc độ nước chảy qua ống cong có trị số sao cho độ chênh áp lực ở hai phía lồi và lõm không thấp hơn 10 mm thủy ngân, trị số đó khoảng 1 m/s.

Lưu lượng được tính theo công thức:

Trong đó: $\mu$- hệ số lưu lượng, xét đến sự sai khác giữa lý luận và thực tế do lưu tốc

trong ống khuỷu không đều;

D - đường kính trong của ống khuỷu, ( m );

R - bán kính thủy lực của ống khuỷu, ( m );

S - tỷ số giữa dung trọng chất lỏng đo áp trong ống đo chữ U và gama nước;

$\mathrm{\Delta h}$- độ chênh của cột chất lỏng trong ống hình chữ U.

Công thức trên có thể tính khi thiết bị đo nước lắp ở đường ống hút hoặc ống đẩy.

Ngoài ra còn có thể dùng công thức tính lưu lượng sau:

Trong đó: $\gamma$- dung trọng của nước;

$\alpha$ - hệ số, bình quân bằng 1, nếu R/D = 0,95 ... 1,5.

Độ chính xác của thiết bị đo khoảng 5 %.

Trước khi tính phải dùng các thiết bị đo lưu lượng khác để đo các lưu lượng khác nhau với độ chênh Delta h và Q, sau này khi có Delta h ta có thể đọc ngay ra được Q. Loại thiết bị đo này hiện được ưa dùng vì: giá thành rẻ lại dễ lắp , thuận tiện lại nhậy. Nếu dùng các phương pháp khác như điện hoặc cơ để đo Delta h thì quản lý sẽ đơn giản đi nhiều. Khi đo dòng chảy nên đo ở bể hút hoặc ở kênh dẫn. Đo nước bằng hình thức này tổn thất cột nước nhỏ và dụng cụ đo này có thể tự làm lấy được. Dung trọng chất lỏng đo áp lực chọn tương đối lớn, có thể 2,5 ... 6,0.