طراحی و آرایش سیستم توزیع آب

طراحی و آرایش سیستم توزیع آب

اسلاید 1: در یک مزرعه که بوسیله سیستم بارانی با جابجایی دستی آبیاری می شود، با توجه به شکل طراحی کنیدهدایت الکتریکی آب آبیاری و عصاره اشباع خاک به ترتیب 1.5 و 2 میلی موس بر سانتیمتر، حداکثر مصرف روزانه 7 میلیمتر، رطوبت حد ظرفیت زراعی و نقطه پژمردگی به ترتیب 200 و 100 میلیمتر در متر، راندمان توزیع 80%، شدت نفوذ پایه در خاک 8 میلیمتر در ساعت، عمق ریشه 2 متر، درصد مجاز کاهش رطوبت خاک 50% و فواصل پیشنهادی 18*12 متر است. تعداد کل آبپاشها را بدست آورید. ضریب آبپاش 5 و روزهای جمعه تعطیل است.360 متر240مترلوله اصلی

اسلاید 2: جلسه ششمفصل چهارم:طراحی و آرایش سیستم توزیع آبمدرس: دکتر خالدیان9/8/1388

اسلاید 3: آرایش لوله های اصلی و لاترال ابعاد و شکل مزرعه اصول هیدرولیکی طراحی لوله های لاترال: اختلاف دبی آبپاشها < 10± درصد اختلاف فشار در طول لاترال < 20± درصد برای حفظ یکنواختی توزیع < 15± درصد

اسلاید 4: دو آبپاش بحرانی: دو آبپاشی که اختلاف فشارشان از همه بیشتر است.زمین مسطح یا دارای شیب یکنواخت: آبپاش اول و آخرزمین دارای پستی و بلندی: ؟

اسلاید 5: حداکثر افت مجاز فشار بین دو آبپاش بحرانی:HL=[θ(Ha)-He]/lHL : حداکثر مجاز افت فشار در اثر اصطکاک (m/m)θ : درصد مجاز اختلاف فشار (اعشار)Ha : فشار طراحی شده برای آبپاش (برحسب ارتفاع m)He : تغییر رقوم لوله در جهت جریان بین دو آبپاش بحرانی (m)l : فاصله بین دو آبپاش بحرانی (m)منفی و مثبت بودن He

اسلاید 6: مثالیک سیستم آبیاری از نوع متحرک دارای یک خط لوله لاترال است که از لوله اصلی جدا شده و در امتداد شیب به طرف پایین سرازیر است. شیب زمین ثابت و 0.005 m/m می- باشد. فشار طراحی شده برای آبپاش ها 310 kPa می باشد فاصله بین اولین و آخرین آبپاش 400 متر است. حساب کنید حداکثر مجاز تلفات ناشی از اصطکاک را بر حسب m/m.

اسلاید 7: دو آبپاش بحرانی: بدلیل ثابت بودن شیب زمین، آبپاشهای اول و آخر دو آبپاش بحرانی هستندHL=[θ(Ha)-He]/lHa=p/(ρg)=310000/(1000*9.81)=31.61 mHe= -S*l= -0.005*400= -2 mθ= ±20%HL=[0.2(31.61)-(-2)]/400=0.021 m/m

اسلاید 8: هیدرولیک لاترالهامحاسبه افتخروج آب از آبپاشها سبب ایجاد تغییر در دبی لاترال می شودفرضیاتالف: آبپاشها به فواصل مساوی از یکدیگر قرار گرفته اندب: دبی در آبپاشها یکسان باشدج: خروج تمام دبی لاترال از آبپاشها

اسلاید 9: لوله معادل: لوله ای است که قطر آن مساوی قطر لوله لاترال و ضریب اصطکاک آن معادل ضریب اصطکاک لاترال باشد، ولی دبی در داخل آن در تمام طول لوله یکسان و ثابت فرض شود.HL-ac=F(HL-p)HL-ac : افت واقعی اصطکاک با توجه به خروج آب از آبپاشها(m/m) F : ضریب اصطکاک (اعشار)HL-p : افت اصطکاک در لوله معادل (m/m)

اسلاید 10: فرمول های محاسبه افت در لوله معادلفرمول دارسی-وایسباخhf=فرمول اسکوبی hf=فرمول هیزن-ویلیامزhf=

اسلاید 11: hf=Hf : افت اصطکاک (متر)K : ضریب تبدیل واحدها (1010*1.22)L : طول لوله (متر)Q : دبی (لیتر در ثانیه)C : ضریب اصطکاک هیزن-ویلیامز (لوله های آلومینیمی 12 متری=135)D : قطر لوله (میلیمتر)HL-p=hf/L

اسلاید 12: ضریب اصطکاک کریستیان سن:برای حالتی که اولین آبپاش به فاصله Sl از لوله اصلی است:F=برای حالتی که اولین آبپاش به فاصله Sl/2 از لوله اصلی است:F=N : تعداد آبپاش روی لاترالm : ضریبی که بستگی به فرمول دارد: m=1.9 : معادله اسکوبیm=1.852 : برای معادله هیزن-ویلیامزm=2 : معادله دارسی-وایسباخ

اسلاید 13: افت اصطکاک:جنس لولهدبیطول لولهقطر لوله دبی لوله توسط طول لوله کنترل می شود (تعداد آبپاش)رعایت افت مجاز فشاراصلاح قطر لولهاصلاح طول لوله

اسلاید 14: مثالحساب کنید قطر مورد نیاز برای لوله را بطوری که افت واقعی اصطکاک در محدوده مجاز باشد. لوله در امتداد شیب و شیب زمین 0.005 m/m، فشار طراحی برای آبپاش 310 کیلوپاسکال و فاصله بین اولین و آخرین آبپاش 400 متر است. فاصله آبپاش ها برابر 12 متر و اولین آبپاش به فاصله Sl از لوله اصلی قرار دارد. دبی هر آبپاش 0.315 لیتر در ثانیه طراحی شده است. HL=0.021 m/m

اسلاید 15: N=L/Sl=400/12=33Q=Nq=33*0.315=10.395 L/sC=135hf/L=HL-p=K[(Q/C)1.852/D4.87]HL-p=1.22*1010[(10.395/135)1.852/D4.87]HL-p=(1.057*108)/D4.87محاسبه ضریب F برای وضعیتی که فاصله اولین آبپاش تا لوله اصلی Sl است:

اسلاید 16: F=1/(1.852+1)+1/(2*33)+(1.852-1)0.5/(6*332)به ازا قطرهای مختلف (D) مقدار HL-p و سپس HL-ac محاسبه و در جدول زیر ردیف شده اند HL=0.021 m/m :

اسلاید 17: کنترل با معیار حداکثر سرعت:Vmax≤ 1.5 m/sV=Q/A=(10.395*1000)/(3.14*0.1016*0.1016*0.25)V=1.282 m/s < 1.5 m/s

اسلاید 18: آرایش لاترالها:حداقل کردن هزینه لوله گذاریاستفاده از پستی و بلندی زمین در جهت ایجاد توازن فشار در لاتراللوله اصلی:حداقل کردن طول لوله اصلی (هزینه)در زمینهای با شیب ملایم و یکنواخت لوله اصلی در وسط زمین و در جهت شیب زمین قرار می گیرد.

اسلاید 19:

اسلاید 20:

اسلاید 21:

اسلاید 22:

اسلاید 23:

اسلاید 24:

اسلاید 25: طراحی سیستم لوله های اصلی و نیمه اصلیفشار لازم در نقطه اتصال لاترال به لوله اصلیHm=Ha+[0.75(Hf+He)+Hr]9.807 kPa/mHm : فشار لازم در لوله اصلی در محل ورود آب به لاترال (کیلوپاسکال)Ha : فشار لازم برای آبپاش (کیلوپاسکال)Hf : افت اصطکاک در لاترال (متر)He : افزایش رقوم ارتفاعی (متر)0.75 : ضریبی برای حصول اطمینان از متوسط فشار در نقطه وسط لاترالHr : ارتفاع رایزر (متر)

اسلاید 26: حداقل ارتفاع رایزر

اسلاید 27: مثال حساب کنید فشار لازم در محل ورود آب از لوله اصلی به لاترال برای حالتی که در مثال های قبل گفته شد. فشار طراحی آبپاشها، 310 کیلوپاسکال است. لوله لاترال روی زمین قرار خواهد گرفت. فرض کنید ارتفاع رایزر یک متر باشد.Hf=HL-ac(L)Hf=0.0066*400=2.64 m

اسلاید 28: افزایش ارتفاع بین نقطه ورودی و آبپاش بحرانی 2- متر است.Hm=Ha+[0.75(Hf+He)+Hr]9.807Hm=310+[0.75(2.64-2)+1]*9.807=324 kPaبنابراین آب در لوله اصلی در نقطه اتصال لاترال به آن باید فشاری معادل 324 کیلوپاسکال داشته باشد.

اسلاید 29: فشار بحرانی مورد لزوم در لوله اصلیفشار آب در هر نقطه از لوله اصلی، حاصل جمع مقادیر زیر است:الف: فشار مورد لزوم در نقطه ای که در جهت جریان بعد از نقطه مورد نظر قرار گرفته است.ب: افت اصطکاک بین نقطه مورد نظر و نقطه بعدی روی لوله اصلیج: افزایش رقوم ارتفاعی بین نقطه مورد نظر و نقطه بعدی روی لوله اصلید: افزایش بار سرعت بین نقطه مورد نظر و نقطه بعدی روی لوله اصلی

اسلاید 30: Hi=Hn+hf-in+He-in+Hv-inHi : بار فشار مورد لزوم در نقطعه i (متر)Hn : بار فشاری مورد لزوم در نقطه n (متر)Hf-in : افت اصطکاک بین نقطه i و n (متر)He-in : افزایش رقوم ارتفاعی بین نقطه i و n (متر)Hv-in : افزایش بار سرعت بین نقطه i و n (متر)Hv-i=Vi2/2g=Vi2/(2*9.807)Vi : سرعت جریان در نقطه i (متر بر ثانیه) {قابل صرفنظر}محاسبه فشار در لوله اصلی را باید از انتها شروع کنیم و به سمت پمپ که نقطه اولیه است برویم.

اسلاید 31: نقطه بحرانی در لوله اصلی: نقطه ای است که با توجه به اصطکاک بین پمپ و آن نقطه بیشترین فشار را لازم داشته باشد.وظیفه پمپ: تامین فشار مورد نیاز در نقطه بحرانیفشار مورد نیاز پمپ از جمع اجزای زیر حاصل می شود:الف: فشار مورد لزوم در نقطه بحرانی در لوله اصلیب: مقدار کل افت اصطکاک بین پمپ و نقطه بحرانی روی لوله اصلیج: افزایش رقوم ارتفاعی بین پمپ و نقطه بحرانید: افت اصطکاک بین سطح آب پمپاژ و خط محور پمپه: بار سرعت در نقطه بحرانی در لوله اصلی به مجموع حاصل، بار کل دینامیکی پمپ گویند .(TDH)

اسلاید 32: TDH باید برای تمام نقاط لوله اصلی محاسبه شود. و نقطه ای که بار کل دینامیکی آن حداکثر است نقطه بحرانی لوله اصلی است. TDHi=Hi+hf-pi+He-si+hf-s+Vi2/2gTDHi : بار کل دینامیکی مورد لزوم برای نقطه i (متر)hf-pi : افت اصطکاک از پمپ تا نقطه i (متر)He-si : افزایش رقوم ارتفاعی از سطح آب در منبع تا نقطه i (متر)hf-s : افت اصطکاک در قسمت مکش پمپ (متر)

اسلاید 33: دو راه حل جهت تامین فشار در نقطه بحرانی:کاربرد رگولاتور یا هیدرانتکاربرد پمپ های بوستر قبل از نقاط بحرانی در سیستم های بزرگ

اسلاید 34:

اسلاید 35: مثالدر یک طرح آبیاری بارانی سیستم توزیع لوله ها به نحوی است که می بایست 5 لاترال A تا E بطور همزمان کار کنند. هر لاترال 30 آبپاش دارد که دبی هر کدام 0.36 لیتر در ثانیه طراحی شده است. فشار لازم در لوله اصلی در مدخل هر لاترال 393 کیلوپاسکال محاسبه شده است و رقوم ارتفاعی هر نقطه روی خط و فاصله بین آنها در جدول زیر داده شده است:

اسلاید 36: لوله اصلی یک لوله آلومینیمی با قطر داخلی 20.32 سانتیمتر است که ضریب زبری هیزن-ویلیامز در آن 144 می باشد. افت اصطکاک و بار ارتفاع از سطح آب تا مرکز پمپ 0.333+ متر است. لاترال ها می بایست از نقطه A تا E همزمان کار کنند. حساب کنید نقطه ای که در آن فشار بحرانی است و بار کل دینامیکی مورد لزوم بزای پمپ را.حل: از انتهای لوله اصلی شروع کرده و به سمت پمپ پیش میرویم. در هر لاترال مقدار دبی مورد لزوم برابر است با:Qi=30*0.306=10.8 l/s

اسلاید 37: دبی کل و افت اصطکاک را از نقطه D تا E بطول 18.29 متر حساب می کنیم.Qi-DE=1*10.8=10.8 l/sHf-DE=KL[(Q/C)1.852/D4.87]Hf-E=1.22*1010*18.29*[(10.81/144)1.852/203.24.87]Hf-E=0.011 mHn=393000 PaHn= 393000/(1000*9.807)=40.073 mHe-DE=47.24-47.85= -0.61 m

اسلاید 38: Hv-E=V2/2gHv-E={(10.8/1000)[4/(3.14*0.2032*0.2032)]}2/(2*9.807)Hv-E=10.8*0.0000485=0.00565 mHv-D=21.6*21.6*.0000485=0.02262 mHv-DE=0.00565-0.02262= -0.01696 m= -0.017 mHD=40.073+0.011-0.61-0.017=39.457 m

اسلاید 39:

اسلاید 40:

اسلاید 41:

اسلاید 42: TDH=40.98+0.1414+0.333=41.454 mمعمولا از نظر اطمینان، حداکثر به میزان 3 متر به بار کل دینامیکی افزوده می شود تا جبران افت های پیش بینی نشده را بنماید.