bài tập lớn môn thiết kế trạm bơm đề 01
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (516.9 KB, 18 trang )
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM
(Đề số 1)
THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM BƠM TƯỚI
I/Tài liệu thiết kế:
Dựa vào quy hoạch thủy lợi cho một vùng sản suất nông nghiệp, để đảm bảo tưới
cần thiết phải xây dựng một trạm bơm tưới với các tài liệu cơ bản như sau:
1/Bình đồ khu vực đặt trạm bơm tỉ lệ 1/1000, cao độ mặt đất của các đường đồng
mức như bình đồ.
2/Lưu lượng yêu cầu trạm bơm phải cung câp trong các thời kỳ sinh trưởng của
cây trồng như bảng sau:
Bảng 1: BẢNG LƯU LƯNG YÊU CẦU TƯỚI TRONG CÁC THỜI KỲ
Từ ÷ đến
Số ngày
Lưu lượng yêu cầu (m3/s)
16/11 ÷ 31/12
46
11.20
1/1 ÷ 15/1
15
5.40
22/1 ÷ 12/2
22
8.10
13/2 ÷ 28/2
16
5.40
1/3 ÷ 26/3
26
8.10
1/4 ÷ 10/4
10
5.40
11/4 ÷ 30/4
20
11.20
1/5 ÷ 10/5
10
5.40
16/5 ÷ 25/5
10
5.40
3/ Cao tình mực nước sông tại vò trí xây dựng trạm bơm ứng với tần suất thiết kế P=75%
như bảng sau:
Bảng 2:
BẢNG CAO TRÌNH MỰC NƯỚC BÌNH QUÂN TUẦN CỦA SÔNG
TRONG NĂM THIẾT KẾ
Tháng
Tuần
Số ngày
Cao tình mực nước (m)
11
1
2
3
1
2
3
1
2
10
10
10
10
10
10
10
10
14.30
14.40
14.50
13.90
14.20
14.30
14.30
14.10
12
1
SVTH: - Lớp TH11
Trang
1
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
2
3
4
5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
13.80
13.50
13.90
13.40
13.30
13.20
13.40
13.80
13.80
13.90
14.10
14.20
14.30
4/Cao trình mực nước yêu cầu thiết kế ở đầu kênh tưới là 23.20 m.
5/Cao trình mực nước lũ ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra P=1% là
Zmax=15.2m.
6/Cao trình mực nước thấp ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra P=90% là
Zmin=12.80 m.
7/Nhiệt độ trung bình của nước sông t = 25oC.
8/Các hạt phù sa trong nước sông có đường kính trung bình d tb=0.04mm,tốc độ
chìm lắng W=1.1m/s.
9/Trên tuyến xây dựng trạm cũng như nơi tuyến kênh đi qua tình hình đòa chất
tương đối tốt ,dưới lớp đất canh tác là lớp thòt pha cát.
10/Khu vực đặt trạm bơm rất gần đường giao thông và đường dây điện cao thế
10KV.
II/ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:
1/Bố trí tổng thể công trình đầu mối của trạm bơm.
2/Thiết kế kênh tháo,kênh dẫn của trạm bơm.
3/Tính toán cột nước thiết kế ,các loại cột nước kiểm tra của trạm bơm.
4/Chọn máy bơm,động cơ điện và máy biến áp.
5/Chọn loại nhà máy bơm.Tính cao trình đặt máy.Tính các kích thước cơ bản của
nhà máy ,bể hút và bể tháo.
6/Các bản vẽ kèm theo thuyết minh:
SVTH: - Lớp TH11
Trang
2
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN
A/- BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI TRẠM BƠM:
I/Chọïn tuyến công trình:
Dựa vào bản đồ đòa hình và nhiệm vụ của trạm bơm ta vạch ra một số tuyến
công trình,so sánh và chọn ra tuyến có lợi nhất. Đối với trạm bơm tưới,tuyến công trình
có lợi nhất sẽ là:
-Hướng lấy nước thuận.
-Ổn đònh về mặt bồi lắng,xói lở.
-Khống chế diện tích tưới lớn nhất và khối lượng đào đắp ít nhất.
Để thỏa mãn được các điều kiện trên ,ta chọn tuyến II để thiết kế.
II/ Chọn vò trí nhà máy:
Để vò trí nhà máy bơm hoạt động bình thường trong quá trình sử dụng ,cần
thỏa mãn các điều kiện sau:
Đảm bảo chống lũ cho động cơ.Để đảm bảo sàn động cơ không bò ngập lụt trong
mùa mưa lũ thì cao trình sàn động cơ(nền nhà) yêu cầu cao hơn mực nước lũ từ 0.5m
trở lên.
Để việc vận chuyển giao thông dể dàng,giảm khối lượng đào đắp và lợi dụng
thông gió tự nhiên thì cao trìng sàn động cơ (nền nhà) phải cao hơn mặt đất tự nhiên từ
0.2 ÷0.3m
Dựa vào 2 yêu cầu trên ,đối chiếu với cao trình mực nước lũ lớn nhất ở sông ứng
với tần suất kiểm tra P=1% với cao trình mặt đất tự nhiên ta chọn vò trí nhà máy tại
cao trình : 14.20m.
Vậy cao trình sàn động cơ (nền nhà ) là : 14.20 + 0.3 = 14.50 m
III/ Xác đònh vò trí bể tháo:
Để tưới tự chảy cho toàn khu vực ,bể tháo phải đảm bảo được mực nước yêu cầu
ở đầu kênh tưới khi máy bơm làm việc với lưu lượng thiết kế ,ngoài ra nên bố trí bể
tháo trên đất nguyên thổ ,khối lượng đào đắp sao cho ít nhất chiều dài ống đẩy ngắn
nhất. Dựa vào các yêu cầu trên đối chiếu với cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh
tưới với cao trình mặt đất tự nhiên ta đặt bể tháo ở cao trình 28.30 m.
SƠ ĐỒ BỐ TRÌ CỤM ĐẦU MỐI TRẠM BƠM NHƯ SAU
3
4
5
6
1
2
1-Sông
4-Nhà máy
7-Kênh tháo
SVTH: - Lớp TH11
7
2-Kênh dẫn
5-Ống đẩy
3-Bể hút
6-Bể tháo
Trang
3
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
B/- CHỌN LƯU LƯNG THIẾT KẾ CHO TRẠM BƠM:
Chọn lưu lượng thiết kế cho trạm bơm dựa vào đường quá trình lưu lượng cần
[Qyc=f(t)]
Thời gian tưới
Từ ngày
Đến ngày
Số ngày
Q (m3/s )
16/11
21/12
46
11.20
01/01
15/01
15
5.40
22/01
12/02
22
8.10
13/02
28/02
16
5.40
01/03
26/03
26
8.10
01/04
10/04
10
5.40
11/04
30/04
20
11.20
01/05
10/05
10
5.40
16/05
25/05
10
5.40
-Lưu lượng thiết kế Qtk được chọn là trò số lớn nhất trong biều đồ, và trò số này có thới
gian duy trì tương đối dài (t ≥ 20ngày). Vậy chọn Qtk = 11.20 m3/s
-Lưu lượng nhỏ nhất bằng trò số nhỏ nhất trong biểu đồ . Vậy Qmin = 5.40 m3/s
-Lưu lượng lớn nhất lấy bằng Qgc = Qmax = k.Qtk
Trong đó:
+ k=1.2÷1.3
khi Qtk < 1.0 m3/s
+ k=1.15÷1.2
khi Qtk = 1.0 ÷10 m3/s
+ k=1.1÷1.15
khi Qtk > 1.0 m3/s
=> Qmax= 1.2× 11.20 = 13.44 m3/s
C/- THIẾT KẾ KÊNH:
I/ Thiết kế kênh tháo:
Kênh tháo có nhiệm vụ dẫn nước từ bể tháo tới mặt ruộng.Kênh phải đảm bảo
dẫn đủ nước ,ổn đònh không bò bối lắng và xói lở.Thông qua tính toán thủy lực để xác
đònh kích thước mặt cắt kênh.Dựa vào Q tk ,tình hình đòa chất nơi tuyến kênh đi qua là
SVTH: - Lớp TH11
Trang
4
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
đất thòt pha cát ta chọn các yếu tố thủy lực như m =1.5 ; n = 0.0225 ; i=0.0001; Q TK=3.0
m3/s
Trong thiết kế sơ bộ có thể tính độ sâu h theo công thức kinh nghiệm
Qmax /ωmax Tính b theo phương pháp mặt cắt có lợi nhất về mặt thủy lực
h = A 3 Q TK = 0.9.3 11.20 = 2.01m
Trong đó : A là hệ số thường lấy từ 0.7 đến 1. Ta lấy A = 0.9
4m o i 8.424 × 0.0001
=
= 0.0075
Q
11.20
- Tính: F(R) LN =
Với F(Rln) = 0.0075, tra bảng(8-1) với n=0.0225 ta có Rln =1.48
Lập tỉ số h/Rln = 2.01/1.48 = 1.35 ,với m=1.5 tra bảng (8-3) ta có b/Rln = 4.45
Do đó b = b/Rln ×Rln = 4.45×1.48 = 6.58 m , Chọn b =7.0m và tính lại h như sau :
Lập tỉ số b/Rln = 7/1.48 = 4.729 ,và với m=1.5 tra bảng có h/Rln =1.327
Do đó h = h/Rln × Rln =1.327×1.48 = 1.29 m. chọn h=2.0m.
Vậy btk =7.00m , htk = 2.0 m
Để đảm bảo kênh ổ đònh ta kiểm tra theo:
Điều kiện không xói lở : Vmax < [Vkx]
Điều kiện không bồi lắng : Vmin > [Vkl]
- Tính [Vkx] và [Vkl] theo công thức kinh nghiệm sau:
[Vkx] = k. Q0.1max =0.53 ×13.440.1 =0.687 m/s
[Vkl] = A Q0.2min =0.33 *5.40.2 = 0.462 m/s
- Tính:
Vmax =
Q max
ω max
F(R) LN =
và
Vmin =
Q min
ω min
như sau
4m o i 8.424 0.0001
=
= 0.00627
Q max
13.44
Tra bảng (8-1) với n=0.0225 ta có Rln =1.60 m
Lập tỉ số b/Rln = 7/1.60=4.37 ,và m =1.5 tra bảng (8-3) ta có h/Rln =1.369
Do đó hmax = h/Rln * Rln = 1.369 ×1.60 = 2.19 m.
ωmax=(b+m h)h = (7.0 +1.5×2.19)×2.19 = 22.52 m2
Q
13.44
max
=> Vmax = ω = 22.52 = 0.596 (m / s)
max
- Tính: F(R) LN =
4m o i 8.424 × 0.0001
=
= 0.0156
Q min
5.4
Tra bảng (8-1) ta có Rln =1.14 m
Lập tỉ số b/Rln = 7.0/1.14 =6.140, và m=1.5 tra bảng (8-3) ta có h/Rln =1.161
Do đó hmin = h/Rln × Rln =1.161 ×1.14 =1.323m
ωmin=(b+m h)h = (7.0+1.5×1.323)×1.323 =10.30 m2
Q
5.40
min
=> Vmin = ω = 10.30 = 0.524 (m / s)
min
Từ kết quả trên ta thấy
SVTH: - Lớp TH11
Trang
5
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
Vmax = 0.596 m/s < [Vkx]= 0.687m/s => Đảm bảo điều kiện không xói lở
Vmin =0.524 m/s > [Vkl ]=0.462m/s => Đảm bảo điều kiện không bồi lắng
+Cao trình đáy kênh tháo được xác đònh theo quan hệ :
Zđk =Zyc – htk
Trong đó:
Zyc : Cao trình mục nước đầu kênh tưới : Zyc= 23.20m.
htk: Độ sâu dòng chảy trong kênh khi dẫn lưu lượng thiết kế, h tk=2.0 m.
=> Zđk =Zyc – htk = 23.20 – 2.0 = 21.20 m
+ Cao trình bờ kênh tháo : Zbk =Zđk + hmax + a
Trong đó:
- hmax: độ sâu dòng chảy trong kênh dẫn với lưu lượng gia cường: hgc=2.19m.
- a : Chiều cao an toàn của đỉnh bờ kênh: a=0.5
=> Zbk =Zđk + hmax + a = 21.20 + 2.19 + 0.5 = 23.89 m
+ Chiều rộng bờ kênh chọn b = 2 m
* Xác đònh đường quá trình mực nước trong bể tháo
Cao trình mực nước trong bể tháo được xác đònh theo công thức:
Zbt = Zđk + h + Σhms
Trong đó:
Σhms :là cột nước tổn thất từ bể tháo ra kênh (trò số này nhỏ thường bỏ qua)
h : là độ sâu dòng chảy trong kênh ứng với các lưu lượng.
Dòng chảy trong kênh tháo tưới là dòng đều nên bài toán lúc này là có Q, b, m, n, i,
tìm h và lập bảng tính trang sau:
BẢNG TÍNH Zbt ĐỐI VỚI TỪNG CẤP LƯU LƯNG
Căn cứ vào kết quả tính toán ta vẽ được đường quá trình mực nước trong bể tháo
ứng với các cấp lưu lượng :
+ hmax = 2,00 m Zmaxbt = 23,20 m
+ hmin = 1,32 m Zminbt = 22,52 m
+ htkế = 2,00 m Ztkếbt = 23,20m
II/ Thiết kế kênh dẫn :
SVTH: - Lớp TH11
Trang
6
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
Kênh dẫn làm nhiệm vụ dẫn nước từ nguồn vào bể hút của trạm bơm. Lưu lượng
chảy trong kênh dẫn bằng lưu lượng chảy trong kênh tháo nên lấy mặt cắt ướt của
kênh dẫn bằng mặt cắt ướt của kênh tháo chỉ khác nhau về cao trình. Tuy vậy nếu
phân tích kỹ về đặc điểm, điều kiện làm việc thì kênh dẫn và kênh tháo có những đặc
điểm khác nhau:
Kênh dẫn thường phải đào sâu, kênh tháo vừa đào vừa đắp, nên mái kênh dẫn
thường lấy ít dốc hơn. Ta chọn hệ số mái của kênh dẫn m = 2,0 . Độ dốc đáy kênh
i=2.10-4
Khi kênh dẫn không có công trình điều tiết ở đầu kênh thì mực nước trong kênh
hoàn toàn phụ thuộc vào mực nước sông. Vì vậy lòng kênh rất dễ bò lắng đọng do vận
tốc dòng chảy nhỏ mà mặt cắt ướt lòng kênh lớn nên phải nạo vét thường kỳ.
Để đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng trong các thời kỳ thì cao trình đáy kênh dẫn
được xác đònh theo công thức :
Zđk =Zbh min –htk
Trong đó:
- htk = 2,0 m (độ sâu dòng chảy khi dẫn với lưu lượng thiết kế)
- Zbh min = Zs min - hms = Zs min = 12.80 - 0 = 12.80 m
Với
Zbh min :Là cao trình mực nước thấp nhất ở bể hút ứng với tần suất kiểm tra P=90%
Zs min :Là cao trình mực nước thấp nhất ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra P=90%
hms : Là cột nước tổn thất từ sông vào tới bể hút bỏ qua vì không có cống điều tiết
Vậy Zđk =Zbh min –htk = 12.80 –2,0 = 10,80 m
Cao trình bờ kênh dẫn xác đònh theo công thức
Zbk =Zbh max + a = 15.20 + 0.5 = 15.70 m
Trong đó: Zbh max = Zs max = 15.20m (không dùng cống điều tiết)
Zbh max : là cao trình mực nước lớn nhất ở bể hút
Zs max : là cao trình mực nước lớn nhất ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra P=1%
D/- TÍNH TOÁN CÁC LOẠI CỘT NƯỚC CỦA TRẠM BƠM:
I/ Tính cột nước thiết kế Htk
Cột nước thiết kế của trạm bơm cũng như cột nước thiết kế của máy bơm đước
tính theo công thức:
Htk =hđh bq +Σht
Trong đó:
- hđh bq: là cột nước đòa hình bình quân tính theo công thức
h đhbq =
∑ Qihiti
∑ Qit i
- Σht : là cột nước tổn thất trong đường ống hút và ống đẩy của máy bơm .Vì
chưa chọn được máy bơm, chưa thiết kế đường ống nên thường lấy theo kinh nghiệm:
Σht =1.2m
Để dễ dàng xác đònh cột nước đòa hình hi và thời gian ti ta vẽ trên cùng một đồ thò
các đường quan hệ Zbt ~ t và Zbh ~ t . Sau đó tình bằng cách lập bảng
SVTH: - Lớp TH11
Trang
7
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
BẢNG TÍNH TOÁN CỘT NƯỚC hđh bq
Từ
16/11
01/01
22/01
13/02
01/03
01/04
11/04
01/05
16/05
Thời gian tưới
Đến Số ngày
31/12
15/01
12/02
28/02
26/03
10/04
30/04
10/05
25/05
46
15
22
16
26
10
20
10
10
Qi
(m3/s)
Zbt
(m)
Zbh
(m)
hi
(m)
Qiti
106 (m3)
Qihiti
106 (m4)
11,2
5,4
8,1
5,4
8,1
5,4
11,2
5,4
5,4
23,20
22,52
22,88
22,52
22,89
22,52
23,20
22,52
22,52
14,25
14,20
13,65
13,65
13,30
13,80
13,85
14,10
14,25
8,95
8,32
9,23
8,87
9,59
8,72
9,35
8,42
8,27
515,2
81,0
178,2
86,4
210,6
54,0
224,0
54,0
54,0
4.611,0
673,9
1.644,8
766,4
2.019,7
470,9
2.094,4
454,7
446,6
Σ
1.457,4
13.182,3
∑Q h t
13182,3
i i i
Vậy: h đhbq = ∑ Q t = 1457,4 = 9,05 m
i i
Do đó :
Htk =hđh bq +Σht = 9,05 +1,2 = 10,25 m.
I/ TRƯỜNG HP KIỂM TRA :
1/ Cột nước lớn nhất: HKTmax
HKTmax = hđh max + Σht = (Zbt max –Zbh min) +Σht
= (23,20 – 13,3 )+ 1.20 = 11,10 m
2/ Cột nước nhỏ nhất: HKTmin
HKTmin = hđh min + Σht = (Zbt min –Zbh max) +Σht
= (22,52 - 14.25) + 1.20 = 9,47 m
Vậy
HTK = 10,25 m
HKTmin = 9,47 m
HKTmax = 11,10 m
Hđh bq = 9,05 m
E/ CHỌN MÁY BƠM – ĐỘNG CƠ –MÁY BIẾN ÁP:
I/ Chọn máy bơm chính:
1/ Chọn số máy bơm :
Số lượng máy bơm của một trạm bơm là con số có ý nghóa về mặt kỹ thuật và cả
về mặt kinh tế. Dựa vào biểu đồ lưu lượng cần (trang sau) với lưu lượng Q tk = 11,20
m3/s chọn số máy bơm n = 4 máy bơm ( Trong đó có 1 máy dự trử).
2/ Chọn loại máy bơm:
Với số máy bơm đã được sơ bộ chọn n = 4 ,ta có thể xác đònh Q tk cho 1 máy bơm
như sau:
SVTH: - Lớp TH11
Trang
8
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
Q tk =
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
m
Q trạ
11,20
tk
=
= 3.7 m 3 /s
n
3
Với - Qtk = 3,7 m3/s; Htk=10.25 m
Tra trên đường đặc tính kỷ thuật của máy bơm OΠ2-104 có các thông số kỹ
thuật sau:
Loại MB
OΠ2-104
Q (m3/s)
3.7
H (m)
10.25
n (v/p)
445
θ
-3 0
η (%)
86
II/ Chọn động cơ:
Thông thường mỗi loại máy bơm đều có động cơ đi kèm. Trường hợp này ta
phải kiểm tra lại các điều kiện thực tế mà máy bơm và động cơ sẽ phải làm việc. Nội
dung kiểm tra gồm:
− Kiểm tra công suất: công suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc
trong mọi trường hợp phải nhỏ hơn công suất đònh mức của động cơ.
Công suất lớn nhất của động cơ là :
Trong đó:
− K : hệ số dự trữ về độ thiếu chính xác của đường đặc tính của máy bơm có tính
đến các tổn thất bất thường lấy K = 1,05;
− ηb : hiệu suất máy bơm ηb = 0,86 ;
− Qb : lưu lượng của máy bơm Qb = 3,70(m3/s);
− Hb : cột nước của máy bơm Hb = 10,25 (m);
− ηtr : hiệu suất truyền động, khi nối trực tiếp với trục động cơ ηtr = 1;
Như vậy công suất đònh mức của động cơ phải là Ntt>Nmax = 515 (KW).
III/ Chọn máy biến áp:
Vì điện áp của động cơ thường là 220/380V, 3000V hay 6000V, nhỏ hơn
điện áp nguồn do đó phải bố trí trạm biến áp cho trạm bơm.
Khi chọn máy biến áp phải dựa vào 3 tài liệu chủ yếu:
− Dung lượng yêu cầu của trạm bơm Syc;
− Điện áp của nguồn Ung;
− Điện áp của động cơ Vđc;
Tuỳ theo sơ đồ đấu điện mà sử dụng công thức tính Syc của trạm bơm.
Theo sơ đồ a thì dung lượng yêu cầu của trạm bơm Syc tính theo công thức:
S yc = 1,1
k 1 .k 2 .ΣN H
+ k 3 .N td
η đc . cos ϕ
Trong đó:
− k1 : hệ số phụ tải của động cơ k1 = 1;
− k2 : hệ số làm việc đồng thời của trạm bơm k2 = ¾ = 0,75;
− k3 : hệ số thắp sáng k3 = 0,7;
− Ntd : công suất tự dùng cung cấp điện cho việc thắp sáng, chạy các thiết bò phụ
và cung cấp điện cho đòa phương ở xung quanh trạm bơm Ntd = 150KW;
− ηđc : hiệu suất động cơ ηđc = 0,8;
SVTH: - Lớp TH11
Trang
9
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
− cosϕ : hệ số công suất;
− ΣNH : tổng công suất đònh mức của động cơ trong trạm bơm , kể cả máy dự trữ
ΣNH = 4×515 =2060 (KW);
S yc = 1,1
1 × 0,75 × 2060
+ 0,7 × 150 = 2760(KVA )
0,8 × 0,8
F/ XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐẶT MÁY BƠM
Trong thiết kế trạm bơm, việc chọn cao trình đặt máy bơm có một ý nghóa quan
trọng về kinh tế và kỹ thuật.
Nếu cao trình đặt máy thấp, khả năng chống khí thực tốt, tăng tuổi thọ máy bơm
nhưng kinh phí xây dựng tăng. Trường hợp ngược lại, cao trình đặt máy cao kinh phí
xây dựng thường giảm nhưng dễ dàng phát sinh hiện tượng khí thực làm hư hỏng máy
bơm hoặc bơm không được nước. Vì vậy cần chọn một cao trình đặt máy hợp lý.
1. Xác đònh cao trình đặt máy bơm theo điều kiện không sinh khí thực khi máy
bơm làm việc với cột nước thiết kế .
Công thức:
Z đm = Z bh min + [h s ]
Trong đó:
− Zđm : cao trình đặt máy (m);
− Zbhmin: cao trình mực nước thấp nhất ở bể hút Zbhmin = 13.30(m);
− [hs] : độ cao hút nước đòa hình cho phép của máy bơm:
[hs] = Ha – Hbh – hmsh – [∆h]
− Ha : cột nước áp lực khí trời trên mặt thoáng của bể hút có thể tính theo công
thức sau:
H at = 10,33 −
Z bh min
13.30
= 10,33 −
= 10,31(m )
900
900
− Hbh : cột nước áp lực bốc hơi của nước bơm lên khi t = 25o, Hbh = 0,34(m);
− hmsh: cột nước tổn thất trong ống hút, tạm tính hms = 0,7(m);
− [∆h]: độ dự trữ khí thực cho phép ứng H = 10,25(m) thì [∆h] = 8,23(m);
[hs] = 10,31 – 0,34 – 0,7 – 8,23 = 1,04(m)
Cao trình đặt máy là:
Zđm = 13,3 + 1,04 =14,34 m
2. Tính cao trình đặt máy theo yêu cầu về độ ngập bánh xe cánh quạt do nhà
máy chế tạo quy đònh .
Theo yêu cầu của nhà sản xuất cần phải dìm cánh quạt xuống mực nước thấp nhất
2m. Như vậy cao trình đặt máy là:
Z đm = Z bh min − 2 = 13,30 − 2 = 11,30 (m )
3.
Kiểm tra cao trình đặt máy thiết kế trong các trường hợp bất thường.
G/ THIẾT KẾ NHÀ MÁY BƠM
I.
Các bước thực hiện
SVTH: - Lớp TH11
Trang
10
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
1. Chọn loại nhà máy
Để chọn loại nhà máy dựa vào:
− Quy mô trạm bơm : QTK = 11,20 (m3/s);
− Máy bơm đã được chọn lựa: hướng trục ΠO2-104; n = 445 v/phút;
− Độ cao hút máy bơm hs≤ 0;
− Độ chênh mực nước bể hút: Zhmax – Zhmin = 14,25 – 13,30 =0,95 m;
− Điều kiện đòa chất: đất thòt pha cát;
− Điều kiện về vật liệu xây dựng: dồi dào;
Từ các điều kiện trên ta chọn nhà máy bơm kiểu khối tảng là phù hợp nhất.
II. Cấu tạo và kích thước các bộ phận nhà máy bơm
1. Cấu tạo tầng móng và buồng hút
− Tầng móng: kết cấu bê tông cốt thép M200, dày 1m;
− Buồng hút : dùng loại ống hút cong có bình diện hẹp (chi tiết xem bản vẽ);
2. Cấu tạo tầng bơm
Tầng bơm nằm sâu dưới mặt đất, chung quanh chòu áp lực đất, nước tác dụng nên
tường phải làm bằng BTCT M200, độ chống thấm B6. Phân chia tầng bơm thành các
buồng riêng, mỗi buồng đặt một máy bơm . Chiều dày tường thượng lưu, tường hạ lưu
và tường ngăn đều chọn dày t = 1(m).
3. Cấu tạo tầng động cơ
Tầng động cơ là tầng duy nhất nổi lên trên mặt đất nên ngoài việc thiết kế đảm bảo
kỹ thuật còn phải đảm bảo mỹ thuật. Tuỳ theo tình hình chòu lực của mỗi chi tiết mà
đònh kích thước cho phù hợp. Cụ thể như sau:
a) Sàn động cơ
Sàn động cơ được bố trí cao hơm mực nước lũ. Kết cấu BTCT M200 dày 15 cm. Mặt
sàn lát gạch men.
b) Dầm động cơ
Dầm đúc liền với sàn, chòu các lực tác dụng là:
− Trọng lượng động cơ;
− Tải trọng động khi động cơ làm việc;
− Trọng lượng bản thân dầm.
III. Tính toán các kích thước chủ yếu của nhà máy bơm
1. Chiều cao nhà máy
a) Chiều cao tầng máy bơm
Chiều cao tầng dưới mặt đất được xác đònh theo hai điều kiện:
− Tính theo điều kiện lắp động cơ với máy bơm và ống hút (điều kiện1);
− Tính theo điều kiện chống lũ cho động cơ (điều kiện 2).
Trong đồ án này do thiếu tài liệu về máy bơm và động cơ cho nên ta chỉ tính theo
điều kiện 2.
H tb = h 1 + h môh + h 2 + ∆Z + δ
Trong đó:
− h1
− hmôh
SVTH: - Lớp TH11
: chiều dày bản đáy h1 = 1 (m);
: chiều cao miệng ống hút hmôh = 3,11(m);
Trang
11
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
− h2
: độ ngập sâu của miệng ống hút để ngăn ngừa không khí chui vào máy
bơm h2 = 1(m);
− ∆Z
: độ giao động mực nước bể hút ∆Z = Zbhmax – Zbhmin = 0,95(m);
− δ
: độ cao an toàn chống sóng tràn δ = 1(m);
Htb = 1+3,11+1+0,95+1 = 7,06 m
b) Chiều cao tầng động cơ
Chiều cao tầng động cơ tính từ sàng động cơ tới tầng nhà (không kể nóc nhà) theo
công thức:
H đc = h t + h at + l t max + l d + h ct + δ
Trong đó:
− ht : chiều cao phần tónh của động cơ theo kích thước đònh hình ht =1,08(m);
− hat : chiều cao an toàn để vật di chuyển không va chạm vào vật cố đònh
hat=0,5(m);
− ltmax : chiều dài lớn nhất của vật kéo lên ltmax = 3,22(m);
− ld : chiều dài dây buộc, dây mềm ld = 0,7(m);
− hct : chiều cao của cầu trục tính từ móc câu đến đỉnh cầu trục, cầu trục điện
hct = 2,7(m);
− δ : khoảng cách an toàn từ đỉnh cầu trục tới trần nhà hay mặt dưới của xà
ngang thường lấy δ = 0,2(m);
H đc = 1,08 + 0,5 + 3,22 + 0,7 + 2,7 + 0,2 = 8,40(m )
2. Chiều rộng nhà máy
a) Chiều rộng tầng máy bơm
B b = t 1 + a1 + D b + t 2 + a 2
Trong đó:
− t1, t2
− a1,a2
− Db
: chiều dày tường thượng hạ lưu
t1 = t2 = 1(m);
: lối đi lại để trông coi lắp ráp máy a1 = a2 = 2(m);
: kích thước bên ngoài của máy bơm Db = 2,94 (m);
Bb = 1 + 2 + 2,94 + 1 + 2 = 8,94(m )
b) Chiều rộng tầng động cơ
B b = 0,1 + t + a 3 + D đc + a 4 + t + 0,1
Trong đó:
− t
− a3,a4
− Dđc
: chiều dày tường gạch t = 0,4(m);
: chiều rộng lối đi lại a3 = a4 = 2 (m);
: đường kính động cơ Dđc = 2(m);
Bb = 0,1 + 0,4 + 2 + 2 + 2 + 0,4 + 0,1 = 7(m )
Để phù hợp với tầng máy bơm chọn Bb = 8,94(m).
3. Chiều dài nhà máy
Chiều dài nhà máy phụ thuộc vào số máy bơm và cách bố trí gian điện, gian sửa chữa.
Đối với nhà máy bơm trục đứng thì nhà máy có 2 tầng trở lên do đó kích thước từng
tầng phải kết hợp chặt chẽ với nhau. Muốn tính được chiều dài toàn bộ nhà máy ta
phải tính chiều dài 1 gian nhà máy cho từng tầng rồi chọn chiều dài 1 gian thiết kế.
Tính theo điều kiện bố trí động cơ ở tầng trên.
L 1gian = D đc + a 5
SVTH: - Lớp TH11
Trang
12
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
Trong đó:
− Dđc
− a5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
: đường kính động cơ Dđc = 2(m);
: khoảng cách giữa 2 vỏ của động cơ a5 = 1,5(m);
L 1gian = D đc + a 5 = 2 + 1,5 = 3,5(m )
Tính theo điều kiện bố trí máy bơm ở tầng dưới.
Khi tầng bơm không có tường ngăn:
L'1gian = D' b +a 6
Trong đó:
− D’b : đường kính vỏ ngoài của máy bơm D’b = 3,13(m);
− a6
: khoảng cách giữa 2 vỏ máy bơm a6 = 1,5(m);
L'1gian = 3,13 + 1 = 4,13(m)
Tính theo điều kiện bố trí ống hút.
L"1gian = B môh + d p
Trong đó:
− Bmôh
− dp
: chiều rộng miệng ống hút Bmôh = 3,22(m);
: chiều dày trụ pin dp = 1(m).
L"1gian = 3,22 + 1 = 4,22(m )
Từ các điều kiện trên ta chọn L1gian = 4,63(m).
Tính chiều dài toàn bộ nhà máy.
L = (n − 1)L 1gian + D đc + L1 + L sc + 2t
Trong đó:
− n : tổng số máy bơm bố trí trong nhà máy n = 4(máy);
− L1gian : chiều dài một gian chọn để thiết kế L1gian = 4,63(m);
− Dđc : đường kính động cơ Dđc = 2(m);
− L1 : khoảng cách từ vỏ động cơ đến tường gạch đầu hồi L1=2(m);
− Lsc : chiều dài gian sửa chữa phải đảm bảo sửa chữa được vật lớn nhất của động
cơ hay máy bơm và 2 lối đi lại an toàn Lsc = 6(m);
− t : chiều dày tường đầu hồi t = 0,4(m);
L = (4 − 1) × 4,63 + 2 + 2 + 6 + 2 × 0,4 = 24.70(m )
H/ THIẾT KẾ ỐNG ĐẨY
Đường kính kinh tế của ống đẩy được tính theo công thức:
D KT =
4Q bq
nΠVKT
Trong đó:
− n
: số ống đẩy làm việc n = 3 ;
− VKT : tốc độ kinh tế chảy trong ống đẩy, theo kinh nghiệm thường lấy
VKT= 1,5-2,5(m/s), chọn VKT= 2,5(m/s);
− Qbq : lưu lượng bình quân của trạm tính theo công thức:
SVTH: - Lớp TH11
Trang
13
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
Q bq = 3
∑Q t
∑t
3
i i
i
Chọn DKT = 1,4(m) = 1.400(mm).
I/ THIẾT KẾ BỂ HÚT
Bể hút có nhiệm vụ nối tiếp giữa kênh dẫn với nhà máy bơm và ngăn cản rác bẩn
chui vào máy bơm. Bể hút có 2 phần:
− Phần mở rộng của kênh dẫn.
− Phần trập trung nước.
Phần mở rộng có nhiệm vụ nối tiếp kênh dẫn với phần tập trung nước. Góc mở
rộng α quyết đònh rất lớn đến trình trạng dòng chảy trong bể hút, theo kinh nghiệm thì
góc mở rộng α phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy trong kênh có thể lấy như sau:
Khi Vk = 0,7(m/s) thì α = 45o. Chiều dài đoạn mở rộng tính theo công thức:
Lm =
B ct − b k
α
cot g
2
2
Trong đó:
− α : là góc mở rộng α = 45o;
− Bct : chiều dài công trình lấy nước Bct = 32,76(m);
− bk : chiều rộng đáy kênh dẫn bk = 9(m);
32,76 − 9
45 o
Lm =
cot g
= 28,68(m )
2
2
Chọn Lm = 29(m).
Do chênh lệch đáy kênh dẫn và đáy công trình lấy nước nên phải làm một đoạn dốc
nối tiếp ở đáy phần mở rộng độ dốc i = 0,2; không nên làm dốc toàn bộ phần mở rộng
vì không có lợi về mặt thủy lực. Chiều dài đoạn dốc tính theo công thức:
Ld =
Z đk − Z đct
i
Trong đó:
− Zđk : cao trình đáy kênh dẫn Zđk = 21,2 (m);
− Zđct : cao trình đáy công trình lấy nước Zđct = 20,0 (m);
Ld =
21,20 − 20
= 6,0m)
0,2
K/ THIẾT KẾ BỂ THÁO
I. Nhiệm vụ của bể tháo:
− Nối tiếp ống đẩy với kênh tháo, đảm bảo phân phối lưu lượng vào các kênh
− Đảm bảo tiêu hết năng lượng trước khi dòng chảy vào kênh.
− Ngăn dòng chảy ngược khi máy bơm ngừng chạy.
II. Các biện pháp ngăn nước chảy ngược từ bể tháo về bể hút khi máy bơm
ngừng làm việc:
Khi đường kính ống đẩy 1< D <2m thì người ta dùng nắp đậy có bản lề lệch tâm
miệng ra của ống đẩy ( bản lề đặt cao hơn tâm miệng ra ) loại nắp này còn gọi là van
cánh bướm.
III. Tính toán thủy lực để xác đònh kích thước bể tháo:
SVTH: - Lớp TH11
Trang
14
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
Bể tháo gồm có 2 phần:
− Giếng tiêu năng;
− Phần chuyển tiếp thu hẹp vào kênh
1. Nhiệm vụ tính toán thủy lực bể tháo:
− Xác đònh chiều sâu ngập miệng ống đẩy dưới mực nước nhỏ nhất ở bể tháo, đảm
bảo dòng chảy ra ngập lặng;
− Xác đònh chiều dài giếng tiêu năng của bể tháo;
− Xác đònh hình dạng, độ dốc thềm ra khỏi giếng tiêu năng;
− Xác đònh chiều dài cần bảo vệ mái kênh và đáy kênh nối với bể tháo;
− Xác đònh các kích thước hợp lý nhất theo quản lý kỹ thuật bể tháo.
2. Tính toán thủy lực bể tháo:
a) Đường kính miệng ra ống đẩy:
Để giảm tốc độ nước ra khỏi ống đẩy, đường kính miệng ống ra lấy theo kinh
nghiệm sau:
D o = 1,1D
Trong đó:
− D : đường kính của ống đẩy D = 140(cm);
=> D o = 1,1.140 = 154(cm ) Chọn D = 160cm.
b) Tính tốc độ nước chảy ra khỏi miệng ống đẩy :
v ra =
4Q
πD 2o
Trong đó:
− Q : lưu lượng tính toán của ống đẩy theo lưu lượng ứng với mực nước nhỏ nhất
bể tháo( Hmin = 8,5m ) Q = 3,7 (m3/s);
v ra =
4 × 3,7
= 1,84 (m / s)
3,14 × 1,6 2
c) Độ ngập nhỏ nhất của mép trên miệng ra ống đẩy theo lưu lượng ứng với mực
nước nhỏ nhất :
v 2ra
1,84 2
h ng min = 3
=3
= 0,52(m )
2g
2 × 9,81
d) Chiều sâu nhỏ nhất trong giếng tiêu năng của bể tháo:
H g min = D o + h ng min + P
Trong đó:
− P : khoảng cách từ đáy miệng ống ra đến đáy bể tháo chọn P = 1,5(m);
H g min = 1,6 + 0,52 + 1,5 = 3,62(m)
e) Chiều cao thềm ra của giếng tiêu năng:
h p = H g min − h K min
Trong đó:
− hKmin
: chiều sâu mực nước nhỏ nhất trong kênh hKmin = 1,32(m);
h p = 3,62 − 1,32 = 2,3(m)
Cao trình đáy giếng: ∇ đg = ∇ ĐK − h p
− ∇ĐK : cao trình đáy kênh tháo ∇ĐK = 21,2(m);
SVTH: - Lớp TH11
Trang
15
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
∇ đg = 21,2 − 2,3 = 18,9(m)
f) Chiều sâu lớn nhất của giếng tiêu năng:
H g max = h P + h K max
hKmax là chiều sâu mực nước lớn nhất trong kênh hKmax = 2,0(m);
H g max = 2,3 + 2 = 4,3(m )
g) Độ sâu ngập lớn nhất của mép trên miệng ra ống đẩy:
h ng max = H g max − D o − P
h ng max = 4,3 − 1,60 − 1,5 = 1,2 (m)
h) Xác đònh chiều cao giếng tiêu năng:
H b = H g max + a
Trong đó:
− a : chiều cao an toàn, chọn a = 0,5(m);
H b = 4,3 + 0,5 = 4,8(m)
Khi đó cao trình đỉnh tường bể tháo:
∇ đ = ∇ đg + H b = 18,9 + 4,8 = 23,7m)
i) Xác đònh chiều dài giếng tiêu năng:
Chiều dài giếng tiêu năng được xác đònh theo công thức thực nghiệm:
L g = K. h ng max
Trong đó:
− K : hệ số phụ thuộc vào hình dạng của thềm ra khỏi giếng tiêu năng, hình dạng
tiết diện của miệng ra ống đẩy, hình dạng và chiều cao của thềm, lấy theo bảng XI-1
trang 136 giáo trình Trạm bơm tập 2:
h
2,3
p
Với K Do = D = 1,6 = 1,44 , thềm nghiêng thì K = 6,2
o
=> L g = 6,2 × 1,2 = 7,44m)
chọn Lg = 7,0 (m)
L / KIỂM TRA TỔN THẤT CỘT NƯỚC TRONG ỐNG HÚT VÀ ỐNG ĐẨY
Trong các phần tính toán ở trên, do chưa thiết kế được đường ống cho nên ta đã
tạm giả thiết tổng tổn thất cột nước trong đường ống hút và ống đẩy của máy bơm là
Σht = 1,5(m). Trên cơ sở đó ta đã tính toán và bố trí như bản vẽ. Bây giờ ta cần phải
kiểm tra lại tổng tổn thất cột nước trong đường ống hút và ống đẩy của máy bơm có
phù hợp với giả thiết hay không.
1. Tổn thất cột nước trong ống đẩy: bao gồm các tổn thất sau đây:
a. Tổn thất cục bộ tại ống loe nối tiếp giữa cửa ra của máy bơm và ống đẩy:
h mr =
ξ mr (V1 − V2 ) 2
2g
Trong đó:
− ξmr : hệ số tổn thất tra hình 5-PL sách bài tập và đồ án môn học máy bơm và
trạm bơm, khi θ = 5o thì ξmr = 0,078;
− V1 : vận tốc tại cửa ra máy bơm V1 = 4,36(m/s);
− V2 : vận tốc tại cửa vào ống đẩy V2 = 2,40(m/s);
SVTH: - Lớp TH11
Trang
16
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
h mr =
0,078 × (4,36 − 2,4) 2
= 0,02(m )
2 × 9,81
b. Tổn thất dọc đường:
Tính theo công thức của Darcy – Weisbach.
LV
h d = λ
D 2g
2
Trong đó:
− V : là vận tốc dòng chảy trong ống đẩy V = 2,4(m/s);
− λ : hệ số ma sát, đối với ống thép :
9,5
λ = 1,5. 0,0144 +
1/ 2
1000.V
9,5
λ = 1,5. 0,0144 +
= 0,03
1/ 2
1000 × 2,4
− L : chiều dài đoạn ống L = 23(m);
− D : đường kính trong của ống D = 1,4(m).
2
23 2,4
h d = 0,03 × ×
= 0,15(m )
1,4 2 × 9,81
c.
Tổn thất cục bộ tại khủy cong:
V2
h c = ξ.
2g
Trong đó:
− ξ : là hệ số tổn thất tại khủy cong, với θ = 22,5o và R/D = 2 thì ξ = 0,07;
− V : là vận tốc dòng chảy trong ống đẩy V = 2,4(m/s);
h c = 0,07 ×
d.
2,4 2
= 0,02(m )
2 ×9,81
Tổn thất cục bộ tại miệng ống loe:
hr =
ξ r (V1 − V2 ) 2
2g
Trong đó:
− ξr : hệ số tổn thất tra hình 5-PL sách bài tập và đồ án môn học máy bơm và
trạm bơm, khi θ = 7,5o thì ξr = 0,125;
− V1 : là vận tốc dòng chảy trong ống đẩy V1 = 2,4(m/s);
− V2 : là vận tốc dòng chảy tại miệng ra V2 = 1,84(m/s);
hr =
e.
0,125 × (2,4 − 1,84) 2
= 0,002
2 × 9,81
Tổn thất cục bộ tại van nắp:
h nv = ξ.
V2
2g
Trong đó:
− ξ : là hệ số tổn thất cho nắp van khi D = 1600 thì ξ = 0,25;
− V : là vận tốc dòng chảy tại miệng ra V = 2,4(m/s);
SVTH: - Lớp TH11
Trang
17
TRƯỜNG ĐHTL - TRUNG TÂM ĐH2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM: TK TRẠM BƠM TƯỚI
h nv = 0,25 ×
2,4 2
= 0,07(m )
2 × 9,81
Tổng tổn thất cột nước trong ống đẩy:
Σ ht = h mr + h d + h c + h r + h nv = 0,02 + 0,15 + 0,02 + 0,002 + 0,07 = 0,262(m )
2. Tổn thất cột nước trong ống hút:
Vì ống hút có chiều dài ngắn cho nên bỏ qua tổn thất dọc đường mà chỉ tính tổn
thất cục bộ theo trường hợp ống mở rộng dần:
h=
ξ(V1 − V2 ) 2
2g
Trong đó:
− ξmr : hệ số tổn thất tra hình 5-PL sách bài tập và đồ án môn học máy bơm và
trạm bơm, khi θ = 20o thì ξmr = 0,425;
− V1 : vận tốc tại cửa vào ống hút V1 = 0,49(m/s);
− V2 : vận tốc tại cửa ra ống hút V2 = 4,36(m/s);
h mr =
0,425 × (0,49 − 4,36) 2
= 0,32(m )
2 × 9,81
Tổng tổn thất cột nước trong ống hút và ống đẩy là:
Σhc = Σhôh + hmr = 0,262 + 0,32 = 0,58 (m) < (Σhc )gt = 1,5(m)
Nhận xét: tổn thất cột nước trong đường ống tính toán nhỏ hơn tổn thất cột nước
mà ta đã giả thiết. Như vậy kết quả tính toán ở trên thiên về an toàn.
Phan rang, ngày 20/11/2004
SV: Hoàng Gia Anh
----------------------------------------------------------------------------------
SVTH: - Lớp TH11
Trang
18
