Đồ án trạm bơm XD thủy lợi thủy điện

Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

PHẦN A:
TÀI LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
§I-TÀI LIỆU THIẾT KẾ
Theo quy hoạch thủy lợi, trạm bơn Nhơn An là công trình đầu mối của khu tưới
Nhơn An, trạm bơm lấy nước trên sơng Ái, bình đồ khu vực xây dựng tỷ lệ 1/500.
Tài liệu cần thiết cho việc cho việc xác định quy mô trạm bơm Nhơn An như
sau:
1. Hệ số tưới tại đầu mối.
Bảng 1.1 Hệ số tưới và thời gian tưới yêu cầu tại đầu mối.
THỜI GIAN TƯỚI
HỆ SỐ TƯỚI
Từ ngày
Đến ngày
Số ngày
q(l/s.ha)
03 – 01
30 – 01
28
1,35
01 – 02
12 – 02
12
1,29
13 – 02
22 – 02
10
1,13

23 – 02
02– 03
8
0,90
03 – 03
21 – 03
19
1,05
22 – 03
29 – 03
9
1,08
01 – 04
15 – 04
15
1,17
16 – 04
30 – 04
15
1,23
01 – 05
23 – 05
23
1,06
24 – 05
07 – 06
14
0,85
2. Diện tích khu tưới là ω = 580 ha
3. Cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới Zyc =58 m

4. Q trình mực nước sơng theo tháng ứng với p = 75% tại vị trí xây dựng
trạm bơm.
Bảng 1.2 Q trình mực nước sơng theo tháng ứng với p = 75% tại vị
trí xây dựng trạm bơm.
Tháng
1

2

3

Trang 1

Tuần

Ngày

Mực nước Z(m)

1

10

46.5

2

10

46.6

3

11

46.7

1

10

46.1

Tháng
4

4

Tuần

Ngày

Mực nước
Z(m)

1

10

45.7

2

10

45.4

3

10

45.3

1

10

46.1

2

10

46.3

2

10

46.2

3

8

46.5

3

11

46.4

1

10

46.5

1

10

46.3

2

10

46.3

2

10

46.4

3

11

46.0

3

10

46.5

6


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

5. – Cao trình mực nước lũ cao nhất ứng với p = 1% là Zmax = 47,6 m.
– Cao trình mực nước thấp nhất ngồi sơng ứng với p = 90% là Zmin=44,8 m.
6. Các tài liệu khác:
– Nhiệt độ bình qn của nước sơng t = 25oC.

– Mật độ phù sa trong trong nước sông W = 0,87kg/m3.
– Trên tuyến thăm dò cho thấy lớp đất tgitj pha cát.
– Khu vực xây dựng trạm bơm gần đường giao thông liên tỉnh và đường điện
cao thế 10KV.
§2- NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
2.1-Bố trí tổng thể cơng trình đầu mối của trạm bơm Nhơn An.
2.2 -Thiết kế kênh tháo, kênh dẫn của trạm bơm.
2.3-Tính tốn các loại cột nước.
2.4-Chọn máy bơm và kiểm tra quá tải của động cơ
2.5-Thiết kế sơ bộ nhà máy,bể hút,bể xả.
2.6-Các bản vẽ kèm theo thuyết minh: các bản vẽ khổ A1(01 bản hoặc 02 bản) thể
hiện mặt cắt ngang,cắt dọc,mặt bằng nhà máy,bể hút bể xả.

Trang 2


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

PHẦN B:

THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM BƠM TƯỚI
§1-BỐ TRÍ TỔNG THỂ CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI
1.1 . Chọn tuyến cơng trình :
Việc chọn tuyến xây dựng trạm bơm phải thỏa mãn các u cầu sau :
Hướng lấy nước là thuận dịng
Cơng trình lấy nước khơng bị bồi lắng , xói lở
Tuyến cơng trình phải ổn định , khống chế lớn nhất diện tích tưới tiêu với lượng đào
đắp ít

Việc chọn tuyến kênh căn cứ vào các tài liệu :
Mục đích xây dựng : Trạm bơm tưới
Nguồn nước và đặc tính của nó
Bình đồ vị trí nơi đặt trạm
Từ các tài liệu và yêu cầu trên ta tiến hành lập luận , phân tích và vạch ra 1 số phương
án về tuyến cơng trình . Sau khi so sánh kinh tế, kỹ thuật ta chọn được tuyến cơng
trình như trên bình đồ xây dựng TL 1/500.
1.2 Hình thức bố trí và vị trí các cơng trình :
Căn cứ vào tuyến cơng trình đã chọn ta bố trí các cơng trình như sau :
Hnh thức bố trí cơng trình trạm bơm :
Do lưu lượng u cầu trạm bơm lớn . Vì vậy cơng trình trạm có thể thuộc kiểu
nhà máy bơm trọng lực. Nhà máy kiểu này có khả năng chống lại lực đẩy nổi lớn , vì
vậy nhà máy bố trí ngồi bờ sơng. Mặt khác nên bố trí sàn động cơ cao hơn mực nước
lũ . Bố trí nhà máy bơm kiểu này làm cho kênh dẫn ngắn khối lượng đào đắp ít , khối
lượng nạo vét hàng năm ít , giảm được chi phí vận hành .
Tuy nhiên bố trí nhà máy kiểu này có nhược điểm là: nhà máy bị đe dọa trực
tiếp của lũ, lực đẩy nổi lớn do đó kết cấu nhà máy phức tạp, khối lượng xây dựng lớn.
Để định vị trính nhà máy trên tuyến cơng trình phải dựa vào tài liệu địa chất ,
mặt bằng khu vực, đường giao thơng ra ngồi nhà máy, hướng đặt trạm biến áp , gian
điện, gian sửa chữa, nhà quản lý, mặt bằng thi cơng...Đối với ĐAMH ta có thể dựa vào
1 số yêu cầu sau :
Chống lũ cho động cơ :

Trang 3


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

Để đảm bảo cầu động cơ không bị ngập lụt trong mùa mưa lũ thì cao trình sàn
động cơ phải cao hơn mực nước lũ từ 0,5 m trở nên . Sơ bộ có thể chọn cao trình sàn
động cơ như sau:
Zsàn dc = Z lũ + 0,5 = 47,6 + 0,5 = 48,1(m)
Đây chỉ là số liệu chọn sơ bộ ban đầu, việc xác định cao trình đặt động cơ thực sự phụ
thuộc vào cao trình đặt máy bơm, loại máy bơm và nối trục giữa động cơ và máy bơm.
1.3 Xác định vị trí bể tháo :
Để tưới tự chảy cho toàn khu vực, bể tháo phải bảo đảm khống chế được mực
nước yêu cầu ở đầu kênh tưới khi máy bơm làm việc với lưu lượng thiết kế , ngồi ra
cịn đảm bảo bể tháo phải đặt trên đất ngun , có khối lượng đào đắp ít nhất , chiều
dài ống đẩy ngắn nhất để giảm vốn đầu tư xây dựng và kinh phí quản lý hàng năm
của ống đẩy, nhưng phải bảo đảm góc nghiêng của đường ống phải nhỏ hơn góc nội
ma sát của đất . Sơ bộ xác định được cột nước của trạm bơm :
H = Zyc - Z bhmin = 58,0-44,8= 13,2m
Nhận xét: Cột nước của trạm tương đối lớn, do đó ta bố trí bể tháo xa với nhà
máy.
Từ mực nước yêu cầu Zyc = 58 m ta chọn cao trình bố trí bể tháo
chọn sơ bộ vị trí xây dựng bể tháo ở vị trí quanh đường đồng mức 57,5. Vị trí đặt nhà
máy ở chổ địa hình bằng phẳng để thuận lợi cho công tác thi công nhà máy, kết hợp
với mực nước lũ ứng với tần suất p=1% là 47.6 (m), do đó ta đặt vị trí nhà máy ở
đường đồng mức 50.0 (m).

Sơ đồ bố trí tổng thể cơng trình đầu mối trạm bơm tưới
1

2

3

1. Cơng trình lấy nước

2. Cơng trình dẫn nước
3. Bể lắng cát
4. Bể tập trung

Trang 4

5
4

5. Nhà máy bơm
6.Ống đẩy
7. Bể tháo
8. Kênh tháo

6

7

8


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

Phần bố trí các cơng trình ở trên mới chỉ lă kết quả nhận định sơ bộ ban đầu. Kết quả
tính tốn chính xác ở phần sau sẽ giúp ta có được các cao trình và các vị trí chính xác
để bố trí cơng trình.

§2-THIẾT KẾ KÊNH THÁO VÀ KÊNH DẪN

2.1. Xác định các lưu lượng :
2.1.1 Lưu lượng thiết kế Qtk:
Lưu lượng thiết kế được xác định theo công thức sau : Qtk=Qyc

Trang 5


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

3

Qtk = Qyc = qtk ..10 =1,35.580/1 = 783 (l/s ) = 0,783( m3/s )
( qtk được chọn là qmax là lưu lượng lớn nhất với số ngày tưới dài nhất trong các lưu
lượng yêu cầu tưới theo các thời kỳ)
Thay vào cơng thức ta có :
2.1.2 Lưu lượng lớn nhất Qmax, lưu lượng nhỏ nhất Qmin:
Lưu lượng lớn nhất thường chọn theo công thức sau :
Qmax = 1,2Qtk = 1,2 .0.783= 0.940 ( m3/s )
Lưu lượng nhỏ nhất :
1
Qmin
 qmin ..103  0,85.580.1000  493(l / s )  0, 493( m3 / s)
2
Qmin
= 0,4Qtk=0,4.0.783= 0.313 (m3/s)

Kết luận:
Qtk = 0.783 ( m3/s )

Qmax = 0.940 ( m3/s )
1
Qmin
= 0.493 ( m3/s )
2
Qmin
= 0.313 ( m3/s )
1
2
2
Chọn min( Qmin , Qmin ) = Qmin = 0.313 ( m3/s ) làm lưu lượng kiểm tra.

2.2 Thiết kế kênh tháo và kênh dẫn:
2.2.1 Thiết kế kênh tháo :
Nhiệm vụ của kênh tháo là dẫn nước từ bể tháo đến mặt ruộng. Kênh phải đảm
bảo dẫn đủ nước, ổn định, không bị bồi lắng và xói lỡ. Kích thước của mặt cắt kênh
tháo sẽ được xác định thơng qua tính tốn thủy lực.
Chọn kênh có mặt cắt hình thang. Thiết kế mặt cắt ngang của kênh với lưu
lượng thiết kế
Qtk = 0.783 ( m3/s )
Tại khu vực cần xây dựng cơng trình có tình hình địa chất tương đối tốt, dưới
lớp đất canh tác là lớp đất thịt pha cát nên ta có thể chọn các chỉ tiêu của kênh như sau
Đất tại khu vực là đất thịt pha cát, Qtk = 0.783 ( m3/s ) theo Bảng 8 TCVN 4118-2009
-

Hệ số mái trong m1 = 1,50

-

Hệ số mái ngoài m2 = 1,25

-

Hệ số nhám của kênh n = 0,025

-

Độ dốc đáy kênh i = 2 x10 -4

Ta tính tốn theo phương pháp đối chiếu mặt cắt có lợi nhất về thủy lực của
Agrotskin

Trang 6


Đồ án mơn học: Trạm Bơm
Tính f(Rln) =

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

4.m0 i
QTK

Với m0 = 2 1  m 2  m = 2,106

-

Suy ra f(Rln) = 0.1521
Tra bảng 8-1 bảng tra thủy lực ứng với f(Rln) = 0.1521 & n = 0,025 có :
Rln = 0.5167 ( m )

Tính b & h :
Sơ bộ tính h theo cơng thức đảm bảo điều kiện ổn định của lòng kênh :
h  A3 Qtk

Với Qtk = 0.783 (m3/s)
A : hệ số, A = 0,71,0  Qtk khá nhỏ chọn A = 0.95
h  0.95 3 0.783  0.876(m)

=

b
= 3.Q 0, 25  m =1.322 (m)
h

Do đó ta chọn b= h. = 0.876×1.322 = 1.158(m)
Chọn bo = 1.2 (m).
b
1.2

 2.322
Rln 0.5167

Tra bảng phụ lục 8-3 bảng tra thủy lực với m = 1,5
h
 1, 725
Rln

h = 1.725×0.5167 = 0.891 (m) gần bằng giá trị h giả thuyết.
Chọn độ cao an toàn của kênh - theo Bảng 10 TCVN 4118-2009 là :
a = 0.2 (m)

Chọn độ rộng bờ kênh - theo Bảng 9 TCVN 4118-2009 là :
c= 0.9 (m)
Kiểm tra điều kiện không lắng , khơng xói - theo mục 6.3.9 TCVN 4118-2009 :
Dùng Qmax để kiểm tra điều kiện khơng xói và Qmin để kiểm tra điều kiện không
lắng . Ta lập bảng sau :
Bảng 2.1- Chỉ tiêu thiết kế kênh và kiểm tra đk vận tốc KL,KX

Chú thích :
Trang 7


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

 - Diện tích mặt cắt ướt của kênh (m2)
 = ( b + m.h )h
- Để đảm bảo điều kiện khơng lắng
V min > [ VKL ]
Trong đó :
[ VKL ] = A.Q0,2
+ Q = Qmin = 0.313 ( m3/s )
+ A : Hệ số được quyết định bởi tốc độ chìm lắng đã cho
W = 1,1 ( mm/s ) < 1.5 . Chọn A = 0.33
+ [VKL ] : vận tốc không lắng cho phép
Thay vào công thức ta có :
[ VKL ] = 0,33 x 0.3130,2 = 0,262 ( m/s )
Theo tính tốn của bảng 3 ta có :
V min = 0,287 (m/s) > [ VKL ] = 0,262 (m/s)
Như vậy kênh thiết kế bảo đảm không lắng

- Để đảm bảo điều kiện khơng xói 7
Vmax < [ VKX ]
Trong đó :
[ VKX ] = K . Q0,1
K = 0,53 Hệ số phụ thuộc từng lọai đất . Đất trong khu vực xây dựng là đất thịt
pha cát . (Bảng 13 TCVN-4118-85)
Q = Qmax = 0.94 (m3/s)
Thay vào ta có :
[ VKX ] = 0,53 x 0.940,1 = 0,527 (m/s) .
Theo tính tốn của bảng 3 :
Vmax = 0,379 (m/s)< [ VKX ] = 0,527(m/s)
Như vậy : đoạn kênh thiết kế bảo đảm điều kiện khơng xói
Kết luận :
Vmax < [ VKX ]
Vmin > [ VKL ]
Như vậy, vận tốc dng nước trong kênh luôn đảm bảo điều kiện:
[VKL] < V kênh < [VKX]
Do đó, các kích thước của kênh đê được thiết kế ở trên hoàn toàn có thể chấp
nhận được.
Ứng với Qtk = 0.783 (m/s) , có b= 1.2 (m) , chọn htk = 0.89 (m) .
Trang 8


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

* Xác định cao trình đáy kênh :
Cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới là Z yc = 58 m. Đây cũng chính là cao
trình mực nước bể tháo ứng với QTK.

Cao trình đáy kênh là :
Zđk = Zyc - h = 58-0.89 = 57.11 (m)
Ta lập bảng tính cao trình mực nước bể tháo ứng với từng thời kỳ tưới đã cho
Xem bảng :
Bảng - Xác định ĐMN trong kênh tháo ứng với các lưu lượng khác nhau (Zi~Qi)
m=1.5
Từ
ngày
(1)

Đến
ngày
(2)

3/1

i=0.0002

n=0.025

Số ngày

Q (m3/s)

f(Rln)

Rln

bk(m)

b/Rln

h/Rln

h(m)

Z(m)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

30/1

28

0.1521

0.517

2.322

1.725

0.89

58.00

1/2

12/2

12

0.1592

0.508

2.362

1.717

0.87

57.98

13/02

22/02

10

0.1818

0.484

2.479

1.693

0.82

57.93

23/02

2/3

8

0.2282

0.446

2.693

1.647

0.73

57.84

3/3

21/3

19

0.1956

0.417

2.546

1.679

0.79

57.90

22/03

29/3

8

0.1903

0.476

2.520

1.684

0.80

57.91

1/4

15/4

15

0.1754

0.491

2.446

1.700

0.83

57.94

16/04

30/4

15

0.1671

0.499

2.403

1.708

0.85

57.96

1/5

23/5

23

0.1973

0.473

2.537

1.681

0.80

57.91

24/5

7/6

14

0.783
0.748
0.655
0.522
0.609
0.626
0.679
0.713
0.615
0.493

0.2416

0.437

2.749

1.636

0.71

57.82

1.2

Cột (1),(2), (3) : ngày tưới
Cột (4) : Lưu lượng qua trạm
Cột (5): Tính f ( RLN ) =

4 m0  i 4 2,106  0,0002 0.119


Qi
Qi
Qi

Cột (6) : Từ f( RLN ) tra bảng ( 8-1 ) PLTL 2 được RLN
Cột (8) : Tính b/ Rln
Cột (9) : Từ b/RLN tra bảng ( 8-3 ) PLTL 2 được h/RLN
Cột (10) : h =

h
R LN
R LN

Cột (11) : Cao trình mực nước trong bể tháo :
Zbt = Zđk + hi = 57,11 + hi (m)
* Chiều rộng bờ kênh: theo bảng 9 - TCVN 4118-85, Lưu lượng trong kênh

Qtk=0.783<1 (m3/s) ứng với chiều rộng bờ bbờ = 0.8 – 1.0 (m). Chọn bbờ = 0.8 (m)

Trang 9


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

* Độ cao an toàn :theo bảng 10–TCVN 4118-85 , Lưu lượng trong kênh Qtk < 1
(m3/s) thì độ cao an tồn tính từ mực nước cao nhất đến đỉnh bờ kênh lấy bằng 0.2(m).
unit:
m

+58.2
0

0,8

+58.00

m
=1
.2
5

+57,82

m
=1

.2
5

0.2
m
=1
.5

+57.11

1.2
Hình: Mặt cắt kênh tháo
2.2.2 Thiết kế kênh dẫn :
Vì cùng dẫn một lưu lượng Qtk nên ta có thể chọn mặt cắt kênh dẫn giống như mặt
cắt kênh tháo.
* Cao trình đáy kênh:
Để đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng trong các thời kì cao trình đáy kênh dẫn xác
định theo công thức :
Z dk  Z bh min  htk (m) = 44.8 -0.89 =43.91(m)

Trong đó:



htk =0.89 : độ sâu dịng chảy khi dẫn lưu lượng thiết kế
Z bh min = 44.8 : cao trình mực nước thấp nhất ở bể hút ứng với tần suất

kiểm tra p=90%
* Cao trình bờ kênh dẫn:
Zbk dẫn = Zkd max + a = 47.6 + 0.2 = 47.8 (m)

Trong đó:
 Zkd max = Zs max : mực nước lũ cao nhất, Zs max= 47.6 (m)
 a = 0.2 (m) : chiều cao an toàn, lấy như kênh tháo
* Chiều sâu đào của kênh dẫn : hdẫn = Z bk dẫn – Zdk = 47.8 – 43.91 = 3.89 (m)

Trang 10


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

0,8

unit:
m

+45,0
0

+44,8

5

m
=1
.2

m
=1

.2
5

0.2
m
=1
.5

+43,91

1.2
Hình: Mặt cắt kênh dẫn
§3-TÍNH TỐN CÁC LOẠI CỘT NƯỚC
3.1 Tính toán cột nước thiết kế Htk:
HTK = Hđhbq + Σht
Trong đó :
+ Σht = 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 lấy theo kinh nghiệm Σh t =
1~1.5 (m) đối với máy bơm cột nước thấp. Cột nước sơ bộ của máy bơm là 13.2 (m)
là khá nhỏ, vậy chọn Σht = 1.23 (m)
+ Hđhbq : cột nước địa hình bình quân ( m )
Hđhbq được tính theo phương pháp bình qn gia truyền : “ Công
tiêu hao để bơm nước lên với cột nước bình qn gia quyền = cơng
cần tiêu hao để bơm nước lên với cột nước trong từng thời kỳ ”
n

n

n

i 1

i 1

xH dhbq  (Qi xti )   (Qi xhi xti )  Hđhbq =

�Q .h .t
i 1
n

i

i i

�Q .t
i 1

i i

Với :
Qi ( m3/s ) :lưu lượng của trạm bơm trong thời gian ti
hi : cột nước địa hình ứng với Qi và ti
ti : thời gian bơm nước với Qi=const
( Kết quả tính tốn được lập trong bảng B3 .)
Diễn giải bảng B3 :
Trang 11


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

Cột 1 : thứ tự thời gian thứ i.
.
Cột 2,3,4 : Thời gian tưới.
Cột 5 : Lưu lượng trạm bơm ứng với thời gian tưới Qi
Cột 6: cao trình mực nước bể tháo ( Đã tính ở bảng 3 )
Cột 7 : cao trình mực nước bể hút cũng chính là cao trình mực nước sơng ứng
với tần suất P = 75 % tại vị trí xây dựng trạm bơm (theo số liệu đề cho).
Cột 8 : Cột nước địa hình tương ứng với thời gian tưới thứ i .
hi = Zbt - Zbh ( m )
Cột 9 = Cột ( 5 ) x Cột ( 4).
Cột 10 = Cột ( 4 ) x Cột ( 5 ) x Cột ( 8 )

Zbt ~ t
58.00
57.50
57.00

hdh

47.0
46.5
46.0
45.5
45.3

Zbh ~ t
10

10

11

Tháng 1

10

10
Tháng 2

8

10

10
Tháng 3

11

10

10
Tháng 4

Biểu đồ quan hệ Zbh ~ t và Zbt ~ t

Trang 12

10

10

10
Tháng 5

11

10
Tháng 6


Đồ án môn học: Trạm Bơm

Suy ra :

Hđhbq =

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

 Q h .t = 105.154 = 11.77 (m)
8.936
 Q .t
i i

i

i i

Vậy :

HTK = Hđhbq + Σht = 11.76 + 1.23 = 13 (m ).
3.2 Tính cột nước lớn nhất và nhỏ nhất ứng với tần suất p=75% để kiểm tra máy
bơm:
HTKmax = hTKđhmax +  hms
HTKmin = hTKđhmin +  hms
Trong đó :
Trang 13


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

* hđhTKmax  12.66(m ) (tra ở cột thứ 8 bảng tính Htk)
* hms : tổng tổn thất bao gồm tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ
hms = 1 + 0,23 = 1,23 ( m )
TK
 H max = 12.66+ 1,33 = 13.99 (m).

* hđhTKmin  11.30 (m ) (tra ở cột 8 bảng tính Htk)
TK
 H min
= 11.30 + 1,23 = 12.53 (m).

3.3 Tính tốn cột nước lớn nhất , cột nước nhỏ nhất ứng với tần suất kiểm tra:
( để kiểm tra quá tải của động cơ và hiện tượng khí thực )
-Cao trình MN lũ ngồi sơng ứng với tần suất kiểm tra p=1%
-Cao trình MN thấp nhất ngồi sơng ứng với ts kiểm tra p=90%
* Mục đích :
Để kiểm tra sự làm việc qúa tải của động cơ và hiện tượng khí thực

HKTmax = hKTđhmax +  hms
HKTmin = hKTđhmin +  hms
Trong đó :
KT
* hđh max Zbtmax - Zbhmin90% = 58.00 – 44.8 = 13.2 (m ).

* hms : tổng tổn thất bao gồm tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ.
hms = 1 + 0,23 = 1.23 ( m )
TK
 H max
= 13.2 + 1,23 = 14.43 (m).
TK
* hđh min Zbtmin - Zbhmax1% = 57.82 – 47.6 = 10.22 (m ).
TK
 H min
= 10.22 + 1,23 = 11.45 (m).

§ 4- CHỌN MÁY BƠM VA KIỂM TRA QUÁ TẢI CỦA ĐỘNG CƠ
4.1 Chọn máy bơm chính :
4.1.1 Chọn số máy bơm :
Ta thấy, trong biểu đồ yêu cầu nước thì Q min= 0.493 m3/s, các lưu lượng khác lớn
hơn được xếp theo dạng bậc nhưng các bậc này không phải là bội của Q min, nên nếu lấy
lưu lượng của từng bậc chia cho Q min thì sẽ được những số khơng ngun. Do đó,
trường hợp này lưu lượng thiết kế của máy bơm được xác định xuất phát từ yêu cầu
thỏa mãn lưu lượng lớn nhất Qmax và nhỏ nhất Qmin . Tức lưu lượng thiết kế sẽ là :

Trang 14


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

Qtk =

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

Qmax
a

Trong đó: Qmax là lưu lượng lớn nhất trong biểu đồ yêu cầu nước. Q max= 0.783
m3/s
a là số máy được chọn. Theo kinh nghiệm của Liên Xô (cũ ) thì đối
với Qtrạm<1m3/s thì a = 2-4 máy.
Theo đó, chia ra 3 trường hợp :
 TH1 : Qtk 

0.783
 0.392m3 / s
2

 TH2 : Qtk 

0.783
 0.261m3 / s
3

 TH3 : Qtk 

0.783
 0.196m3 / s
4

Biểu diễn ba trường hợp trên lên biểu đồ yêu cầu nước để có thể đánh giá chọn ra số
máy hợp lý như sau:

Trang 15


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

Nhận xét, Phương án 2 máy bơm cho ΔQ lớn nhất, gây lãng phí. Phương án
3 và 4 máy bơm cho ΔQ khá bé. Tuy nhiên, mặt bằng chung phương án 4 máy bơm có
sự cơ động, đáp ứng được nhu cầu cấp nước một cách trọn vẹn hơn.
Vậy, chọn số máy bơm a = 4 máy, Tổng số máy bơm : N = a + 1 (dữ trữ ) = 5
máy.
Lưu lượng thiết kế: Qtk = 0.196 m3/s
Lưu lượng trạm: Qtrạm = 4Qtk = 0.783 m3/s
Cột nước thiết kế : Htk = 13 m
4.1.2 Chọn loại máy bơm:
Với các thông số Qtk = 0.196 m3/s và Htk = 13 m, tra trên biểu đồ sản phẩm
máy bơm ly tâm một cấp hai cửa nước vào của Nga, ta thấy có thể chọn được máy
bơm 12- Д 19, tuy nhiên máy bơm này không đảm bảo cung cấp đúng theo lưu lượng
và cột nước đã tính tốn, do đó phải tiến hành tính tốn gọt bánh xe cơng tác (BXCT)
Máy bơm 12 Д -19 có các thơng số sau:
Q(m3/s)
0.217

H (m)
21.3

n (v/ph)
1450

η (%)
85.5

Ntrục (kW)
55.2

Dra (mm)
432

Từ kí hiệu của máy bơm Liên Xơ cũ 12 Д -19 , ta có
ns = 19*10 = 190 < 200 , nên ta dùng công thức sau:
Qtk
H
N
 iD ; tk  iD2 ; tk  iD3 (*)
Q
H
N

Trong đó: iD 

Trang 16

Dg
D2

hyc (m)

-

G (kG)
542


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

D2 là số đường kính cửa ra của BXCT trước khi gọt . Ở đây
D2=300 mm
Dg là số đường kính cửa ra của BXCT sau khi gọt.
Vẽ đường parabol có phương trình :
QK H

với K 

Qtk
196

 54.36
H tk
13

Tọa độ các điểm của đường Parabol Q=54.36 H ghi trong bảng sau:
H (m)
Q (l/s)

0

0

4
108.7

8
153.8

12
188.3

16
217.4

20
243.1

24
266.3

28
287.6

Đường parabol này cắt đường đặt tính H=f(Q) ứng đường kính BXCT
D=432 (mm) ở điểm E có tọa độ QE= 241 l/s và HE = 19,7 m.
Trong đó QE , HE chính là trị số trong cơng thức (*) mà ta cần tìm. Vậy :
Qtk Dg
Q * D 2 196*300

� Dg  tk


 245 (mm)
QE D2
QE
241

Tỉ lệ phần trăm gọt bánh xe:

300  245
�100  18%  20% , vậy cho phép gọt
300

đường kính BXCT của máy bơm 12 Д -19
Qg  iD .Q
2
Từ công thức (*) suy ra : H g  iD .H

N g  iD3 .N

Trong đó Qi ; Hi ; Ni ; [Hcki] là lưu lượng, cột nước, công suất và độ cao chân
không cho phép của máy bơm 12 Д -19 mới có đường kính BXCT Dg= 245 (mm)
352
 0,82;
432
iD2  0, 67;
iD 

iD3  0,55

Máy bơm có ns 190 v/ph, mức độ gọt 18% nên hiệu suất sẽ giảm đi 2%.

Vì số vịng quay của máy bơm không đổi, mà ta chỉ gọt đường kính ở cửa ra
của BXCT nên khơng làm tăng hoặc giảm áp lực ở cửa vào của bánh xe, do đó, cột
nước chân khơng cho phép [Hck] của máy bơm không thay đổi.

Trang 17


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

Kết quả tính tốn như sau:
D2 = 432 (mm)
H(m) N(kW)
28
35
27
40
24.5
43
22
48
19.5
53
18
55
13
50

Q(l/s)

0
50
100
150
200
250
300

η(%)
0
30
58
72
81
82
78

Q(l/s)
0
41
82
123
164
205
246

Dg= 245 (mm)
H(m) N(kW)
18.76
19.25

18.09
22
16.42
23.65
14.74
26.4
13.07
29.15
12.06
30.25
8.71
27.5

η(%)
0
28
56
70
79
80
76

Vậy điểm công tác của máy bơm 12 Д - 19 với đường kính BXCT D= 245 mm là:
Q(m3/s)
0.196

H (m)
13

n (v/ph)

1450

η (%)
79.5

Ntrục (kW)
29.5

Nđc (kW)
75

[Hck] (m)
5.8

G (kG)
542

Bảng: Kích thước định hình của máy bơm và thiết bị phụ lắp trên đường ống của
máy bơm ly tâm 2 cửa nước vào loại 12 Д-19
Máy bơm

12 Д- 19
Л
530

A
540

H
330

Б
300
O
440

B
290
П
600

Γ
278
P
150

Д
320
C
140

D
300

E
525
D1
245

Ж

165

Жi
165

L5
300

L6
700

K
660
L7
500

4.2 Chọn động cơ điện :
Ứng với máy bơm 12 Д- 19 đi kèm là động cơ điện A-91-4
Tiến hành kiểm tra lại theo các điều kiện thực tế mà máy bơm và động cơ sẽ phải làm
việc .
* 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 định mức của động cơ.
Nmax < NH
NH : Công suất định mức của động cơ. NH = 75 kW
Nmax: Công suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc , xác định theo công
thức :
N max 

9,81.K .Q b .H b 9,81*1,14*0, 212*11, 45


 34.4(kW )
b .tr
0.79

Trong đó, K = 1.14 : hệ số dữ trữ về độ thiếu chính xác của đường đặc tính của máy
bơm có tính tổn thất bất thường, lấy theo kinh nghiệm khi NH < 100 kW.

Trang 18


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

ηtr = 1 : trục động cơ nối trực tiếp với trục máy bơm.
Qb, ηb là lưu lượng và hiệu suất của máy bơm tra trên đường đặc
tính mới ứng với Hb.
Hb : cột nước của máy bơm cho công suất lớn nhất. Đối với máy
bơm li tâm công suất lớn nhất xảy ra khi máy bơm làm việc với cột nước nhỏ nhất
Hbmax.
Hbmax = Htkmin = 11,45 (m)
Vậy Nmax= 34,4 < NH = 75 (kW), Động cơ làm việc bình thường.
4.4 Chọn máy biến áp :
Ta biết điện áp của động cơ 6000(V) nhỏ hơn điện áp của nguồn nên ta phải
chọn máy biến áp cho trạm bơm .
Việc chọn máy biến áp dựa vào các yêu cầu chủ yếu sau :
- Dung lượng yêu cầu của trạm Syc .
- Điện áp nguồn Ucao
- Điện áp của động cơ Uthấp .

Trong đó : Dung lượng yêu cầu của trạm được tính theo cơng thức sau :
S yc  K

K1.K 2 .�N Hđc

đc .cos 

Trong đó :
+ K : hệ số an toàn, thường K = 1,05  1,1 . Lấy K = 1,1
+ K1 : hệ số phụ tải :
TK
N max
34, 4
 0, 459
K1 = đc 
NH
75

NTKmax : Công suất lớn nhất tại trục động cơ khi làm việc với tần suất
kiểm tra NTKmax = 34.4 (kW).
NđcơH = 75 (kW) :Công suất định mức của động cơ .
+ K2 : Hệ số làm việc đồng thời :
K2 = Số máy làm việc / Tổng số máy = n/n+1 = 4/5 = 0.8
Thay vào cơng thức trên ta có :
Syc = 1,1

0, 459 �0,8 �5 �75
 187,9 (kVA)
0,906 �0.89
-

Trang 19

Điện áp nguồn :


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

Tài liệu cho biết khu vực xây dựng trạm bơm gần đường giao thông liên
tỉnh và đường điện cao thế 10kV Suy ra :
Ucao = 10kV
-

Điện áp động cơ :

Uthấp = 220/380 V
-

Dựa vào 3 yêu cầu trên ta chọn được MBA sau :

TM - 320 /10 với các thông số kỹ thuật sau :

Loại MBA
TM-320/10

Dung lượng
S (KVA)
320

Điện thế ( KV )
Cao áp
Hạ áp
6.6
0.4

Trọng lượng
KG
1780

§5- CHỌN CAO TRÌNH ĐẶT MÁY
Trong thiết kế trạm bơm, việc tính và chọn cao trình đặt máy cho trạm bơm có
ý nghĩa quan trọng về kinh tế và kỹ thuật. Nó ảnh hưởng đến chế độ làm việc của máy
bơm, đến tuổi thọ của máy bơm, ảnh hưởng đến kết cấu nhà máy và giá thành nhà
máy.
5.1 Chọn cao trình đặt máy theo điều kiện khơng sinh khí thực:
Cơng thức chung để tính cao trình đặt máy bơm dùng cho nông nghiệp là:
Zđm = Zbh min + [ hs ]
Trong đó:
Zđm : Cao trình đặt máy.
Trang 20


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

Zbh min = 44,8 m
[ hs ] : Độ cao hút nước địa hình cho phép của máy bơm.

[hs] được tính theo công thức :
[hs] = [Hck] – 10 + Hat + 0,24 - Hbh

v2
- htoh
2g

Trong đó :
- [Hck] : Cột nước chân không cho phép của máy bơm.
Từ Qtk = 196 l/s , tra trên đường đặc tính kỹ thuật của máy bơm 12 Д- 19 ta được
[Hck]= 5,8 m.
- Hat (m):Cột nước áp lực khí trời trên mặt thống của bể hút,tính theo cơng thức:
Hat =10,33 -

Zbh min
(m)
900

Zbhmin(m) = 44,8 : Cao trình mực nước thấp nhất ở bể hút.
=> Hat =10,33 -

44,8
=10,28 (m)
900

- Hbh (m): Cột nước áp lực bốc hơi của nước bơm lên,phụ thuộc thiệt độ của
nước với t=250C ,tra bảng 5-1 sách máy bơm và trạm bơm ta được Hbh=0,34 (m)
- v: tốc độ dòng chảy tại cửa vào của máy bơm
vvào 

4Q
(m/s).
 Dv2

Với Q= 0,196 m3/s, Dv = 12*25= 300 mm = 0,3 m
=> vvào 

4Q
4x0,196

 2, 77 (m/s)
2
 Dv 3,14x0,32

- htoh : Cột nước tổn thất trong ống hút, sơ bộ chọn htoh = 0,9 (m)
Thay các giá trị vào ta có :
2, 77 2
[hs] = 5,8 – 10 + 10,28 + 0,24 – 0,34 - 0,9 = 4,69 (m)
2*9,81

Vậy : Zđm = 44,8 + 4,69 = 49,49 (m), lấy tròn 49.5m.
a) Kiểm tra cao trình đặt máy khi máy bơm làm việc với cột nước lớn nhất H tkmax
Htkmin = 14,43 (m) tra đường đặc tính được Q= 131 l/s và [Hck] = 6.2 (m).
Tốc độ tại cửa vào của máy bơm:
vvào 

4Q
4x0,131

 1,85 m/s

2
 Dv 3,14x0,32

Giả thiết các giá trị Hat, hbh , htoh khơng đổi, do đó:

Trang 21


Đồ án môn học: Trạm Bơm
[hs] = 6,2 – 10 + 10,28 + 0,24 – 0,34 -

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân
1,852
- 0,9 = 5,83 (m)
2x9,81

=> Z1đm = 44,8 + 5,83 = 50,63 (m)
So sánh Z1đm = 50,63m > Ztkđm = 49,49m. Máy bơm làm việc an toàn.
b) Kiểm tra cao trình đặt máy khi máy bơm làm việc với cột nước thấp nhất H tkmin:
Htkmin = 11,45 (m) tra đường đặc tính được Q= 212m3/s và [Hck]= 5,2 (m).
Tốc độ tại cửa vào của máy bơm vào lúc này:
vvào 

4Q
4x0, 212

 3, 0 (m/s)
2
 Dv 3,14x0,32

Giả thiết các giá trị Hat, hbh , htoh khơng đổi, do đó:
32
[hs] = 5,2 – 10 + 10,28 + 0,24 – 0,34 - 0,9 = 4 (m)
2x9,81

Khi máy bơm làm việc với cột nước nhỏ nhất thì mực nước ở bể hút là cao nhất
=> Z2đm = Zbhmax + [hs] = 47,6 + 4 = 51,6 (m)
So sánh Z2đm = 51,6m > Ztkđm = 49,49m.
Như vậy, máy bơm làm việc an toàn trong mọi trường hợp.
Chọn cao trình đặt máy thiết kế của trạm bơm Ztkđm = 49,5 m.
§6. THIẾT KẾ NHÀ MÁY, BỂ HÚT, BỂ XẢ.
I.

Chọn loại nhà máy, tính chọn kích thước, cấu tạo nhà máy, ống hút.

1. Chọn loại nhà máy.
Việc lựa chọn loại nhà máy mang ý nghĩa lớn cả về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật.
Loại nhà máy được chọn hợp lý sẽ góp phần phát huy tối đa ưu điểm của loại máy
bơm đã chọn, giảm khối lượng xây dựng, tiện lợi cho việc thi cơng, bố trí các thiết
bị trong nhà máy.
Loại nhà máy phụ thuộc rất nhiều yếu tố, tổng quát gồm 2 yếu tố chính: Điều
kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, địa chất thủy văn) và điều kiện kỹ thuật (quy mô
trạm bơm, loại máy bơm). Sau đây ta phân tích từng yếu tố ảnh hưởng để thấy rõ
sự phụ thuộc.
Điều kiện tự nhiên:
+ Địa hình: Địa hình ảnh hưởng đến vị trí đặt nhà máy, do đó ảnh hưởng đến loại
nhà máy. Trong điều kiện cụ thể ở đồ án địa hình thuận lợi, cho phép ta đặt trạm
bơm như đã chọn (trên bình đồ). Với vị trí này cho phép ta chọn loại nhà máy tùy

Trang 22

Đồ án mơn học: Trạm Bơm

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

ý sao cho phù hợp với loại máy bơm đã chọn và khối lượng đào đắp, xây dựng là
ít nhất.
+ Địa chất: Ảnh hưởng đến sự ổn định của nhà máy, do đó cũng ảnh hưởng đến
loại nhà máy. Ở đây, địa chất phân bố đều trên tuyến, trên toàn tuyến đất là đất
thịt pha cát, như vậy có thể coi địa chất tương đối tốt, ít ảnh hưởng đến việc lựa
chọn loại nhà máy.
+ Địa chất thủy văn: Nước ngầm ảnh hưởng xấu đến tính chất của đất có thể dẫn
đến mất ổn định cho nhà máy, ngoài ra nếu mực nước ngầm cao có thể thấm vào
nhà máy gây khó khăn cho cơng tác quản lý, vận hành. Ảnh hưởng đến việc chọn
loại nhà máy. Ở đây, mực nước ngầm thấp, vậy có thể coi nước ngầm khơng gây
ảnh hưởng nhiều đến việc lựa chọn loại nhà máy.
-

Điều kiện kỹ thuật:
+ Quy mô nhà máy: Quy mô nhà máy ảnh hưởng đến kích thước, khối lượng
cơng trình lấy nước, dẫn nước, vị trí đặt trạm bơm, do đó ảnh hưởng đến loại nhà
máy. Ở đây, nhà máy có lưu lượng bé, cột nước khơng lớn, do đó loại nhà máy
thích hợp là nhà máy bơm kiểu móng tách rời.
+ Loại máy bơm: Máy bơm ly tâm hay hướng trục, trục đứng hay trục ngang, vì
vậy mà nó quyết định đến loại nhà máy. Ở đây, máy bơm đã chọn là máy bơm ly
tâm trục ngang, do đó loại nhà máy thích hợp nhất là nhà máy bơm kiểu móng
tách rời.
Kết luận: Qua việc phân tích trên, ta nhận thấy loại nhà máy bơm thích hợp nhất
trong đồ án là nhà máy bơm kiểu móng tách rời, vừa đảm bảo điều kiện kỹ thuật

vừa có lợi về kinh tế. Do đó loại nhà máy được chọn là nhà máy bơm kiểu móng
tách rời.
2. Tính chọn kích thước nhà máy.
2.1.

Chiều rộng nhà máy
Công thức xác định chiều rộng nhà máy:
Bb  t  0, 2  Lt1  lb  LK  Lt 2  0, 2  t (m)

Trang 23


Đồ án mơn học: Trạm Bơm

t

Lt1

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

lb

Bb

LK

t

Hình : Tính tốn chiều rộng nhà máy
Trong đó:

+ t là bề rộng tường thượng lưu nhà máy, t = 20 cm
+ 0,2m là khoảng cách từ mặt bích đến tường để thuận lợi cho tháo lắp
+ Lt1 , Lt2 là chiều dài ống đệm để dễ dàng tháo lắp, khóa máy bơm khi cần sửa
chữa, thường Lt1 = (0,3 – 1)m, chọn Lt1 = 0,4 m, chọn Lt2 = 0,2
+ lb là kích thước của máy bơm, tra ở bảng kích thước của máy bơm ly tâm 2
cửa nước vào,máy bơm 12 Д - 19 ta được lb = 1,14m.
+ LK là tổng chiều dài của các thiết bị phụ của máy bơm và chiều dài đoạn ống
nối tổ máy đến tường hạ lưu nhà máy, kích thước các thiết bị phụ tra ở bảng kích
thước các bộ phận của tổ máy bơm ly tâm, chiều dài đoạn ống nối được chọn sao
cho phù hợp với nhịp cầu trục.
+ LK= L5+L6+L7 =0,3+0,7+0,5 = 1,5
 Bb  0, 2  0, 2  0, 4  1,14  1,5  0, 2  0, 2  0, 2  4, 04( m)
Vậy chiều rộng nhà máy là Bb = 4,04 m.

Trang 24


Đồ án mơn học: Trạm Bơm
2.2.

GVHD: T.S Nguyễn Đình Xân

Chiều dài nhà máy.

Công thức xác định chiều dài nhà máy:
L  nL,b  (n  1) a   L1  Lsc  2t (m)

Trong đó:
- n là số tổ máy bơm, n = 4
- L'b là kích thước bên ngoài của máy, với máy bơm ly tâm 2 cửa nước vào thì L'b là

chiều dài của một tổ máy kể cả máy bơm và động cơ.
L'b  2( K  Л )  2(0, 660  0,530)  2,380(m) (m)
'
Lấy Lb = 2,4 (m)
- aδ là khoảng cách giữa 2 vỏ máy:
a  K  Л  0, 660  0,530  1,190(m)

Lấy aδ = 1,2m
- L1 là khoảng cách từ tổ máy trong cùng đến tường, để đảm bảo đi lại lấy L 1 = 1m.
- t là chiều dày tường, t = 0,2 m.
- Lsc là chiều dài sàn sửa chữa, lựa chọn sao cho đảm bảo sửa chữa được vật lớn nhất
của động cơ hay máy bơm và đảm bảo lối đi lại (Lb’ + 1), lấy Lsc = 2,5 (m).
=> L  0, 2  2,5  5* 2, 4  4*1, 2  1  0, 2  20, 7( m)
Vậy chiều dài nhà máy là L = 20,7 (m).
2.3. Tính các cao trình trong nhà máy
2.3.1. Cao trình sàn nhà máy
Zsdc = Zđm – E
Trong đó: Zsdc là cao trình sàn đặt động cơ
Zđm là cao trình đặt máy, Zđm = +49,5 m
E là kích thước định hình của máy bơm 12- Д19 , E=0,525 (m)
=> Zsdc=49,5 – 0,525 =48,98 (m)
2.3.2. Cao trình dầm cầu trục
Cơng thức xác định cao trình dầm cầu trục:
Z ctr  Z sdc  hmax  c  e  f (m)
Trong đó:
- Zctr là cao trình dầm cầu trục trong nhà máy (m)
- Zsdc là cao trình sàn đặt động cơ, Zsdc = 48,98 (m)
- hmax là chiều cao lớn nhất của vật cần nâng, ở đây vật cần nâng có kích thước
lớn nhất là máy bơm, do đó hmax = hb = E + Д =0,525+0,320 =0,845.Lấy bằng 0,85 (m)
- c là chiều dài dây chảo, lấy c = 0,7 (m).

- e là chiều cao dự trữ, lấy e = 1 (m)
- f là chiều dài ban đầu của dây cáp, lấy trong bảng tra cầu trục được f = 1,5 (m)
=> Z ctr  48,98  0,85  0, 7  1  1,5  53, 03( m)
Vậy cao trình dầm cầu trục là 53,03 (m).

Trang 25