Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này xác định các yêu cầu cơ bản cho việc thiết kế, xây dựng mới, cũng như nâng cấp và sửa chữa các trạm bơm tưới và tiêu nước trong hệ thống thủy lợi.
Tiêu chuẩn này cũng có thể sử dụng để thiết kế các trạm bơm cấp nước và thoát nước cho các mục đích sử dụng khác ngoài nông nghiệp
Các công trình đầu mối trạm bơm được phân cấp dựa trên diện tích tưới tiêu mà hệ thống này quản lý, tương tự như các đầu mối trong hệ thống thủy lợi khác Điều này tuân theo quy định tại QCVN 04-05:2012/BNNPTNT, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về công trình thủy lợi và các yêu cầu chính trong thiết kế.
Khi thiết kế và xây dựng trạm bơm, cần tuân thủ không chỉ các tiêu chuẩn xây dựng mà còn các tiêu chuẩn quốc gia khác, quy định pháp luật hiện hành, cũng như các luật, điều ước quốc tế và thỏa thuận mà Việt Nam đã ký kết liên quan đến công trình.
Tài liệu viện dẫn
QCVN 04-05:2012/BNNPTNT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia - Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế.
Thuật ngữ, định nghĩa
Trạm bơm
Trạm bơm là hệ thống bao gồm các công trình thủy công và thiết bị cơ khí, điện nhằm đảm bảo việc lấy nước từ nguồn cung cấp cho nơi tiêu thụ hoặc bơm nước thừa trong đồng ra nguồn nhận nước tiêu.
Nguồn nước
Trạm bơm tưới hoặc cấp nước sử dụng nguồn nước từ sông, kênh mương, hồ chứa để lấy nước, trong khi trạm bơm tiêu thoát nước nhận nước từ các nguồn này.
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9903 : 2020 ao đầm, bể nước, đường ống dẫn nước v.v tùy thuộc vào điều kiện cụ thể.
Đường quá trình
Đường quá trình thể hiện sự biến đổi của các đại lượng theo thời gian, thường được trình bày dưới dạng dãy số, bảng số hoặc đồ thị Trong thiết kế trạm bơm, việc nắm rõ đường quá trình của các yếu tố như nhu cầu nước, cao trình mực nước nguồn, lưu lượng nước, hàm lượng bùn cát, và nhiệt độ nguồn nước là rất cần thiết.
Tổng thời gian của đường quá trình bao gồm một chuỗi các bước thời gian thành phần liên tiếp Thời gian này có thể tương ứng với chu kỳ làm việc của trạm bơm.
Bước thời gian nhỏ nhất cho các trạm bơm thường được xác định theo mục đích sử dụng: đối với trạm bơm tưới cho cây trồng, bước thời gian là một ngày; đối với trạm bơm cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp, là một giờ; còn đối với trạm bơm tiêu thoát nước, bước thời gian cũng là một giờ.
Chu kỳ làm việc của trạm bơm
Chu kỳ làm việc của trạm bơm là khoảng thời gian lặp lại quy trình hoạt động của nó Đối với trạm bơm tưới cây, chu kỳ này thường kéo dài một năm Trong khi đó, trạm bơm cấp thoát nước cho sinh hoạt và công nghiệp có chu kỳ làm việc hàng ngày Đối với trạm bơm tiêu nước mưa, chu kỳ phụ thuộc vào thời gian của trận mưa, có thể là 1, 2, 3 ngày hoặc hơn.
Nhu cầu nước
Nhu cầu nước của hệ thống tưới, tiêu và cấp nước là khối lượng nước cần thiết mà trạm bơm phải đáp ứng Điều này có thể được thể hiện thông qua đường quá trình lưu lượng nước yêu cầu.
Một số quy định chung
Phân loại quy mô trạm bơm
Để thuận lợi trong thiết kế và quản lý trạm bơm, các trạm bơm được phân loại theo lưu lượng thiết kế như sau:
- Trạm bơm loại nhỏ: có lưu lượng đến 1 m 3 /s;
- Trạm bơm loại vừa: có lưu lượng từ 1 m 3 /s đến 10 m 3 /s;
- Trạm bơm loại lớn: có lưu lượng từ 10 m 3 /s đến 100 m 3 /s;
- Trạm bơm loại đặc biệt lớn: có lưu lượng lớn hơn 100 m 3 /s
Mức đảm bảo lưu lượng của các trạm bơm tưới được xác định theo các quy định thiết kế công trình thủy lợi trong Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Điều này bao gồm các quy định chủ yếu về thiết kế cũng như các tiêu chuẩn hiện hành liên quan.
Các yếu tố cơ bản cần phải xét tới
Thành phần và hình thức kết cấu công trình trạm bơm phải được xác định trên cơ sở tính toán kinh tế kỹ thuật, trong đó có xét đến:
- Địa hình vị trí đặt trạm bơm;
- Địa chất và địa chất thủy văn vị trí đặt trạm bơm;
- Chế độ thủy văn của nguồn nước (nguồn cấp nước hoặc nguồn nhận nước); chế độ bùn cát và các hạt lơ lửng của nguồn nước;
- Dạng năng lượng cung cấp cho trạm bơm (điện, dầu, khí đốt ) và chế độ cung cấp năng lượng;
Điều kiện thi công bao gồm trình độ và phương pháp thi công, khả năng bố trí mặt bằng thi công, cũng như khả năng vận chuyển vật tư và thiết bị đến công trình Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tiến độ và chất lượng công việc.
- Việc sử dụng tổng hợp nguồn nước cho các đối tượng khác nnhau (nông nghiệp, năng lượng, vận tải thủy, thủy sản v.v…);
- Vật liệu xây dựng và sử dụng những vật liệu tại chỗ;
Thời hạn xây dựng dự án trạm bơm cần được xác định rõ ràng, đồng thời phải có khả năng xây dựng theo từng đợt và khai thác từng phần khi công trình chưa hoàn thành Điều này giúp đảm bảo thời gian hoạt động của dự án được tối ưu hóa và hiệu quả trong quá trình triển khai.
- Những yêu cầu đối với tuổi thọ của công trình, thiết bị và sự thuận lợi cho khai thác với chi phí thấp nhất;
- Việc tự động hóa điều khiển, vận hành thiết bị;
- Vấn đề chiếm đất, thu hồi đất và giải phóng mặt bằng để xây dựng công trình;
- Vấn đề xử lý nền công trình trạm bơm khi xây dựng trên nền đất đắp, đất mềm yếu;
- Biện pháp cách ly nước và chống ăn mòn cho những phần công trình nằm dưới đất
Để lựa chọn hình thức công trình và thiết bị cho trạm bơm, cần căn cứ vào điều kiện cụ thể Phương án tối ưu là phương án mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất, đồng thời đảm bảo điều kiện khai thác và tuổi thọ công trình tốt nhất.
Tài liệu ban đầu phục vụ thiết kế
Để thiết kế trạm bơm hiệu quả, cần xác định các tài liệu ban đầu phù hợp với từng trường hợp cụ thể, dựa trên cấp công trình, giai đoạn thiết kế và độ phức tạp của điều kiện tự nhiên Những tài liệu này thường bao gồm các thông tin cơ bản cần thiết cho quá trình thiết kế.
4.3.2 Tài liệu về nhiệm vụ của trạm bơm
- Nhiệm vụ của trạm bơm là tưới, tiêu, cấp nước hoặc kết hợp một số nhiêm vụ (tưới và tiêu kết hợp, tưới và cấp nước kết hợp )
- Khi xây dựng các trạm bơm tiêu, cần phải kiểm tra sự hợp lý của việc xây dựng các công trình tiêu nước tự chảy
Để khai thác hiệu quả, cần chú ý đến các điều kiện đặc biệt như tăng cường năng lực tưới tiêu và cấp nước, điều chỉnh lưu lượng bơm, cũng như mức độ tự động hóa và điều khiển từ xa Ngoài ra, việc theo dõi các số liệu cung cấp điện và nước cùng với các cơ sở sửa chữa cũng rất quan trọng.
- Thời hạn xây dựng và thứ tự khai thác đất đai vùng tưới, tiêu, cấp nước
4.3.3 Tài liệu về nhu cầu nước
Tài liệu về nhu cầu nước của trạm bơm bao gồm biểu đồ tổng hợp nhu cầu nước cho hệ thống tưới, tiêu và cấp nước theo thời gian Bước thời gian của biểu đồ được xác định cụ thể: đối với hệ thống tưới, là các ngày trong năm; đối với hệ thống tiêu, là theo giờ trong trận mưa hoặc các ngày trong năm; và đối với trạm bơm cấp nước, là các giờ trong ngày.
4.3.4 Tài liệu thủy văn của nguồn nước
Tài liệu thủy văn nguồn nước bao gồm số liệu về mực nước, lưu lượng, hàm lượng bùn cát và nhiệt độ nước Những số liệu này thường được trình bày dưới dạng đường quá trình Để xác định các đại lượng thủy văn phục vụ cho thiết kế trạm bơm, cần phải thu thập các tài liệu liên quan.
Để đảm bảo hiệu quả cho trạm bơm lấy nước từ sông hoặc trạm bơm tiêu nước ra sông, cần thu thập dữ liệu về mực nước sông bình quân hàng ngày trong suốt cả năm Ngoài ra, cần có thông tin về mực nước cao nhất và thấp nhất trong các năm để đảm bảo tính chính xác Số năm thu thập dữ liệu cũng cần đủ lớn để các số liệu thống kê có ý nghĩa trong việc tính toán tần suất các đại lượng thủy văn.
Đối với trạm bơm lấy nước từ hồ chứa, yêu cầu về số liệu thủy văn tương tự như đối với nguồn nước từ sông Tuy nhiên, cần bổ sung thêm thông tin về chế độ vận hành của hồ chứa để đảm bảo hiệu quả khai thác nước.
- Đối với trạm bơm cấp nước, cần có tài liệu mực nước bể hút và bể xả của các giờ trong ngày
Để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống trạm bơm, cần có tài liệu dự báo về chế độ thủy văn cho những nguồn nước có khả năng thay đổi đáng kể trong tương lai Thời gian dự báo phải tương thích với thời gian hoạt động của dự án đầu tư xây dựng công trình.
4.3.5 Tài liệu địa hình, địa chất và địa chất thủy văn
Tài liệu địa hình bao gồm bình đồ và các mặt cắt dọc, ngang với tỷ lệ phù hợp, rất quan trọng trong việc thiết kế trạm bơm Nếu cần thực hiện thí nghiệm mô hình cho công trình lấy nước, phạm vi khảo sát cần được mở rộng, có thể bao gồm việc đo thêm một đoạn sông hoặc khu vực hồ chứa Thành phần, khối lượng và các yêu cầu kỹ thuật của khảo sát địa hình phải tuân theo các tiêu chuẩn liên quan để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế.
Tài liệu địa chất công trình khu vực xây dựng trạm bơm bao gồm bình đồ hố khoan, hình trụ hố khoan, và các mặt cắt địa chất dọc, ngang tuyến công trình Nó cũng cung cấp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất và số liệu địa chất thủy văn trong khu vực Thành phần, khối lượng và yêu cầu kỹ thuật khảo sát địa chất được xác định theo các tiêu chuẩn liên quan nhằm phục vụ cho thiết kế trạm bơm.
Tài liệu khí tượng bao gồm các số liệu về mưa, bốc hơi, gió, nhiệt độ và độ ẩm không khí Để thiết kế trạm bơm tưới tiêu hiệu quả, cần thu thập số liệu khí tượng trong suốt cả năm, với đủ năm dữ liệu để đảm bảo tính chính xác trong thống kê và tính tần suất các đại lượng khí tượng Đối với trạm bơm tiêu thoát nước đô thị, cần bổ sung tài liệu về mưa theo giờ từ một số trận mưa điển hình.
4.3.7 Tài liệu về công trình đã xây dựng Đối với các trạm bơm thiết kế nâng cấp sửa chữa hoặc thay mới, cần thu thập các tài liệu thuộc hồ sơ thiết kế trước đó; ngoài ra cần thu thập các tài liệu hoặc sổ tài liệu về vận hành công trình.
Bố trí đầu mối các công trình trạm bơm
Các công trình trong khu đầu mối trạm bơm
Đầu mối trạm bơm là hệ thống công trình thủy công kết hợp với các thiết bị cơ khí và điện nhằm đảm bảo việc lấy nước từ nguồn cung cấp cho nhu cầu tiêu thụ hoặc bơm nước thừa ra ngoài Các công trình thủy công tại đầu mối trạm bơm tưới đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và phân phối nước hiệu quả.
- Kênh dẫn hở hoặc đường ống kín dẫn nước đến trạm bơm;
- Bể lắng cát (nếu cần);
- Bể tập trung nước (còn gọi là bể hút) trước trạm bơm;
- Nhà máy bơm (còn gọi là nhà trạm bơm), trong đó đặt các thiết bị cơ khí, động lực, điện và các thiết bị phụ;
- Ống đẩy (còn gọi là ống xả) áp lực chuyển nước từ nhà máy bơm lên công trình tháo nước;
Công trình tháo nước, hay còn gọi là bể xả hoặc bể tháo, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thoát nước, thường được sử dụng như điểm nhận nước từ các đường ống khác Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng dự án, có thể điều chỉnh số lượng và vị trí của các công trình này để đảm bảo hiệu quả tối ưu.
Lựa chọn vị trí đầu mối trạm bơm
Việc bơm nước lên có thể thực hiện theo sơ đồ trạm bơm một cấp hoặc nhiều cấp, tùy thuộc vào địa hình và chiều cao cột nước bơm Số lượng cấp của trạm bơm cần được xác định dựa trên việc so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án, đồng thời xem xét các điều kiện liên quan.
- Trạm bơm cần phải đặt càng gần nơi phục vụ (khu tưới, khu tiêu, mạng lưới đường ống cấp nước ) càng tốt
- Các kênh nhánh hoặc đường ống nhánh phân phối nước phải thuận lợi cho việc tổ chức sản xuất và sử dụng nước;
- Số lượng trạm bơm cần xây dựng là ít nhất;
- Nên dự kiến việc hợp nhất những trạm bơm ở gần nhau, nếu điều đó được luận chứng bằng các tính toán kinh tế - kỹ thuật.
Bố trí đầu công trình ở đầu mối trạm bơm
5.3.1 Việc bố trí các công trình của trạm bơm phụ thuộc nhiều vào điều kiện thực tế như:
- Mục đích sử dụng của trạm bơm (để tưới, tiêu, cấp nước );
- Quy mô lưu lượng của trạm bơm;
- Loại máy bơm và lưu lượng của mỗi máy bơm, chiều cao hút nước cho phép của máy bơm;
- Địa hình vị trí đặt trạm bơm (độ dốc lòng sông, chiều rộng bãi sông );
- Địa chất và địa chất thủy văn (tích chất cơ lý của đất nền, tính ổn định của lòng sông, bờ sông, bãi sông, mực nước ngầm );
- Chế độ thủy văn của nguồn nước (mực nước, lưu lượng, nhiệt độ );
- Hàm lượng bùn cát đáy và các hạt lơ lửng;
- Dạng năng lượng (điện, dầu, khí đốt ) và chế độ cung cấp năng lượng;
- Vật liệu xây dựng, điều kiện thi công (trình độ và phương pháp thi công)
Để thiết kế hiệu quả các công trình của trạm bơm, cần căn cứ vào điều kiện cụ thể của từng trường hợp Chẳng hạn, đối với trạm bơm tưới trong điều kiện nguồn nước sạch, không cần thiết phải xây dựng bể lắng cát Nếu cột nước thấp và mực nước bể xả ổn định, có thể không cần ống đẩy mà chỉ cần xây bể xả gần nhà máy bơm Trong trường hợp mực nước sông dao động lớn, bãi sông hẹp và bờ sông dốc, có thể thiết kế nhà máy bơm kết hợp với công trình lấy nước mà không cần dẫn nước.
5.3.2 Tùy thuộc vào công suất trạm bơm và đặc điểm của nguồn nước, thông thường sử dụng những sơ đồ bố trí các công trình thuộc trạm bơm như sau:
Công trình lấy nước kiểu đặt ở lòng sông kết hợp với nhà trạm bơm là giải pháp phù hợp khi mực nước dao động lớn, bờ sông không ổn định, hoặc khi bãi sông bị ngập rộng hơn 300 m Giải pháp này cũng được áp dụng khi chiều sâu nước gần bờ không đủ và không có điều kiện thuận lợi để xây dựng trạm bơm ở bờ sông Trước khi triển khai, cần so sánh kinh tế - kỹ thuật với các kiểu công trình khác và có sự đồng thuận từ các tổ chức sử dụng tổng hợp nguồn nước liên quan Phương án này thường áp dụng cho các trạm bơm có công suất lớn hơn 3 m³/s.
Công trình lấy nước được đặt ở lòng sông, trong khi trạm bơm được bố trí riêng biệt ở bờ sông Sơ đồ này nên được áp dụng khi có bằng chứng cho thấy việc tăng kích thước công trình lòng sông kết hợp với nhà trạm bơm là không hợp lý Điều này đặc biệt đúng khi việc tiếp cận các công trình này gặp khó khăn và khi có khả năng thiết lập hệ thống dẫn nước tự chảy đến trạm bơm ở bờ.
11 nước được xây dựng theo kiểu lấy nước loại ngập Công suất của công trình lấy nước kiểu này không quá 3 m 3 /s
5.3.3 Trong trường hợp theo yêu cầu của cơ quan quản lý, công trình lấy nước phải đặt chìm ở độ sâu lớn; và nếu có nguy cơ phần đầu công trình lấy nước dễ bị bồi lấp và dễ bị rác làm tắc thì các kiểu công trình lấy nước loại ngập có thể được thiết kế với công suất lớn hơn với một trong những trường hợp sau:
- Công trình lấy nước kiểu gầu và trạm bơm đứng riêng rẽ đặt ở bờ nên sử dụng khi điều kiện lấy nước có nhiều bùn cát (xem 11.2.19)
Công trình lấy nước từ bờ kết hợp với nhà máy bơm được áp dụng khi nguồn nước đạt độ sâu thích hợp, bờ sông ổn định và có sự dao động mực nước tối đa 5 m.
- Trường hợp trạm bơm nổi được sử dụng, khi lấy nước từ nguồn có dao động mực nước lớn 5 m, Công suất các trạm bơm nổi không vượt quá 10 m 3 /s đến 18 m 3 /s
Công trình lấy nước từ bờ và trạm bơm đứng riêng lẻ được áp dụng trong các tình huống kết hợp, đặc biệt khi bãi sông rộng hơn 300 m và trong điều kiện thủy văn không thuận lợi.
Công trình lấy nước đơn giản từ nguồn nước mặt có bờ ổn định được áp dụng khi mực nước dao động không lớn Việc lấy nước được thực hiện trực tiếp từ nguồn nước mặt thông qua các ống hút.
5.3.4 Việc lựa chọn kiểu công trình và việc bố trí các thành phần công trình trong đầu mối trạm bơm phải đảm bảo thuận lợi nhất cho vận hành cũng như đảm bảo các chỉ tiêu khai thác trạm bơm đạt hiệu quả Phối cảnh các công trình thuộc đầu mối cần quan tâm tới hình dáng kiến trúc, thẩm mỹ phù hợp với cảnh quan thiên nhiên khu vực, nhưng phải đảm bảo tiết kiệm và hợp lý về đầu tư
5.3.5 Khi nghiên cứu thiết kế đầu mối các công trình trạm bơm cần phải tính toán tiết kiệm tối đa diện tích xây dựng Cần quan tâm đến vẻ đẹp kiến trúc và môi trường cảnh quan của công trình Nên dự kiến trồng cây xanh trong khu vực trạm bơm với những loại cây phù hợp với khí hậu Diện tích trồng cây có thể lấy bằng 15% đến 25% diện tích xây dựng hoặc theo yêu cầu của báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án xây dựng trạm bơm Khu vực trạm bơm cần có hàng rào bao quanh để bảo vệ.
Bố trí đầu mối các công trình trạm bơm trong một số trường hợp đặc biệt
5.4.1 Khi lấy nước ở sông miền núi có nhiều cuội đá và chiều sâu nhỏ, phải sử dụng công trình lấy nước kiểu đáy với nhà trạm bơm đặt riêng biệt Lưới chắn rác của công trình lấy nước kiểu đáy phải đặt nằm ngang, hoặc với độ dốc 0,2 theo chiều dòng chảy Khi xây dựng đập dâng phải đặt lưới chắn rác ở trên ngưỡng của đập Việc dẫn nước đến trạm bơm được thực hiện nhờ kênh hở, kênh này có thể dùng làm bể lắng cát Không nên sử dụng ống tự chảy thay cho kênh hở
5.4.2 Khi dòng chảy mặt không đủ, hoặc khi chất lượng của nước không đạt mức cho phép, hoặc do những nguyên nhân khác cản trở việc sử dụng những công trình lấy nước kiểu bình thường, có thể sử dụng công trình lấy nước kiểu thấm lọc
5.4.3 Những trạm bơm lấy nước từ hồ chứa hoặc từ kênh và nằm về phía chịu áp lực (thượng lưu của các công trình bê tông) thường chọn theo kiểu kết hợp, còn trong trường hợp đập cao thì chọn theo kiểu riêng rẽ bằng cách đặt nhà máy bơm ở mái hạ lưu của đập
5.4.4 Việc sử dụng các trạm bơm kiểu ở lòng sông cần phải được luận chứng
5.4.5 Khi thiết kế các công trình lấy nước, công trình dẫn nước, công trình tập trung (bể hút) nước và công trình xả nước (bể xả, cống xả, kênh xả, cửa xả ) của trạm bơm có cấp công trình là cấp I và cấp II nếu chưa có luận cứ xác đáng hoặc số liệu thí nghiệm của công trình tương tự; hay các trạm bơm có công trình từ cấp III trở xuống nếu chưa có luận cứ xác đáng hoặc số liệu thí nghiệm của công trình tương tự và trong điều kiện nguồn nước phức tạp cần tiến hành thí nghiệm mô hình thủy lực để nghiên cứu những vấn đề kỹ thuật Tỷ lệ mô hình, nội dung và trình tự thí nghiệm cần căn cứ vào các tiêu chuẩn về thí nghiệm mô hình thủy lực công trình thủy lợi, thủy điện và của các ngành có liên quan
5.6.6 Khi xây dựng những công trình lấy nước, dẫn nước có khả năng phát sinh hiện tượng các bề mặt tiếp xúc với dòng chảy bị các sinh vật (hàu, sò, rong rêu ) bao phủ thì phải dự kiến các biện pháp chống lại các hiện tượng đó (clo hóa, xói rửa bằng nước nóng hoặc sơn bằng loại sơn đặc biệt )
5.4.7 Trong trường hợp hàm lượng và kích thước hạt bùn cát trong nước nguồn không đảm bảo yêu cầu làm việc của máy bơm (các hạt có đường kính ≥ 0,2 mm) thì phải bố trí bể lắng cát ở đầu mối lấy nước hoặc trên kênh dẫn nước Nên lợi dụng tối đa việc thau rửa bể lắng cát bằng thủy lực
5.4.8 Không xây dựng các công trình ở trong vùng có nguy cơ sạt lở (có dòng đất đá do mưa lớn gây ra) nếu chưa thực hiện những biện pháp bảo vệ
5.4.9 Để bảo vệ nhà trạm bơm và các công trình khác của đầu mối, cần đề phòng trường hợp các công trình có thế năng lớn (ống xả áp lực, bể xả ) bị vỡ, bị sự cố, và phải dự kiến các biện pháp ngăn ngừa tác động nguy hại của dòng chảy tập trung làm xói lở, phá hủy công trình.
Xác định lưu lượng và cột nước của trạm bơm
Các lưu lượng đặc trưng của trạm bơm
Lưu lượng thiết kế của trạm bơm QTK là lưu lượng lớn mà trạm bơm phải bơm lên ứng với mức đảm bảo theo quy định của quy chuẩn
Đối với trạm bơm tưới, QTK được xác định là trị số lớn nhất trong biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước cần thiết cho tưới tiêu trong một chu kỳ làm việc của trạm bơm Giá trị Qyc = f(t) được tính toán dựa trên tần suất đảm bảo, với điều kiện trị số này phải được duy trì trong thời gian đủ dài (t ≥ 7 ngày).
Đối với trạm bơm tiêu trong vùng nông nghiệp, trị số QTK được xác định là giá trị lớn nhất trong biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước yêu cầu Qyc = f(t) trong trận mưa tính toán, tương ứng với tần suất đảm bảo.
13 này có thời gian duy trì đủ dài (t = 0,5 ÷ 1 ngày)
Đối với trạm bơm tiêu trong khu vực đô thị, giá trị QTK được xác định là trị số lớn nhất trong biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước yêu cầu Qyc = f(t) trong điều kiện mưa tính toán, với tần suất đảm bảo Điều này chỉ áp dụng khi trị số này duy trì trong khoảng thời gian đủ dài, từ 1 đến 2 giờ.
- Đối với các trạm bơm khác: QTK được xác định theo các quy định có liên quan
Đối với các trạm bơm trong hệ thống tưới, tiêu, cấp nước có công trình điều hòa nước, việc xác định QTK cần dựa vào sự phối hợp giữa trạm bơm, công trình điều hòa và hệ thống dẫn nước để giảm lưu lượng đỉnh yêu cầu.
Lưu lượng lớn nhất của trạm bơm Qmax được xác định như sau:
- Đối với trạm bơm tưới:
Qmax được xác định bằng công thức Qmax = k.QTK, trong đó hệ số k được sử dụng để dự phòng cho các tình huống như trạm bơm cần tăng lưu lượng vượt mức thiết kế, chẳng hạn như khi xảy ra sự cố tưới đuổi hoặc khi diện tích tưới tăng lên Cụ thể, giá trị k được xác định theo lưu lượng QTK: k = 1,3 ÷ 1,2 khi QTK < 1 m³/s, k = 1,2 ÷ 1,15 khi QTK nằm trong khoảng 1 đến 10 m³/s, và k = 1,15 ÷ 1,1 khi QTK > 10 m³/s.
- Đối với trạm bơm tiêu:
Qmax = k.QTK, trong đó hệ số k được sử dụng để dự phòng cho các trường hợp khi trạm bơm cần tăng lưu lượng vượt quá lưu lượng thiết kế, chẳng hạn như khi cần tăng cường chống úng hoặc khi nhu cầu tiêu thụ tăng lên so với dự kiến Cụ thể, k có giá trị từ 1,2 đến 1,1 khi QTK nhỏ hơn 1 m³/s; từ 1,1 đến 1,05 khi QTK nằm trong khoảng từ 1 đến 10 m³/s; và từ 1,05 đến 1 khi QTK lớn hơn 10 m³/s.
- Đối với các trạm bơm khác: Qmax được xác định theo các quy định có liên quan
Đối với các trạm bơm trong hệ thống tưới, tiêu và cấp nước, việc xác định Qmax cần dựa vào sự phối hợp giữa trạm bơm, công trình điều hòa nước và hệ thống dẫn nước Sự phối hợp này giúp giảm lưu lượng đỉnh yêu cầu, đảm bảo hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống.
Lưu lượng nhỏ nhất của trạm bơm Qmin được xác định như sau:
Đối với trạm bơm tưới, giá trị Qmin được xác định là trị số nhỏ nhất trong biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước cần thiết trong chu kỳ làm việc của trạm bơm, ký hiệu là Qyc = f(t), phù hợp với tần suất đảm bảo.
Đối với trạm bơm tiêu, giá trị Qmin được xác định là trị số nhỏ nhất trong biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước yêu cầu Qyc = f(t) trong trận mưa tính toán, tương ứng với tần suất đảm bảo.
- Đối với các trạm bơm khác: Qmin được xác định theo các quy định có liên quan
Đối với các trạm bơm trong hệ thống tưới, tiêu và cấp nước có công trình điều hòa nước, việc xác định Qmin cần dựa trên sự phối hợp hoạt động giữa trạm bơm, công trình điều hòa nước và hệ thống dẫn nước.
- Khống chế lưu lượng Qmin ≥ 0,33QTK, nghĩa là khi phải bơm nước, trạm bơm tối thiểu có ít nhất 1/3 số máy bơm chạy.
Các mực nước đặc trưng của trạm bơm
6.2.1 Các mực nước đặc trưng ở bể hút
6.2.1.1 Mực nước bể hút nhỏ nhất thiết kế
Mực nước bể hút nhỏ nhất trong thiết kế Zbh.min.TK là mức tối thiểu mà trạm bơm cần duy trì để đảm bảo hoạt động hiệu quả và cung cấp đủ lưu lượng theo thiết kế.
Đối với trạm bơm tưới, Zbh.min và TK là mực nước nhỏ nhất ở bể hút, liên quan đến mực nước nhỏ nhất tại nguồn nước phục vụ với tần suất 85% cho trạm bơm cấp I đến III, và 75% cho cấp IV Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng mực nước thấp nhất từng ghi nhận trong lịch sử theo yêu cầu của cơ quan có thẩm quyền.
Mực nước tối thiểu tại trạm bơm tiêu, được ký hiệu là Zbh.min.TK, là mức nước thấp nhất ở bể hút, liên quan đến mực nước thấp nhất tại công trình dẫn nước đến trạm bơm Bên cạnh đó, cần xem xét mực nước này trong trường hợp cần tiêu nước đệm từ hệ thống kênh tiêu hoặc hồ điều hòa nước (nếu có).
Đối với trạm bơm cấp nước, Zbh.min và TK đại diện cho mực nước tối thiểu ở bể hút, liên quan đến mực nước tối thiểu tại nguồn nước, nhằm đảm bảo phục vụ với tần suất 90% cho các trạm bơm cấp I đến cấp IV Ngoài ra, mực nước này cũng có thể được xác định dựa trên mức thấp nhất đã xảy ra trong lịch sử khi có yêu cầu từ cơ quan có thẩm quyền.
Zbh.min.TK là mực nước tối thiểu tại bể hút, được xác định rõ ràng dựa trên đặc điểm làm việc của nguồn nước và các yếu tố của công trình dẫn nước đến trạm bơm.
6.2.1.2 Mực nước bể hút lớn nhất thiết kế
Mực nước bể hút lớn nhất thiết kế Zbh.max.TK là mức nước tối đa trong quá trình khai thác, đảm bảo trạm bơm hoạt động hiệu quả và cung cấp đầy đủ lưu lượng thiết kế.
Đối với trạm bơm tưới, Zbh.max và TK đại diện cho mực nước tối đa tại bể hút, liên quan đến mực nước tối đa tại nguồn nước với tần suất 10% Điều này áp dụng cho các trạm bơm có cấp công trình từ cấp I trở lên.
IV Ngoài ra, mực nước này còn phải được xét đến đặc điểm kết cấu nhà máy bơm và điều kiện lấy
15 nước tự chảy của đầu mối trạm bơm (nếu có)
Trạm bơm tiêu cần đảm bảo rằng mực nước lớn nhất ở bể hút (Zbh.max.TK) không vượt quá mực nước thiết kế cho công trình dẫn nước, đặc biệt trong trường hợp có trận mưa lớn với tần suất 10% Điều này giúp nước có thể tự chảy vào bể hút mà không gây ra tình trạng úng ngập cho diện tích cần tiêu.
Mực nước lớn nhất ở bể hút, được gọi là Zbh.max.TK, cần được xác định cụ thể để phù hợp với đặc điểm làm việc của nguồn nước cũng như tính chất của công trình dẫn nước tới trạm bơm.
6.2.1.3 Mực nước bể hút nhỏ nhất kiểm tra
Mực nước bể hút nhỏ nhất kiểm tra Zbh.min.KT là mức tối thiểu mà trạm bơm có thể hoạt động mà không gây hư hại cho thiết bị cơ khí và động lực Tại mức nước này, trạm bơm không nhất thiết phải đạt được lưu lượng bơm theo thiết kế.
Đối với trạm bơm tưới, Zbh.min,KT là mực nước tối thiểu tại bể hút, liên quan đến mực nước tối thiểu ở nguồn nước với tần suất 95% cho các trạm bơm có cấp công trình từ cấp I đến cấp IV.
- Đối với trạm bơm tiêu: Không quy định mực nước này, tức là Zbh.min.KT có thể lấy bằng Zbh.min.TK
Đối với trạm bơm cấp nước, Zbh.min và TK đại diện cho mực nước nhỏ nhất ở bể hút, liên quan đến mực nước nhỏ nhất ở nguồn nước với tần suất 97% Điều này áp dụng cho các trạm bơm có cấp công trình từ cấp I đến cấp IV.
Zbh.min.KT là mực nước tối thiểu trong bể hút của trạm bơm, được xác định dựa trên các đặc điểm của nguồn nước và công trình dẫn nước đến trạm Điều này đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho trạm bơm trong quá trình vận hành.
6.2.1.4 Mực nước bể hút lớn nhất kiểm tra
Mực nước bể hút lớn nhất kiểm tra Zbh.max.KT là mức cao nhất mà trạm bơm có thể hoạt động mà không làm hư hại thiết bị cơ khí và động lực Tại mực nước này, trạm bơm không nhất thiết phải bơm đủ lưu lượng thiết kế.
Đối với trạm bơm tưới, Zbh.max và KT là mức nước tối đa tại bể hút, liên quan đến mức nước lớn nhất tại nguồn nước với tần suất 5% cho các trạm bơm có cấp công trình từ cấp I đến cấp IV.
Cột nước địa hình đặc trưng của trạm bơm
6.3.1 Cột nước địa hình lớn nhất thiết kế
Cột nước địa hình lớn nhất trong thiết kế Hđh.max.TK được xác định bằng sự chênh lệch giữa mực nước bể xả lớn nhất và mực nước bể hút nhỏ nhất, đảm bảo đáp ứng nhu cầu phục vụ Để đạt được cột nước này, trạm bơm cần bơm đủ lưu lượng thiết kế QTK.
Hđh.max.TK = Zbx.max.TK − Zbh.min.TK (6.1)
6.3.2 Cột nước địa hình nhỏ nhất thiết kế
Cột nước địa hình nhỏ nhất trong thiết kế Hđh.min.TK được xác định bằng chênh lệch giữa mực nước bể xả nhỏ nhất và mực nước bể hút lớn nhất Để đảm bảo hiệu quả hoạt động, trạm bơm cần bơm đủ lưu lượng thiết kế QTK.
Hđh.min.TK = Zbx.min.TK − Zbh.max.TK (6.2)
6.3.3 Cột nước địa hình trung bình thiết kế
Cột nước địa hình trung bình được thiết kế theo Hđh.tb.TK là cột nước mà trạm bơm cần duy trì hoạt động liên tục trong chu kỳ bơm tương ứng với tần suất thiết kế Để đảm bảo hiệu suất, trạm bơm phải cung cấp đủ lưu lượng thiết kế QTK.
Xác định Hđh.tb.TK theo các phương pháp sau:
- Theo phương pháp bình quân gia quyền năng lượng bơm (khi mực nước bể hút và bể xả thay đổi lớn):
Qi là lưu lượng yêu cầu của trạm bơm trong khoảng thời gian ti Hi là cột nước địa hình tương ứng với Qi và ti, trong khi ti là thời gian bơm nước với Qi và hi không đổi Số lần có Qi và hi không đổi trong một chu kỳ làm việc của trạm bơm được ký hiệu là n.
Trong tính toán Hđh.tb.TK nên lập bảng như mẫu dưới đây (bảng 6.1)
Bảng 6.1 Bảng thống kê và tính toán cột nước địa hình trung bình thiết kế
- Theo phương pháp bình quân gia quyền thời gian bơm (khi trạm bơm nhỏ, mực nước bể hút và bể xả thay đổi không lớn):
- Theo phương pháp bình quân số học (khi trạm bơm nhỏ, mực nước bể hút và bể xả thay đổi ít):
- Theo phương pháp bình quân đơn giản:
= − = bx.max.TK bx.min.TK − bh.max.TK bh.min.TK dh.tb.TK bx.tb.TK bh.tb.TK
Zbx.tb.TK - Mực nước bể xả trung bình đơn giản:
= bx.max.TK − bx.min.TK bx.tb.TK
Zbh.tb.TK - Mực nước bể hút trung bình đơn giản:
= bh.max.TK − bh.min.TK bh.tb.TK
= dh.max.TK − dh.min.TK dh.tb.TK
Hdh.max.TK - Cột nước địa hình lớn nhất thiết kế (xem 6.2.1);
Hdh.min.TK - Cột nước địa hình nhỏ nhất thiết kế (xem 6.2.2)
6.3.4 Cột nước địa hình lớn nhất kiểm tra
Cột nước địa hình lớn nhất kiểm tra Hđh.max.TK được xác định là sự chênh lệch giữa mực nước bể xả lớn nhất và mực nước bể hút nhỏ nhất mà trạm bơm có thể hoạt động mà không gây hư hại cho thiết bị cơ khí và động lực Tại mực nước này, trạm bơm không cần phải bơm đủ lưu lượng thiết kế QTK.
Hđh.max.KT = Zbx.max.KT − Zbh.min.KT (6.10)
6.3.5 Cột nước địa hình nhỏ nhất kiểm tra
Cột nước địa hình nhỏ nhất kiểm tra Hđh.max.TK là sự chênh lệch giữa mực nước bể xả nhỏ nhất và mực nước bể hút lớn nhất mà trạm bơm có thể hoạt động mà không gây hư hại cho thiết bị cơ khí và động lực Tại mực nước này, trạm bơm không cần phải đạt đủ lưu lượng thiết kế QTK.
Hđh.max.KT = Zbx.max.KT − Zbh.min.KT (6.11)
Cột nước tổn thất đường ống và cột nước bơm yêu cầu
6.4.1 Cột nước tổn thất đường ống
6.4.1.1 Cột nước tổn thất đường ống htt là cột nước tổn thất trên đường ống hút và trên đường ống đẩy của máy bơm, bao gồm bao gồm các tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ trên đường ống Cột nước tổn thất htt được tính theo công thức: htt = hh + hđ = Σhd + Σhc (6.12) trong đó: hh - Cột nước tổn thất trên đường ống hút (đoạn dòng chảy từ mặt thoáng bể hút tới mặt cắt cửa vào của máy bơm), m; hđ - Cột nước tổn thất trên đường ống đẩy (đoạn dòng từ mặt cắt cửa ra máy bơm đến mặt thoáng bể xả), m; hd - Cột nước tổn thất dọc đường theo chiều dài ống hút và ống đẩy, m; hc - Cột nước tổn thất cục bộ trên ống hút và ống đẩy, m
6.4.1.2 Ban đầu chưa xác định máy bơm và các thiết bị, ống hút và ổng đẩy, nên cột nước tổn thất tính theo trị số kinh nghiệm: hd = 2 ÷ 3 m trên 1 km chiều dài đường ống; hc = 0,75 ÷ 1,0 m đối với trạm bơm lấy nước ở kênh hoặc hồ chứa; hc = 1,0 ÷ 1,5 m đối với trạm bơm lấy nước ở sông; hc = 1,5 ÷ 2,0 m đối với trạm bơm cấp nước có hệ thống đường ống được nối ghép chung giữa các máy bơm
6.4.2 Cột nước bơm yêu cầu
6.4.2.1 Sơ bộ tính được cột nước bơm yêu cầu H0 theo công thức:
H0 = Hđh.tb.TK + htt (với htt sơ bộ đã lấy như ở 6.3)
6.4.1.2 Xác định đường quan hệ cột nước bơm yêu cầu H0 theo lưu lượng bơm Q
Sau khi xác định cột nước yêu cầu sơ bộ H0 và lưu lượng thiết kế trạm bơm QTK, cần tiến hành lựa chọn máy bơm và số lượng máy bơm thích hợp Tiếp theo, thiết kế sơ bộ đường ống và các thiết bị liên quan Cuối cùng, thực hiện tính toán lại htt và H0 để xác định các thông số làm việc của máy bơm, từ đó có thể điều chỉnh và chọn lại máy bơm cho đến khi đạt yêu cầu.
Công thức chung để tính toán cột nước bơm yêu cầu H0:
H0 = Hđh + htt = Hđh + S.Q 2 (6.13) trong đó:
Q - Lưu lượng chảy qua máy bơm và đường ống, m 3 /s;
S - Hệ số, phụ thuộc chất lỏng, đường kính ống, đặc tính ống và các thiết bị trên đường ống
Vẽ đường quan hệ theo công thức 6.13 trong hệ tọa độ (Q, H)
Sử dụng cách tìm điểm công tác ở (xem 8.1) để xác định các cột nước bơm đặc trưng khi đã chọn bơm và đường ống như dưới đây (xem 6.5).
Các cột nước bơm đặc trưng
6.5.1 Cột nước bơm trung bình thiết kế
Htb.TK = Hđh.tb.TK + htt (6.14) trong đó:
Hđh.tb.TK - Cột nước địa hình trung bình thiết kế (xem 6.3.3), m; htt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với Hđh = Hđh.tb.TK, m
Tại Htb.TK, máy bơm phải đảm bảo lưu lượng Q ≥ QTK và hoạt động ở vùng có hiệu suất tối ưu nhất Đồng thời, thiết bị cơ khí và động lực cần được bảo vệ khỏi hư hại do khí thực và tình trạng quá tải.
6.5.2 Cột nước bơm lớn nhất nhất thiết kế
Hmax.TK = Hđh.max.TK + htt (6.15) trong đó:
Hđh.max.TK - Cột nước địa hình lớn nhất thiết kế (xem 6.3.1), m; htt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với Hđh = Hđh.max.TK, m
Tại Hmax.TK, máy bơm phải cung cấp lưu lượng Q đạt yêu cầu QTK, với sai số lưu lượng không vượt quá 3% QTK Đồng thời, máy bơm cần hoạt động trong vùng hiệu suất cao, đảm bảo thiết bị cơ khí và động lực không bị hư hại do khí thực hoặc quá tải.
6.5.3 Cột nước bơm nhỏ nhất thiết kế
Hmin.TK = Hđh.min.TK + htt (6.16) trong đó:
Hđh.min.TK - Cột nước địa hình nhỏ nhất thiết kế (xem 6.3.2), m; htt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với Hđh = Hđh.min.TK, m
Tại Hmin.TK, máy bơm cần cung cấp lưu lượng Q lớn hơn QTK và hoạt động trong vùng có hiệu suất bơm cao, đảm bảo rằng thiết bị cơ khí và động lực không bị hư hại do khí thực hoặc quá tải.
6.5.4 Cột nước bơm lớn nhất nhất kiểm tra
Hmax.KT = Hđh.max.KT + htt (6.17) trong đó:
Hđh.max.KT - Cột nước địa hình lớn nhất kiểm tra (xem 6.3.4), m; htt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với Hđh = Hđh.max.KT, m
Tại Hmax.KT, máy bơm không nhất thiết phải hoạt động liên tục; nếu có hoạt động, cũng không cần phải đảm bảo lưu lượng QTK đầy đủ, miễn là các thiết bị cơ khí và động lực vẫn hoạt động bình thường mà không bị hư hại do khí thực hoặc quá tải.
6.5.5 Cột nước bơm nhỏ nhất kiểm tra
Hmin.KT = Hđh.min.KT + htt (6.18) trong đó:
Hđh.min.KT - Cột nước địa hình nhỏ nhất kiểm tra (xem 6.3.5), m; htt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với Hđh= Hđh.min.KT, m
Tại Hmin.KT, máy bơm không nhất thiết phải hoạt động liên tục; nếu có hoạt động thì cũng không yêu cầu phải cung cấp đủ lưu lượng QTK Tuy nhiên, thiết bị cơ khí và động lực vẫn đảm bảo không bị hư hại do các yếu tố như khí thực hay quá tải.
6.5.6 Các yêu cầu khác khi xác định các cột nước máy bơm đặc trưng:
Để thực hiện tính toán thiết kế hiệu quả, cần sử dụng thông số và đường đặc tính của 2 đến 3 máy bơm từ các nhà sản xuất khác nhau làm mẫu Việc này bao gồm xác định các cột nước đặc trưng, giúp đảm bảo tính chính xác và tối ưu trong quá trình thiết kế.
Các thông số quan trọng như lưu lượng bơm Q, cột nước bơm H và cột nước tổn thất đường ống htt cần được xác định bằng cách tìm điểm công tác của máy bơm, theo hướng dẫn từ mục 8 và các thông tin từ 6.5.1 đến 6.5.5.
Chọn máy bơm và động cơ
Chọn máy bơm
7.1.1.1 Số tổ máy phải là ít nhất và phù hợp với biểu đồ nhu cầu nước Số tổ máy lắp trong các trạm bơm lấy từ 2 đến 8 máy, tốt nhất là từ 3 đến đến 5 máy
7.1.1.2 Số máy có thể được chọn lớn hơn nếu gặp một trong các trường hợp sau:
- Không có loại máy bơm nào lớn hơn;
- Thời gian đưa hết các tổ máy vào vận hành kéo dài hơn 10 năm kể từ khi hoàn thành lắp máy bơm thứ nhất;
- Các tính toán kinh tế - kỹ thuật khẳng định sự hợp lý của việc chọn nhiều tổ máy hơn;
Trong trạm bơm, cần lắp đặt các máy bơm với cột nước khác nhau để phục vụ cho các mục đích khác nhau, như cấp nước cho các khu vực khác nhau trong trạm bơm tưới, thực hiện tưới tiêu kết hợp, và cung cấp nước sinh hoạt cũng như rửa lọc trong trạm cấp nước.
Đối với các trạm bơm tưới có lưu lượng nhỏ hơn 0,4 m³/s và công suất dưới 15 KW, có thể lắp đặt một tổ máy nếu có luận chứng riêng Trong kho của khu trạm bơm, cần dự trữ một tổ máy dự phòng để thay thế khi cần thiết.
7.1.1.3 Khi cần bố trí ống đẩy chung, số máy bơm trong trạm bơm nên là bội số của 2 hoặc 3 để dễ dàng hợp nhất các ống đẩy
7.1.1.4 Ngoài các máy bơm làm việc, trong trạm bơm cần lắp thêm một số máy dự phòng Số máy dự phòng được quy định như sau:
- Đối với trạm bơm tưới trong nông nghiệp có số máy làm việc từ 6 máy làm việc trở lên thì bố trí 1 máy dự phòng
- Đối với các trạm bơm tiêu nước mưa, không bố trí máy bơm dự phòng
Đối với các trạm bơm cấp nước phục vụ sinh hoạt và công nghiệp, số lượng máy dự phòng cần được xác định dựa trên số máy hoạt động và mức độ tin cậy cấp nước theo tiêu chuẩn thiết kế mạng lưới và công trình cấp nước.
Đối với trạm bơm nước thải, số lượng máy dự phòng được xác định dựa trên số máy hoạt động và độ tin cậy của trạm bơm, theo tiêu chuẩn thiết kế mạng lưới và công trình thoát nước (bảng 7.2).
Bảng 7.1 Số lượng máy bơm dự phòng trong các trạm bơm cấp nước
Số lượng tổ máy làm việc của trạm bơm
Số lượng máy bơm dự phòng đặt trong trạm bơm Bậc tin cậy I Bậc tin cậy II Bậc tin cậy III Đến 6 02 1 1
Bảng 7.2 Số lượng máy bơm dự phòng trong các trạm bơm nước thải
Nước thải sinh hoạt hoặc nước thải sản xuất có tính chất gần với nước thải sinh hoạt Nước thải có tính ăn mòn
Số máy bơm làm việc
Số máy bơm dự phòng theo độ tin cậy
Số máy bơm làm việc
Số máy bơm dự phòng cho tất cả loại trạm bơm Loại I Loại II Loại III
Từ lưu lượng thiết kế trạm bơm QTK và số máy bơm làm việc n, tính được lưu lượng yêu cầu đối với một máy bơm Qb:
Để chọn máy bơm phù hợp, cần xác định lưu lượng Qb và các cột nước thiết kế (Htb.TK, Hmax.TK, Hminx.TK) Dựa vào biểu đồ sản phẩm của các nhà sản xuất, máy bơm lựa chọn phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra.
- Bảo đảm cung cấp đủ lưu lượng yêu cầu Qb khi làm việc với các cột nước thiết kế;
- Có hiệu suất cao trong phạm vi làm việc yêu cầu;
Máy bơm có khả năng chống khí thực tốt, với đường đặc tính [Hck] cao, đường đặc tính [Δh] thấp và đường đặc tính NPSHr thấp, đảm bảo hoạt động hiệu quả trong phạm vi yêu cầu mà không bị ảnh hưởng bởi khí thực.
- Động cơ đi kèm không bị quá tải trong phạm vi làm việc yêu cầu;
- Có chất lượng cơ khí tốt;
- Có khả năng chống ăn mòn hóa học tốt và có khả năng chịu mài mòn tốt đối với các chất rắn trong nước (bùn cát, rác );
- Thuận tiện cho các công tác: vận chuyển, lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, thay thế linh kiện;
Trong trường hợp không tìm được máy bơm phù hợp, có thể áp dụng định luật đồng dạng để điều chỉnh vòng quay hoặc thay đổi hình dạng cánh quạt của máy bơm mới Đối với các trạm bơm có yêu cầu lưu lượng và cột nước thay đổi lớn, việc sử dụng máy bơm với kích thước khác nhau là khả thi Tuy nhiên, điều này có thể gây khó khăn trong thiết kế, thi công và quản lý trạm bơm.
Việc chọn máy bơm phải kết hợp chặt chẽ với việc chọn số máy bơm, sao cho có được phương án về số máy và loại máy tốt nhất
Sau khi xác định lưu lượng yêu cầu của bơm Qb và các cột nước đặc trưng, cần tổng hợp thông tin vào bảng yêu cầu chọn bơm (bảng 7.3) để phục vụ cho việc mua sắm máy bơm và thiết bị.
Bảng 7.3 Thống kê các thông số yêu cầu để chọn máy bơm Cột nước H min.KT H min.TK H tb.TK H max.TK H max.KT
Cột nước bơm yêu cầu (m)
Yêu cầu về lưu lượng bơm b Q TK
Yêu cầu về hiệu suất bơm Cao Cao nhất Cao
Yêu cầu chống khí thực Đạt Đạt Đạt
Yêu cầu động cơ Không bị quá tải Không bị quá tải Không bị quá tải
Tại H min.KT và H max.KT, máy bơm không cần phải hoạt động liên tục; nếu có hoạt động, không nhất thiết phải cung cấp đủ lưu lượng Q TK Tuy nhiên, cần có biện pháp đảm bảo thiết bị cơ khí và động lực không bị hư hại do khí thực hoặc quá tải.
CHÚ THÍCH 2: Q TK - Lưu lượng thiết kế của trạm bơm
CHÚ THÍCH 3: n - Số máy bơm trong trạm bơm, không kể máy bơm dự phòng.
Chọn động cơ kéo máy bơm
Trạng thái làm việc của máy bơm
Điểm công tác của máy bơm làm việc đơn lẻ
Máy bơm làm việc đơn lẻ là mô hình trong đó mỗi máy bơm có một đường ống riêng biệt, bao gồm ống hút và ống đẩy, để bơm nước từ bể hút có mặt thoáng lên bể xả cũng có mặt thoáng Đây là trường hợp cơ bản nhất của máy bơm Điểm công tác của máy bơm được xác định là điểm trên đường đặc tính của máy, nơi có sự cân bằng giữa cột nước mà máy bơm tạo ra và cột nước yêu cầu (H0 ≡ H) Để tìm điểm công tác cho trường hợp này, có thể áp dụng các phương pháp phân tích đặc tính của máy bơm.
- Vẽ trên cùng một hệ trục tọa độ đường đặc tính của máy bơm H và đường cột nước yêu cầu H0
Điểm giao nhau A (QA, HA) giữa hai đường biểu diễn lưu lượng và cột nước là điểm công tác của máy bơm, cho thấy máy bơm cung cấp lưu lượng QA và tạo ra cột nước HA.
Khi Hđh thường xuyên thay đổi, để thuận lợi cho việc tìm điểm công tác, nên thực hiện tìm điểm công tác theo cách thứ hai như sau (hình 8.1-b):
Để xác định điểm công tác của máy bơm, ta cần khấu trừ tổn thất cột nước của ống dẫn (htt) từ đường đặc tính cột nước của máy bơm (H) Kết quả là đường Hđh Từ giá trị Hđh, vẽ đường gióng ngang song song với trục Q đến điểm A* trên Hđh Tiếp theo, từ A*, vẽ đường dóng đứng song song với trục H để gặp đường H tại điểm A(QA, HA), đây chính là điểm công tác của máy bơm.
- Với các trường hợp Hđh thay đổi H A đh , H B đh và H C đh , sẽ tìm được các điểm công tác tương ứng là A(QA, HA), B(QB, HB) và C(QC, HC)
Từ lưu lượng làm việc Q, có thể xác định các thông số quan trọng khác của máy bơm như hiệu suất bơm η, công suất bơm N, độ cao chân không cho phép [Hck], độ dự trữ khí thực cho phép [Δh] và độ cao hút nước thực cho phép NPSH.
Hình 8.1 Hai cách tìm điểm công tác của máy bơm
Hình 8.2 Xác định điểm công tác của máy bơm
Máy bơm làm việc song song
Máy bơm làm việc song song là sự kết hợp của nhiều máy bơm cùng bơm nước vào một hoặc nhiều ống đẩy chung Để xác định điểm công tác cho hệ thống này, cần thực hiện theo các bước cụ thể.
- Có các đường đặc tính cột nước HI và HII của các máy bơm tương ứng I và II
- Xác định đường đặc tính tổn thất cột nước hI và hII trên các ống riêng của các máy bơm l và lI
- Khấu trừ đi tổn thất hII và hII từ đường đặc tính HI và HII tương ứng, được các đường HI’ và HII’
- Vẽ đường đặc tính chung HI’+II’ của hai máy bơm bằng cách giữ nguyên tung độ và cộng hoành độ của các đường HI’ và HII’
- Xác định đường đặc tính tổn thất cột nước h1 và h2 tương ứng trên hai ống đẩy chung 1 và 2
- Vẽ đường đặc tính cột nước yêu cầu đối với ống đẩy 1 (H0-1=Hđh+h1) và ống đẩy 2 (H0-2=Hđh+h2)
Để vẽ đường đặc tính cột nước H0-2ô cho hai ống đẩy hoạt động đồng thời, cần giữ nguyên tung độ và cộng hoành độ của hai đường H0-1 và H0-2.
- Đường HI’+II’ cắt đường H0-2ô tại A*(QA*, HA*) với QA* là tổng lưu lượng của cả trạm bơm
Từ điểm A, kéo một đường ngang đến đường HI’ tại điểm AI’ Từ AI’, tiếp tục kéo một đường đứng lên để xác định điểm AI(QI, HI), đây là điểm công tác của máy bơm I Tương tự, chúng ta cũng có thể xác định điểm AII(QII, HII), là điểm công tác của máy bơm II.
- Có lưu lượng từng máy bơm, sẽ tìm được các thông số công tác còn lại của từng máy (η, N, NPSH )
Nếu có nhiều máy bơm hoạt động song song và nhiều đường ống đẩy chung cũng hoạt động song song, cách xác định điểm làm việc của máy bơm sẽ được thực hiện tương tự.
Hình 8.3 Xác định điểm công tác của nhiều máy bơm làm việc song song bơm vào nhiều ống đẩy chung
Máy bơm làm việc nối tiếp
Khi cột nước yêu cầu cao hơn khả năng của một máy bơm, có thể sử dụng nhiều máy bơm hoạt động nối tiếp Cụ thể, máy bơm I sẽ bơm nước vào máy bơm II, sau đó máy bơm II sẽ tiếp tục bơm nước vào máy bơm tiếp theo, và cuối cùng, máy bơm cuối cùng sẽ bơm nước vào bể xả.
Cách tìm điểm công tác được tiến hành như sau:
- Có các đường đặc tính cột nước HI và HII của các máy bơm I và II
- Vẽ đường đặc tính chung của hai máy HI+II bằng cách giữ nguyên hoành độ và cộng tung độ của các đường HI và HII
- Xác định đường đặc tính tổn thất cột nước htt trên toàn tuyến ống hút và ống đẩy
- Vẽ đường đặc tính cột nước yêu cầu H0 của đường ống (H0 = Hđh + htt)
- Đường HI+II cắt đường H0 tại A* là điểm làm việc chung của hệ thống
Từ điểm A*, đường thẳng nối xuống sẽ gặp đường HI tại điểm AI (Q AI, H AI) và gặp đường HII tại điểm AII (Q AII, H AII), đây là các điểm công tác tương ứng của máy bơm I và máy bơm II.
Để xác định các thông số công tác của máy bơm như H, η, N, và NPSH, cần có lưu lượng của máy bơm Nếu có nhiều máy bơm hoạt động, phương pháp tìm điểm công tác cho từng máy bơm sẽ được thực hiện tương tự.
Hình 8.4 Xác định điểm công tác của hai máy bơm làm việc nối tiếp
Các trường hợp làm việc khác của máy bơm
Ngoài việc máy bơm hoạt động song song và nối tiếp như đã đề cập trong các mục 8.3 và 8.4, còn tồn tại nhiều tình huống làm việc đặc biệt khác trong thực tế.
- Một máy bơm bơm nước lên hai bể xả có cao trình khác nhau
- Máy bơm bơm nước lên bể xả, trên đường ống đẩy có điểm lấy nước
- Hai hay nhiều máy bơm làm việc song song với một hay nhiều đường ống hút chung và với một hay nhiều đường ống đẩy chung
- Máy bơm hút nước từ nhiều bể hút có cao trình khác nhau v.v
Việc xác định điểm công tác của máy bơm là rất quan trọng, dựa trên định nghĩa về điểm công tác và các nguyên tắc cân bằng năng lượng cùng lưu lượng trong hệ thống mà máy bơm tham gia.
Sử dụng phần mềm tính toán thủy lực đường ống như EPANET hay WATERGEM giúp việc xác định điểm công tác của máy bơm trở nên nhanh chóng và thuận lợi.
Điều chỉnh trạng thái làm việc của máy bơm
8.5.1 Điều chỉnh trạng thái làm việc của máy bơm bằng van khóa trên đường ống đẩy Điều chỉnh độ mở van khóa để thay đổi diện tích tiết diện dòng chảy, làm cho cột nước tổn thất trên đường ống htt và cột nước yêu cầu H0 thay đổi, dẫn đến điểm công tác máy bơm thay đổi Trên hình 8.5 cho thấy, khi đóng bớt van khóa sẽ có thêm một tổn thất qua khóa là hK, đường H0 sẽ trở thành đường H K 0 , điểm công tác từ A sẽ dịch chuyển thành điểm A K dọc theo đường H, lưu lượng giảm từ
Q thành Q K mong muốn Phạm vi điều chỉnh lưu lượng chỉ có thể về trị số nhỏ hơn so với khi khóa mở hoàn toàn
Sử dụng khóa điều chỉnh có thể không hiệu quả về mặt năng lượng do tổn thất thủy lực, nhưng phương pháp này đơn giản và thường được áp dụng cho các máy bơm nhỏ.
Hình 8.5 Điều chỉnh điểm công tác máy bơm bằng khóa trên ống đẩy
Hình 8.5 Điều chỉnh điểm công tác máy bơm bằng thay đổi số vòng quay
8.5.2 Điều chỉnh trạng thái làm việc của máy bơm bằng thay đổi số vòng quay
Để giảm lưu lượng từ Q xuống Q1, cần giảm số vòng quay từ n xuống n1 Khi đó, máy bơm sẽ hoạt động theo đường đặc tính mới H1 tại điểm A1 Điểm công tác sẽ di chuyển từ A đến A1 dọc theo đường H0, dẫn đến việc lưu lượng giảm từ Q về Q1 như mong muốn.
Với giá trị số vòng quay mới n1 sẽ có một đường đặc tính bơm mới Dùng định luật đồng dạng của máy bơm để xác định:
Q, H, ƞ1, N, Δh, NPSH, [Hck]1 - Lưu lượng, cột nước, hiệu suất, công suất, độ dự trữ khí thực cho phép, độ cao chân không cho phép, độ cao hút nước thực cho phép của máy bơm ứng với số vòng quay ban đầu n
Q1, H1, ƞ1, N1, Δh1, NPSH1, và [Hck]1 là các yếu tố quan trọng liên quan đến lưu lượng, cột nước, hiệu suất, công suất, độ dự trữ khí thực cho phép, độ cao chân không cho phép, và độ cao hút nước thực cho phép của máy bơm, tương ứng với số vòng quay cần tìm n1.
Một số biện pháp kỹ thuật thay đổi số vòng quay có thể được sử dụng như sau đây:
* Khi dùng động cơ điện xoay chiều, có các biện pháp:
Để đóng cuộn dây động cơ với số đôi cực khác nhau, cuộn dây phần tĩnh cần được thực hiện một cách đặc biệt Phương pháp này cho phép điều chỉnh số vòng quay theo từng nấc, tương ứng với số đôi cực nhất định.
- Thay đổi tần số dòng điện máy phát điện: Chỉ áp dụng được đối với với nguồn điện độc lập chỉ dùng cho động cơ kéo máy bơm
Sử dụng máy biến tần giúp điều chỉnh số vòng quay của động cơ bơm, đồng thời cũng là giải pháp hiệu quả trong việc khởi động động cơ.
- Dùng khớp nối thủy lực biến tốc: Với biện pháp này, thay đổi được số vòng quay máy bơm trong khi vẫn giữ nguyên số vòng quay động cơ
Khi sử dụng động cơ đốt trong để kéo máy bơm, loại động cơ này rất phù hợp cho việc điều chỉnh số vòng quay Sự thay đổi số vòng quay trong khoảng không lớn sẽ không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất của động cơ.
8.5.3 Điều chỉnh trạng thái làm việc của máy bơm bằng thay đổi góc cánh quạt
Máy bơm hướng trục có cánh quạt với góc nghiêng θ có thể điều chỉnh, cho phép tạo ra nhiều đường đặc tính khác nhau Việc điều chỉnh góc cánh quạt phù hợp với cột nước địa hình và lưu lượng yêu cầu giúp máy bơm hoạt động hiệu quả nhất.
Hình 8.6 Điều chỉnh điểm công tác máy bơm bằng thay đổi số góc nghiêng cánh quạt