Thiết kế bồn chứa nước trung gian của hệ thống chữa cháy rừng tràm

I.MỞ ĐẦU I Đặt vấn đề Việc nghiên cứu vấn đề phịng cháy chữa cháy rừng nói chung rừng Tràm nói riêng tốn khó đặc điểm rừng Tràm vào mùa khô dễ cháy cộng với đặc điểm đất rừng, địa hình phức tạp nên việc chữa cháy rừng triệt để khó khăn Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển hệ thống chữa cháy rừng Tràm hiệu cần thiết Từ yêu cầu trên, đồng ý khoa Cơ điện & Cơng trình – Bộ mơn Cơng nghệ Máy chuyên dung, hướng dẫn Tiến sỹ Dương Văn Tài Tôi tiến hành thực chuyên đề: “Thiết kế bồn chứa nước trung gian hệ thống chữa cháy rừng Tràm” làm tiền đề cho việc hoàn thiện hệ thống chữa cháy rừng Tràm II Mục tiêu nghiên cứu chuyên đề - Thiết kế bồn chứa nước lưu động (1-2m3) bơm hút đẩy trung gian - Thiết bị có kết cấu gọn nhẹ tháo lắp dễ dàng chữa cháy thiết bị vận chuyển thủ cơng đến vị trí làm việc III Nội dung chun đề: Tính tốn kích thước bồn chứa nước theo yêu cầu lưu lượng hệ thống Kết cấu dự kiến Tính sức bền: Tính túi nước Tính sức bền hệ thống khung: Chọn phương án kết cấu bồn chứa nước thích hợp Tìm kích thước túi nước thích hợp Xác định kích thước khung thích hợp IV Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu dựa lý thuyết thc nghim Phần II tính toán, thiết kế hệ thống bơm, ống dẫn nớc tính toán thủy lực (xác định thông số hệ thống) Tính toán thủy lực công việc nhằm xác định thông số hệ thống, dựa vào việc tính tổn thất, lu lợng, cột áp vị trÝ cđa hƯ thèng (Xem TLTK [3], mơc 2.5, trang 53) 1.1 Khái quát Các tiêu hƯ thèng lµ: - Sư dơng Bån chøa níc trung gian lu thông: 02 - Sử dụng Bơm nớc đờng ống mềm - Cự lý dẫn nớc : 500m - Lu lợng dẫn phun nớc: 0,75m3/ph = 12,5 lit/s - Chiều cao phun lăng chữa cháy: không nhỏ 08m - Tầm phun xa lăng chữa cháy: không nhỏ 15m Hình Sơ ®å trun dÉn níc dù kiÕn Dù kiÕn s¬ ®å truyền dẫn nớc: Để dẫn nớc xa, bơm cần có cột áp lớn (H khoảng 50 đến 100m), thị trờng bơm thờng cột có áp dới 100m (10at), với cột áp khoảng dẫn đợc 200-300m, cần nối tiếp đến bơm để đạt khoảng cách 500m theo yêu cầu Đề tài; Các bơm chữa cháy thông thờng gắn liền với động săng thời nhằm tăng tính động cho công việc, với bơm lu lợng cao đòi hỏi công suất bơm động cao, dẫn đến trọng lợng tổng thành cao (ví dụ bơm Tohatsu 52 có lu lợng tới 1450 lít/phút có trọng lợng khô 85kg), điều gây khó khăn cho việc mang vác cụm Bơm-Động sức ngời rừng, 02 bơm lu lợng nhỏ thay cho 01 bơm lu lợng lớn; Để bơm phía sau làm việc đợc, ta bố trí bồn nớc trung gian Sơ đồ truyền dẫn nh hình vẽ, vị trí cuối dùng 01 bơm lu lợng lớn dùng 02 bơm lu lợng nhỏ, Lu lợng bơm nh sau: - Bơm đầu: 01 bơm QĐ = 12,5 lít/phút - Bơm trung gian: 01 b¬m QTG = 12,5 lÝt/phót - B¬m ci: 01 bơm QC = 12,5 lít/phút 1.2 Tính toán phơng tiện truyền nớc chữa cháy (TLTK[3] Tr235) Việc tính toán thủy lực đợc tiến hành ngợc từ lăng phun đến bơm nớc đầu nguồn 1.2.1 Sơ chọn thông số lăng phun: Lăng phun cần đảm bảo yêu cầu chữa cháy: - Khoảng cách từ lăng (từ ngời cầm lăng) đến đám cháy đủ lớn đảm bảo an toàn (yêu cầu ?15m) khoảng cách đợc xác định bán kính thủy lực R lăng phun; - Lu lợng Q lăng đủ để dập tắt đám chảy, sử dụng nhiều lăng phun, tổng lu lợng lăng phun phải nhỏ lu lợng truyền dÉn níc cđa hƯ thèng (12,5 lÝt/ph); - ChiỊu cao phun đảm bảo để dòng nớc vơn tới (yêu cầu > 8m), chiều cao tối đa phụ thuộc vào cột áp H lăng phun Có thể chọn lăng phun số 13, có tinh nh nêu bảng 3: 1.2.2 Xác định khoảng cách từ bơm chữa cháy (bơm cuối) đến đám cháy Trớc hết xác định khoảng cách từ bơm cuối đến đám cháy: - Sơ chọn máy bơm chữa ch¸y cđa NhËt Ban - TOHATSU - V52 - AS HB = 68,0m (10kg/cm2) QB = 600 1/ph HB = 78,0m (kG/cm2) QB = 1000 1/ph Vµ HB= 88,0 (kG/cm2) QB = 750 1/ph - Tõ m¸y bơm V52-AS lắp đờng vòi truyền nớc có đờng kính d = 66mm, cuối đờng vòi lắp đầu nối ba chạc, từ ba chạc nối qua vòi cuối vòi lắp với lăng chữa cháy - Xác định khoảng cách từ máy bơm V52-AS đến đầu nối HB = H1 + H=2 + HL + HTD (II.1) Trong đó: H1: Sụt áp đoạn dẫn đầu (giữa bơm cuối chạc ba); H2: Sụt áp đoạn dẫn sau chạc ba (với mạch song song, sụt áp nhánh) HTD: Sụt áp tự do, sau lăng (chọn 8m); HL: Sụt áp lăng phun, sử dụng lăng; Sụt áp H1 đoạn dẫn dợc tính theo số cuộn vòi (nV), độ sụt áp cuộn (SV), lu lợng (Q) theo công thức sau: H1 = nghiƯp vơ * SV * Q2 Trªn đoạn mạch lắp song song, sụt áp tổng sụt áp nhánh; áp dụng vào công thức vào sơ đồ ta có: QB ) HB = (nV1 * SV + nV2 * SV) * Q + SL * + HTD ( B (II.3) QB )  HB = (nV1 + nV2) * SV + Q + SL * + HTD ( B Trong đó: HB: Cột áp máy bơm chữa cháy, m nV1, nV1: Số cuộn bòi truyền nớc đoạn đầu đoạn sau, cuộn S SV - Sức cản cuộn vòi có chiều dài 20m, m (vòi D66 0,034) QB- Lu lợng bơm nớc, 1/s (yêu cầu 12,5) Từ công thức suy ra: nV  nV Q  H B  H TD  S L *  B    SV * QB (II.5) Khoảng cách thực tế đoạn mạch là: LV nV * 20 kv (II.6) Trong đó: 20 chiều dài 01 vòi tiêu chuẩn; Kv hệ số tính đến cong vòng đoạn vòi dẫn Với loại bơm dự kiến, thay thông số vào ta đợc: nV  nV  12,5  88   2,89*     5,  0, 034*12,52 cuén LÊy = cuén Trong ®ã nV1 + nV2 số cuộn dây đoạn trớc đoạn sau chạc ba, lấy cuộn K hệ số tính đến uốn lợn vòi, (1,15) LV  nV * 20 5* 20  87 m kv 1,15 NhËn xÐt: Cịng cã thĨ sư dơng b¬m ci TOHATSU- V20-D2, (khi việc vận chuyển nhẹ nhàng bơm nặng 35kG), nhng lu lợng chữa cháy giảm xuống 400 lít/phut (6,6 lít/s) cột áp 68,6m, số cuộn vòi lắp sau bơm là: 12,5  68,   2,89*     2 nv1  nv  0, 034*12,52 cuộn Chiều dài truyền dẫn sau bơm cuối là: Lv  nv * 20 2* 20  35m kv 1,15 Sau bơm lắp lăng phun số 13, lu lợng tối đa lăng 5,8 lít/s Trong trờng hợp đó, muốn đảm bảo lu lợng nớc phun vào đám cháy lắp 02 bơm song song sau bồn nớc, bơm nối với 01 lăng phun số 13, lu lợng tổng là: Q=2*5,8 lít/s = 11,6 lít/s 1.2.2 Xác định khoảng cách truyền nớc máy bơm qua bể trung gian Để tính toán khả truyền nớc với máy bơm cần chọn trớc thông số thiết bị đờng dẫn Nh đà sơ chọn: Đờng ống truyền dẫn sử dụng vòi mềm có đờng kính 66mm, bơm TOHATSU V52-AS Hoặc bơm có thông số kỹ thuật tơng đơng; Viết phơng trình cân cét ¸p ta cã: HB = nghiƯp vơ * Sv * QB + HTD (II.7) Trong ®ã: HTD - cét áp tự cuối đờng vòi, m (chọn m) nv  H B  H TD SV * QB (II.8) Thay thông số bơm ống đà chọn vào ta đợc: nv H B  H TD 88   14, S ¦v *QB 0, 034*12,52 cuén, lÊy b»ng 14 cuén LV  nv * 20 14* 20  243,3m 243m 1,15 1,15 Vậy với khoảng cách yêu cầu L = 500m trên, ta cần bố trí máy bơm nh sau: - 01 máy bơm cố định xuồng TOHATSU - V52-AS 14 vòi dẫn xa 243,3m - 01 máy bơm trung gian TOHATSU - V52-AS 14 vòi dẫn xa 243,3m; - 01 máy bơm cuối (bơm chữa cháy); TOHATSU - V52-AS vòi dẫn xa 87,0m Tỉng chiỊu dµi dÉn lµ 243m * 2+87m =573m - Hoặc 02 máy bơm cuối (bơm chữa cháy) TOHATSU - V20-D2 lắp song song, mạch lắp vòi, dẫn xa 35,0m Tổng chiều đàiẫn 243m 2+35m = 521 m lựa chọn thiết bị phơng án truyền dẫn 2.1 Lựa chọn thiết bị: Từ kết tính toán trên, lựa chọn thiết bị nh sau: 2.1.1 Lựa chọn Bơm Các phơng án chọn bơm nêu bảng sau: Bảng Tính bơm dùng hệ thống Vị trí ặt bơm Bơm đầu (1 chiếc) Bơm trung gian (1 chiếc) Bơm cuối (1 chiếc) Hoặc: Bơm cuối (2 chiếc) MoDel Cột áp H Lu lợng Q Loại động Trọng lợng khô Săng thời, 85 kG làm mát nớc Nh Nh TOHATSU VC52-AS Nh trªn 39,2 m (4at) 78,4 m (8at) 98 m (10at) 88 m Nh trªn 1450 1000 600 750 lit/ph Nh trªn Nh trªn Nh trªn Nh trªn Nh trªn Nh trªn TAHATSU V20D2 49 (5at) 68,6 (7at) 650 lit/ph 400 lit/ph Săng thời, làm mát gió 36kG 2.1.2 Lựa chọn ống dÃn: Nh đà tính toán, vòi dẫn vòi vải tráng cao su, D66, tính nêu bảng Bảng Hệ số cản cuộn vòi dẫn nớc chữa cháy dài 20 m Đờng kính vòi dẫn Sức cản vòi dẫn S (s/l)2 m Vòi vải Vòi vải tráng cao su 66 0,077 0,034 2.1.3 Lựa chọn Lăng phun Nh đà tính toán, lăng phun thích hợp lăng số 13, tính nh Bảng Một số lăng phun đợc chọn thông số kỹ thuật chúng Thông số lăng Số hiệu Lu lợng Hệ số Lăng tối đa (lit/ cản s) (S/l)2.m 13 5,8 2,89 Số lăng tối đa Bán kính thủy Cột áp tơng đLu lợng sử lực tơng đơng với l-ơng với lu lợng dụng (lít/s) (lắp song u lỵng sư dơng (m) (m) song) 4,2 lÝt/s 22 53,4 (12,5/3) Các thông số kỹ thuật khác Lăng phun nêu Phụ lục 02 2.2 Phơng án truyền dận bơm cuối lăng phun Nh đà nêu, sử dụng 02 bơm cuối có lu lợng trọng lợng nhỏ hơn, để thuận tiện cho việc vận chuyển rừng Lăng đợc chọn mang số 13, sử dụng lăng lớn hơn, lu lợng nớc qua lăng tăng lên, giảm số lăng cần có; nhng điều dẫn đến tổn thất cột áp qua lăng tăng nhanh (bình phơng lần), không đủ cột áp cho việc phun Bảng sau nêu thông số kết lu lợng nớc vào đám cháy sử dụng phơng án truyền dẫ cuối khác nhau; Bảng Diễn giải phơng án truyền dẫn cuối lợng nớc phun vào đám cháy ( Khi sử dụng hai bơm đầu va bơm trung gian TOHATSU-V52-AS) Bơm cuối Cuộn vòi (D66) Lăng phun Mà hiệu Số bơ m Q (lít/ s) Tổng số lăng Tỉng lu lỵng phun (lÝt/s) TOHATSU 750 87 13 4,2 3 16 6,25 2 VC52-AS 88m TOHATSU 600 35 13 5,8 16 5,8 V20D2 68,6m 2.3 Các phơng án lắp đặt thiết bị theo khoảng cách kênh đến đám cháy Trong thực tế, lúc cần lắp đặt toàn hệ thống Bơm- VòiBồn chứa nh thiết kế, mà dực vào khoảng cánh kênh nớc đến đám cháy, bớt thiết bị, có ba sơ đồ sử dụng thiết bị theo khoảng cách nh hình vẽ (2), (3), (4) nh sau: Sơ đồ cho thấy sử dụng bơm TOHATSU V52-AS, dùng lăng phun số 13, với phơng án đầy đủ có thĨ trun ®Én tèi ®a ®Õn 573m, bá mét bơm 12,5 H (m) Số nhánh bơm Số cuộn Tổng vòi khoảng nhánh dẫn (m) Số hiệu Lu lợng lăng Số lăng nhánh 11,6 trung gian đến 320m, đặc biệt có bơm xuồng sử dụng bơm cuối, khoảng cách tối đa đợc 87m Hình Sơ đồ hệ thống thiết bị_ Khi khoảng cách Kênh- đám cháy đến 573m (với bơm cuối TOHATSU V52-AS) đến 521 m (với bơm cuối TOHATSU V20D2) Hình Sơ đồ hệ thống thiết bị_ Khi khoảng cách Kênh - Đám cháy đến 320m (với bơm cuối TOHATSU V52-AS) đén 273 m (với bơm cuối TOHATSU V20D2) Hình Sơ đồ hệ thống thiết bị_ Khi khoảng cách Kênh - Đám cháy đến 87m Phần III TÝnh to¸n thiÕt kÕ bån chøa níc tÝnh toán 1.1 Tính toán kích thớc bồn chứa theo yêu cầu lu lợng hệ thống 1.1.1 Tính thể tích bể chung + Lu lợng cuối đờng ống yêu cầu 0,75 m3/phút Thời gian gián đoạn máy bơm níc vµo cho phÐp lµ 1,5 -> ThĨ tÝch lu gi÷ thiÕt kÕ cđa bån chøa V>1,0 m3 ThĨ tích Bồn chứa dự định V= 1,5 m3 1.1.2 Chọn hình dạng bể chứa Có thể sử dụng hai phơng án Dạng hình khối lập phơng hình dạng trụ tròn a/ Phơng án hình khối Lập phơng Bể chứa đợc chọn hình hộp chữ nhật, đáy hình vuông; hình dạng so với hình trụ tròn có u điểm thuận tiện để tạo kết cấu khung xơng có khả tháo lắp nhanh, vận chuyển dễ dàng, độ bền vững cao Có thể chọn kích thớc nh sau: - Cao H = 1,0 m - Đáy :(dài x rộng) A xB = 1,2m x 1,2m = 1,44 m2 - ThÓ tÝch thùc tèi ®a cđa bĨ: V max = 1,0 x 1,2 x 1,2 = 1,44 m3 b/ Phơng án Hình trụ tròn Để kết cấu bồn chứa đơn giản, cã thĨ dïng bån chøa h×nh trơ xoay; Víi thể tích chứa nớc yêu cầu 1,5 m3, có thĨ chän kÝch thíc bån s¬ bé nh sau: - Đờng kính đáy D = 1,2 m - Chiều cao h = 1,5 m -> ThĨ tÝch chøa níc tèi ®a; V  D 3,1416.1, 2m H  1,5m 1,5m3 4 BÓ chøa gåm hai khoang nớc vào khoang nớc ra, chia theo đờng kính đáy, đầu nớc vào đầu nớc đặt đối diện sát đáy; hai khoang có ngăn sóng nớc từ khoang vào lan sang KÕt cÊu thĨ dù kiÕn Bån chøa gåm hai phần khung bồn túi nớc, dự kiÕn kÕt cÊu nh sau: a/ Khung bån Khung kÕt cấu 08 cọc (cách 450) 06 vành tròn (cách 30 cm) - Các cọc làm b»ng thÐp èng, dµi 1,8 m Khi lµm viƯc 08 cọc cắm sau 0,3 m xuống đất theo ®êng kÝnh 1,2m, c¸ch ®Ịu gãc 450 - C¸c vành tròn uốn thép tiết diện hình hộp vuông, mặt vành tròng có hàn 08 đai dẹt, cách 450, tạo thành ô liên kết với cột; - Các vòng tròn lồng vào cột, tạo thành lồng sắt cao 1,5 m, đờng kính đáy 1,2 m Khung sắt chỗ dựa túi níc Khi vËn chun, c¸c cäc cã thĨ bã gän lại thành bó, vành buộc lại cơm 2-3 chiÕc, tiƯn mang v¸c; b/ Tói níc - Vật liệu chế tạo túi nớc vải bạt tráng cao su; - Túi đợc may kín thành hình trụ tròn không nắp, đờng kính đáy 1,2 m cao 1,5 m; - Gần sát túi có 02 lỗ tròn, để lắp 02 lỗ tròn, để lắp 02 đầu nối (Resco) liên kết với ống nớc bơm vào èng níc b¬m ra; - Xung quanh miƯng tói cã khâu 08 đai treo, vòng vào đai cđa Khung bån; Khi vËn chun, tói cã thĨ gÊp gọn lại, thành khối; Kết cấu cụ thể khung bồn nớc đợc hình H×nh KÕt cÊu cđa khung bån níc tÝnh søc bỊn ViƯc tÝnh søc bỊn cđa tói níc gåm tính Hệ thống khung Túi nớc Sơ đồ chịu lùc chung cđa Bån chøa níc nh h×nh vÏ 04 Sơ đồ hình rõ: áp lực nớc lực tải tác dụng lên Khung túi Tích phân hai vế ta đợc: Cos d 2.r p.Sin i -> PX =2.r.p (III.3) Gọi lực đơn vị kéo căng đơn vị chiều rộng đặt vào mép hai bên vải (1cm) R (kG/cm), tổng hình chiếu lực lên trục OX phải cân với PX: 2.R Sin = PX (III.4) Thay biểu thức P vào ta cã: 2R Sin = 2.r.p.Sin -> R = r.p (III.5) Ta biÕt ¸p st p phơ thc chiỊu cao cét níc H, chiỊu cao H ®o b»ng cm, ta cã: H p 100 (kG/cm2) R  (III.6) r*H 100 -> (III.7) Trong r H bán kính chiều cao túi nớc, cm R ứng suất kéo vải túi sinh làm việc, kG/cm 100 số chuyển đổi từ chiều sâu cột nớc sang áp lực, (cm3/kG) Khi thể tích V bồn thông số cần thiết phải chän tríc, ta cã: v H  *r2 (III.8) Thay vào ta có: v R 100* * r (III.9) Từ (III.9) xác định bán kính tói r theo thĨ tÝch V vµ øng st cho phÐp R cđa v¶i v r 100*  * R (III.10) R lực kéo 1cm bề rộng vải, phải nhỏ ứng suất kéo cho phép vải R k1.k2 (III.11) Trong đó: k1 hệ số tải trọng động, tính đén dòng xoáy níc bån, lÊy b»ng 1,1; K2 lµ hƯ sè an toµn, lÊy b»ng 1,1  lµ øng suất kéo cho phép vải làm túi nớc cần ph¶i cã V k1.k2 r 100.  v  (III.12) Từ r V, tính ngợc lại chiều cao tói H 3.1.2 NhËn xÐt - Khi b¸n kÝnh tói nhỏ bán kính khung bôn, ứng suất kéo vải phụ thuộc bán kính cong cuae túi vµ chiỊu cao níc tói - Víi thĨ tÝch chứa nớc V đà định, ứng suất kéo R vải tỷ lệ nghịch với bán kính túi r, tăng bán kính r để giảm ứng suất kéo R vải; chiều cao túi H giảm - Khi bán kính túi lớn kính khung bồn, vải túi lồi khung, lµm viƯc tói sÏ tú vµo khung vµ trun mét phần tải trọng lên khung 3.1.3 Phơng án giảm ứng suất vải túi Có thể phân bố tải trọng lên khung cách chế tạo túi có đờng kính lớn đờng kính lớn đờng kính vành; Việc tính toán trờng hợp phức tạp, toán bất định với hai loại vật liệu có tính đàn hồi (vải thép) Bài toán nằm phạm vi Chuyên đề Chúng xin tính toán sơ nh sau: - Gỉa thiết: Phần tải trọng nớc phân bố lên khung tỷ lệ thuận với tỷ số diện tích chắn vành khung (bỏ qua diƯn tÝch ch¾n cđa cét), víi tỉng diƯn tÝch xung quanh túi; - Do tải trọng lên thành túi tăng dần theo chiều sâu H tính từ mặt nớc (xem hình 9), nên bố trí số vành mau dần từ xuống dới đáy - Chọn kích thớc khung bån: H= 150 cm, r = 60cm, Vµnh uèn b»ng thép ống D26; - Chọn tỷ lệ tải trọng phân bố lên vành 1/3, vải chịu tải nh túi nớc cóa chiều cao 2/3 (ở tơng túi H= 100) - Khoảng cách phân bố theo chiều cao vành (xem hình vẽ) là; 50+70+100+140+190+250+320+380 = 1500mm Hình Sơ đồ bè trÝ vµnh khung theo chiỊu cao 3.2 TÝnh søc bỊn hƯ thèng khung C¸c chi tiÕt chÝnh cđa khung bån níc gåm Vµnh khung vµ cäc khung; 3.2.1 TÝnh vành khung Vành khung hình tròn, chịu tác ®éng cđa ¸p lùc cđa níc trun tõ tói níc Khung có nhiều vành nhng vành nằm sát đáy chịu lực lớn chiều cao nớc sâu nhất, Ta cần kiểm tra vành trờng hợp vành chịu toàn tải áp lực nớc truyền qua túi Xét vành nằm sát đáy, chịu áp lực nớc tác động nặt trụ bán kính r chiều cao khoảng cách hai vành liên tiếp: Hình 10: Sơ đồ tính lực kéo vành Giả sử ta cắt vành hai nửa theo đờng kính, xét lực kéo R đặt hai mặt cắt Lực thành phần tác dụng lên túi vải truyền lên vành: dP = p.b.r.d (III.13) Chiếu lực thành phần lên trục ly tâm OX ta có dPX = p.b.r.d Cos (III.14) góc tâm ( biến đổi từ - /2 đến /2) r bán kính bồn nớc (cm) Tích phân hai vế, chia vùng laays tích phân hai phần đến /2 đến -/2 đợc: /2 PX 2.r.b p. Cosi d 2.r.b p.Sin -> (III.15) P áp suất trung bình nớc lên vải, khoảng hai vành liên tiếp nằm sát đáy: p 0, 001.( H  b ) ( kG / cm , H vµ b tÝnh b»ng cm) (III.16) Gọi lực kéo đặt vào hai mặt cắt vành RV (kG / cm2) , tổng hình chiếu lực lên OX phải cân với PX : RV Sin = PX (III.17) Thay c¸c biĨu thức b, P vào ta có: 2.RV Sin 2.r.b.0, 01.( H  b ).Sin (III.18) Víi kÝch thíc khung bån dù kiÕn nªu trªn, thay giá trị khung vào ta đợc: -> RV = 0,01 (kG/cm3).60 cm *30 cm* (150cm - 15cm) = 2430 (kG) RV lực tiết diện, phải nhỏ Lùc kÐo cho phÐp cđa tiÕt diƯn thÐp lµm vµnh RTD RV RTD Sử dụng thép hình vành, ứng st kÐo cho phÐp cđa vËt liƯu lµ:  Ch 28kg / mm2 K   14kG / mm n Trong ®ã K øng suÊt kÐo cho phÐp cđa vËt liƯu [Ch l ] lµ øng st ch¶y cđa thÐp ( = 28 kG/mm2 víi thÐp CT5) n lµ hƯ sè an toµn, lÊy b»ng Từ đó, diện tích tiết diện A thép làm vành cần thiết là: R 2430kG A V 174mm  K 14kG / mm Víi diƯn tÝch A đó, sử dụng tiết diện thép vuông nhằm hạn chế cong vênh dễ hàn tai liên kết với cọc, chọn loại tiết diện thép hình nh nêu bảng sau: Bảng Số hiệu thép chọn chế tạo Vành khung bồn nớc Số hiệu tiết diện Rộng = dài (mm0 Chiều dầy (mm) DiƯn tÝch tiÕt diƯn (mm2) Vu«ng 22 x 22 176 Vu«ng 15 x 15 180 Vu«ng 12 x 12 192 3.2.2 TÝnh cäc khung Cọc khung chịu nén dọc, tải trọng nớc bồn Thờng bồn mặt đất, tải trọng đặt cột nhỏ, nhiên xét trờng hợp nguy hểm nhất: toàn túi treo cột: Tải trọng đặt lên cột là: r H Q k nc (III.19) Trong : k hệ số phân bố tải không lên cọc ( lấy k= 1,4)  lµ tû träng cđa níc (=0,001kG/cm3) nC sè cäc Víi kÝch thíc khung bån dù kiÕn nªu trên, thay giá trị khung vào ta đợc:  602150.0, 001 Q 1, 296.8kG 300kG Sö dụng thép ống (tiết diện vành khăn) làm cọc, ứng st kÐo cho phÐp cđa vËt liƯu lµ: N   N 40kG / mm  13kG / mm n Trong ®ã K øng suÊt kÐo cho phÐp cđa vËt liƯu [N] lµ øng st bền thép (= 40kG/mm2 với thép đúc bon 15 ) n hệ số an toàn, tính đén lùc n, lÊy b»ng Tõ ®ã, diƯn tÝch tiÕt diện A thép làm cọc cần thiết : R 2430kG A v  187mm 2  K 13kG / mm Víi diƯn tÝch A ®ã, cã thĨ chọn loại thép ống tiết diện nh nêu bảng: Bảng Số liệu thép chọn chế tạo Cọc bồn nớc Số hiệu tiết diện Dày b (mm) Đ kÝnh D (mm0 DiÖn tÝch tiÕt diÖn thÐp A (mm2) èng D14x 2 14 201 èng D12x 3 12 227 èng D10x 4 10 236 NhËn xÐt: - Nhìn chung sức bền khung thép thừa; nhng cần tăng kích thớc lên chút để đảm bảo cứng vững bảo quản kho mang vác vận chuyển - Với vành, nên dùng ống vuông a = 22 - 26, dầy b = - - Víi cäc, nªn dïng èng thÐp D = 20 - 26, dÇy b = - để tránh cong vận chuyển Chọn phơng án kết cấu bồn chứa nớc thích hợp Dựa vào phơng pháp tính toán trên, ta tính toán chọn phơng án kết cấu nh sau: 4.1 Tìm kích thớc túi nớc thích hợp Chi tiết quan trọng yêu cầu kỹ thuật cao bồn chứa túi nớc, thị trờng vải bạt có sức bền kéo cao để làm túi npức để khó kiếm Nh phân tích trên, với thể tích nớc V đà định, tăng bán kính túi để giảm ứng suất R vải, nhng bán kính vành khung tăng gây khó khăn cho việc vận chuyển Xét yêu cầu công nghệ, sử dụng phơng án kích thớc túi nớc nh bảng sau Bảng Kích thớc túi nớc thích hợp ứng xuất kéo vải túi Bán kính Bán kính Chiều Thể tích Phơng án (kG/cm) vành rV thực túi r cao H thùc tÕ V Chó thÝch TÝnh Y.cÇu (cm) (cm) (cm) (cm3) 40 52 80 80 50 1,00 50 65 64 64 78 1,00 P.A chän 60 68 60 65 150 1,50 Trong ®ã øng suất yêu cầu vải ứng suất tính toán nhân với hệ số an toàn (1,15) Phơng án phơng án thích hợp nhất, đợc sử dụng để thiết kế bồn nớc 4.2 Xác định kích thớc khung thích hợp Từ phơng án túi nớc, suy phơng án cho khung bồn chứa nh sau: Bảng 8: Kích thớc khung bồn nớc thích hợp Vành Cäc Ph¬ng B.kÝnh r Chó Sè l- Ch.cao T.diƯn Sè lTiết diện thép án thích (cm) ợng H (cm) thép îng 80 Vu«ng 22 x 110 D28x2 60 Vu«ng 24 x 130 D30x3 60 Vu«ng 26 x 150 D30x3 P.A chän thiÕt kÕ Néi dung tÝnh to¸n c¸c chi tiết tơng tự nh trên, không trình bày Phần IV: tính khảo nghiệm máy tính Khảo sát phần mềm Exel Sử dụng phần mềm Exel để khảo sát ứng suất vải lµm tói níc, thĨ tÝch tói V chän cè định chiều cao túi H thay đổi theo bán kính r (Xem file Exel “khasat.xls”, sheet 2) Hinh Quan hệ ứng suất vải R với bán kính túi r, thể tích túi cố định V = 1m3 Đồ thị cho thấy: Với thể tích V = 1m3, ứng suất R xuất vải túi giảm nhanh tăng bán kính r Khảo sát tính toán phần mềm Matlab 1.1 Khảo sát tÝnh to¸n hƯ thèng thủ lùc (Xem file Matlab “tinhthuyluc.mdl”) Khảo sát tính toán thuỷ lực hệ thống dẫn phun nớc đợc thực máy tính phần mềm Matlab Simulink 5.2, sơ đồ chơng trình tính toán nêu hình dới, đó: Chơng trình có ba khối, số liệu đầuvào nằm bên trái sơ đồ: a Khối khối tính toán mạch dẫn bơm 01, bao gồm thông số đầu vào: - H bom 1: Cột áp bơm đầu, đặt thuyền (tra theo bơm đợc chọn); - H tudo 1: Cét ¸p tù sau khái cuối đờng vòi (chọn); - Q bom 1: Lu lợng bơm đầu, đặt thuyền (tra theo bơm đợc chọn); - S voi123: Sức cản 01 cuộn vòi, số liệu đợc dùng cho vùi ba khối a, b, c (tra theo loại cuộn vòi đợc chọn); b Khối trêncùng khối tính toán mạch dẫn bơm 01, bao gồm thông số đầu vào: - H bom 2: Cột áp bơm trung gian (tra theo bơm đợc chọn); - H tudo 2: Cột áp tự sau khỏi cuối đờng vòi (chọn); - Q bom 2: Lu lợng bơm trung gian (tra theo bơm đợc chọn); c Khối khối tính toán mạch dẫn bơm 01, bao gồm thông số đầu vào: - H bom 3: Cột áp bơm cuối, túc bơm phun chữa cháy (tra theo bơm đợc chọn); - H tudo 3: Cột áp cần có để đạt chiều cao phun (yêu cầu > 8m) - Q bom 3: Lu lợng bơm cuối (tra theo bơm đợc chọn) - S lang: Sức cản 01 lăng phun (tra theo lăng phun đợc chọn) - n lang: Số lăng phun lắp song song (có thể chọn đến 4) Hình 10 Sơ đồ tính toán Thuỷ lực hệ thống dÃn phun nớc máy tính Kết tính toán nằm bên phải: - L Dau : Chiều dài dÃn nớc đoạn đầu (m); - L Tgian: Chiều dài dÃn nớc đoạn trung gian (m) - L Cuoi: Chiều dài dÃn nớc đoạn cuối, từ bơm cuối đến lăng (m) - ChDai tong L: Chiều dài tổng cộng thuyền đến lăng phun (m) Khi thay đổi thông số đầu vào (bên trái) cách nháy chuột vào ô tơng ứng, làm thay đổi thông số đầu bên phải 2.2 Khảo sát tính toán ứng suất căng vải túi (Xem file Malab tinhtui.mdl) Khảo sát tính toán ứng suất vải túi thực máy tính phần mềm Matlab Simulink 5.2, sơ đồ chơng trình tính toán nêu hình dới Chơng trình có hai khối, số liệu đầu vào nằm bên trái, kết nằm bên phải sơ đồ: a Khối khảo sát ứng suất kéo vải thay đổi chiều cao túi H, khối dới khảo sát ứng suất kéo vải túi thay đổi bán kính túi r; k1 k2 hệ số động hệ số an toàn; b Trị số Rmax ứng suất tối đa vải, ứng với trị sè tèi ®a cđa biÕn sè H hay r; c Khi chạy chơng trình, cửa sổ đồ thị R=f(H) đồ thị R=f(r) hiển thị hình; d Khi thay đổi thông số đầu vào (bên trái) cách nháy chuột vào ô tơng ứng, làm thay đổi thông số đầu bên phải Hình 11 Sơ đồ chơng trình tính toán khảo sát ứng suất vài túi nớc máy tính Hình 12 Đồ thị ứng suất vài phụ thuộc bán kính túi R=f(r) (bên trái) ứng suất vài phụ thuộc chiều cao túi R=f(H) (bên phải) Trong trục OY ứng suất vải R, trục OX bán kính túi r (đồ thị bên trái) chiều cao túi H (đồ thị bên phải) Phần V Phụ lục Phụ lục 01: Tính kỹ thuật ống hút ®Èy níc (Theo TLTL[3]) B¶ng HƯ sè c¶n cđa cuộn vòi dẫn nớc chữa cháy dài 20m Đờng kính Sức cản vòi dẫn S (s/l)2.m Vòi vải Vòi vải tráng cao su vòi dẫn 51 0,300 0,130 66 0,077 0,034 77 0,030 0,015 89 0,00385 110 0,00200 150 0,00045 Phụ lục 02: Tính kỹ thuật Lăng phun nớc (Theo TLTK [3]) Bảng Hệ số sức cản độ dẫn số lăng chữa cháy Đờng kính d(mm) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 s S m Søc c¶n 8,26 5,64 3,98 2,89 2,40 1,63 1,26 0,99 0,787 0,634 0,516 0,425 0,353 0,295 0,249 0,212 () ( ) §é dÉn p s m 0,348 0,421 0,504 0,588 0,682 0,783 0,891 1,01 1,13 1,26 1,39 1,53 1,68 1,84 2,00 12,17 Bảng Cột áp H, lu lợng Q bán kính thuỷ lực R số lăng chữa cháy cầm tay R (m) Đờng kính miệng lăng d (mm) 13 16 19 22 25 H(m) Q (l/s) H(m) Q (l/s) H(m) Q (l/s) H(m) Q (l/s) H(m) Q (l/s) 10 11 8,4 9,4 11,6 12,7 15,3 16,6 1,7 1,8 2,0 2,1 2,3 2,4 7,9 9,2 10,6 12,1 13,7 15,4 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 7,8 9,2 10,7 11,7 13,4 15,2 3,5 3,8 4,1 4,3 4,6 4,9 7,5 8,8 10,3 11,9 13,1 15,0 4,6 5,0 5,4 5,8 6,1 6,5 7,4 8,7 10,1 11,6 13,0 16,6 5,9 6,4 6,9 7,4 7,8 8,3