Đồ án trạm bơm và cấp thoát nước

Đồ án sinh viên năm 5.bách khoa đà nẵng.hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh

MỤC LỤC

CHƯƠNG I:SỐ LIỆU THIẾT KẾ TRẠM BƠM I.1.Cao độ các đường đồng mức trên bình đồ vị trí xây dựng trạm

BÌNH ĐỒ KHU VỰC XÂY DỰNG TRẠM BƠM BỒNG GIANG TL:1:1000

I.2.hệ số tưới tại đầu mối

I.3.Quá trình mực nước sông theo tháng ứng với p=75% tại vị trí xây dựng trạm bơm:

I.5.Cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới =26.5 (m)

I.6.Cao trình mực nước lũ cao nhất ứng với p=1% là =24 (m)

I.7.Cao trình mực nước thấp nhất ngoài sông ứng với p=90% là =19.3 (m)

I.8.Các tài liệu khác.

- Nhiệt độ trung bình của nước sông là t0 = 25oC

-Mật độ phù sa trong nước sông W=0.7 (Kg/m3)

-Trên tuyến thăm dò cho thấy lớp đất canh tác là đất thịt pha sét

-Khu vực tram bơm gần đường giao thông liên tỉnh và đường dây điện cao thế 10kv

CHƯƠNG II:BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

II.1.Chọn tuyến công trình

Căn cứ vào nhiều yếu tố để ta có thể chọn 1 tuyến công trình hợp lí nhất về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế của công trình

Phương án chọn như trên hình vẽ:Thuận dòng và khối lượng đào đắp tương đối đảm bảo, bãi sông rộng tạo điều kiện thi công thuận lợi, tuyến ngắn, ít bị bồi lắng hay xói lở,tuyến công trình phải đảm bảo ổn định

II.2.Hình thức bố trí công trình trạm

Công trình lấy nước bố trí riêng biệt với trạm bơm

Nước được lấy từ sông, dẫn theo kênh dẫn tới bể hút, qua máy bơm thông qua ống hút rồi theo đường ống áp lực ra bể tháo ra kênh tưới

Sơ bộ tính toán cột nước của trạm

H =Zyc –= 26.5-19.3 = 7.2 m

Vì cột nước không lớn nên bố trí bể tháo gần nhà máy

CHƯƠNG III :THIẾT KẾ KÊNH THÁO VÀ KÊNH DẪN

III.1 Chọn lưu lượng thiết kế cho trạm bơm

- Chọn lưu lượng thiết kế trạm bơm dựa vào đường quá trình lưu lượng cần ở bảng 2

Nó được chọn là trị số lớn nhất trong biểu đồ có số ngày tương đối dài (t>=20 ngày)

III.2 Thiết kế kênh tháo

Chọn mặt cắt kênh hình thang, thiết kế mặt cắt hình thang ứng với lưu lượng Qtk=23.12 (m3/s)

Hệ số mái trong và mái ngoài của kênh chọn m1 =1,5; m2 = 1,5

Hê số nhám n = 0,0225(Phụ lục J TCVN 4118-2012)

Độ dốc đấy kênh i = 1/6000

Từ các chỉ tiên của kênh tháo ta xác đinh theo mặt cắt thủy lực lợi nhất

Tk Q

i m R

ln

4 )

, Với

m m

m = + 2 −

0 2 1

, m = 1,5

* Bề rộng của đáy kênh

-Sơ bộ tính chiều sâu h dựa vào điều kiện ổn định của lòng kênh

)(

3 Q m

A

h= TK

A : hệ số A = 0,7÷1,0 ⇒ Chọn A = 0,9

0,1 0,2

23.12 0.0047 1.799

7.50

4.17 1.386 2.49 28.01 0.8327.74

4 0.0039 1.926 3.89 1.435 2.76 32.19 0.86 0.864

9.248 0.0118 1.27

1.188

1.52

14.8

1 0.62

0.515

Ta thấy h tính toán chênh lệch ít so với h chọn sơ bộ nên kết quả tính toán chấp nhận được

III.3 Xác đinh cao trình đáy kênh tháo và bờ kênh tháo

Cao trình tưới tự chảy của kênh là ZYc = 26.5 m cũng là cao trình của đáy kênhtháo ứng với Qtk

- Cao trình của đáy kênh: Zđk = ZYc− htk = 26.5 − 2.49 = 24.01 m

- Cao trình của bờ kênh : Zbk = Zđk + hmax + a = 24.01 + 2.76 + 0,4 = 27.17 m

a = 0,4 m : chiều cao an toàn ( Q = 10~30 m3/s)

III.4 Xác định đường quá trình mực nước trong bể tháo

* Lập bảng tính cao trình mực nước bể tháo ứng với từng thời kì tưới với từng cấplưu lượng khác nhau :

Cột 1 : Ngày bắt đầu tưới

Cột 2 : Ngày cuối của chu kì tưới

Cột 3 : Số ngày của một chu kì tưới

Cột 4 : Lưu lượng tưới

Cột 5 : Tk

Q

i m R

ln

4 )

, Với

m m

m = + 2 −

0 2 1

, m = 1,5 Cột 6 : Từ f(Rln) và n tra bảng 8-1 BTTL ⇒ Rln

2 28/02 26 23.12 0.0047 1.799 7.50 4.17 1.39 2.49 26.5001/0

3

21/0

0.0048

1.77

2.4

6 26.4722/0

3 05/04 15 20.06 0.0054 1.705 4.40 1.36 2.32 26.3306/0

4

22/0

0.0052

1.72

2.3

7 26.3725/0

4

09/0

0.0060

1.63

2.1

9 26.2013/0

7 22/07 10 16.83 0.0065 1.597 4.70 1.33 2.13 26.1329/0

7

20/0

0.0057

8 9 5 0 1

III.5 Thiết kế kênh dẫn

Trạm bơm phục vụ cho tưới nên kênh dẫn và kênh tháo có cùng lưu lượng nên

có thể lấy mặt cắt ngang của kênh dẫn làm mặt cắt ngang của kênh tháo theo các kíchthước sau:

CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN CÁC LOẠI CỘT NƯỚC IV.1 Tính cột nước thiết kế Htk

Công thức tính: HTK = hđhbq + ∑ht

Trong đó :

∑ht: Tổng tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ trên đường ống chọn theo kinh

nghiệm thiết kế ∑ht = 1- 1,50 đối với trạm bơm có cột nước thấp và = 10%hdh với trạm bơm có cột nước cao

+ hđhbq : cột nước địa hình bình quân ( m )

hđhbq được tính theo phương pháp bình quân gia quyền : “ Công tiêu hao để bơm nước lên với cột nước bình quân gia quyền bằng công cần tiêu hao để bơm nước lên với cộtnước trong từng thời kỳ ”

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=constKết quả tính toán được lập trong bảng 3

Trong đó:

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 sông 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).

Sốngày

1 02/0

26.48

IV.2 Tính cột nước lớn nhất và nhỏ nhất với tần suất thiết kế P=75% để kiểm tra máy bơm

)(37.45,187.2H

)(11.75,161.5H

min min

max max

m h

h

m h

h

tt

tk đh TK

tt

tk đh TK

=+

=+

=

=+

=+

=

IV.3 Tính cột nước lớn nhất và nhỏ nhất với tấn suất kiểm tra

Hmax , Hmin ứng với tần suất kiểm tra P =90% và P = 1%:

)(23.45.135.2308.26H

)(16.75.182.2048.26H

max min

min

min max

max

m h

Z Z

m h

Z Z

tt bh

bt KT

tt bh

bt KT

=+

−

=+

−

=

=+

−

=+

−

=

CHƯƠNG V:CHỌN MÁY BƠM, ĐỘNG CƠ VÀ MÁY BIẾN ÁP

V.1 Chọn máy bơm

V.1.1.Chọn số máy bơm

Số lượng máy bơm (n) là một chỉ tiêu có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn về mặtthiết kế cũng như quản lí vận hành của trạm sau này Nó quyết định trực tiếp đến loạimáy bơm và loại nhà máy bơm Số lượng máy bơm nhiều dễ đảm bảo chạy máy theocác yêu cầu cấp nước, nhưng vố đầu tư sẽ tăng lên, và quản lý phức tạp hơn Trongtrường hợp số máy n nhỏ khối lượng công trình bao che nhỏ hơn nhưng mức độ antoàn cấp nước sẽ kém hơn

Yêu cầu của việc chọn số lượng máy bơm và lưu lượng một máy bơm là phảiđảm bảo thỏa mãn cung cấp đầy đủ nước theo biểu đồ lưu lượng yêu cầu một cáchchính xác với hiệu quả kinh tế cao nhất

Với kinh nghiệm thực tế để đáp ứng các yêu cầu trên số máy bơm thường nằmtrong phạm vi:

Lập biểu đồ lưu lượng của trạm qua các thời kì bơm nước và sắp xếp theo thứ

tự từ lớn đến nhỏ Dựa vào biểu đồ lưu lượng ta đề xuất ra phương án số máy làm việcđảm bảo về lưu lượng và hiệu suất

Lưu lượng cơ sở: q =

56.112

12.232

max = =

Q

(m3/s)

Nhận xét: Phương án này có số tổ máy ít nhưng khó khăn trong việc cung cấp nước

trong quá trình sử dụng lưu lượng, nếu sử dụng 1 tổ máy trong thời kì lưu lượng khác

8

3≤n≤

23.12 m3/s thì thiếu nước,máy bơm hoạt động không hiệu quả Còn sử dụng 2 tổ máythì gây lãng phí Do đó phương án này không hiệu quả về mặt kĩ thuật cũng như vềkinh tế Nếu chọn phương án này thì phải điều chỉnh lại biểu đồ cung cấp nước.

Lưu lượng cơ sở: q =

71.73

12.233

12.234

max = =

Q

(m3/s)

Nhận xét: Ta thấy rằng này cũng khó khăn trong việc cấp nước Đây không phải là

phương án hiệu quả nhất về mặt kinh tế Nếu sử dụng phương án này thì phải hiệu chỉnh lại biểu đồ cung cấp nước

• Phương án 4: Z=5 tổ máy

Lưu lượng cơ sở: q =

62.45

12.234

max = =

Q

(m3/s)

Nhận xét: Ta thấy phương án này vận hành rất hợp lý và hiệu quả, lưu lượng

cần tưới và lưu lượng bơm chênh lệch nhau không đáng kể do đó ta không cần hiệuchỉnh lại biểu đồ cung cấp nước Phương án này đạt hiệu quả cao về mặt kinh tế kỹthuật

V.1.2 So sánh các phương án chọn số máy bơm:

Qua sự phân tích từng phương án như trên ta thấy phương án 4 là hợp lý nhất

và đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Do đó ta chọn phương án 4 để thiết kế

- Số tổ máy Z =z + 1 = 5+1 = 6 (Thêm 1 máy dự trữ)

V.1.3.Chọn máy bơm

Lưu lượng thiết kế cho một máy bơm là

)/(62.45

12

s m Z

Q Q

tram TK

Cột nước thiết kế của máy bơm là HTK =6,2 m

Ứng với lưu lượng thiết kế của một máy bơm làQtk = 4.62 (m3/s) và Htk = 6,2(m) Tratrên biểu đồ sản phẩm loại máy bơm hướng trạc,trục đứng của Nga.Ta chọn được loại máy bơm OД6-110-485

Các thông số của máy bơm hướng trục,trục đứng OД6-110-485 là:

ᶯ(%

)

Ntrục(kw)

Nđc(kw)

Hyc

(m)

G(kg) Loại độngcơ điệnOД6

V.2 Chọn động cơ

Động cơ điện có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất làm việc và tuổi thọ của máy bơm Việc chọn động cơ phải dựa trên 2 yêu cầu chính đó là:

- Công suất lắp máy lớn nhất của động cơ ứng với tần suất thiết kế

- Số vòng quay của máy bơm

Ứng với mỗi loại máy bơm sẽ có một loại động cơ điện đồng bộ đi kèm, trong trường hợp không có động cơ đi kèm với máy bơm để chọn thì có thể chọn một loại

động cơ theo bảng tra rồi kiểm tra theo các điều kiện yêu cầu tương thích giữa động cơ

V.2.1.Kiểm tra số vòng quay

Sự chênh lệch của số vòng quay phải nằm trong phạm vi cho phép

∆ n =

%3100.500

485500100

−

âc

b âc n

n n

≤ 5%

Như vậy là thỏa mãn

V.2.2.Kiểm tra công suất:

1.Điều kiện kiểm tra

- Công suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ làm việc trong môi trường phải nhỏ hơn công suất định mức của động cơ

< NHđc

Trong đó :

TK dc N

+ NHđc : Công suất định mức của động cơ (Lấy ở bảng thông số kỹ thuật củađộng cơ).

+ : Công suất động cơ điện

Sau đó kiểm tra theo cho 2trường hợp:

+ Máy bơm và động cơ làm việc với tần suất thiết kế

+ Máy bơm và động cơ làm việc với tần suất kiểm tra

Khi một trong hai điều kiện trên không thỏa mãn thì phải có biện pháp xử lýhoặc chọn động cơ khác Do ở đây là bơm hướng trục nên ta lấy Hb = Hmax và Qb tratương ứng với Hmin , trong đó Hmin có 2 trường hợp là và

2.Kiểm tra trường hợp máy bơm làm việc với tần suất thiết kế

Trong đó: Qb = QTK = 4.62 (m3/s)

Hb = = 6.2 (m)

= 0.83 : Hiệu suất máy bơm ứng với Qb, Hb

= 1 : Hiệu suất truyền động

K =1.05 : Hệ số dự trữ công suất

Vậy, ta có:

= 355 (kW) < NHđc = 480 (kW) nên thỏa mãn điều kiện

3.Kiểm tra với trường hợp máy bơm làm việc theo tần suất kiểm tra

Kiểm tra với trường hợp máy bơm làm việc với tần suất kiểm tra (P = 1% và P= 90%):

với = 7.11 (m)

Qb = 4.62 (m3/s) và = 0.83

Vậy, ta có:

=408 (kW) < NHđc = 480 (kW) nên thỏa mãn điều kiện

-Kiểm tra với trường hợp máy bơm làm việc với tần suất thiết (P=75%):

V.3 Chọn máy biến áp:

Vì điện áp của động cơ thường là 220/380, 3000V hay 6000V, nhỏ hơn điện áp nguồn

do đó phải bố trí trạm biến áp cho trạm bơm

Khi chọn máy biến áp phải căn cứ vào 3 yếu tố chủ yếu:

+ Dung lượng yêu cầu của trạm bơm Syc

+ Điện áp của nguồn Ung

+ Điện áp của động cơ Vđc

Trong đó : Dung lượng yêu cầu của trạm được tính theo công thức sau :

td đc

đc H

cos

.

3 2

1

+

ϕη

tk m dc H

N K N

NTK max : Công suất lớn nhất tại trục động cơ khi làm việc với tần suấtthiết kế (P = 75%) NTK

Lấy Ntd = 100 (kW)Thay vào công thức trên ta có :

0,86*0,83*5*4801,05* 0,8.*100 2464

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

TM - 5600 /10 với các thông số kỹ thuật sau :Loại Máy

Biến áp

Dung lượng(kvA)

Điện áp lớn nhất Trong lượng

(KG)Cao áp (Kv) Hạ áp (Kv)

CHƯƠNG VI:CHỌN CAO TRÌNH ĐẶT MÁY

Cao trình đặt máy bơm phải thỏa mãn yêu cầu an toàn khí thực trong mọi chế độ vận hành và cũng không đặt quá thấp để tránh tăng khối lượng công trình Để chọn caotrình đặt máy trước tiên ta dùng lưu lượng và cột nước thiết kế để tính, sau đó kiểm tratrạng thái làm việc khác phải bảo đảm chống được khí thực

VI.1 Chọn cao trình đặt máy theo điều kiện không sinh khí thực.

VI.1.1.Tính cao trình đặt máy theo điều kiện đảm bảo máy không sinh ra khí thực khi máy bơm làm việc với cột nước thiết kế.

Cao trình đặt máy bơm được tính theo công thức sau:

Zđm = Zbh min + [ hs ] (*) Trong đó:

-Zđm : Cao trình đặt máy

-Zbh min là mực nước thấp nhất trong bể hút, Zbh min =19.3 m

-[ hs ] : Độ cao hút nước địa hình cho phép của máy bơm

[hs] được tính theo công thức :

=19.3-2=17.3 m

Để thỏa mãn 2 điều kiện trên chọn

TK dm Z

= 17.3 (m)

VI.2 Kiểm tra trường hợp bất thường của động cơ

Xác định cao trình đặt máy theo công thức (*) đảm bảo không sinh khí thực khi máy bơm làm việc ở chế độ thiết kế Để đảm bảo khi máy bơm làm việc ở các chế độ khác chế độ thiết kế vẫn bảo đảm không sinh khí thực, ta còn phải kiểm tra khí thực ở các chế độ giới hạn là chế độ làm việc với Hmax và Hmin nữa

VI.2.1 Trường hợp máy bơm làm việc với cột nước kiểm tra lớn nhất

Với Hmax=7.16 m,tra trên đường đặc tính Q: H ứng với θ

  =10.31-0.335-0.5-10=-0.525 m

Và Z’đm = 19.3-0.525= 18.775 (m) > ZTK

đm = 17.3 (m)Vậy máy bơm làm việc an toàn , không sinh ra hiện tượng khí thực

VI.2.2.Trường hợp máy bơm làm việc với cột nước kiểm tra nhỏ nhất.

Với Hmin=4.23 m,tra trên đường đặc tính Q: H ứng với θ

  =10.31-0.335-0.5-6=3.475 m

Và Z’đm = 19.3+3.475 = 22.775 (m) > ZTK

đm = 17.3 (m)Vậy máy bơm làm việc an toàn , không sinh ra hiện tượng khí thực

* Kết luận :

Qua việc kiểm tra lại cao trình đặt máy trong 2 trường hợp trên ta thấy máy bơm làm việc an toàn trong mọi trường hợp

Vậy cao trình đặt máy thiết kế

TK đm

Z

= 17.3 (m) được chọn an toàn

CHƯƠNG VII:THIẾT KẾ NHÀ MÁY VII.1 Chọn loại nhà máy

Trong thực tế đối với trạm bơm tưới phục vụ nông nghiệp việc phân loại nhà máy bơm thường theo điều kiện cấu tạo, có thể chia làm ba loại cơ bản sau: nhà máy kiểu móng tách rời, kiểu buồng và kiều khối tảng

- Lưu lượng của một máy bơm q1mb = 4.62 (m3/s) , Htk = 6.2 m

- Loại máy bơm hướng trục,trục đứng 1 cửa nước vào

- Chiều cao hút nước dương hs<0

- Dao động mực nước trước bể hút:

∆Z = Zmax - Zmin = 24 – 19.3 = 4.7 (m) => Dao động mực nước lớn

Với các điều kiện trên ta sẽ xây dựng nhà máy bơm khối tảng

VII.2.Tính chọn kích thước, cấu tạo nhà máy, ống hút

VII.2.1 Thiết kế ống hút nhà máy bơm khối tảng

Số ống hút của nhà máy chọn bằng số máy bơm

hm = 0.8+2.278=3.08 (m)

• Gian bơm :

La nơi đặt máy bơm chính , có thể xây từng gian riêng biệt bởi các tường ngăn

hoặc không có tường ngăn Gian bơm phải được khô ráo ,sạch sẽ, đặc biệt chống thấm

từ nơi ngoài vào

- Chiều rộng móng :

Bm = loh + bVới : b = 0,5b1 + b3 + δ2

Cao trình đáy ống hút:

Cao trình sàn động cơ:

-Khoảng cách giữa hai trục máy bơm:

Ltr = Db + 2a4 + δ

Db : kích thước của máy bơm (Tra bảng)

δt : chiều dày tường biên

Để chống thấm từ ngoài vào ta chọn chiều dày tường biên ở tầng dưới bằng BTCTdày 0.9 (m).Tầng trên tường xây gạch,có chiều dày lă δt = 0,3(m)

l- chiều dài sàn lắp ráp l=5.5 (m), được tính từ trục cột ngoàicùng đến trục qua tim tường biên

b4=1.5 (m) (lối đi giữa 2 động cơ)

⇒ Ltd = 5.11*(6- 1) + 5.5 + 2.43+ 2*1.5 +2*0.3+0.2=37.28 (m)

⇒ Lttr=35.78-0.2=37.08 m

•Kích thước tầng trên nhà máy bơm khối tảng:

Khoảng cách từ sàn động cơ đến vị trí kéo lên cao nhất của móc cẩu:

h : chiều dài trục động cơ (tra bảng)

Ta chọn Htr = 8.5 m (tính từ sàn động cơ đến mép dưới ray dầm cầu trục)

Từ đó tính được cao trình dầm cầu trục (mép dưới ray):

(m)

CHƯƠNG VIII:THIẾT KẾ ĐƯỜNG ỐNG ĐẨY, BỂ HÚT, BỂ THÁO VIII.1.Thiết kế đường ống đẩy

V n

Q D

π

4

=

n : số ống đẩy đồng thời làm việc của các máy bơm chính n = 5

VKT: Vận tốc kinh tế chảy trong ống lấy theo kinh nghiệm VKT= (1.5÷

2.5) m/s.Chọn VKT = 2,3 m/s

Qbq : Lưu lượng bình quân của trạm được tính theo công thức

( )( 3/ )3

3

s m t

t Q

i bq

bq KT