BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC – TRẠM BƠM

Các bạn có thể tải về và áp dụng công thức với những công suất khác, bản đồ án này được 10đ trong đồ án môn học, đã được làm một cách kỹ càng về cả công thức, trích nguồn cũng như tiêu chuẩn, cảm ơn các bạn đã quan tâm và chúc các bạn kết thúc môn học với điểm A. Xin cảm ơn! Nguyễn Tuấn Linh

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNGHÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC – TRẠM BƠM

Sinh viên thực hiện : Nhóm 17

Nguyễn Tuấn Linh Trần Duy Cường

Chuyên ngành : Thiết kế công trình xử lý môi

trường Giảng viên hướng dẫn : Tiến sĩ Phạm Đức Tiến

Hà Nội, tháng 10 năm 2018

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH THU TRẠM BƠM Thiết Kế Công Trình Thu Nước Ngầm – Trạm Bơm cấp I – Trạm bơm cấp II

NHÓM 17.

NƯỚC NGẦM ĐỀ NHÓM 17 NƯỚC MẶT ĐỀ NHÓM 16 (BỊ ĐẦY)

5 Tính toán giếng khoan làm việc riêng lẻ

6 Tính toán giếng khoan làm việc đồng thời

Chương I: Tính Toán công trình thu nước ngầm.

- Mực nước cao nhất trên trạm: 9m.

- Chiều dài ống đẩy: 1500m.

- Số đám cháy xảy ra đồng thời: 2x30 l/s.

- Số giờ làm việc trong ngày:24h.

II Tính toán công trình thu nước ngầm.

2 Chọn tầng chứa nước.

 Dựa vào mặt cắt địa chất, có 1 tầng có khả năng thu được nước:

 Chọn tầng cát thô: 14m (lý do chọn: chất lượng nước tốt, là tầng chứa nước có áp,

 Công suất thiết kế của trạm xử lý là 40000m3/ngđ, để thỏa mãn điều kiện giếng khoan làm việc ổn định ta chọn sơ bộ giếng khoan là 10 giếng hoạt động và 3 giếng dự trữ

 Lưu lượng mỗi giếng: Q = = 4000 (m3/ngđ) = 167m3/h = 46,4(l/s)

b Sơ đồ bố trí giếng.

 Chọn khoảng cách giữa các giếng ta phải xem xét đến độ hạ mực nước của các giếng khi làm việc đồng thời sao cho lưu lượng lấy ra tại mỗi giếng luôn đảm bảo Q= 4000m3/ngđ

- Nếu khoảng cách giữa 2 giếng liền kề gần nhau quá thì khi làm việc đồng thời sẽ không ổn định làm độ hạ mực nước quá mức cho phép.

- Nếu khoảng cách giữa các giếng quá xa, tổn thất lớn, chi phí xây dựng và quản lý cao

- Khoảng cách giữa 2 giếng liền kề được xác định dựa vào bán kính ảnh hưởng và độ hạ mực nước

4 Tính toán ống lọc và ống vách.

a Tính toán ống lọc.

 Kiểu loại đã chọn: theo trang 21 – phạm vi ứng dụng của các loại ống lọc,

ta lấy nước ở tầng cát thô  chọn ống lọc quấn dây.

 Chiều dài công tắc của ống lọc: Với m =14m, L = 0,7 – 0.9m, chọn 0,8m.

Q : lưu lượng thiết kế của giếng khoan (m3/ng)

L: là chiều dài công tác của ống lọc(m)

V: là vận tốc nước chảy qua ống lọc(m/ng)

D= = Tra theo TC Kích thước ống thép:

Ta có D lọc = 498 làm tròn = 500mm

Kiểm tra lại chiều dài ống lọc: L = = = 11,21(m)

Vậy chiều dài ống lọc: 11,2m

- Công suất 40000 m3/ngđ, chọn 10 giếng, lưu lượng mỗi giếng là:

Q=m3/ngđ = 167m3/h = 46,4(l/s)

- Với Q = 46,4 l/s thuộc (38 ÷ 57) theo bảng 2.1: Chọn đường kính ống vách vào bơm

- Đường kính ngoài của bơm bằng 250mm

- Đường kính tối ưu của ống vách(đường kính ngoài) bằng 380mm

- Đường kính tối thiểu của ống vách(đường kính trong) bằng 300mm

 Chọn kiểu loại ống lọc: Thu nước ở tầng cát thô, nên ta chọn kiểu ống lọc quấn

dây, dây quấn có tiết diện tròn, d=1 ÷ 2,5 mm

b Tính chọn ống vách.

- Vật liệu làm ống vách là thép ( vì dùng để ngăn nước chất lượng xấy từ các tầng

phía trên chảy vào giếng, gia cố, bảo vệ, tránh sạt lở giếng, chống sập giếng)

- Theo quy phạm, D ngoài của ống vách ≥ D lọc +50mm  D vách ≥ 500 +50 =

550m tra bảng 2-1  đạt

5 Tính giếng khoan làm việc riêng lẻ.

a Tính độ hạ mực nước trong giếng.

Áp dụng công thức 2-17 với giếng khoan hoàn chỉnh thu nước ngầm có áp

S=0,37 x log (m)Trong đó:

S: độ hạ mực nước trong giếng khi bơm(m)

Q: là lưu lượng của giếng bằng 4000m3/ngđ

R: là bán kính ảnh hưởng, tra bảng 2.2, R = 250m

R: là bán kính ống lọc, r = = = 0,25 m

K: là hệ số thấm của tầng chứa nước, tra bảng 2.2, K = 55 m/ng

M: là chiều dày tầng chứa nước, m = 14m

S=0,37 x = 5,77 mVậy khi bơm làm việc với Q = 3000m3/ngđ thì độ hạ mức nước là 5,77m

b Tính tổn thất mực nước qua ống lọc:

Áp dụng công thức thực nghiệm Abramốp (CT 2-6)

∆S = a (cm)Trong đó:

∆S: là tổn thất mực nước qua ống lọc (cm)

Q: lưu lượng khai thác của giếng (m3/ngđ)

S: là độ hạ mực nước trong giếng khi bơm (m)

K: là hệ số thấm của tầng chứa nước (m/ng)

a: là hệ số phụ thuộc vào kết cấu ống lọc Chọn ống bọc luới quấn dây a=15 ÷ 20, chọn15

: là diện tích xung quanh của ống lọc.(m2): =DL = 3,14 x 0,5x 14 = 22 (m2)

Với L: Chiều dài ống lọc, với giếng thu hoàn chỉnh có áp L = tầng thu nước = 14m

=>∆S = a = 15 = 66 (cm/ng)

c Tính độ hạ mực nước giới hạn (S ≤ Sgh):

Do là giếng khai thác nước ngầm có áp nên áp dụng công thức 2-46:

Sgh = H – (0,3 ÷ 0,5)m - ∆S - ∆HbTrong đó:

H: là chiều sâu mực nước tĩnh tính đến đáy cách thủy khi chưa bơm = hiệu số cao trìnhmặt nước tĩnh và cao trình đáy tần nước ngầm

H = MNT - (MĐ + Ʃcao trình) - MNT = (0,7+7+11+4+13+11+13+5+2+14) + (-4,7) =76m

m: là chiều dày tâng chứa nước, m = 14m

∆S: là tổn thất mực nước qua ống lọc (m)

∆Hb: là độ sâu đặt bơm dưới mực nước động Lấy từ 2-5m, chọn 3m

Vậy:

Sgh = 76 – 0,4 x 14 – 0,66 – 3 = 65,34 m

So sánh S<Sgh Vậy độ hạ mực nước trong giếng thỏa mãn điều kiện kiểm tra

6 Tính toán giếng làm việc đồng thời.

- khi có nhiều giếng làm việc song song trong tầng chứa nước, sự làm việc của mỗi

giếng gây ra ảnh hưởng đến sự làm việc của giếng khác trong nhóm Mức độ ảnh hưởng của các giếng gần nhau phụ thuộc vào:

+ Đặc trưng của tầng chứa nước

+ Lưu lượng khai thác

+ Khoảng cách giữa các giếng

- Sơ đồ bố trí giếng

a Nhóm giếng hoàn chỉnh có áp bố trí bất kỳ ta áp dụng công thức 2-80 – abramốp.

S1 = (Q1log +Q2log +Q3log +…….+Qnlog )

Trong đó:

S1 là độ hạ mực nước ở giếng 1 khi giếng làm việc đồng thời

Q1, Q2,…Qn là lưu lượng của các giếng số 1,2…n

R là bán kính ảnh hưởng xác định ứng với chuyển đông ổn định và không ổn định

ro là bán kính giêng số 1

r1-2,r1-3 r1-n: Khoảng cách từ các giếng số 2,3 n đến giếng tính toán số 1

- Các giếng trong từng nhóm 1,5,6,10 và 2,3,4,7,8,9 có độ hạ mực nước tươngđương nhau,

- Nhóm giếng 2,3,4,7,8,9 có độ hạ mực nước cao hơn cao nhóm 1,5,6,10

- Giếng 11, giếng 12 và giếng 13 là giếng dự trữ

- Tính cho giếng bất lợi nhất đại diện là giếng 2

S1 = 4000(log +log +log )= 6,138m

Đối với giếng 5,6,10 tương tự

 Xét giếng 2

Với: Q = 4000m3/ngđ

R = 250, k= 55, m=14, ro= 0,25m

r1-2 , r3-2 , r7-2 = 200m

r6-1, r9-2=200 m  nằm ngoài bán kính ảnh hưởng

S2 = 4000(log +log +log + log )= 6,325m

Đối với giếng 3,4,7,8,9 tương tự

 So sánh S2<Sgh Vậy độ hạ mực nước trong giếng 2 thỏa mãn điều kiện xảy ra,

Cao độ mực nước tĩnh là -4,7m

Độ hạ mực nước khi giếng làm việc đồng thời S2= 6,325m

 Tổn thất qua ống lọc tại giếng 2 là :

∆S = a = 15√ = 68,6 (cm/ng)

 Cao độ mực nước động là:

MNĐ = MNT – S2 -S = -4,7 – 6,325-0,686= -11,711m

III Tính toán trạm bơm cấp I

 Sơ đồ bố trí sơ bộ máy bơm trong 1 giếng

- Cao trình mặt đất: -0,7

- Cao trình đặt bơm = -11,711 - 3( là độ sâu đặt bơm dưới mực nước động Lấy từ 2 đến 5m, chọn 3m.)=-14,711m

 Xác định lưu lượng áp lực bơm.

Đoạn ống nối từ máy bơm qua nhà trạm và đến điểm nối với ống đầy chung của tất cả các giếng chia làm 10 đoạn.tất cả các ống đẩy đều là ống thép

- Lưu lượng của bơm:

Qb = Qg = Qm3/ngđ = 167m3/h = 46,4(l/s)

- Cột áp của bơm

Hb = TXL-MNĐ +∑h +htđTrong đó: TXL là mực nước cao nhất trên trạm xử lý (9m)MNĐ là mực nước động

Sốcôn,cút,tê

=1,7

2 cút

135 =1

1 cônthu =0,1

1 con

mở =0,25

1 tê =1,51khóa=

1

(1,5+1) =0,735

Vậy : ∑hcb =1,043+0,44+0,248+0,558+0,248+0,735 =3,272 m

∑h = hdd+hcb = 44,2+3,272= 47,472m

Hb = TXLMNĐ +∑h +htđ = 9+11,711+47,472+1,5=69,683 m

o Chọn bơm:

Với Q = 46,4/s, Hb =69,683 m  đổi sang đơn bị bar = 6,8335 bar

Biểu đồ hệ loại bơm cỡ 10 trang 215, với Q và H ta chọn được kệ KM150

Dựa vào biểu đồ trang 222 sổ tay máy bơm – Th.S Lê Thị Dung – NXD Xây Dựng(2012)

Với hệ Km150 ta chọn được đường đặc tính số 4

Chọn bơm KM150-4 với hiệu suất =73%, p =10,7 kW

o Chọn động cơ.

Với bơm KM150-4 chọn động cơ là U86-2/55

Mã bơm: 55154, PN = 45kw, PM =53kw, L = 2096mm, A=1423mm,B=2250mm, C=1340mm

Max = 241mm, E =323,9mm

Lắp đặt đứng DN1=DN2=DN3= 150mm

Trang 223 sổ tay máy bơm – Th.S Lê Thị Dung – NXD Xây Dựng (2012)

Xác định điểm làm việc của máy bơm trên đường ống:

Là giao của đường đặc tính máy bơm và đường đặc tính của đoạn ống mà máy bơm chạy qua đến trạm xử lý

SQ

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH THU NƯỚC MẶT

ĐỀ 16 (BỊ ĐẨY)

II.1 Thông số thiết kế

Công suất thiết kế : 22000 m 3 /ngđ Cao trình mặt đất : 16,3 m

MNCN : 11,5 m MNTN : 7,5 m MNCN trên TXL : 12 m Chiều dài ống đẩy : 3500 m

Số đám cháy : 2x30 l/s

Số h làm việc : 24h Địa chất công trình : không ổn định

Bờ sông : bờ thoải

Hàm lượng cặn : 231 mg/l

Độ lớn thủy lực hạt cặn : 0,5 m/s

II.2 Tính toán công trình thu

II.2.1 Chọn dạng công trình thu

 Vì dạng bờ sông thoải, mực nước cao nhất và thấp nhất chênh nhau khá cao(4m) đồng thời cấu tạo đất đá sông là không ổn định nên ta chọn loại côngtrình thu nước xa bờ, và kiểu phân ly, trạm bơm cấp I tách riêng với công trìnhthu

 Để đảm bảo cho việc an toàn sử dụng và thuận tiện khi thay rửa nên ta chọncông trình thu có 2 ngăn thu, 2 ngăn hút

 Dùng ống tự chảy

II.2.2 Song chắn rác

- Chọn song chắn rác hình chữ nhật, đặt ở cửa thu nước của công trình

- Cấu tạo: gồm các thanh thép tiết diện tròn (Ф10) đặt song song với nhau, hàn vàokhung thép hình chữ nhật Khoảng cách giữa các thanh thép là 40 mm

- Song chắn rác được nâng thả nhờ ròng rọc hoặc tời quay

- Diện tích công tác của song chắn rác:

W =K1K2K3 Trong đó:

+ Q: là lưu lượng tính toán của công trình Q= = 0,255 /s)

+ v: vận tốc nước chảy qua song chắn rác Theo trang 87 vận tốc này nên lấy trong khảong 0,2-0,6 m/s khisông nước đục và thu nước nên chọn vận tốc này nhỏ; chọn v= 0,6 m/s + K1: Hệ số co hẹp do các thanh thép

Chọn K3= 1,1 (tiết diện tròn)

n: số cửa thu nước (n=2)

 W= x1,25x1,25x1,1 = 0,365 (m 2 )

 Kích thước song chắn rác: 0,75 m x 0,5 m

 Số thanh thép trong song chắn rác:

Gọi số thanh thép trong song chắn rác là n => số khoảng cách làn+1

=> 10n + (n+1)40= 500 => n= 9,2 Chọn n= 9 thanh

 Diện tích công tác của lưới:

W =K1K2K3 Trong đó + Q= 0,255 ( /s)+ n: số lượng cửa đặt lưới, n=2 + v: vận tốc chảy qua lưới:chọn v= 0,4 m/s + K1:Hệ số co hẹp

K1 =(1+p) Với a: kích thước mắt lưới.a=3 mm

d:đường kính dây đan lưới.d=1 mm

p:tỉ lệ giữa phần diện tích bị khung và các kết cấu khác chiếm so với diện

tích công tác của lưới.Lấy p = 10% = 0,1

 K1=(1+0,1) =1,956 + K2:Hệ số co hẹp do rác bám vào lưới,K2 = 1,5+ K3:Hệ số kể đến ảnh hưởng hình dạng.lấy K3= 1,5

 Kích thước lưới chắn rác: 1,2m x 1,2m

II.2.4 Ngăn thu- ngăn hút nước

- Số ngăn thu nước: 2

- Trong ngăn thu bố trí song chắn rác, thang lên xuống, thiết bị tẩy rửa, thiết bịvớt rác, song chắn rác dự trữ…

- Chiều cao lưới chắn rác: h1= 1,2 m

- Chiều rộng lưới chắn rác: Blưới= B4= 1,2m

 Kích thước mặt bằng ngăn thu

Chiều rộng: A1=1,6 ÷ 3m Chọn A1= 2,4 m

Chiều dài: B1 = Blưới + 2e

e = 0,4÷ 0,6m Chọn e = 0,6 mB1 = 1,2 + 2 x 0,6 = 2,4m

 Kích thước mặt bằng ngăn hút

Chiều rộng ngăn hút: A2 = 1,5 ÷ 3 m, chọn A2 = 2,4 mChiều dài: B2≥ 3Df

Df là đường kính phễu hút: Df = (1,3÷1,5)Dh

Dh là đường kính ống hút Chọn Dh = 300 mm => Df = 1,5 x 300 = 450 mm

 Chiều cao gian quản lí

Chiều cao gian quản lí công trình thu : chọn h= 5m Kích thước gian máy trạm bơm cấp I:

Chọn chiều dài, chiều rộng gian máy lần lượt là 10 m, 6 m

II.2.5 Họng thu nước

Họng thu nước là bộ phận đầu tiên của công trình thu nước xa bờ nó có nhiệm vụ thu đủ khối lượng nước yêu cầu với chất lượng đảm bảo để để dẫn qua ống tự chảy về công trình Theo đặc điểm thu nước và cấu tạo, chọn nhóm họng thu nước thườnng xuyên ngập; loại họng thu bằng bê tông ứng dụng cho các công trình cỡ trung bên trở lên

Chiều cao họng thu và vị trí đặt cần chọn sao cho họng làm việc an toàn, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Chiều cao họng thu có thể lấy như sau: vị trí đặt sâu so với mực nước thấp nhất

h1: chiều cao lớp nước tính từu mực nước thấp nhất đến đỉnh họng thu, không có hoạt động nào khác lấy h1=1m

hs: chiều cao lấy theo kích thước song chắc rác hs= 0,75m

h2: chiều cao bảo vệ (0,1-0,3m) lấy h2=0,25m

h3: khoảng cách từ đáy sông đến mép dưới miệng thu nước/ (0,5-1m) chọn h3=1m

- v: vận tốc nước chảy trong ống(0,75-1,5m/s) lấy v= 1m/s

D = = 0,4 (m)

Chọn ống có đường kính d = 400mmKhả năng tự làm sạch của đường ống theo công thức A C Obradopxki

Co <

Trong đó:

Co: hàm lượng cặn của nước sông (kg/m3)

: khả năng vân chuyển của dòng chảy trong ống tự chảy

= 0,11Với:

: độ lớn thủy lực trung bình của hạn cặn (m/s) - = 0,5 m/s

U: vận tốc lắng cặn, có thể xác định theo công thức:

U = c- hệ số sedi phụ thuộc vật liệu ống

 Rửa ống tự chảy: sử dụng phương pháp rửa thuận

Dòng nước rửa chảy trong đường ống theo chiều đúng như khi làm việc bình thường ống đặt dốc về phía ngăn thu Khi rửa đóng 1 ống, còn 1 ống sẽ hoạt động tăng cường, vận tốc trong cống tăng, cặn lắng được tẩy rửa, hàm lượng cặn của nguồn nước khá nhỏ nên sử dụng phương pháp này sẽ tiết kiệm và hợplý

Ưu điểm: đơn giản, dễ quản lý, công suất đảm bảo ổn định, mực nước cao nhất

và thấp nhất chênh nhau khá cao (4m) nên tạo được áp lực cần thiết

Thiết kế trạm bơm cấp I

II.3 Tính toán trạm bơm cấp I

II.3.1 Chọn sơ bộ bơm

 Dùng 4 bơm công tác và 2 bơm dự phòng

 Với lưu lượng mỗi bơm: Qb = = (l/s)

Sơ bộ dựng sơ đồ bố trí máy bơm trong trạm bơm

II.3.2 Tính toán tổn thất

Bảng II.1: Tổn thất dọc đường từ phễu hút đến trạm xử lý (E => C1 => bơm (1) => TXL)

Bảng II.2: Tổn thất cục bộ từ phễu hút đến TXL (E => C1 => bơm (1) => TXL)

Đoạ

Phễu,côn,tê,cút,khóa,van

v (m/s)

Hb=(

∑ξ).(m)g

=9,81m/s

phễuhút1cút901khóa1tê1

0,134

DQ

1cút901khóa1cônthu

0,066

QN

1cônmở1khóa1van1chiều1cút901tê

0,204

mở

0,012

tê1cônmở1khóa1van1chi

0,228

ều2cút90

II.3.3 Tính cột áp toàn phần và chọn máy bơm

Với S = ; : tổng tổn thất từ ống hút trạm của trạm bơm đến tạm xử lý

Ʃh = 13,438 m

S = = 0,00082Lập bảng:

=Hhh+SQ2

0,000

6,5125

0,000

10,6125

20,000

19,435

45

8,8

Từ bảng trên ta dựng đường đặc tính của 1 đường ống

0 50 100 150 200 250 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45

- Cao độ số đám cháy lấy theo bài =230l

- Khoảng cách đến điểm dùng nước bất lợi nhất:17m

- Cao độ tại điểm dùng nước bất lợi nhất: 27m

- Đường kính tuyến ống dẫn đến điểm dùng nước bất lợi nhất ( tự chọn với lưu lượng vận chuyển bằng 10% công suất)

- Giờ dùng nước:

GIỜDÙN

LƯULƯỢNG

6

21-22

2

22-23

2

23-24

4

1 Lưu lượng của các bơm.

Chọn sơ bộ bơm: 4 bơm làm việc, 2 bơm dự trữ

 Các bơm cấp II bơm nước từ bể chứa nước sạch cấp vào mạng lưới phân phối

Chọn số lượng bơm làm việc trong các khung giờ:

Giờ

trong

ngày

Chế độ bơm theo bậc thang

Lượng nước tiêu

thụ %/Qng

Lượngnước bơm

%/Qng

Lượngnước vào đài

%/Qng

Lượngnước

ra đài

%/Qng

Lượngnước còn lạitrong đài

%Qng

Số bơm làm việc

1 Qua bảng thống kê ta thấy:

o Trạm bơm có 4 cấp bơm với cùng một loại bơm

o Lưu lượng của trạm bơm khi 1 bơm làm việc:

Trong đó Vđh: thể tích điều hòa của đài nước tính bằng thể tích nướclớn nhất còn lại trong đài

nhất trong bể chưa nước sạch, lấy bằng 6mHz: độ chênh giữa cao trình mặt đất nơi đặt đài nước và trục bơm = 0m

Hd chiều cao xây dựng đài chọn Hd=30m

Ho chiều cao mực nước lớn nhất trong đài nước Ho=5m

hh: tổng tồn thất trên đường ống húthd:tổng tốt thất trên đường ống đẩy

Q1 ống = Qtrạm max /2 = = 104 (l/s)

Sử dụng hình 1 trang 9 và hình 3 trang 11 sổ tay máy bơm.Ta chọn ống hút

là ống thép