4.6.1. Thiết kế bể hỳt
Bể hỳt là phần nối tiếp kờnh dẫn với nhà mỏy bơm, bể hỳt được chia làm 2 phần chớnh:
- Phần mở rộng của kờnh dẫn;
- Phần tập trung nước cũn gọi là cụng trỡnh lấy nước.
1. Thiết kế phần mở rộng của kờnh dẫn.
Phần mở rộng cú nhiệm vụ nối tiếp giữa kờnh dẫn và bể, chiều dài của đoạn mở rộng phụ thuộc vào gúc mở . Nếu lớn thỡ chiều dài đoạn mở rộng ngắn, do đú tốc độ dũng chảy giảm đột ngột sinh ra dũng chảy xoỏy cuộn trong bể. Nếu nhỏ thỡ chiều dài đoạn mở rộng tăng lờn, dẫn đến vận tốc dũng chảy giảm làm cho bựn cỏt lắng đọng trước bể hỳt làm ảnh hưởng đến việc tiờu nước của trạm và làm tăng chi phớ quản lớ hằng năm của trạm bơm do phải nạo vột thường xuyờn. Do đú việc chọn làm sao cho ta kết quả là tốt nhất. Kớch thước của bể thỏo được thiết kế như sau:
+ Gúc mở = 45o (ứng với Vk = 0,517 m/s). + Đoạn dốc:
- Độ dốc của đoạn dốc id = 0,20;
-Chiều dài của đoạn dốc Ld được xỏc định theo cụng thức:
d đct đk d i Z Z L (4.42) Trong đú:
- Zđk : Cao trỡnh đỏy kờnh dẫn theo kết quả tớnh toỏn trước, Zđk = –2,0 m; - Zđct : Cao trỡnh đỏy cụng trỡnh lấy nước bằng cao trỡnh đỏy buồng hỳt, theo kết quả tớnh toỏn ở trờn Zđbh= –3,2 m. Vậy: Ld= 6 20 , 0 ) 2 , 3 ( 0 , 2 m. +Đoạn mở rộng:
kờnh dẫn, đỏy lớn bằng chiều dài cụng trỡnh lấy nước, chiều cao là chiều dài đoạn mở rộng. Chiều dài đoạn mở rộng được xỏc định theo cụng thức:
2 cot * 2 g B B L ct k mr (4.43) Trong đú:
- Bct : Chiều dài của cụng trỡnh lấy nước, theo kết quả tớnh toỏn ở phần trờn thỡ cú:
Bct = n.L1gian = 6*4,45– 0,6 = 26,1 m (4.44) Với
- 0,6m: chiều dày phần tường trụ pin hai bờn cụng trỡnh; - L1gian : Chiều dài của 1 gian thiết kế L1gian = 4,45 m; - n : Tổng số mỏy bơm (kể cả mỏy dự trữ), n = 6 mỏy;
- Bk :Chiều rộng kờnh dẫn, theo kết quả thiết kế kờnh dẫn ta được Bk = 8,5 m.
- Gúc mở rộng, = 45o.
Thay cỏc dữ liệu vào (4.43) ta được: ). ( 2 , 21 2 45 cot * 2 5 , 8 1 , 26 m g L o mr + Kết cấu phần mở rộng:
- Đỏy: dưới cựng dải cỏt lút dày 5 cm, sau đú dải vải địa kĩ thuật chịu lực, tiếp theo dải đỏ dăm 1 x 2 dày 10 cm, trờn cựng lỏt tấm bờ tụng cốt thộp M200 kớch thước 60x60x8 cm, trừ lỗ 6 để chống đẩy nổị
- Mỏi: dải vải địa kĩ thuật chịu lực phớa dưới, bờn trờn lỏt tấm bờ tụng cốt thộp kớch thước 60x60x8 cm, trừ lỗ 6 để chống đẩy nổị
2. Thiết kế cụng trỡnh lấy nước
Cụng trỡnh lấy nước cú nhiệm vụ phõn phối nước cho cỏc nhà mỏy bơm và ngăn cản rỏc bẩn chui vào mỏy bơm. Trong đú kớch thước của cụng trỡnh tập trung nước phụ thuộc vào số mỏy bơm, cỏch bố trớ ống hỳt và chiều dài trụ phin quyết định.
ạ Thiết kế trụ pin
Chiều dài của tường trụ pin là khoảng cỏch từ miệng ngoài cựng của buồng hỳt đến đầu ngoài cựng của trụ pin. Nú cú tỏc dụng hướng cho dũng chảy vào buồng hỳt được thuận, trờn đú phải đủ để bố trớ cỏc khe phai, khe van, khe lưới chắn rỏc và cầu
cụng tỏc. Để giảm cỏc phễu nước ở cửa vào miệng ống hỳt thỡ chiều dài trụ pin xỏc định theo cụng thức:
Ltp 2.Dv. = 1,35*2 = 2,7 m, (4.45) Với: Dv là đường kớnh của miệng ống hỳt, Dv = 1,35m;
chọn Ltp= 4,0
- Chiều dầy của trụ pin chọn bt = 0,6 m.
- Cao trỡnh đỉnh trụ pin: trụ pin cần đủ cao để khi mực nước bể hỳt dõng cao vào mựa lũ vẫn cú thể đi lại trờn đỉnh trụ pin:
Ztp = max bh Z + a (4.46) với max bh Z = +2,96m là cao trỡnh bể hỳt lớn nhất và chọn a = 0,5 m thỡ : Ztp = (+2,96) + 0,5 = +3,46 ( m).
Dọc trụ pin ta bố trớ khe van, khe phai, khe lưới chắn rỏc tự động, cầu cụng tỏc. Cụ thể như sau:
+ Khe van đặt ngay trước buồng cỏch miệng vào buồng hỳt 0.8m kớch thước của khe là 0,20 0,15 m.
+ Khe lưới chắn rỏc cú kớch thước 0,20 0,15 m, nghiờng 75o.
b.Thiết kế phần tập trung nước.
Phần tập trung nước cú nhiệm vụ phõn phối nước cho cỏc ngăn bơm và ngăn cản rỏc bẩn chui vào mỏy bơm. Trờn bỡnh đồ phần tập trung nước cú dạng hỡnh chữ nhật. Mỏi dốc bể tập trung nối tiếp với cụng trỡnh lấy nước trước trạm bơm bằng cỏc tường cỏnh gà nghiờng một gúc 45o so với mộp trong của trụ pin cụng trỡnh lấy nước, tường cỏnh gà cú tỏc dụng chắn đất giữ ổn định cho bờ bể hỳt. Tường cỏnh gà bao gồm tường đứng, tường sườn và bản đỏy được đổ bằng bờ tong cốt thộp M200, cắt ngang tường cỏnh gà được thể hiện trờn hỡnh 4.5 saụ
Tường sườn Bản đáy Tường đứng 0.40 6.6 6 0.5 0 1.00 0.60 4.00 Hỡnh 4.5. Mặt cắt ngang tường cỏnh gà
Chiều rộng của tuyến lấy nước đó được xỏc định ở phần trờn: Bt = 26,1 m. Theo kinh nghiệm khi tỷ số Bt/bk= 6,2 sẽ hỡnh thành khu nước quẩn dưới đỏy dũng chảỵ Nếu trị số đú xuống nhỏ hơn 4 thỡ hiện tượng đú sẽ mất. Kiểm tra điều kiện: 4 3,07 8,5 26,1 b B k t
Như vậy chiều dài tuyến lấy nước đảm bảo điều kiện khụng sinh ra nước quẩn dưới đỏy dũng chảỵ
4.6.2. Xỏc định kớch thước ống đẩy
Ống đẩy làm nhiệm vụ dẫn nước từ mỏy bơm lờn bể xả, ống đẩy cú thể làm bằng cỏc loại vật liệu khỏc nhaụ
1. Chọn tuyến đường ống đẩy và định vị cỏc bệ đỡ
Tuyến đường ống đẩy được chọn đảm bảo cỏc yờu cầu sau: - Tuyến ống đẩy thẳng, ớt chỗ ngoặt;
- Điều kiện địa chất và điều kiện địa chất thủy văn tốt; - Thuận tiện cho cụng tỏc thi cụng;
- Độ dốc của ống phự hợp với độ dốc mặt đất.
Căn cứ vào cao trỡnh đặt mỏy, cao trỡnh mực nước bể thỏo chọn tuyến đường ống đẩy là thẳng. Để bảo vệ ống đẩy cần phải đầm từng lớp cẩn thận khu vực tuyến ống đẩy đi qua rồi lút một lớp bờ tụng M100 dày 15cm, đổ bờ tụng cốt thộp bao quanh ống dầy 10cm. Sơ đồ tuyến ống đẩy thể hiện trong hỡnh 4.6 saụ
Hỡnh 4.6. Tuyến ống đẩy
2. Vật liệu làm ống
Do ống đẩy khụng dài và đường kớnh khụng lớn nờn chọn ống đẩy thộp.
3.Xỏc định số đường ống và đường kớnh ống
Do ống đẩy khụng dài (l < 100 m) nờn chọn mỗi mỏy bơm 1 ống đẩy, vậy số ống đẩy của trạm bơm là n = 6 ống đẩỵ
Do ống đẩy khụng dài nờn việc tớnh đường kớnh kinh tế là khụng cần thiết, chọn đường kớnh ống bằng đường kớnh miệng ra của mỏy bơm Dụđ = 0,9m.
4.6.3. Thiết kế bể thỏo
1. Nhiệm vụ của bể thỏo
Bể thỏo là phần cụng trỡnh nối tiếp ống đẩy và kờnh xả nước, cống qua đờ, bể thảo cú cỏc nhiệm vụ sau:
- Nối tiếp ống đẩy và kờnh xả, cống qua đờ, đảm bảo dũng chảy thuận vào kờnh với tổn thất ớt nhất ở bể thỏo;
- Đảm bảo tiờu hao hết năng lượng trước khi dũng chảy vào kờnh
- Ngăn khụng cho dũng chảy ngược từ bể thỏo vào ống đẩy khi mỏy bơm ngừng hoạt động;
Do vậy khi thiết kế bể thỏo cần đảm bảo một số yờu cầu sau: + Kết cấu bể thỏo bền vững và ổn định;
+ Kớch thước và hỡnh dạng bể thỏo đảm bảo cho dũng chảy thuận về mặt thuỷ lực và hợp lớ về mặt kinh tế;
+ Thuận tiện cho việc thi cụng, quản lý và sửa chữạ
Chọn loại bể thỏo thẳng dũng, cú trục của bể thỏo trựng với trục của kờnh xả.
3. Xỏc định cỏch nối tiếp bể thỏo với nhà mỏy bơm và vị trớ đặt bể thỏo
ạ Cỏch nối tiếp bể thỏo với nhà mỏy bơm
Cú hai hỡnh thức bố trớ bể thỏo là: bố trớ bể thỏo liền nhà mỏy và bố trớ bể thỏo rời nhà mỏỵ Đối với trạm bơm La Tiến xem xột hai phương ỏn đặt bể thỏo sau:
* Phương ỏn I: Đặt bể thỏo liền nhà mỏỵ
+ Ưu điểm:
- Cú thể lợi dụng được tường hạ lưu của nhà mỏy làm tường bể thỏo; - Đường ống đẩy ngắn, tiết kiệm được vật liệu làm ống đẩy;
- Đường ống đẩy bố trớ phớa trong tường hạ lưu nờn giảm được hiện tượng nứt góỵ
+ Nhược điểm:
- Phải cú mối nối chống lỳn và chống thấm ở chỗ tiếp giỏp giữa bể thỏo với tường của nhà mỏỵ Và khắc phục triệt để nhược điểm này tương đối khú khăn;
- Phớa tường hạ lưu phải làm bằng bờ tụng cốt thộp cao hơn sàn của động cơ vỡ mực nước bể thỏo lớn nhất ( Zmax 6,12m
bt ) lớn hơn cao trỡnh sàn động cơ (Zsđc = +3,64m ) 2,48m, do đú làm cho nhà mỏy sẽ khụng thụng thoỏng. Tốn điện thắp sỏng cho nhà mỏy;
- Phương ỏn này được bố trớ khi dao động mực nước là thấp hơn miệng ra của ống đẩy ở tường nhà mỏy bơm.
* Phương ỏn II: Đặt bể thỏo xa nhà mỏy
+Ưu điểm:
- Trỏnh được kết cấu bể thỏo khụng nằm trờn nền đất mượn, tăng độ ổn định cho cụng trỡnh;
- Tạo cho tầng trờn được thụng thoỏng và tầng trờn khụng cần phải nõng quỏ cao làm tăng chiều cao của nhà mỏỵ Khụng mất cụng xử lớ khe lỳn giữa nhà mỏy và bể xả.
- Kết cấu đơn giản hơn, khụng phải xử lý thấm vào sàn động cơ. Xử lý kết cấu của bể xả và nhà mỏy đơn giản hơn. Như vậy khụng cú sự ràng buộc giữa nhà mỏy và bể làm cho cụng trỡnh xả ớt ảnh hưởng tới kết cấu nhà mỏy;
+ Nhược điểm:
tường bể thỏo;
- Do bể thỏo nằm xa nhà mỏy do đú phần ống đẩy dẫn ra bể thỏo sẽ lớn. Trờn đường ống đẩy phải bố trớ nhiều khớp nối ở chỗ đường kớnh ống thay đổi, khớp nối chống nhiệt,…Khối lượng bờ tụng cốt thộp của đường ống và cụng trỡnh xử lớ lớn;
- Bố trớ bể thỏo xa nhà mỏy, hiện tượng lỳn khụng đều sinh ra làm cho đường ống dễ bị nứt. Do đú cần cú biện phỏp bảo vệ đường ống đẩy bằng cỏch phớa trờn đắp đất hoặc đặt đường ống trong một đường ống riờng để trỏnh ảnh hưởng của cỏc điều kiện ngoại cảnh tỏc động đến làm hỏng đường ống;
- Phớa dưới ống phải bố trớ cỏc trụ đỡ, bệ nộo nhằm giảm lực dọc trục ở đường ống hoặc phải gia cố nền;
Qua so sỏnh hai phương ỏn trờn nhận thấy chọn phương ỏn II làm phương ỏn thiết kế bể thỏo cho trạm bơm La Tiến phự hợp.Vỡ nếu đặt bể thỏo gần sỏt nhà mỏy thỡ đường ống đẩy ngắn, giảm được chi phớ ống đẩy nhưng khi đú bể thỏo sẽ được đặt trờn lớp đất đắp (đất đắp lại sau khi mở múng) dẫn đến lỳn khụng đều quỏ lớn, hơn nữa do cỏc đường ống quỏ ngắn nờn cỏc khớp co gión khụng thể khắc phục hết được làm bẻ gẫy đường ống, nếu đặt bể thỏo xa nhà mỏy làm tăng chi phớ ống đẩy nhưng ống đẩy sẽ làm việc an toàn hơn rất nhiềụ
b. Vị trớ đặt bể thỏo
Sau khi xem xột tỡnh hỡnh thực tế quyết định đặt bể thỏo cỏch nhà mỏy 5,0 m (đặt bể thỏo ra ngoài lớp đất đắp trả lại sau khi mở múng).
Khi đặt bể thỏo xa nhà mỏy cần phải cú biện bảo vệ ống đẩy khụng bị phỏ hoại bởi mụi trường bờn ngoài, làm cỏc khớp co gión để ống đẩy khụng bị đứt góy do hiện tượng lỳn khụng đều giữa nhà mỏy và bể xả.
4. Vị trớ đặt ống đẩy
Để cho dũng chảy sau khi ra khỏi miệng ống đẩy thuận dũng vào bể thỏo, khụng sinh ra nước chảy xoỏy, súng trong bể thỏo và khi sữa chữa một mỏy khụng ảnh hưởng đến toàn trạm thỡ bố trớ cỏc trụ pin cú chiều dày dtp = 0,6 m, chiều dài trụ pin Ltp=3,5.. Trờn trụ pin bố trớ cầu cụng tỏc và khe phai cú kớch thước 0,2x0,2.
5. Biện phỏp ngăn dũng chảy ngược
Với đường kớnh ống đẩy Dụđ = 0,9 m, chọn hỡnh thức ngăn dũng chảy ngược bằng nắp ống đẩy đúng mở tự động cú bố trớ đối trọng. Nắp ống đẩy cú bố trớ đối trọng được thể hiện trờn hỡnh vẽ 4.7sau:
0.30 0.65 ỉ1. 08 1.04 Hỡnh 4.7. Nắp ống đẩy
6. Tớnh toỏn thủy lực bể thỏo
* Xỏc định đường kớnh miệng ra của ống đẩy
Để giảm tốc độ nước ra khỏi ống đẩy, đường kớnh miệng ra lấy theo cụng thức sau: Do = (1,1 1,2)*Dođ.= (0,991,08)
Trong đú D là đường kớnh ống đẩy, Dođ = 0,9 m ; Vậy chọn Do = 1,2*0,9=1,08 m.
* Xỏc định vận tốc dũng chảy ở miệng ra của ống đẩy Vra
Vận tốc dũng chảy ở miệng ra Vra của ống đẩy được xỏc định theo cụng thức:
2 o ra D * Q * 4 V (4.47) Trong đú:
- Q : Lưu lượng tớnh toỏn ống đẩy khi mực nước nhỏ nhất, tức là Q ứng với cột nước bơm Hmin = 2,95 m, tra đường đặc tớnh của mỏy bơm HTD8400-5,2 ta được Q = 2,67 m3/s; Thay số vào (4.47) ta cú: 2,91 08 , 1 * 14 , 3 67 , 2 * 4 Vra 2 m/s.
*Độ sõu ngập nhỏ nhất của mộp trờn miệng ra của ống đẩy hngmin đảm bảo dũng chảy ra ngập lặng được xỏc định theo cụng thức:
g . 2 V * ) 3 2 ( h 2 ra min ng (4.48) Trong đú:
- Vra :Vận tốc dũng chảy ở miệng ra của ống đẩy, theo tớnh toỏn ở phần trờn Vra = 2,91 m/s;
- g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. Vậy : hngmin = (2 3)* 81 , 9 * 2 91 , 2 2 ( 0,86 1,29) m. Chọn hngmin = 0,9m.
* Chiều sõu nhỏ nhất trong giếng tiờu năng của bể thỏo Hg min
Chiều sõu nhỏ nhất trong giếng tiờu năng của bể thỏo được xỏc định theo cụng thức sau:
Hg min= Do + hngmin + P (4.49)
Trong đú:
- P: Khoảng cỏch từ mộp dưới miệng ra của ống đẩy đến đỏy bể, trong trường hợp này P = 0,25 m.
Cỏc thụng số cũn lại như đó giải thớch ở trờn. Vậy: Hg min= 1,08 + 0,9 + 0,25 = 2,23 ( m). * Chiều cao của thềm tiờu năng ht
Chiều cao của thềm tiờu năng được xỏc định theo cụng thức:
ht = Hg min – hkmin (4.50)
Trong đú:
- hkmin:Cột nước nhỏ nhất trong kờnh, theo tớnh toỏn ở cỏc phần trước thỡ
min k
h =0,77m;
Cỏc thụng số cũn lại như đó giải thớch như trờn. Vậy: ht = 2,23 – 0,77 = 1,46 m.
- Dạng thềm tiờu năng: chọn dạng thềm đứng.
* Cao trỡnh đỏy giếng tiờu năng Ztnđ
Cao trỡnh đỏy giếng tiờu năng tn đ Z được tớnh theo cụng thức: tn đ Z = Zminbt Hgmin (4.51) Trong đú:
- Zminbt : Cao trỡnh mực nước bể thỏo nhỏ nhất, min bt
Z = +4,91m; - Hg min : Chiều sõu nhỏ nhất trong giếng tiờu năng, Hg min= 2,23 m. Vậy: tn
đ
Theo kớch thước định hỡnh của mỏy bơm HTĐ8400-5,2 của cụng ty cổ phần bơm chế tạo bơm Hải Dương và theo thiết kế ống đẩy thẳng tuyến nờn thiết kế hạ thấp cao trỡnh đỏy bể thỏo và kờnh dẫn xuống một độ cao bằng 1,34m. Tức là cao trỡnh đỏy bể thỏo và đỏy kờnh xả lỳc này là:
tn đ Z = 2,68 – 1,34 = 1,34m; kt đ Z = 4,14 – 1,34 = 2,8m;
* Chiều sõu lớn nhất của giếng tiờu năng Hgmax
Chiều sõu lớn nhất của giếng tiờu năng Hgmaxđược xỏc định theo cụng thức:
max g
H = HgminZ (4.52) Trong đú:
- Z: chờnh lệch mực nước trong bể thỏo, ZZmaxbt Zminbt 6,12–4,91 =