Việc tớnh toỏn cao trỡnh đặt mỏy là cụng đoạn đúng vai trũ quan trọng trong việc thiết kế. Việc tớnh toỏn hợp lý cao trỡnh sẽ quyết định việc đảm bảo yờu cầu kỹ thuật cho nhà mỏy đồng thời lựa chọn được phương ỏn lợi nhất về kinh tế.
Nếu cao trỡnh đặt mỏy thấp, ỏp lực chất lỏng trong khe cỏnh quạt tăng nờn khả năng chống khớ thực tốt, tăng tuổi thọ mỏy bơm nhưng kinh phớ xõy dựng cao.
Nếu cao trỡnh đặt mỏy cao, ỏp lực chất lỏng trong khe cỏch quạt giảm, dễ phỏt sinh hiện tượng khớ thực làm hư hỏng mỏy bơm hoặc làm mỏy bơm khụng được nước, nhưng kinh phớ xõy dựng nhỏ.
Cao trỡnh đặt mỏy thường phụ thuộc vào những yếu tố sau:
- Cao trỡnh mực nước bể hỳt (Zbh): Cần đảm bảo khi mực nước tớnh toỏn thấp nhất (Zbhmin), mỏy vẫn chạy được mà khụng sinh ra hiện tượng khớ thực.
- Đặc tớnh của loại mỏy bơm đó chọn, vấn đề này nhà mỏy chế tạo cú trỏch nhiệm cung cấp cỏc số liệu ban đầu.
- Ngoài ra cũn phụ thuộc vào người thiết kế tựy điều kiện thực tế cụ thể để quyết định.
Mỏy bơm ZL3685C – 6 do Trung Quốc sản xuất là mỏy bơm hướng trục đứng nờn cao trỡnh đặt mỏy được xỏc định theo 2 điều kiện.
•Tớnh theo điều kiện đảm bảo khụng sinh khớ thực.
Để mỏy bơm đảm bảo khụng sinh khớ thực khi làm việc với cột nước thiết kế thỡ cao trỡnh đặt mỏy xỏc định theo điều kiện:
Zđm1 = Zbhmin + [hs] Trong đú:
Zbhmin: cao trỡnh mực nước thấp nhất ngoài bể hỳt, Zbhmin = 0,55 (m)
[hs]: độ cao hỳt nước địa hỡnh cho phộp của mỏy bơm được xỏc định theo cụng thức: [hs] = Hat – Hbh – htoh – [∆h] (m)
Hat: cột nước ỏp lực khớ trời trờn mặt thoỏng bể hỳt. 10,33 min 10,33 0,55 10,33( ). 900 900 bh at Z H = − = − ≈ m
Hbh: cột nước ỏp lực bốc hơi, căn cứ vào nhiệt độ mụi trường, lấy nhiệt độ trung bỡnh của nước t = 30 , tra phụ lục 2 giỏo trỡnh ‘bài tập và đồ ỏn mụn học Mỏy bơm và trạm bơm’, Hbh = 0,43.
htoh: cột nước tổn thất trờn đường ống hỳt, chọn htoh = 0,5.
[∆h]: độ dự trữ khớ thực cho phộp, do đường đặc tớnh cụng tỏc của mỏy bơm ZL3685C – 6 khụng cú đường quan hệ [∆h] ~ Q hay [HCK] ~ Q nờn ta tớnh [∆h] theo cụng thức kinh nghiệm của Tom:
[∆h] = k.∆hth ; với ∆hth = th.H
k: hệ số dự trữ do điều kiện kỹ thuật ấn định, thường lấy k ≥ 1,15 chọn k = 1,15.
H: cột nước của mỏy bơm.
∆hth: độ dự trữ khớ thực của mỏy bơm.
σth: hệ số khớ thực giới hạn (đối với mỏy bơm hướng trục cú thể dựng cụng thức kinh nghiệm của Viện nghiờn cứu Thủy lực Liờn Xụ )
ns: hệ số tỷ tốc của mỏy bơm, xỏc định theo cụng thức: ns 3,65. .n 4 Q3 (v ph/ ).
H
=
Q, H là lưu lượng và cột nước tra trờn đường đặc tớnh ứng với điểm cụng tỏc cú hiệu suất cao nhất.
n: số vũng quay của mỏy bơm, n = 490 vũng/phỳt.
Khi mỏy bơm làm việc với cột nước thiết kế Htk = 5,05 (m), Q1mỏy = 2,5(m3/s). Khi đú: Hệ số tỷ tốc: 3,65.490.4 2,53 789, 44( / ). 5,05 s n = = v ph Hệ số khớ thực: σth = 2,05.10-4.ns4/3 = 2,05.10-4.789,444/3 = 1,5 Độ dự trữ khớ thực: ∆h =k. th.H = 1,15ì1,5ì5,05 = 8,72 (m) => [hs] = Hat – Hbh – htoh – [∆h] = 10,33 – 0,43 – 0,5 – 8,72= 0,68 (m) =>Zđm1 = Zbhmin + [hs] = 0,55 + 0,68 = 1,23 (m)
•Tớnh theo điều kiện độ dỡm bỏnh xe cỏnh quạt.
Zđm2 = Zbhmin + hsyc
hsyc: độ cao hỳt nước địa hỡnh cho phộp tựy theo yờu cầu chế tạo mỏy dỡm bỏnh xe cỏch quạt xuống đoạn hsyc, hsyc = 1,37 – 0,51= - 0,86 (m)
Zđm2 = Zbhmin + hsyc = 0,55 – 0,86 = - 0,31 (m) ZđmTK = min (Zđm1, Zđm2) = - 0,31 (m).
•Kiểm tra cao trỡnh đặt mỏy ứng với cỏc trường hợp bất thường (Hmax, Hmin) - Trường hợp mỏy bơm làm việc với cột nước lớn nhất Hmax = 5,91 (m).
Độ dự trữ khớ thực: ∆h =k. th.H = 1,15x1,5ì5,91 = 10,2 (m) Coi Hat, Hbh, htoh là như trờn:
=> [hs] = Hat – Hbh – htoh – [∆h] = 10,33 – 0,43 – 0,5 – 10,2 = - 0,8 (m). =>Z’
đm = Zbhmin + [hs] = 0,55 – 0,8 = - 0,13 (m). Nhận xột: Z’
đm = - 0,13 (m) > ZđmTK = - 0,31 (m). Mỏy bơm làm việc an toàn với trường hợp Hmax.
•Trường hợp mỏy bơm làm việc với cột nước lớn nhất Hmin =2,98(m) Độ dự trữ khớ thực: ∆h = k. th.H = 1,15x1,5ì2,98 = 5,14 (m) Coi Hat, Hbh, htoh là như trờn:
=> [hs] = Hat – Hbh – htoh – [∆h] = 10,33 – 0,43 – 0,5 – 5,14= 4,26 (m). => Z’’
đm = Zbhmin + [hs] = 0,55 + 4,26 = 4,81 (m). Nhận xột: Z’’
đm = 4,81(m) > Zđm = - 0,31 (m) mỏy bơm làm việc an toàn với cột nước nhỏ nhất Hmin.
Qua kết quả tớnh toỏn ở trờn ta thấy mỏy bơm làm việc an toàn trong mọi trường hợp. Vậy ta chọn cao trỡnh đặt mỏy thiết kế của nhà mỏy chế tạo cho mỏy bơm là Zđm = - 0,31 (m) là hợp lý nhất.
3.2.2.7.Cấu tạo cỏc bộ phận nhà mỏy: 1) Chọn loại nhà mỏy:
Nhà mỏy bơm là nơi đặt cỏc thiết bị cơ khớ thuỷ động lực chủ yếu như mỏy bơm, động cơ và cỏc thiết bị phụ như quạt giú, bơm chõn khụng, cỏc loại khoỏ, mỏy bơm nước kĩ thuật, thiết bị điện, thiết bị điều khiển an toàn, bố trớ cỏc loại ống hỳt- đẩy, hệ thống cứu hỏa, cầu trục…
Hỡnh dạng, kớch thước và kết cấu của nhà mỏy phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau: - Cỏch nối tiếp nhà mỏy với cỏc cụng trỡnh lấy nước (riờng biệt hay kế hợp) - Cấu tạo mỏy bơm và động cơ chớnh
- Tỡnh hỡnh khớ hậu, loại vật liệu xõy dựng nhà mỏy bơm - Tỡnh hỡnh nguồn nước, điều kiện địa chất và vị trớ cụng trỡnh Chọn loại nhà mỏy bơm dựa vào:
- Lưu lượng thiết kế mỗi mỏy - Loại mỏy bơm, cấu tạo mỏy bơm - Chiều cao hỳt nước cho phộp
- Sự dao động mực nước trước nhà mỏy - Điều kiện địa chất khu vực xõy dựng
Cỏc thụng số làm việc thiết kế cho trạm bơm Lễ Nhuế 2 như sau: - Lưu lượng thiết kế cho mỗi mỏy: Q1mỏy = 2,5(m3/s)
- Cột nước thiết kế của nhà mỏy: Htk = 5,05 (m) - Dao động mực nước bể hỳt: max min 2,3 0,55 1,75( ) bh bh Z Z Z m ∆ = − = − =
- Điều kiện vật liệu cung cấp tương đối tốt.
Căn cứ vào cỏc thụng số trờn chọn nhà mỏy để xõy dựng là nhà mỏy kiểu buồng ướt mỏy đặt tầng khụ để thiết kế cho trạm bơm tiờu Lễ Nhuế 2 là hợp lý, đảm bảo điều kiện làm việc thuận lợi.
2) Cấu tạo nhà mỏy:
Nhà mỏy bơm là nhà mỏy kiểu buồng ướt mỏy đặt tầng khụ, nhà mỏy cú 3 tầng:
- Tầng trờn cựng là tầng động cơ - Tầng thứ 2 là tầng bơm
- Tầng dưới cựng là buồng ướt, cung cấp nước cho mỏy bơm a) Cấu tạo khối múng và buồng ướt (tầng hỳt):
- Khối múng của nhà mỏy bơm được đỳc bằng bờ tụng cốt thộp M200 cú chiều dày hđ =0,8(m), phớa dưới được rải một lớp cỏt nệm dày 0,1(m) được đầm kỹ và san phẳng. Trờn lớp cỏt rải một lớp bờ tụng lút M100 dày 0,1(m).
- Buồng ướt là tầng dưới cựng của nhà mỏy, mỗi buồng ướt cung cấp nước cho một mỏy bơm, hỡnh dạng và kớch thước buồng ướt rất quan trọng, nú quyết định đến tuổi thọ của mỏy bơm và kớch thước nhà mỏy. Cấu tạo và kớch thước buồng ướt phải đảm bảo điều kiện thủy lực tốt, trỏnh gõy ra cỏc hiện tượng xoỏy ngầm làm cho khụng khớ chui vào mỏy bơm hoặc làm cho phõn bố ỏp lực khụng đều trước khi vào mỏy bơm. Những hiện tượng trờn là nguyờn nhõn gõy làm tăng tổn thất giảm lưu lượng, gõy ra dung động và hư hỏng mỏy bơm.
+ Khoảng cỏch từ miệng vào của mỏy bơm đến đỏy buồng ướt h1 và tường chắn phớa sau hợp lý nhất.
+ Cú ớt dũng xoỏy mặt và xoỏy cục bộ trong dũng chảy ở chỗ vào mỏy bơm.
+ Chiều sõu ngập miệng vào của mỏy bơm dưới mực nước thấp nhất ở bể hỳt tối thiểu phải đảm bảo khụng sinh xoỏy mặt làm cho khụng khớ cú thể lọt vào miệng mỏy bơm. Chiều sõu này phụ thuộc vào hỡnh dạng buồng ướt, tốc độ dũng chảy trong buồng, hỡnh dạng loa hỳt nước và chịu ảnh hưởng của mỏy bơm bờn cạnh. Kớch thước cơ bản của buồng ướt: Tra theo kớch thước định hỡnh.
- Đường kớnh miệng vào ống hỳt nước là Dv = 1,22 m.
- Khoảng cỏch từ miệng ống hỳt nước đến cao trỡnh đỏy buồng hỳt là h1, để cho dũng chảy vào mỏy bơm thuận lợi trỏnh hiện tượng dũng chảy sẽ ngoặt vào miệng loa quỏ đột ngột, thỡ h1 nờn lấy bằng: 0,41
3 22 , 1 3 1 = Dv = = h (m). Theo kớch thước
định hỡnh của mỏy bơm ZL3685C-6 thỡ h1 = 0,61 (m). Vậy ta chọn h1 = 0,61(m). - Độ ngập sõu của miệng vào mỏy bơm dưới mực nước thấp nhất của bể hỳt là h2, theo kớch thước định hỡnh của mỏy bơm thỡ h2 =1,37 m.
- Chiều rộng buồng hỳt: Bh phụ thuộc vào đường kớnh miệng loa hỳt nước, theo kinh nghiệm người ta lấy Bh = 3.Dv = 3.1,22 = 3,66 m. Chọn Bh = 3,66 m.
- Chiều rộng tối thiểu (Lmin) của buồng hỳt được xỏc định theo hệ số dung lượng nước K và được xỏc định theo cụng thức sau:
min . . h K Q L B h = Trong đú:
Q: Lưu lượng 1 mỏy ứng với cột nước thiết kế Q = 2,5 (m3/s).
K: hệ số dung lượng nước, nú chớnh là thể tớch tối thiểu của buồng với lưu lượng buồng hỳt lớn nhất của mỏy bơm; Q < 0,5 (m3/s) thỡ K= 25 ~ 30
Q > 0,5(m3/s) thỡ K= 15 ~ 20 Với Q > 0,5 (m3/s) chọn K= 20.
h: Chiều cao mực nước trong buồng ướt, theo kớch thước định hỡnh của mỏy bơm ta cú: h = h1 + 1,515 – h3
Với h3 là bề dày của sàn bơm được đổ bằng bờ tụng cốt thộp M200, ta chọn độ dày của sàn bơm h3= 20cm = 0,2(m).
Vậy h = 0,61 + 1,515 – 0,2 = 1,925 (m). Thay số vào ta thu được:
min . 20.2,5 7,1( ) . 3, 66.1,925 h K Q L m B h = = = - Chiều cao tầng hỳt: Hth = hđ + h1 + hoh Trong đú:
h1: chiều cao từ miệng vào mỏy bơm đến đỏy buồng hỳt h1= 0,61 (m). hoh : khoảng cỏch từ miệng ống hỳt đến sàn tầng bơm lấy theo sơ đồ lắp mỏy thỡ hoh = 1,515m.
hđ: chiều dày bản đỏy múng, hđ = 0,8 (m). • Hth = 0,8 + 0,61 + 1,515 = 2,93 (m).
•Cao trỡnh miệng ống hỳt nước: Zmoh
Zmoh =Zbhmin −h2 Trong đú:
h2: là khoảng cỏch từ mực nước thấp nhất của bể hỳt cho tới miệng ống hỳt, tra theo kớch thước định hỡnh ta cú h2 = 1,37 m
Zbhmin: Là mực nước bể hỳt nhỏ nhất với Zbhmin =0,55( )m
Zmoh= 0,55 – 1,37 = - 0,82 (m)
•Cao trỡnh đỏy bể hỳt: Zđbh
Zđbh = Zmoh – h1 = -0,82 – 0,61 = -1,43 (m)
- Đường hầm thoỏt nước: Trong đỏy múng bố trớ một đường hầm tập trung nước, chạy dọc nhà mỏy chiều rộng đường hầm sơ bộ chọn 0,7 (m), chiều dày tường ngăn là 0,2(m) và thấp hơn cao trỡnh đỏy bể hỳt 0,2 (m). Cao trỡnh đỏy đường hầm được tớnh như sau:
Zđđh = Zđbh – 0,2 = -1,43– 0,2 = -1,63(m).
Đường hầm được nối liền với buồng ướt và được khống chế bằng cỏc van khoỏ, để khi cần sửa chữa thỡ thỏo nước từ buồng ướt ra đường hầm sau đú dựng mỏy bơm tiờu để bơm nước ra khỏi đường hầm.
- Cao trỡnh đỏy múng: Zđm được xỏc định theo cụng thức sau: Zđm = Zđbh – hm = -1,43 – 0,8 = -2,23(m). b) Cấu tạo tầng bơm.
Tầng bơm được giới hạn từ sàn bơm lờn đến sàn động cơ. Chiều cao tầng bơm ta chọn theo kớch thước định hỡnh để khụng phải nối thờm trục.
Chọn chiều dày của tường thượng lưu t1 = 0,6 m, chiều dày của tường hạ lưu t2
= 0,8 m. Để chống nước thấm vào gian bơm qua tường nhà mỏy, khi xõy ở ngoài tường cú phủ một lớp xi măng chống thấm cao hơn mực nước cực đại 0,5 m. Đồng thời quột thờm một lớp nhựa đường và bọc một lớp vải kỹ thuật chống thấm, mặt trong của tường được quột một lớp nước xi măng trắng để chống ẩm.
Chiều dày của sàn bơm: Cú nhiệm vụ vừa đỡ trọng lượng của mỏy bơm vừa chống ỏp lực thủy tĩnh của nước. Theo như đó chọn ở trờn, hsb = h3 = 0,2 m.
Cao trỡnh sàn bơm được xỏc định như sau:
Zsb = Zđbh + h1 + hoh = - 1,43 + 0,61 + 1,515 =+0,695 (m). Sàn được đỳc bằng bờ tụng cốt thộp M200 cú chiều dày 20 cm. c) Cấu tạo tầng động cơ:
Cấu tạo tầng động cơ là kiểu khung nhà cụng nghiệp, trong đú bố trớ cỏc động cơ của mỏy bơm, thiết bị khởi động, tủ phõn phối điện, cầu trục, gian sữa chữa lắp rỏp, là nơi trực tiếp cho cụng nhõn vận hành và điều khiển thiết bị.Tầng động cơ là tầng duy nhất nổi lờn trờn mặt đất nờn ngoài việc thiết kế bảo đảm kỹ thuật cũn phải bảo đảm mỹ thuật. Tựy theo tỡnh hỡnh chịu lực của mỗi chi tiết mà định kớch thước và kết cấu cho phự hợp cụ thể như sau:
Sàn động cơ:
Được bố trớ cao hơn mặt đất tự nhiờn, trỏnh hiện tượng bị ẩm và nhà mỏy được thụng thoỏng hơn, sàn động cơ được đổ bằng bờ tụng cốt thộp M200, dày 15(cm).
Trong đú:
Zsb: cao trỡnh sàn bơm, Zsb = + 0,695 (m)
hb : chiều cao từ sàn bơm tới sàn động cơ chọn theo kớch thước định hỡnh do nhà mỏy sản xuất để đỡ phải nối thờm trục.
Kớch thước định hỡnh nằm trong khoảng 2 ữ 7 (m). Vậy ta chọn hb = 3,5 (m) Thay hb = 3,5 (m) vào (*) ta được cao trỡnh sàn động cơ là:
Zsđc = 0,695 + 3,5 = 4,2 (m). Dầm đỡ động cơ:
Dầm được đỳc liền với sàn bằng bờ tụng cốt thộp M200 và chịu cỏc lực tỏc dụng:
- Trọng lượng động cơ.
- Lực động cú chu kỳ làm việc khi động cơ làm việc. - Trọng lượng bản thõn dầm.
- Trọng lượng người và cỏc thiết bị phụ đặt trờn sàn động cơ.
Dựng hệ thống dầm chớnh và dầm phụ để đỡ động cơ. Tầng bơm khụng cú tường ngăn nờn dầm chớnh gối đầu lờn tường thượng lưu và hạ lưu của tầng bơm, dầm phụ gối đầu vào dầm chớnh.
Kớch thước của dầm chớnh: Khi tầng bơm khụng cú tường ngăn thỡ chiều dài của dầm chớnh Ld bằng chiều rộng nhà mỏy.
Sơ bộ tớnh chiều rộng nhà mỏy như sau: Bnm = Lmin + t2 + 0,2 +0,7 Trong đú:
Lmin: Là chiều rộng tối thiểu của buồng hỳt, theo tớnh toỏn ở trờn Lmin= 7,1 (m) t2 : Chiều dày tường hạ lưu, t2 = 0,8 (m)
0,2 : Là khoảng cỏch giữa đường hầm và buồng ướt. 0,7 : Bề rộng đường hầm.
⇒ Bnm = 7,1+ 0,8 + 0,2 + 0,7 = 8,8 (m)
Vậy chiều dài dầm chớnh đỡ động cơ là Ld = 8,8 (m) Chiều cao dầm được chọn là:
( ) ( ) 1 1 1 1 .8,8 0,59 1,11 15 8 15 8 d d h = ữ L = ữ = ữ m ữ ữ Chọn chiều cao dầm là hd = 0,8(m).
Chiều rộng dầm được chọn là: 2 0,53( ) 3 d d b > h = m Vậy chiều rộng dầm chọn là bd = 0,6(m). Vậy mặt cắt ngang dầm là (hdxbd) = (0,8 x 0,6)m.
Dầm phụ nối liền hai dầm chớnh và cú kớch thước mặt cắt ngang dầm như dầm chớnh. Khoảng cỏch giữa hai dầm chớnh phụ thuộc vào đường kớnh động cơ, bố trớ sao cho động cơ đặt trực tiếp lờn dầm và bố trớ được lỗ kộo mỏy.
Lỗ kộo mỏy:
Dựng khoảng trống giữa 4 dầm làm lỗ kộo mỏy cho chớnh xỏc cỏc mỏy đú, ngoài ra cũn phải bố trớ 1 lỗ kộo mỏy phụ ở gian sửa chữa để đưa mỏy bơm tiờu, bơm kĩ thuật xuống tầng bơm. Bề rộng lỗ phải đủ lớn để cú thể kộo được cỏc thiết bị lớn nhất cần đem xuống hoặc đưa lờn. Sơ bộ chọn kớch thước (bxh) = (2,2m x 2,2m). Trờn mặt lỗ đặt lưới mắt cỏo để tầng bơm sỏng sủa và thoỏng khớ.