I. Thiết kế kênh tháo
Kênh tháo cĩ nhiệm vụ dẫn n−ớc từ bể tháo tới mặt ruộng. Kênh phải đảm bảo dẫn đủ n−ớc, ổn định khơng bị bồi lắng và xĩi lở. Thơng qua tính tốn thủy lực để xác định kích th−ớc mặt cắt kênh. Dựa vào l−u l−ợng thiết kế, tình hình địa chất nơi tuyến kênh đi qua mà chọn các yếu tố thủy lực m, n , i cho thích hợp.
Cuối cùng ta cĩ bài tốn cĩ Q, m, n, i; yêu cầu tính b và h. Để giải bài tốn này ta th−ờng giả thiết h (hoặc b) để tìm b (hoặc h).
Trong thiết kế sơ bộ cĩ thể tính độ sâu h theo cơng thức kinh nghiệm sau:
h = A3 Q (4-1)
Trong đĩ A là hệ số th−ờng lấy từ 0,7 - 1,0.
Nếu chiều rộng b tính ra lẻ để dễ thi cơng nên chọn chẵn và tính lại h. Để đảm bảo kênh ổn định cần kiểm tra theo:
- Điều kiện khơng xĩi lở: Vmax < [Vkx] - Điều kiện khơng bồi lắng Vmin > [Vkl].
Vmax, Vmin là tốc độ dịng chảy trong kênh khi dẫn với Qyc và Qmin.
[Vkx], [Vkl] là tốc độ khơng xĩi, khơng lắng cho phép, phụ thuộc vào tính chất đất nơi tuyến kênh đi qua, l−u l−ợng chảy trong kênh và hàm l−ợng phù sa. Cĩ nhiều cơng thức để xác định 2 trị số trên. D−ới đây giới thiệu một số cơng thức th−ờng dùng khi thiếu tài liệu:
- Cơng thức Ghiếckan [Vkx] = kQ0,1 (m/s) Q - L−u l−ợng gia c−ờng m3/s.
k - Hệ số quyết định bởi tính chất đất nơi kênh đi qua tra bảng 4-1:
Bảng 4-1: Trị số hệ số K Chất đất K Đất thịt pha cát Đất thịt pha sét nhẹ Đất thịt pha sét vừa Đất thịt pha sét nặng Đất sét 0,53 0,57 0,62 0,68 0,75 - Cơng thức Kennơđi [Vkl] = 0,548h0,64 (m/s) (4-3) - Cơng thức Lắc xây [Vkl] = 0,646. R (m/s) (4-4)
- Cơng thức của quy phạm Liên Xơ [Vkl] = A.Q0,2 (m/s) (4-5) Trong các cơng thức trên:
- Q - L−u l−ợng nhỏ nhất m3/s - h - Chiều sâu n−ớc trong kênh (m) - R - Bán kính thủy lực (m)
- A- Hệ số phụ thuộc vào tốc độ chìm lắng của bùn cát tra bảng d−ới: Nếu W < 1,5 mm/s thì A = 0,33
W = 1,5 ∼ 3,5 mm/s thì A = 0,44 W > 3,5 mm/s thì A = 0,55
Sau khi kiểm tra mà thỏa mãn bất đẳng thức trên thì mặt cắt kênh thiết kế hợp lý. - Cao trình đáy kênh tháo đ−ợc xác định theo quan hệ:
Zđk = Zyc - htk(m) (4-6)
Zyc: Cao trình mực n−ớc yêu cầu đầu kênh t−ới (lấy ở bảng 4) (m) htk: Độ sâu dịng chảy trong kênh khi dẫn l−u l−ợng thiết kế (m)
- Cao trình bờ kênh tháo:
Zbk = Zđk + hgc + a (m) (4-7)
hgc: Độ sâu dịng chảy trong sân khi dẫn l−u l−ợng gia c−ờng (m) a: Chiều cao an tồn của đỉnh bờ kênh lấy theo bảng 4-2.
Bảng 4-2: Chiều cao an tồn kênh
79 D−ới 1 Từ 1 ∼ 10 Từ 10 ∼ 30 Từ 30 ∼ 50 0,20 ∼ 0,30 0,40 0,50 0,60 - Chiều rộng bờ kênh tra bảng 4-3.
Bảng 4-3: Chiều rộng bờ kênh
L−u l−ợng của kênh (m3/s) Chiều rộng bờ kênh (m)
1 ∼ 5 5 ∼ 10 10 ∼ 30 30 ∼ 50 1 ∼ 1,25 1,25 ∼ 1,5 1,5 ∼ 2,0 2,0 ∼ 2,5
Nếu bờ kênh cịn kết hợp làm đ−ờng giao thơng thì tùy theo yêu cầu của các loại xe qua lại mà quy định chiều rộng bờ kênh.
- Xác định đ−ờng quá trình mực n−ớc trong bể tháo. Cao trình mực n−ớc trong bể tháo xác định theo cơng thức:
Zbt = Zdk + h + Σhms(m) (4-8)
Σhms - Cột n−ớc tổn thất từ bể tháo ra kênh, trị số này bé th−ờng bỏ qua.
h - Độ sâu dịng chảy trong kênh ứng với các l−u l−ợng. Dịng chảy trong kênh tháo t−ới là dịng đều nên bài tốn lúc này cĩ Q, b, m, n, i tìm h. Nên lập bảng để ghi kết quả.
II. Thiết kế kênh dẫn:
Kênh dẫn làm nhiệm vụ dẫn n−ớc từ nguồn vào bể hút của trạm bơm. Nếu l−u l−ợng chảy trong kênh dẫn bằng l−u l−ợng chảy trong kênh tháo (đối với trạm bơm chỉ cĩ 1 kênh tháo) thì cĩ thể lấy mặt cắt −ớt của kênh dẫn bằng mặt cắt −ớt của kênh tháo và chỉ khác nhau về cao trình. Tuy vậy nếu phân tích kỹ về đặc điểm, điều kiện làm việc thì kênh dẫn và kênh tháo cĩ những điểm khác nhau nh− sau:
- Kênh dẫn th−ờng phải đào sâu, kênh tháo vừa đào vừa đắp, nên mái kênh dẫn th−ờng lấy ít dốc hơn. Khi chiều sâu đào của kênh lớn hơn 5m thì cứ cách 5m (theo chiều cao) phải làm một cơ cĩ chiều rộng lớn hơn 1m.
- Khi kênh dẫn khơng cĩ cơng trình điều tiết ở đầu kênh thì mực n−ớc trong kênh hồn tồn phụ thuộc vào mực n−ớc sơng, nên mặt cắt −ớt của kênh rất lớn, tốc độ
dịng chảy trong kênh rất nhỏ nên việc bồi lắng khơng thể tránh khỏi do đĩ phải đề ra các biện pháp xử lý nạo vét hàng năm.
- Để đảm bảo cung cấp đủ l−u l−ợng trong các thời kỳ cao trình đáy kênh dẫn xác định theo cơng thức: Zđk = Zbh min =- hth (m) (4-9)
htk - Độ sâu dịng chảy khi dẫn l−u l−ợng thiết kế.
Zbh min - Cao trình mực n−ớc thấp nhất ở bể hút ứng với tần suất kiểm tra p = 90% cĩ giá trị bằng: Zbh min = Zsmin - hms.
Zsmin - Cao trình mực n−ớc thấp nhất ngồi sơng ứng với tần suất kiểm tra p = 90%.
hms - Cột n−ớc tổn thất từ sơng vào tới bể hút. (Nếu kênh dẫn ngắn lại khơng cĩ cống điều tiết thì cĩ thể bỏ qua, nếu cĩ cống điều tiết thì cĩ thể lấy sơ bộ hms ≈ 0,20m).
- Cao trình bờ kênh dẫn
Zbk = Zbh max + a (4-10)
+ a. Độ cao an tồn: cĩ thể lấy nh− kênh tháo. Tuy nhiên nếu nguồn n−ớc là sơng lớn độ cao an tồn cịn phải xét đến chiều cao của sĩng.
+ Zb h max - Cao trình mực n−ớc lớn nhất ở bể hút.
Đối với trạm ở ngồi đê hoặc trạm trong đê nh−ng mặt đất cao khơng dùng cống thì:
Zb hmax = Zs max
Zsmax - Cao trình mực n−ớc lớn nhất ngồi sơng ứng với tần suất kiểm tra p = 1% Đối với trạm đặt trong đê, cao trình mặt đất thấp, về mùa lũ phải dùng cửa ống khống chế mực n−ớc trong kênh thì Zb hmax do ng−ời thiết kế quy định.
(Vẽ mặt cắt ngang kênh tháo, kênh dẫn tỷ lệ 1/100, 1/200).
Sử dụng kết quả tính tốn để vẽ các mặt cắt kênh tháo và kênh dẫn với tỷ lệ 1/100 - 1/200.
d. Tính tốn các loại cột n−ớc của trạm bơm
1) Tính cột n−ớc thiết kế HTK
Cột n−ớc thiết kế của trạm bơm cũng nh− cột n−ớc thiết kế của máy bơm tính theo cơng thức:
HTK = hđh bq + ∑ht (4-11) Trong đĩ:
81
- hđh bq: cột n−ớc địa hình bình quân tính theo cơng thức hđhbq = Error! (4-12)
- ∑ht: cột n−ớc tổn thất trong đ−ờng ống hút và ống đẩy của máy bơm. Vì ch−a chọn đ−ợc máy bơm, ch−a thiết kế đ−ờng ống nên th−ờng lấy theo kinh nghiệm
∑ht = 1 ∼ 1,5m đối với máy bơm cột n−ớc thấp; với cột n−ớc cao sơ bộ cĩ thể lấy
∑hms = 10% hdh.
Để dễ dàng xác định cột n−ớc địa hình hi và thời gian t1 nên vẽ trên cùng một đồ thị các đ−ờng quan hệ Zbh ∼ t và đ−ờng quan hệ Zbh ∼ t sau đĩ lập bảng theo mẫu d−ới đây:
Hình 4-2.
Bảng thống kê và tính tốn cột n−ớc thiết kế.
Thời gian tới
Từ Đến Số ngày Qim3/s Zbt Zbh hi Qi.ti Qi.hi.ti (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) i i Q t Σ ΣQ h ti i i 2) Tr−ờng hợp kiểm tra a. Cột n−ớc lớn nhất:
h KT KT max dh max t H =h +∑ (4-13) b. Cột n−ớc nhỏ nhất: KT KT min dh min t H =h +∑h (1-14) KT dh max
h xuất hiện khi mực n−ớc ở bể tháo lớn nhất (bơm với l−u l−ợng gia c−ờng)
và mực n−ớc ở bể hút xuống thấp nhất (tần suất p = 90%).
KT dh min
h xuất hiện khi mực n−ớc ở bể tháo xuống thấp nhất (bơm với Qmin) và mực
83
E. Chọn máy bơm, động cơ vμ máy biến áp
I. Chọn máy bơm chính:
Với yêu cầu của đồ án mơn học cần tiến hành theo hai b−ớc: chọn số máy bơm và chọn loại máy bơm
1. Chọn số máy bơm: Số l−ợng máy bơm n của 1 trạm bơm là 1 con số cĩ ý
nghĩa về mặt kỹ thuật và cả về kinh tế. Nĩ chi phối trực tiếp đến khâu thiết kế và trong quản lý vận hành. Số l−ợng máy bơm nhiều dễ đảm bảo chạy máy theo sát yêu cầu cấp n−ớc, nh−ng vốn đầu t− sẽ tăng lên và quản lý phức tạp hơn. Trong tr−ờng hợp số máy n nhỏ khối l−ợng cơng trình bao che nhỏ hơn nh−ng mức độ an tồn cấp n−ớc sẽ kém hơn.
Với kinh nghiệm thực tế, để đáp ứng đ−ợc các yêu cầu trên số máy bơm th−ờng nằm trong phạm vi:
3 ≤ n ≤ 8
Để tăng độ an tồn bơm n−ớc cần chọn máy bơm dự trữ. Số l−ợng máy dự trữ phụ thuộc vào độ tin cậy làm việc của loại máy bơm đ−ợc chọn. Trong tr−ờng hợp này cĩ thể chọn 1 máy dự trữ.
Số máy bơm cĩ thể sơ bộ chọn theo các cách sau:
- Nếu cột n−ớc H thay đổi ít cĩ thể dựa vào biểu đồ l−u l−ợng cần. Số máy n đ−ợc chọn là hợp lý khi các cấp l−u l−ợng trong biểu đồ đều đ−ợc đáp ứng bằng một số máy chạy nào đĩ, tức là l−ợng thừa, thiếu (± ΔQ) ở các cấp l−u l−ợng nhỏ nhất. Ví dụ: cĩ 2 ph−ơng án cĩ biểu đồ l−u l−ợng yêu cầu nh− hình 4-3. Ph−ơng án 4 máy cho ta
Hình 4-3.
- Tr−ờng hợp cột n−ớc thay đổi lớn dùng biểu đồ quan hệ N = f(t) để sơ bộ chọn số máy.
Ni = γ QiHi (4-15)
Cách làm nh− thực hiện đối với biểu đồ l−u l−ợng yêu cầu. - Dựa vào quan hệ
n = k Error! (4-16)
ở đây k: số bội nguyên, d−ơng
2. Chọn loại máy bơm
Với số máy bơm đã đ−ợc sơ bộ chọn trên đây cĩ thể xác định l−u l−ợng thiết kế 1 máy bơm: Qtk = tram tk Q n (4-17) tram tk
Q : l−u l−ợng thiết kế của trạm bơm m3/s.
Cĩ Qtk, Htk, từ biểu đồ sản phẩm các loại bơm đã đ−ợc giới thiệu chọn loại máy bơm phù hợp. Căn cứ vào đ−ờng đặc tính kỹ thuật của máy bơm (xem sổ tra cứu máy bơm) đã đ−ợc chọn để xác định gĩc cánh quạt thiết kế (θ), đồng thời xác định các thơng số chạy máy: Q, η, N, ΔH (NPSH) ứng với các tr−ờng hợp thiết kế (Htk) và kiểm tra (Hmax, Hmin).
Trong tr−ờng hợp khơng tìm thấy trong số máy bơm đã đ−ợc giới thiệu một loại máy đáp ứng Qtk và Htk thì cĩ thể thay đổi số máy n.
Cần tham khảo các bài tập mẫu ở phần đầu giáo trình này và cách tra, chọn và giải quyết các tr−ờng hợp xảy ra.
85
Chú ý: Cần phân biệt 2 loại thơng số:
* Thơng số của loại máy bơm do nhà máy giới thiệu và thơng số chạy máy ở điểm cơng tác tr−ờng hợp thiết kế. Trong đồ án mơn học cần trình bày cả 2 loại thơng số này.
II. Chọn động cơ:
Thơng th−ờng mỗi loại máy bơm đều cĩ động cơ đi kèm theo. Tr−ờng hợp này ta phải tiến hành kiểm tra lại theo các điều kiện thực tế mà máy bơm và động cơ sẽ phải làm việc. Nội dung kiểm tra gồm:
- Kiểm tra cơng suất:
Cơng suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc trong mọi tr−ờng hợp phải nhỏ hơn cơng suất định mức của động cơ.
Nmax < NH
NH: Cơng suất định mức của động cơ (lấy ở bảng thơng số kỹ thuật của động cơ). Nmax: Cơng suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc, xác định theo cơng thức:
Nmax = Error!
Trong đĩ:
- K - hệ số dự trữ về độ thiếu chính xác của đ−ờng đặc tính của máy bơm cĩ tính đến các tổn thất bất th−ờng, lấy theo kinh nghiệm sau:
Khi NH < 100kW thì K = 1,15 ∼ 1,1 Khi NH > 100kW thì K = 1,05
- ηb, Qb là hiệu suất, l−u l−ợng của máy bơm tra trên đ−ờng đặc tính của máy bơm ứng với Hb.
- ηtr là hiệu suất truyền động. Khi nối trực tiếp động cơ với trục máy bơm thì ηtr =1. - Hb là cột n−ớc của máy bơm cho cơng suất lớn nhất.
Tuỳ theo loại máy bơm mà sử dụng số Hb cho thích hợp. Máy bơm li tâm cơng
suất lớn nhất xảy ra khi máy bơm làm việc với cột n−ớc nhỏ nhất Hbmin. Máy bơm h−ớng trục cơng suất lớn nhất xuất hiện khi máy bơm làm việc với cột n−ớc lớn nhất Hbmax.
Tr−ờng hợp khơng cĩ động cơ đi kèm theo máy bơm thì phải chọn động cơ kéo máy bơm.
Dựa vào 3 số liệu chính để chọn động cơ: - Số vịng quay của máy bơm ηb.
- Cơng suất thực tế lớn nhất của động cơ ứng với tần suất thiết kế tk max
N
- H−ớng đặt trục của máy bơm (trục đứng, trục ngang). Sau khi chọn xong cần kiểm tra các điều kiện sau: - Kiểm tra số vịng quay.
Sự chênh lệch số vịng quay giữa động cơ và máy bơm phải nằm trong phạm vi cho phép:
Δn% = Error! 100 ≤ 5%.
Nếu Δn% > 5% thì phải chọn động cơ khác, hoặc lắp thêm thiết bị truyền động hoặc vẽ đ−ờng đặc tính của máy bơm ứng với số vịng quay của động cơ vừa chọn.
- Kiểm tra cơng suất.
Giống nh− kiểm tra động cơ đi kèm theo máy bơm
III. Chọn máy biến áp:
Vì điện áp của động cơ th−ờng là 220/380V, 3000V hay 6000V, nhỏ hơn điện áp nguồn do đĩ phải bố trí trạm biến áp cho trạm bơm.
87
Sơ đồ l−ới điện (Tr−ờng hợp điện áp động cơ cao Uđc = 6000V)
Dây điện cao áp Cầu dao cách ly, thu lơi Cầu chì cao áp
Máy biến áp chính, phụ 1
Cáp cách điện cao áp, hạ áp
Cầu dao cách ly Máy cắt dầu tổng
Ampe kế, vơn kế, cơng tơ, biến dịng
Thanh cái, cầu dao điều hồ Cầu dao cách ly
Máy cắt dầu, máy biến áp phụ 2 Ampe kế, biến dịng điện Cáp cách ly điện cao áp, hạ áp
Động cơ điện chính áp tơ mát tổng
Ampe kế, vơn kế, biến dịng điện Thanh cái
áp tơ mát điều khiển Ampe kế, biến dịng điện Điện tự dùng
Hình 4-4: Sơ đồ đấu điện a.
1 - Máy biến áp chính; 2- Máy biến áp phụ 1; 3. Máy biến áp phụ 2.
- Điện áp của nguồn Ung. - Điện áp của động cơ Vdc.
Tuỳ theo sơ đồ đấu điện mà sử dụng cơng thức tính dung l−ợng yêu cầu của trạm bơm.
Theo sơ đồ a thì dung l−ợng yêu cầu tính theo cơng thức:
Syc = 1,05 ∼ 1,1 + η ∑ ϕ 1 2 H 3 td dc k .k N k .N .(kVA) .cos (4-19) Trong đĩ:
- k1: Hệ số phụ tải của động cơ k1 =
tk max
H
N N
- : cơng suất thực tế lớn nhất tại trục của động cơ khi làm việc với tần suất thiết kế.
tk max
N
- NH: cơng suất định mức của động cơ.
- k2: Hệ số làm việc đồng thời của trạm bơm k2 = Error!. - k3: hệ số thắp sáng th−ờng lấy k3 = 0,7 ∼ 1.
- Ntd cơng suất tự dùng cung cấp điện cho việc thắp sáng chạy các thiết bị phụ và cung cấp điện cho địa ph−ơng ở xung quanh trạm bơm. Tuỳ theo trạm bơm lớn hay nhỏ mà lấy Ntd = 50 ∼ 150 kW.
- ηdc: hiệu suất của động cơ - cos ϕ hệ số cơng suất
- ΣNH tổng cơng suất định mức của động cơ trong trạm bơm, kể cả máy dự trữ. Theo sơ đồ a thì trạm biến áp cĩ 2 loại máy biến áp phụ, chúng cĩ cùng dung l−ợng và điện áp hạ thế nh−ng khác điện áp cao thế. Sơ đồ này áp dụng cho trạm bơm cĩ điện áp động cơ lớn Vdc = 3000V ∼ 6000V.
89
Sơ đồ l−ới điện (Tr−ờng hợp điện áp động cơ thấp Uđc = 380V)
Dây điện cao áp
Cầu dao cách ly, thu lơi