Cơ Khí Lưu Chất - Máy Bơm, Trạm Bơm (Phần 2) part 10 ppt

A.CÁC QUY TẮC CHUNG Việc xây dựng mới và cải tạo các công trình của trạm bơm hiện có chỉ được tiến hành sau khi có lập luận về tính hợp lý và có lợi thông qua tính toán kinh tế - kỹ th

phải ), cánh 1 bị đẩy sang phải và đóng đĩa chặn 3 ngăn cách giữa xi phông với khí trời;

khi có dòng chảy ngược ( từ phải về trái ) , cánh 1 bị đẩy về trái mở đĩa chặn 3 cho

không khí vào xi phông và chân không bị phá, làm dừng dòng chảy ngược lại Loại này

chỉ được dùng với xi phông có đường kính nhỏ hơn 1,2 m

III Bể tháo có tường tràn

Bể tháo có tường tràn kết cấu đơn giản và an toàn trong vận hành ( Hình 12 - 26 )

Nước từ cửa ra ống đẩy chảy vào bể chứa rồi tràn qua đỉnh ở ba mặt vào bể tập trung rồi

chảy ra kênh tháo Mỗi ống đẩy có riêng một bể chứa do vậy tiện khi sữa chữa

Sau đây là nội dung tính toán thủy lực xác định kích thước bể tháo có tường tràn

* Chiều cao lớn nhất của tường tràn bể chứa:

bc

H = Do+ ao, ( m ) ;

Trong đó: Dolà đường kính miệng ra ống đẩy ;

ao - chiều cao dự trữ so với mực nước lớn nhất trong kênh, lấy 0,1 m

* Chiều cao thềm ra bể chứa, tùy thuộc loại đường tràn có chiều cao cố định hay

chiều cao thay đổi Tính với tường tràn cố định:

t

h = Do− k.max, ( m )

Đối với tường tràn có chiều cao thay đổi:

t

h' = Do − k.min

Trong đó : h maxk , h mink là chiều sâu nhất và nhỏ nhất trong kênh, ( m ) ;

* Chiều rộng bể chứa lấy bằng Dođể tránh hình thành xoáy nước bên sườn ;

Hình 12 - 26 Sơ đồ tính toán thủy lực bể tháo có tường tràn

* Chiều dài bể chứa theo chỉ dẫn của Viện nghiên cứu Thủy văn - Thủy lợi thuộc

Viện hàn lâm Ucơren lấy: Lbc= 4 Do, ( m )

Hoặc lấy theo quan điểm kinh tế theo công thức:

bc

L

tb

Q T a

tb p X

tb Q

⋅

⎛

⎝

⎜

⎜

⎞

⎠

⎟

⎟

⎡

⎣

⎢

⎢

⎢

⎢

⎤

⎦

⎥

⎥

⎥

⎥

⎧

⎨

⎪⎪

⎩

⎪

⎪

− 1

2

3 4

2 3 3 5 γ

η

/ /

Trong đó : Qtb Qi ti

i t

Σ

3

3 - lưu lượng trung bình của trạm, ( m3/s )

T - số giờ làm việc trong 1 năm ;

a - giá thành 1 kWh, ( đ/kWh ) ;

ηtb- hiệu suất của trạm bơm ;

X - giá thành 1 m dài bể tháo ;

p - phần trăm khấu hao vốn xây dựng và sữa chữa ;

m - hệ số lưu lượng tường tràn;

n - số lượng bể chứa ;

b = Do- bề rộng bể chứa, ( m )

* Xác định cột nước tràn trên đỉnh tường tràn theo công thức:

Htr Q

m n l g

=

⋅ ⋅

⎛

⎝

⎜

⎜

⎞

⎠

⎟

⎟ max

/

2 3 , ( m ) Trong công thức : Qmax- lưu lượng lớn nhất của trạm, ( m3/s ) ;

n.l - tổng chiều dài của các bể chứa, ( m ) ;

1

m - hệ số lưu lượng, lấy từ biểu đồ ( Hình 12 - 27 )

Hình 12 - 27 Biểu đồ quan hệ của các đại lượng m, m1 và ε

Riêng hệ số lưu lượng m để tính với cột nước tới gần Ho Htr Vo

g Htr

ra V g

2

2 2 ε

Khi tra đồ thị lấy trị số lưu lượng đơn vị trên 1m dài q = Qmax

nl

* Xác định kích thước các tường răng: Các tường răng có tác dụng tiêu năng và phân

bố dòng chảy từ các tường tràn vào máng tập trung nước sao cho tốc độ dẫn ra kênh

tháo đều Chiều cao của tường răng xác định theo độ sâu phân giới máng tràn:

pg

h

g

Q m b

⎝

⎠

⎟

α max 2

3 , ( m ) với bmlà chiều rộng máng tràn

Chiều cao tường răng thứ nhất nên lấy C1 = 0,35h, chiều cao tường răng thứ hai lấy

2

C = ( 0,6 0,8 )C1 Các tường răng đặt cách nhau 5hpg; tường răng thứ nhất không

nên làm liền mà cách nhau một đoạn 0,6Do và cách bể chứa một đoạn 0,5Do; góc ở

chóp δ = 60 700 Các kích thước khác của bể tháo tường tràn lấy theo chỉ dẫn của

hình vẽ 12 - 26 ở trên

Chương XIII NỘI DUNG TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸTHUẬT, NHỮNG CHỈ

TIÊU KINH TẾ NHỮNG VẤN ĐỀ KHAI THÁC TRẠM BƠM

A.CÁC QUY TẮC CHUNG

Việc xây dựng mới và cải tạo các công trình của trạm bơm hiện có chỉ được tiến

hành sau khi có lập luận về tính hợp lý và có lợi thông qua tính toán kinh tế - kỹ thuật

chúng Việc tính toán này giúp ta tìm thấy giải pháp kỹ thuật tối ưu và xác định thời hạn

xây xựng hoặc cải tạo công trình Trong thực tế xây dựng thủy lợi để xác định ra một

phương án giải pháp có hiệu quả hơn phương án khác người ta dùng phương pháp so

sánh hiệu quả kinh tế Nhờ phương pháp này, vào giai đoạn trước khi thiết kế ta có thể

chọn ra: biện pháp bơm nước, nguồn nước tưới cấp nước hay chống lụt, vị trí đặt cửa lấy

nước, tuyến dẫn và bơm nước, số lượng vùng bơm nước mà trạm bơm phụ trách v.v

Kết quả lựa chọn này xác định được đặc trưng của giải pháp là: đối tượng hưởng lợi, vốn

đầu tư, khối lượng xây dựng và tiện lợi của khai thác trạm bơm Vào những giai đoạn

thiết kế tiếp theo cũng dựa vào phương pháp so sánh hiệu quả kinh tê đểú:

- Luận chứng về vị trí đặt nhà máy trên tuyến cấp nước, xác định được chiều dài

kênh dẫn và đường ống áp lực ;

- Chứng tỏ được phương án chọn là ưu việt trong nhiều phương án đưa ra ;

- Luận chứng được số lượng và kiểu máy bơm, bao gồm cả máy bơm dự trữ ;

- Chọn được số đường ống, khối lượng vật liệu, chiều dày và đường kính ống;

- Xác định kết cấu tối ưu và kích thước bao của các công trình chính và phụ;

- Luận chứng sự cần thiết của việc xây dựng công trình và trình tự tiến hành thi

công và đưa trạm vào khai thác, các thông số và thời hạn xây dựng

Nếu công trình của hệ thống thủy lợi có thể khai thác từ 10 năm hoặc hơn thì việc

tính toán kinh tế hợp lý hơn sẽ tiến hành theo từng đợt xây dựng Đầu tư khi đó cũng sẽ

được phân bố theo thời hạn xây dựng Các thông số của mỗi đợt cũng được xác định trên

cơ sở so sánh kết quả tính toán kinh tế - kỹ thuật các phương án từng đợt với thời hạn sử

dụng đất đai tương ứng Các đầu tư phụ cho việc xây dựng theo đợt so sánh với giá

thành sản phẩm nhận được đến khi kết thúc xây dựng các công trình chính

B CHI PHÍ QUY DẪN, ĐẦU TƯ VÀ CHI PHÍ VẬN HÀNH NĂM

I Chi phí quy dẫn

Tính toán kinh tế - kỹ thuật trạm bơm được tiến hành theo theo phương pháp phương

án, nghĩa là đưa ra một số phương án công trình khả thi và hợp lý kỹ thuật, với từng

phương án tiến hành xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Đối với mỗi phương án, xác

định giá dự toán công trình bao gồm cả giá thành thiết bị ( tổng đầu tư ) và chi phí vận

hành năm Chọn ra phương án có các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tốt nhất Chỉ tiêu cơ bản

để chọn phương án công trình có lợi nhất là chi phí quy dẫn nhỏ nhất

- Khi thời hạn xây dựng công trình của các phương án so sánh như nhau thì chi phí

quy dẫn được tính theo công thức:

Trong đó : C là chi phí vận hành hàng năm, ( đ ) ;

K là vốn đầu tư , ( đ ) ;

EH = 1/TH - là hệ số hiệu quả kinh tế , TH là thời gian hoàn vốn tiêu chuẩn

( tính bằng năm )

Thời gian hoàn vốn tiêu chuẩn T H là thời gian mà chi phí do tăng đầu tư cho một

phương án công trình so với phương án khác ( có cùng giá trị ) được bù lại nhờ giảm chi

phí vận hành hằng năm Đối với các trạm bơm có giá trị kinh tế lớn và tỏ ra có ảnh

hưởng đến sự phát triễn lực lượng sản xuất của khu vực hoặc có vai trò quyết định đến

sự lợi dụng tổng hợp thì cho phép lấy EH nhỏ hơn Khi xác định hiệu ích do áp dụng tiến

bộ kỹ thuật mới thì giá trị EH có thể tăng

- Khi các phương án so sánh có thời hạn xây dựng khác nhau hoặc khi có thời hạn

khai thác khác nhau thì chi phí quy đổi cũng sẽ có khác Những trường hợp này việc

tính chi phí quy đổi sẽ phức tạp hơn, người ta vẫn sử dụng công thức ( 13 - 1 ) để tính,

nhưng cần có hiệu chỉnh để kể đến yếu tố do khác nhau về thời hạn xây dựng hoặc thời

hạn khai thác đưa lại Những tính toán cụ thể xin xem ở trong các giáo trình và tài liệu

kinh tế có liên quan ;

- Khi các công trình của các phương án so sánh khác nhau không nhiều về thời hạn

khai thác ( dưới 30% ), thì cho phép tính toán hiệu ích kinh tế bỏ qua tính toán yếu tố

khai thác dài hạn của công trình, lúc này vốn đầu tư K và chi phí vận hành năm C ở

dạng chi phí đơn vị trên 1 héc ta diện tích tưới;

- Khi so sánh các phương án công trình khác nhau, chỉ cần tính toán các chỉ tiêu về

đầu tư và chi phí vận hành năm đối với các hạng mục ở đó có sự khác nhau ;

- Việc so sánh kinh tế - kỹ thuật cần phải kể đến giá thành của đất đai mà công trình

chiễm chỗ

II Vốn đầu tư và chi phí vận hành hằng năm

1 Vốn đầu tư:

Vốn đầu tư cho công việc xây dựng - lắp đặt gồm: giá thành xây dựng và chi phí

mua sắm, vận chuyển, bảo dưỡng, lắp đặt và chạy thử các trang thiết bị cơ điện và kết

cấu thép Việc tính toán đầu tư có thể tính trực tiếp từ khối lượng theo bản vẽ thiết kế

hoặc cũng có thể tính theo khối lượng của công trình tương tự với công trình đang thiết

kế hoặc theo bản thiết kế mẫu Tổng đầu tư xây dựng công trình cảu trạm bơm:

Trong đó : K1là giá thành công việc xây dựng ;

K2, K3, K4 lần lượt là: chi phí mua sắm; chi phí bảo dưỡng; chi phí lắp

đặt và gia công trang thiết bị cơ điện và kết cấu thép

2 Chi phí vận hành năm

Chi phí vận hành năm hay chi phí sản xuất, bao gồm: khấu hao, chi phí sữa chữa

thường xuyên, lương nhân viên, bảo hiểm lao động , tiền dầu mỡ bôi trơn, tiền điện

dùng cho bơm nước và cho tự dùng.Tiền khấu haovà chi phí sưã chữa thường xuyên xác

định tương ứng theo định mức khấu hao, lấy theo phần trăm vốn đầu tư Giá thành điện

để bơm nước xác định theo lưu lượng nước thật được bơm và cột nước theo tính toán

thủy năng ( xem phần E của chương này ) Giá thành điện tự dùng của trạm bơm có thể

lấy 0,02 giá thành điện lượng dùng bơm nước Số lượng nhân viên vận hành, tùy theo

công suất của trạm, xác định theo tài liệu quy định của nhà nước Chi phí bảo hộ lao

động và dầu mỡ lấy theo phần trăm của chi phí cho nhân viên vận hành, điện tự dùng và

sữa chữa thường xuyên

C XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH KINH TẾ ĐƯỜNG ỐNG

Cần tính toán đường kính kinh tế của ống áp lực ( ống đẩy ) trước khi chọn số ống ,

vật liệu làm ống và sơ đồ nối máy bơm với đường ống đẩy Đường kính kinh tế ống

được xác định theo chi phí quy dẫn nhỏ nhất ( công thức 13 - 1 ) Trong trường hợp này,

vốn đầu tư bao gồm: giá thành đường ống và lắp đặt ống; còn chi phí vận hành năm

gồm: khấu hao, sữa chữa và tiền điện bị tổn hao để khắc phục tổn thất cột nước trong

ống Như vậy, việc chọn lựa đường kính ống kinh tế được tiến hành với việc nghiên cứu

đưa ra một số phương án ( không ít hơn ba ) đường ống có đường kính khác nhau và tính

toán chỉ tiêu chi phí quy đổi cho từng phương án đó, chọn đường kính có chi phí quy

dẫn nhỏ nhất làm đường kính kinh tế Thông thường đường kính của các đường ống đặt

song song thì bằng nhau và không thay đổi theo chiều dài ống, bởi vậy đường kính kinh

tế có thể xác định trên 1 mét chiều dài ống

Chi phí quy dẫn nhỏ nhất theo công thức sau cho 1 m dài ống:

Z = C + K.EH = a.∋ + ( b / 100 ).K + K EH ( 13 - 3 )

Trong đó a - giá tiền 1 kWh;

∋ - lượng điện tiêu hao trên 1 m dài đường ống, kWh;

b - số % khấu hao để phục hồi, sữa chữa lớn và sữa chữa thường xuyên;

K - giá thành 1 m ống và lắp đặt ống, đ;

EH - hệ số hiệu ích kinh tế tiêu chuẩn

Dạng chung của biểu thức ∋ như sau:

0

0

, Q w h , tb

t

T

tb

Q t

T dt

=∫

=

=∫

Trong đó: T - thời gian làm việc của máy bơm, giờ;

hw- tổn thất cột nước trên 1 m dài đường ống, hw = 2 A Q , m ;

A - sức cản thủy lực đơn vị;

ηtb = ηmb⋅ ηdc⋅ ηm là hiệu suất trạm bơm, gồm : hiệu suất máy bơm,

hiệu suất động cơ, hiệu suất tính đến tổn hao trên tuyến dẫn đến động cơ

0

3 Q

t

T

dt

p t

q

=∫

= , khi đó công thức ( 13 - 4 ) có dạng:

Đối với biểu đồ lưu lượng yêu cầu có dạng bậc thì lưu lượng trung bình khối trong

ống được tính theo công thức sau:

p t

q

i Q i

k i

t ti i

k

=

∑

=

∑ 3

Trong đó: i - thứ tự thời đoạn trên biểu đồ lưu lượng;

k - số thời đoạn trên biểu đồ lưu lượng;

Qi - lưu lượng trong ống ứng với thời đoạn thứ i, m3/h

Sau đây là một số công thức tính q p tđối với các biểu đồ lưu lượng ( Hình 13 - 1 ) và

các sơ đồ nối ống ( Hình 13 - 2 ) lập cho trạm có các máy bơm cùng đường đặc tính

Hình 13 - 1 Các biểu đồ lưu lượng của trạm

Hình 13 - 2 Các sơ đồ nối ống đẩy của trạm bơm

- Biểu đồ a và sơ đồ a:

p t

q . = Q3 ( t1+2 2t + t3) / ( 3 T ) ( 13 - 7 )

- Biểu đồ a và sơ đồ δ :

p t

- Biểu đồ δ và sơ đồ b :

p t

q . = Q3 ( t1+2 2t +3 3t +2 4t + t5) / ( 4 T ) ( 13 - 9 )

- Biểu đồ δ và sơ đồ :

p t

q . = Q3 (t1+2 2t +9 3t + 2 4t + t5) / ( 2 T ) ( 13 - 10 )

- Biểu đồ δ và sơ đồ ∂ :

p t

T =

2

1 8 2 27 3 8 4 5

- Biểu đồ b và sơ đồ e :

p t

T =

2

1 8 2 27 3 64 4 27 5 8 6 7

Việc tính toán đường kính kinh tế ống tiến hành theo các bước sau:

+ Định ra một số phương án đường kính ống đẩy có thể;

+ Tính toán lưu lượng q p ttrong ống, và theo đó đối với mỗi phương án tiến

hành xác định điện năng tổn thất trong ống theo công thức ( 13 - 5 );

+ Tính chi phí quy dẫn đối với từng phương án theo công thức ( 13 - 3 );

Chọn ra đường kính ống kinh tế là đường kính có chi phí quy dẫn nhỏ nhất

D CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT NHÀ MÁY BƠM

Đặc trưng dẫn nước : kênh dẫn ( khi lấy nước từ kênh chính và từ hồ ) hoặc không có

kênh dẫn ( khi lấy nước từ sông ) có ảnh hưởng đến việc chọn vị trí đặt nhà máy của

trạm bơm

Khi lấy nước từ sông, nhà máy có thể được bố trí ở lòng sông, trên bờ hoặc cắt vào

bờ ( khi điều kiện địa chất thuận lợi và lượng bùn cát trên sông ít ) Khi cắt nhà máy vào

bờ sẽ giảm được chiều dài của đường ống áp lực, nhưng lại làm tăng kích thước của

kênh dẫn

Khi trạm có kênh dẫn thì vị trí đặt nhà máy được chọn phụ thuộc vào điều kiện địa

chất nơi đặt nhà máy, phụ thuộc kết cấu kênh , vào vật liệu xây tường , vào điều kiện lắp

đặt và làm việc của đường ống áp lực Trên tuyến cấp nước cần đưa ra vài phương án bố

trí nhà máy để tính toán so sánh

Vị trí sơ bộ của trạm có thể nhận theo độ sâu khối đào của kênh dẫn, độ sâu nhà máy

phụ thuộc vào tổng lưu lượng cần bơm Ví dụ khi lưu lượng của trạm là 10 m3/s thì

chiều sâu khối đào nhà máy có thể lấy chừng 10 m

Đối với mỗi phương án, tính ra đầu tư xây dựng kênh dẫn và đường ống áp lực, giá

thành điện năng để bơm nước tương ứng với biểu đồ yêu cầu dùng nước và tính chi phí

quy dẫn Cuối cùng phương án nào có chi phí quy dẫn nhỏ nhất sẽ là phương án được

chọn và vị trí đặt nhà máy của phương án đó là có lợi

E TÍNH TOÁN THỦY NĂNG CỦA CÔNG TRÌNH

Tính toán thủy năng của trạm bơm nhằm xác định ra lượng nước ( tính m3 hoặc T-m)

bơm được trong một năm và năng lượng cần dùng để bơm lượng nước đó cũng như xác

định điều kiện làm việc kinh tế nhất của trạm bơm

Tổng lượng nước cần bơm trong một năm và năng lượng dùng để bơm nước có thể

xác định là tổng lượng nước và năng lượng của các thời đoạn làm việc ở các chế độ khác