đồ án thiết kế trạm bơm tưới

Nhiệt độ trung bình của nước sông t0 = 25 0C 8.Các hạt phù sa trong nước sông có đường kính trung bình dtb= 0.04 mm , tốc độ II- Nhiệm vụ thiết kế : 1.Bố trí tổng thể công trình đầu mối

II- Yêu cầu

1 Trong quá trình thực hiện , yêu cầu sinh viên hiểu được mục đích , ý nghĩa , nội dung các phần tính toán Nắm vững các bước tính toán , thiết kế và sự quan hệ giữa

chúng với nhau , từ đó thấy được các công trình trong một trạm bơm liên kết với nhau rất chặt chẽ.cái nọ hỗ trợ cái kia

2 Phải nắm vững lý thuyết , thiết kế phần nào thì phải nắm chắc lý thuyết phần đó Phát huy sức sáng tạo của cá nhân để nâng cao và mở rộng kiến thức

3 Cố gắng hoàn thành trước tiến độ bàn giao công trình

Phần II :

Tài liệu – Nhiệm vụ thíêt kế

I- Tài liệu thiết kế :

Dựa vào quy hoạch thuỷ lợi cho 1 vùng sản xuất nông nghiệp , để đảm bảo cho tưới cần thiết phải xây dựng một trạm bơm tưới với các tài liệu cơ bản sau:

1.Bình đồ khu vực đặt trạm bơm tỷ lệ 1/1000 Cao độ mặt đất của các đường đồng mức nghi ở bảng 1 ( với số liệu tương ứng với đề tài 48 )

3.Cao trình mực nước sông tại vị trí xây dựng trạm bơm ứng với tần suất thiết kế

P = 75% cho ở bảng 3

Bảng 3 Cao trình mực nước bình quân tuần của sông trong năm thiết kế

ứng với tần suất P = 75%

Cao trình mực nước ( m)

Cao trình mực nước ( m)

4 Cao trình mực nước yêu cầu thiết kế ở đầu kênh tưới ghi ở bảng 4 :

- ứng với đề tài 48 tra bảng 4 ( GT HDBT & ĐAMH TB)

7 Nhiệt độ trung bình của nước sông t0 = 25 0C

8.Các hạt phù sa trong nước sông có đường kính trung bình dtb= 0.04 mm , tốc độ

II- Nhiệm vụ thiết kế :

1.Bố trí tổng thể công trình đầu mối của trạm bơm

2.Thiết kế kênh tháo , kênh dẫn của trạm bơm

3.Tính toán cột nước thiết kế và các loại cột nước kiểm tra của trạm bơm

4 Chọn máy bơm , động cơ điện và máy biến áp

5 Chọn loại nhà máy bơm Tính cao trình đặt máy Tính các kích thước cơ bản của nhà máy , bể hút và bể tháo

6 Các bản vẽ , kèm theo thuyết minh

a- Bố trí tổng thể công trình đầu mối tỷ lệ 1/1000

b- Hình cắt ngang nhà máy , tỷ lệ 1/50 – 1/100

c – Hình chiếu bằng nhà máy trên đó thể hiện được cấu tạo , cách bố trí và kích thước các tầng , tỷ lệ 1/50 – 1/100

Bản vẽ tuân theo đúng các quy phạm kỹ thuật về khổ giấy , nét vẽ , ký hiệu khung tên và gấp đúng kỹ thuật

Dựa vào bản đồ địa hình và nhiệm vụ của trạm bơm ta có thể xác định được một

số tuyến công trình , Sau khi so sánh và lựa chọn các phương án , ta đ5 chọn được một tuyến công trình có lợi nhất , đảm bảo được các yêu cầu của một trạm bơm tưới như :

- Khống chế được diện tích cần tưới mà đường kênh tưới ngắn nhất và khối lượng đào đắp ít nhất , phù hợp nhiệm vụ phân phối nước cho các khu tưới có cao trình mực nước khác nhau

-Điều kiện lấy nước thuận lợi từ nguồn nước đến nhà máy bơm, không gây bồi lắng cửa lấy nước và trong kênh dẫn, không gây xói lở bờ sông

- Khống chế diện tích tưới lớn nhất và khối lượng đào đắp ít nhất Tuyến công trình được thể hiện trên bản vẽ

II- Chọn vị trí nhà máy :

- Với bình đồ đ5 cho , chênh lệch địa hình không lớn , các đường đồng mức cách

đều 1m , Cao trình thấp nhất là + 66m ( lòng sông ) , cao trình cao nhất là + 83 m Như vậy chênh cao lớn nhất trong bình đồ thiết kế là 17 m Vậy ta có thể coi đây là bình đồ cho một vùng trung du miền núi

Với trường hợp nguồn nước là sông ỏ trung du thì việc so sánh lợi hại giữa các phương án để chọn một vị trí thích hợp nhằm phát huy hiệu quả kinh tế cao và đảm bảo an toàn cho nhà máy trong mùa mưa lũ là hết sức cẩn trọng

Sau khi đ5 quyết định vị trí đặt trạm còn phải xác định cụ thể nhà máy nằm ở vị trí nào trên tuyến công trình Khi định vị nhà máy phải dựa vào tài liệu địa chất , mặt bằng khu vực , đường giao thông ra vào nhà máy , vị trí đặt trạm biến áp , gian điện , gian sửa chữa , nhà quản lý , mặt bằng thi công

Với phạm vị của nhiệm vụ thiết kế ta có thể dựa vào một số yêu cầu sau :

1 Đảm bảo chống lũ cho động cơ Để đảm bảo sàn động cơ ( đối với nhà máy

lắp bơm trục đứng ) hoặc sàn nhà máy ( đối với nhà máy lắp máy bơm trục ngang kiểu

móng tách rời ) không bị ngập lụt trong mùa mưa lũ thì cao trình sàn động cơ hoặc nền nhà phải cao hơn mực nước lũ từ 0.5 m trở lên

2 Để việc vận chuyển giao thông được dễ dàng , giảm khối lượng đào đắp và

để lợi dụng thông gió tự nhiên thì cao trình sàn động cơ ( nền nhà ) phải cao hơn mặt

đất tự nhiên từ 0.2 – 0.3 m

Dựa vào 2 yêu cầu cơ bản trên , đối chiếu cao trình mực nước lũ lớn nhất ở sông

( ứng với tần suất kiểm tra p = 1 % ) với cao trình mặt đất tự nhiên để quyết định vị

trí nhà máy

- Từ số liệu của đề 48 : ta xác đinh được các cao trình :

+ Cao trình mực nước lũ kiểm tra p = 1% là

ZSmax = + 66,6 m

+ Cao trình mặt đất tự nhiên tại vị trí đặt trạm 67.2 m

+ Cao trình sàn động cơ ( nền nhà ) 67.5 m

III- Chọn vị trí bể tháo :

Để tưới tự chảy cho toàn khu vực , bể tháo phải đảm bảo được mực nước yêu cầu

ở đầu kênh tưới khi máy bơm làm việc với lưu lượng thiết kế Ngoài ra nên bố trí bể tháo trên đất nguyên thổ , khối lượng đào đắp tận dụng ít nhất , chiều dài ống đẩy ngắn nhất

Dựa vào các yêu cầu trên đối chiếu cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới với cao trình mặt đất tự nhiên để định vị vị trí bể tháo

+ Mực nước yêu cầu đâu kênh tưới :

Zk = 84.20 ( m)

KL : Sau khi xác định được vị trí của từng công trình tiến hành vẽ sơ đồ bố trí tổng thể công trình đầu mối của trạm bơm

Chương II : Chọn lưu lượng thiết kế cho trạm bơm

Chọn lưu lượng thiết kế trạm bơm dựa vào đường quá trình lưu lượng cần

( Qyc = f(t)

- Lưu lượng thiết kế Qtk được chọn là trị số lớn nhất trong biểu đồ ( Qyc = f(t) nếu trị số này có thời gian duy trì tương đối dài :( t >= 20 ngày )

⇒ Qtk = 10.80 ( m3/s)

( tra bảng 2 : thời gian kéo dài 46 ngày )

- Lưu lượng nhỏ nhất bằng trị số nhỏ nhất trong biểu đồ :

0001 , 0 106 , 2 4

, 1

106 , 2

+

= +m

I.3- KiÓm tra c¸c ®iÒu kiÖn vÒ l¾ng vµ xãi lë

I.3.1- KiÓm tra ®iÒu kiÖn kh«ng xãi

Vmax < [ ]V KX

0001 , 0 106 , 2 4

, 1

42 , 12 max

Vậy đảm bảo điều kiện không xói

I.3.2- Kiểm tra điều kiện không lắng

0001 , 0 106 , 2 4

= 0,012

⇒ Tra bảng 8-1 bảng tính thuỷ lực ta đ−ợc : RLn = 1,26 ( m )

10 , 7 min

I.4 - Xác định các kích thước khác của kênh tháo

- Cao trình đáy kênh tháo được xác định theo quan hệ

ZdK = Zyc - htk = 84,2 – 2,3 = 81,9 ≈ 82 m

Trong đó :

+ Zyc Là cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới ( = 84,2 m )

+ htk Là độ sâu dòng chảy trong kênh khi dẫn lưu lượng thiết kế ( = 2,3 m )

- Cao trình bờ kênh tháo :

Zbk = Zdk + hgc+ a = 82 + 2,4 + 0,5 = 84,9 m ≈ 85 m ( tiện cho việc thi công )

Trong đó :

+ hgc Là độ sâu dòng chảy trong sân khi dẫn lưu lượng gia cường

+a Là chiều cao an toàn của đỉnh bờ kênh lấy theo bảng ( 4-2 BTTB ) ứng với Q từ 10 ữ 30 m3/s tra bằng a= 0,5 m

- Chiều rộng bờ kênh tháo : Tra bảng 4-3 dựa vào lưu lượng của kênh

+ Σhms Cột nước tổn thất từ bể tháo ra kênh , trị số này bé ta bỏ qua

+h Độ sâu dòng chảy trong kênh ứng với các lưu lượng Dòng chảy trong kênh tháo tưới là dòng đều nên bài toán lúc này là có Q , b ,m,n,i tìm h : Kết quả ghi dưới bảng sau:

Thêi gian Sè ngµy Lưu lưîng ( m3/s ) h ( m ) Zbt

II – Thiết kế kênh dẫn

Kênh dẫn làm nhiệm vụ dẫn nước từ nguồn vào bể hút của trạm bơm Nếu lưu lượng chảy trong kênh dẫn bằng lưu lượng chảy trong kênh tháo ( với trạm chỉ có 1 kênh tháo ) thì có thể lấy mặt cắt ướt của kênh dẫn bằng mặt cắt ướt 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 có những điểm khác nhau sau :

+ Kênh dẫn thường phải đào sâu , kênh tháo vừa đắp , nên mái kênh thường lấy

ít dốc hơn Khi chiều sâu đào kênh lớn hơn 5 m thì cứ cách 5m ( theo chiều cao ) phải làm một cơ có chiều rộng lớn hơn 1m

+ Khi kênh dẫn không có công trình điều tiết ở đầu kênh thì mực nước trong kênh hoàn toàn phụ thuộc vào mực nước sông , nên mặt cắt ướt của kênh rất lớn , tốc

độ dòng chảy trong kênh rất nhỏ nên việc bồi lắng không thể tránh khỏi do đó phải

htk §é s©u dßng ch¶y khi dÉn lưu lưîng thiÕt kÕ

Zbhmin Cao tr×nh mùc nưíc thÊp nhÊt bÓ hót øng víi tÇn suÊt kiÓm tra p

= 90%.cã gi¸ trÞ b»ng Zbhmin = ZSmin - hms

ZsminCao tr×nh mùc nưíc thÊp nhÊt ngoµi s«ng øng víi tÇn suÊt kiÓm tra

p = 90%

hms Cét nưíc tæn thÊt tõ s«ng vµo tíi bÓ hót.( nÕu kªnh ng¾n mµ kh«ng

cã cèng ®iÒu tiÕt th× cã thÓ bá qua, nÕu cã cèng ®iÒu tiÕt th× s¬ bé lÊy b»ng = 0,2 )

+ hdhbq là cột nước địa hình bình quân , tính theo công thức

hdhbq =

∑

∑

i i

i i i

t Q

t h Q

.

.

+ Σ ht Cột nước tổn thất trong đường ống hút và ống đẩy của máy bơm Vì chưa chọn được máy bơm , chưa thiết kế đường ống nên thường lấy theo kinh nghiệm

Σ ht = 10% hdh

Để dễ dàng xác định cột nước điạ hình hi và thời gian ti ta vẽ cùng một đồ thị các quan hệ Zbt ∼ t và đường quan hệ Zbh ∼ t và lập bảng tính toán

ϖ Chú giải : Do chọn kênh dẫn có cống điều tiết lên tổn thất đầu nước giữa sông và bể hút khi qua cống điều tiết lấy sơ bộ h = 0,2 m

Do đó khi tính quá trình mực nước bể hút ta lấy quá trình mực nước sông ứng với tần suất 75% trừ đi tổn thất đó

Các cột nước của trạm bơm & máy bơm

Số lượng máy bơm n của 1 trạm bơm là 1 con số có ý nghĩa về mặt kỹ thuật và cả

về kinh tế Nó chi phối trực tiếp đến khâu thiết kế và trong quản lý vận hành Số lượng máy bơm nhiều dễ đảm bảo chạy máy sát với yêu cầu cấp nước , nhưng vốn đầu tư sẽ tăng , quản lý cũng theo đó phức tạp hơn Trong trường hợp nếu số máy bơm n nhỏ khối lượng công trình bao che nhỏ hơn nhưng mức độ an toàn cấp nước sẽ kém hơn

Với kinh nghiệm thực tế , để đáp ứng được các yêu cầu trên số máy bơm thường nằm trong phạm vi :

3 ≤ n ≤ 8

Để tăng độ an toàn bơm nước cần chọn máy bơm dự trữ Số lượng máy dự trữ phụ thuộc vào độ tin cậy làm việc của loại máy bơm được chọn Trong trường hợp này có thể chọn 1 máy dự trữ

Số máy bơm có thể sơ bộ chọn theo các cách sau :

+ Nếu cột nước H thay đổi ít có thể dựa vào biểu đồ lưu lượng cần Số máy n

được chọn là hợp lý khi các cấp lưu lượng trong biểu đồ đều được đáp ứng bằng một

số máy chọn nào đó , tức là lượng thừa , thiếu ( ± ∆Q )ở các cấp lưu lượng là nhỏ nhất

- Với trường hợp này , ta nhận thấy , lưu lượng yêu cầu không thay đổi nhiều , hay nói cách khác là cột nước H thay đổi ít Do đó có thể dựa vào biểu đồ lưu lượng cần

1/1- 12/2

22/1- 28/2

13/2- 26/3

1/3- 10/4

1/4- 30/4

11/4- 10/5

1/5- 25/5

- Ta nhận thấy nếu lấy n = 5 máy , trong đó có 1 máy dự trữ

I.2- Chọn loại máy bơm:

* Các tiêu chí chọn loại máy bơm

- Máy bơm phải cung cấp đủ lưu lượng yêu cầu

- Phải làm việc với hiệu suất cao :

- Trong quá trình làm việc không được xảy ra hiện tượng khí thực

- Máy bơm phải được chế tạo hàng loạt

h = 21 m Dựa vào Qtk

may = 2,7 m3/s , HTK

may = 21 m tra biểu đồ sản phẩm bơm ta chọn được loại

máy bơm hướng trục OΠB 3-87 do Nga chế tạo

Căn cứ vào đường đặc tính kỹ thuật của máy bơm ( sổ tra cứu máy bơm ) đ5 chọn

η (%)

∆ H

bt (m)

∆ H

th (m)

Động cơ

N (KW)

Điện áp (V)

Trọng lượng (kg)

Thông số kỹ thuật của máy bơm khi máy chạy tại điểm công tác

η (%)

∆ H (m)

∆ H

th (m)

Động cơ

N (KW)

Điện áp (V)

Trọng lượng (kg)

II Chọn động cơ cho máy bơm

Động cơ đi kèm với máy bơm vừa chọn là B∆∆∆∆H118-51-8Y3

II.1- Kiểm tra công suất

Công suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc trong mọi trường hợp phải nhỏ hơn công suất định mức động cơ

Nmax < NH

NH : Công suất định mức của động cơ NH =1000 kw ( bảng thông số kỹ thuật ĐC

Nmax: Công suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc, xác định theo công thức:

tr b

b

Q k

η

η

81 , 9

+ Hb cột nước của máy bơm cho công suất lớn nhất.( với máy bơm hướng trục

công suất lớn nhất xuất hiện khi máy bơm làm việc với cột nước lớn nhất )

5 , 2 3 , 22 05 , 1 81 ,

9 = 717,8 (kw) < NH

Vậy động cơ đảm bảo đáp ứng được công suất lớn nhất mà máy bơm phải làm việc

II.2 - Kiểm tra số vòng quay :

Sự chênh lệch số vòng quay giữa động cơ và máy bơm phải nằm trong phạm vi cho phép :

∆n% = 100

dc

b dc

730 ư = 0%

II.3 - Kiểm tra công suất của máy bơm :

Kiểm tra công suất máy bơm , tương tự như kiểm tra công suất động cơ đ5 chọn

III Chọn máy biến áp

Điện áp động cơ Udc = 6000 V < Ung = 10000 V ( 10KV ) Do đó phải bố trí

trạm biến áp hạ thế để cấp điện cho trạm bơm Khi chọn máy biến áp dựa vào các thông số chủ yếu sau :

- Dung lượng yêu cầu của trạm bơm : S YC

Với sơ đồ đấu điện đ5 chọn ta có thể tính theo công thức

S YC = 1,1

ϕ

η Cos

N K K

dc

H

.

. 2

1 ∑ + K

3.Ntd ( KV.A) Trong đó :

K1 hệ số phụ tải của động cơ : K1 =

8 ,

Thay số ta có :

S YC = 1,1

9 , 0 98 , 0

5000 8 , 0 718 ,

0 + 1.100 = 3681,86 ( KV.A)

- Điện áp của động cơ : Udc = 6000 V

- Điện áp nguồn : Ung = 10000 V

→ Chọn 2 máy biến áp là máy BA1800 - 10/6,3 ; BA1800 - 10/6,3

Các thông số cơ bản của máy biến áp

1 Cao trình mực nước bể hút : Cần đảm bảo khi mực nước tính toán thấp nhất máy chạy được , không sinh ra hiện tượng khí thực

2 Các kết quả tính toán về cao trình đặt máy phụ thuộc vào đặc tính loại máy bơm đ5 được lựa chọn , nhà máy chế tạo có trách nhiệm cung cấp về các số liệu ban đầu

3 Ngoài ra còn dựa vào yêu cầu khác do người thiết kế căn cứ vào quyết định

- ZBHưmin Cao trình mực nước thấp nhất bể hút : ZBHưmin = +64m

- [ HS] Độ cao đặt máy cho phép của máy bơm [ HS] = Hat- Hbh- [∆H] - htưohTra trên đường đặc tính của máy bơm : ( H = 21m ; Q = 2,7 m3/s ) ⇒[ ∆h] = 11 m

- hoh Cột nước tổn thất trong ống hút ( htoh = 0,5 m )

I.2-Tính cao trình đặt máy theo yêu cầu độ ngập bánh xe cánh quạt do nhà máy chế tạo yêu cầu , ta gìm xuống h yc = - 2 m

Zdm2 = Zbhmin + h yc = 64 – 2 = 62 m

KL : Vậy chọn Ztk

dm = + 62 m ≈ + 62 m là cao trình đặt máy

II- Kiểm tra máy bơm làm việc trong các trường hợp đặc biệt

II.1- Làm việc với cột nước lớn nhất ( Hmax)

Hmax = 22,3 m tra đường đặc tính của máy bơm ta suy ra :

→ Z’’dm > Ztk Thoả m5 không phát sinh khí thực

KL : Vậy chỉ khi máy chạy với cột nước lớn nhất thì sẽ phát sinh hiện tượng khí thực ,

do đó có thể khắc phục trường hợp này bằng cách thay đổi góc nghiêng cánh quạt làm thay đổi đường đặc tính của máy trong trường hợp này

Nếu chuyển qóc nghiêng θ = -30 →θ = -40

→ Qmax = 2.4 m3/s ; ;[ ∆h ] = 11,2 m

→ [hs]’ = 10,259 – 0,335 – 11,3– 0,5 = - 1,876 m

→ Z’dm = 64 – 1,876 = 62,124 m

→ Z’dm > Ztk

Khi đó máy bơm sẽ làm việc an toàn

KL : Vậy trong mọi trường hợp ta chọn cao trình đặt máy bơm là : Zdm = + 62m

Chương VII

Thiết kế nhà máy bơm

I.Chọn loại nhà máy bơm

Để chọn loại nhà máy bơm ta dựa vào

- Lưu lượng thiết kế 1 máy là Q1may = 2,7 > 2 m3/s

- Trênh tuyến xây dựng trạm , cũng như nơi tuyến kênh đi qua tình hình điạ chất tương đối tốt , dưới lớp đất canh tác là đất thit pha cát

Từ các điều kiện trên đây ta đi đến lựa chọn nhà máy bơm kiểu khối tảng đảm bảo điều kiện sử dụng (Q1may > 22 m3/s , H S <0 , máy bơm kiểu trục đứng , địa chất tương đối tốt

- Nhà máy bơm kiểu khối tảng là nhà máy có ống hút đúc ở trong khối móng Khối móng và tầng bơm sẽ tạo thành một khối bê tông vững chắc , đảm bảo cho nhà máy không bị đẩy nổi và trượt

-II.Cấu tạo và các kích thước các bộ phận công trình nhà máy bơm

II.1 Cấu tạo tầng bơm

Kích thước định hình của nhà máy bơm hướng trục OΠB 3-87 :