Đồ án thiết kế trạm bơm khu tiêu Vân Đình

Về tưới Các công trình tưới nhìn chung đã giải quyết được hết các vấn đề tưới trong khu vực.Nguồn tưới chủ yếu bằng động lực được đưa từ trạm bơm La Khê dọc theo ven sông Đáy chảy vào h

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH CHUNG CỦA HỆ THỐNG 4

1.1 Điều kiện tự nhiên của hệ thống 4

1.1.1.Vị trí địa lý, diện tích 4

1.1.2.Đặc điểm khu tiêu Vân Đình 4

1.1.3 Đất đai thổ nhưỡng .4

1.1.4 Điều kiện thủy văn 5

1.1.5 Địa chất ,địa chất thuỷ văn .6

1.1.6 Nguồn vật liêu xây dựng .8

1.1.7 Nguồn điện .8

1.1.8 Tình hình giao thông vận tải .8

1.2 Tình hình dân sinh kinh tế 8

1.2.1 Đặc điểm dân số 8

1.2.2 Tình hình sản xuất nông nghiệp và phân bố các loại cây trồng và thời vụ 9

1.2.3 Các nghành sản suất khác .9

1.2.4 Phương hướng phát triển kinh tế của khu vực .9

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG THỦY LỢI VÀ CÁC BIỆN PHÁP CÔNG TRÌNH 10

2.1 Hiện trạng hệ thống thủy lợi 10

2.1.1 Về tưới 10

2.1.2 Về tiêu 11

2.2 Tình hình hạn úng trong khu vực và nguyên nhân 11

2.2.1 Tình hình hạn hán 11

2.2.2 Nguyên nhân 11

2.3 Biện pháp công trình thuỷ lợi và nhiệm vụ của trạm bơm đầu mối 12

2.3.1 Biện pháp công trình thuỷ lợi 12

2.3.2.Nhiệm vụ trạm bơm đầu mối 12

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 13

3.1 Xác định vị trí trạm bơm và bố trí tổng thể công tình đầu mối 13

3.1.1 Xác định vị trí trạm bơm 13

3.1.2 Bố trí tổng thể công trình đầu mối 13

3.2 Xác định cấp công trình, tần suất thiết kế 14

3.2.1 Xác định cấp công trịnh 14

3.2.2 Xác định tần suất thiết kế 14

3.3.Tính toán các yếu tố thủy văn 15

3.3.1 Mục đích: 15

3.3.2 Tài liệu tính toán 15

3.3.3 Phương pháp tính toán 15

3.4 Xác định QTK,Qmax, Qmin 17

3.4.1.Tính Q TK 17

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM BƠM 19

4.1 Thiết kế kênh dẫn, kênh tháo 19

4.1.1 Thiết kế kênh dẫn 19

4.1.2 Thiết kế kênh tháo 22

4.2 Tính toán các mực nước 23

4.2.1 Mực nước bể hút 23

4.2.2 Mực nước bể xả 26

4.3 Tính toán các cột nước của trạm bơm 27

4.3.1 Cột nước thiết kế 27

Cột nước thiết kế của trạm bơm cũng như cột nước thiết kế của máy bơm tính theo công thức: 27

4.3.2 Cột nước lớn nhất trong trường hợp kiểm tra 28

4.3.3 Cột nước nhỏ nhất trong trường hợp kiểm tra 28

4.4 Chọn máy bơm, động cơ kéo máy bơm 29

4.4.1 Chọn máy bơm 29

4.5 Thiết kế nhà máy 33

4.5.1 Chọn loại nhà máy 33

4.5.2 Cấu tạo các bộ phận công trình 33

4.5.3 Kích thước và cao trình chhủ yếu của nhà máy 36

4.6.Thiết kế công trình ngoài nhà máy 43

4.6.1 Bể hút 43

4.6.2 Thiết kế bể tháo 46

4.6.2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu khi thiết kế bể tháo 46

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG NHÀ MÁY 53

5.1 Thiết kế hệ thống điện 53

5.1.1 Chọn sơ đồ lắp dây 53

5.1.2 Bố trí hệ thống điện 54

5.1.3 Tính toán hệ thống điện cao áp 54

5.1.4 Tính toán thiết kế hệ thống điện hạ áp 60

2 Chọn thiết bị đo dòng điện 63

5.1.4.3 Chọn các thiết bị chính khác 64

5.2 Thiết kế hệ thống điện nước trong nhà máy 66

5.2.1.Nhiệm vụ 66

5.2.2 Bố trí hệ thống điện nước 66

5.3 Hệ thống thông gió trong nhà máy 70

5.3.1 Nhiệm vụ: 70

5.3.2 Tính toán hệ thống thông gió 71

5.4 Hệ thống bơm nước chữa cháy: 76

5.5 Hệ thống bơm dầu 77

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH 78

6.1 Tính ứng suất đáy móng 80

6.1.1 Xác định hệ trục quán tính chính trung tâm 80

6.1.2 Xác định tải trọng tác dụng lên công trình N, M 83

6.1.3 Tính toán kiểm tra trong hai trường hợp 89

6.2 Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc đơn 92

6.3 Xác định số lượng cọc 93

6.4 Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc trong móng 95

CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN KINH TẾ 96

7.1 Tính tổng dự toán xây dựng công trình 96

7.1.1.Chi phí xây dựng (GXD ) 96

7.1.2 Tính chi phí thiết bị (GTB ) 98

7.1.3 Chi phí quản lý dự án (GQLDA ) 101

7.1.4 Chi phí tư vấn (GTV ) 102

7.1.5 Chi phí khác (GK) 103

7.1.6 Chi phí dự phòng (GDP) 104

7.2 Tính toán kinh tế 105

7.2.1 ý nghĩa của viêch đánh giá hiệu quả kịm tế 105

7.2.2 Tổng chi phí của dự án 106

7.2.3 Xác định tổng lợi ích của dự án 108

CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH CHUNG CỦA HỆ THỐNG

1.1 Điều kiện tự nhiên của hệ thống

1.1.1.Vị trí địa lý, diện tích.

Tổng diện tích khu tiêu Vân Đình là 2923 ha bao gồm Nam Thanh Oai, Tây Phú Xuyên và Bắc Ứng Hòa của tỉnh Hà Tây cũ nay là Hà Nội, được giới hạn bởi :

- Phía Bắc giáp kênh chính La Khê, kênh N15 La Khê và tỉnh lô 71

- Phía Đông giáp đê sông Nhụệ

- Phía Nam giáp đê sông Vân Đình

- Phía Tây giáp đê sông Đáy

1.1.2.Đặc điểm khu tiêu Vân Đình

● Đây là một vùng trũng, hướng dốc từ Tây sang Đông và từ Bắc xuống Nam Địa hình thấp ở phía đê sông Nhuệ và cao dần ra phía đê sông Đáy Vùng ven sông Nhuệ có cao độ từ 2.5m trở xuống ven vùng sông Đáy hầu hết diện tích có cao độ từ 3 đến 5 m

● Xét mặt thủy chế khu tiêu Vân Đình kẹp giữa 2 con sông là sông Đáy và Sông Nhuệ Về mùa lũ mặt đất tự nhiên của khu vực thấp hơn mực nước sông Đáy tạo ra một thủy chế hết sức bất lợi cho khu tiêu trong mùa lũ

1.1.3 Đất đai thổ nhưỡng

Mang tính chất chung của khí hậu miền Bắc Việt Nam nhiệt đới gió mùa Mùa

Đông lạnh cuối mùa ẩm ướt với hiện tượng mưa phùn, mùa hạ nóng mưa nhiều

- Nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình năm 23o4C trong đó các tháng 12, tháng 1 và tháng 2 nhiệt độ trung bình xuống dưới 20oC Các tháng mùa hè nhiệt độ trung bình trên 25oC

- Độ ẩm

Độ ẩm tương đối.Mùa Xuân độ ẩm cao trung bình 89%.Thời kì khô hanh ( cuối thu và đầu Đông )độ ẩm xuống trung bình dưới 80%

- Bốc hơi

Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm trong vùng khoảng 858 mm

Mùa khô lượng bốc hơi bình quân tháng nhiều năm 61,3 mm

Mùa mưa lượng bốc hơi bình quân tháng nhiều năm 81,5 mm ( tháng 5 bốc hơi bình quân trên 100 mm)

- Tình hình mưa và phân bố mưa

+ Đây là vùng có lượng mưa tương đối lớn và phân bố không đều

+ Mùa mưa từ tháng V đến tháng XI chiếm 70÷80% tổng lượng mưa cả năm và chủ yếu tập trung vào 3 tháng VII, VIII, IX

+ Ngoài ra khu vực còn chịu ảnh hưởng của bão.Bão thường gây ra mưa lớn có những trận mưa lên tới 400 mm.Thời gian mưa có khi lên tới 5÷7 mm gây ra tình trạng ngập úng trong khu vực

Bảng 1.1: Mô hình mưa thiết kế

1.1.4 Điều kiện thủy văn

1.1.4.1 Mạng lưới sông ngòi

Khu tiêu Vân Đình nằm kẹp giữa 2 con sông là sông Nhuệ và sông Đáy Nối liền

2 con sông này là kênh tiêu Vân Đình cũng là trục tiêu chính của trạm bơm

1.1.4.2 Đặc điểm sông ngòi

Về mùa lũ mực nước sông Nhuệ và Sông Đáy dâng cao tạo nên 1 thủy thể hết sức bất lợi cho khu vực trong mùa lũ

Sông Đáy là sông nhận nước tiêu của khu vực tiêu.Mực nước sông Đáy ảnh hưởng

do mực nước thượng nguồn và chịu sự phân lũ của sông Hồng Sự xuất hiện giữa mực nước lớn ngoài sông và mưa gây ngập úng trong khu tiêu là gần như không có quan hệ

1.1.4.3 Tài liệu thủy văn

Bảng 1.2 : Mực nước sông Đáy tại cửa tiêu Vân Đình

- Địa chất của nơi dự kiến xây dựng trạm bơm nằm trong lớp phủ đệ tứ có nguồn gốc hỗn hợp sông biển chủ yếu bồi tụ của sông

- Đất nền thuộc loại đất mềm yếu kết cấu không chặt Địa tầng khu vực chia làm 4 lớp:

Lớp 1: Đất đắp Lớp này không đồng nhất có thể là sét hoặc á sét ở trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng, dày khoảng 4 m, phân bố từ cao trình +5,00 ÷ +2,00

Lớp 2: Đất sét nặng màu nâu hồng, xám xanh, xám vàng trạng thái dẻo cứng đến dẻo mềm, kết cấu chặt vừa Lớp này có chiều dày trung bình từ 2,00 ÷ 3,00 m Phân bố ở cao trình từ +2,00 ÷ +0,00

Lớp 3: Đất á sét màu xám gụ, nâu sẫm, nâu đen trạng thái dẻo chảy đến chảy Lớp này có kết cấu kém chặt, trong đất có lẫn các thớ cát mỏng khoangr 1÷1,2m, đôi

chỗ có lẫn các vật chất hữu cơ, thành phần hữu cơ chủ yếu là gỗ mục đã và đang phân giải, chiều dày lớp thay đổi từ 7 ÷ 8m

Lớp 4: Cát hạt bụi đến hạt trung màu xám tro, có chỗ lấn sét và á cát hoặc á sét nhẹ Trạng thái bão hoà nước, kết cấu bở rời Thành phần chủ yếu là cát thạch anh

có lẫn ít mica Chiều dày lớp chưa được xác định Phân bố ở cao trình -12m trở xuống

Bảng 1.3 : Bảng các chỉ tiêu cơ lí của đất nền

Tầng chứa nước nằm trong lớp đất cát ở dưới cao trình -14 m Nước áp lực có mực nước ngầm ổn định ở cao độ 0 m.Mực nước ngầm có liên quan đến mực nước sông Đáy

1.1.6 Nguồn vật liêu xây dựng

Vật liệu xây dựng địa phương khá phong phú và đầy đủ

-Đá có ở mỏ đá Gò Má

-Cát vàng l ấy ở bãi Kim Bôi cách công trình 46 km

-Cát đen khai thác tại sông Đáy

-Xi măng: Lấy tại nhà máy xi măng Tiên Sơn cách công trình 15 km

Điều kiện khai thác vật liệu hết sức thuận lợi cho việc thi công công trình

1.1.7 Nguồn điện

Vùng dự án có 2 trạm điện trung gian có thể cung cấp điện cho trạm bơm mà không cần sửa chữa nâng cấp

Trạm trung gian Vân Đình 35 KV cách khu xây dựng trạm bơm khoảng 450m

1.1.8 Tình hình giao thông vận tải

-Giao thông vận tải chủ yếu trên sông Đáy chỉ có tàu thuyền trọng tải vừa và nhỏ.Mùa kiệt việc đi lại ở phía thượng lưu rất khó khăn

-Tuyến đường 22 đi qua khu dự án tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển vật liệu trang thiết bị máy móc của dự án

1.2 Tình hình dân sinh kinh tế.

1.2.1 Đặc điểm dân số.

- Tổng số dân trong khu vực 56.600 người trong đó số người trong độ tuổi lao động 21.986 người Tỉ lệ gia tăng dân số hàng năm 2%

-Nghề nghiệp: chủ yếu là làm ruộng một số xã có nghề phụ truyền thống

1.2.2 Tình hình sản xuất nông nghiệp và phân bố các loại cây trồng và thời vụ

-Tổng diện tích lưu vực 2923 ha trong đó diện tích đất canh 80% diện tích đất tự

nhiên

-Cây trồng chính là lúa và hoa màu Sản suất nông nghiệp nhìn chung chưa phát triển hệ số quay vòng của đất chưa cao chưa tận dụng được hết tài nguyên do tình trạng ngập úng thường xuyên

- Nguyên nhân :Do công tác thuỷ lợi chưa hoàn thiện

●Năng lượng

Điện lưới quốc gia đã đến tất cả 22 xã trong lưu vực tiêu

●Cung cấp nước sinh hoạt

Toàn bộ các xã trong lưu vực chưa có nước máy nhân dân đều dùng nước giếng khoan hoặc nước giếng khơi , có những gia đình vẫn dùng nước sông và nước ao

1.2.4 Phương hướng phát triển kinh tế của khu vực

Theo tinh thần chung của đại hội đảng là ổn định kinh tế xã hội mà mục tiêu trước mắt là từng bước xóa đ ói giảm nghèo từng bước ổn định và nâng cao đời sống nhân dân Sản xuất nông nghiệp vẫn giữ vai trò then chốt trong cơ cấu ngành nghề của vùng

Sau khi Trạm bơm tiêu Vân Đình đi vào hoạt động sẽ thúc đẩy sản xuất nông nghiệp trong vùng.

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG THỦY LỢI VÀ CÁC BIỆN PHÁP CÔNG TRÌNH 2.1 Hiện trạng hệ thống thủy lợi.

2.1.1 Về tưới

Các công trình tưới nhìn chung đã giải quyết được hết các vấn đề tưới trong khu vực.Nguồn tưới chủ yếu bằng động lực được đưa từ trạm bơm La Khê dọc theo ven sông Đáy chảy vào hệ thống kênh tưới cấp 1 và cấp 2 để dẫn nước vào các thửa

ruộng Mặt khác nước được lấy từ sông Nhuệ bằng các trạm bơm nhỏ và hệ thống kênh Vân Đình Về cơ bản việc cung cấp tưới được đảm bảo

2.1.2 Về tiêu

- Hệ thống kênh tiêu

Trục tiêu chính Vân Đình được xây dựng từ 1937 và một vài kênh tiêu cấp 1 như Yên Cốc , Tân Phương , Bắc Quảng Họa.Các hệ thống kênh tiêu hiện chưa có đủ khả năng dẫn nước tiêu cho toàn khu dự án chiều dài kênh dẫn mặt cắt kênh còn thiếu nên khả năng tải nước của kênh còn quá nhỏ so với yêu cầu Các kênh tiêu cấp 1 cấp 2 và nội đông khác chưa được xây dựng

Để đảm bảo dẫn nước tiêu cho khu vực cần tiến hành mở rộng các kênh tiêu hiện có

và xây dựng thêm một số kênh tiêu cấp 1 cấp 2 và nội đồng

- Hệ thống trạm bơm tiêu

Để tiêu nước cho khu Vân Đình ra sông Đáy có 5 trạm là Ngọ Xá, Đoàn Xá ,Hoàng Dương ,Cao Xuân Dương và Phương Trung với 100 máy bơm các loại gồm 28 máy bơm 8000m3/h, 10 máy 4000 m3/h, và 62 máy 1000m3/h

2.2 Tình hình hạn úng trong khu vực và nguyên nhân.

2.2.1 Tình hình hạn hán

Vùng trũng trong khu vực (chiếm khoảng 15% diện tích vẫn bị ngập úng trong

thời kì mưa lớn : năm 1994 ngập úng 1892 ha, năm 1996 ngập úng 1496 ha

2.2.2 Nguyên nhân.

- Các trạm bơm tiêu nội đồng xây dựng mang tính chắp vá không theo quy hoặch

và tuỳ tiện nên chỉ giải quyết bơm tiêu cục bộ chỉ giải quyết được khi mưa nội đồng nhỏ

- Các trạm bơm tiêu ra sông Nhuệ và kênh Vân Đình cũng là các trạm bơm nhỏ.Thực tế chỉ làm việc khi mực nước sông tại các cửa tiêu thấp(<4,5 m) còn khi cao hơn thì không làm việc được

2.3 Biện pháp công trình thuỷ lợi và nhiệm vụ của trạm bơm đầu mối

2.3.1 Biện pháp công trình thuỷ lợi

Để đảm bảo tiêu úng cho khu tiêu cần xây dựng trạm bơm Vân Đình để tiêu úng cho 2923 ha

2.3.2.Nhiệm vụ trạm bơm đầu mối

- Tiêu nước cho hoa màu vụ mùa phải đảm bảo ngày nào tiêu hết ngày đó

- Tiêu nước cho phần thổ cư đường xá vào ao hồ trũng nằm xen kẽ trong khu tiêu

- Tiêu nước cho lúa và hoa màu vụ xuân khi có mưa vào cuối vụ

Trong các nhiệm vụ trên nhiệm vụ tiêu nước cho lúa và hoa màu vụ mùa là quan trọng nhất vì thời gian từ tháng 7 đến tháng 11 mưa rào mực nước sông dâng cao

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

3.1 Xác định vị trí trạm bơm và bố trí tổng thể công tình đầu mối

3.1.2 Bố trí tổng thể công trình đầu mối

Dựa vào bản đồ địa hình khu vực 1/500, dựa vào chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất dưới móng công trình trong cụm đầu mối đề ra hai phương án bố trí công trình đầu mối

Phương án 1: Bể tháo xa nhà máy:

Ưu điểm: dễ quan sát đường ống đẩy, không có khớp nối nên không rò rỉ, nhà máy được thong thoáng, kênh xả ngắn hơn nên iảm bớt khối lượng đào đắp Khi trạm bơm làm việc không làm mất ổn định bể tháo

Nhược điểm: Vì có một đoạn ống đẩy nối nhà máy với bể tháo nên hai công trình lún không đều sẽ ảnh hưởng đến ổn định của ống đẩy, mặt bằng nhà máy rộng

Phương án 2: Bể tháo sát nhà máy

Ưu điểm: Toàn bộ máy bơm, ống đẩy, cửa ra ống đẩy nằm chọn ven trong nhà máy bơm và bể tháo lún không đều thì ống đẩy không bị ảnh hưởng gì, máy vẫn làm việc bình thường Tổn thất qua ống đẩy ít, tiết kiệm kinh phí ống đẩy

Nhược điểm: Khi nhà máy làm việc gây rung động bể tháo, dẫn đến mất ổn định

bể tháo, kênh tháo dài

Chọn phương án: Để nhà máy thông thoáng, bể tháo không bị rung động khi máy

bơm làm việc, chọn phương án một bể tháo xa nhà máy

3.2 Xác định cấp công trình, tần suất thiết kế

3.2.1 Xác định cấp công trịnh

Để công trình đạt được hai yếu tố là kinh tế và kỹ thuật thì việc tính toán các mực nước sông, mực nước sông thiết kế, mực nước sông ứng với tần suất thiết kiểm tra tại

vị trí xây dựng phải dựa vào cấp bậc công trình

Do trạm bơm đặt trong hệ thống thuỷ nông nên ta dựa vào diện tích tiêu để xác định cấp công trình Trạm bơm Vân Đình tiêu cho 2923 ha nên theo TCXDVN 285-

2002 bảng 2.1 quy định công trình này thuộc công trình cấp III

3.2.2 Xác định tần suất thiết kế

Ứng với cấp công trình này thì quy định tần suất tính toán như sau

- Mức đảm bảo thiết kế của công trình P = 90%

- Mực nước thiết kế ứng với tần suất P = 10%

- Tần suất lũ kiểm tra ( Mực nước ngày lớn nhất ) P = 5%

3.3.Tính toán các yếu tố thủy văn

3.3.1 Mục đích:

Sản xuất nông nghiệp chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố tự nhiên, trong đó có yếu tố khí hậu, đặc biệt là lượng mưa Có những năm mưa nhiều, lại có những năm mưa ít Mưa nhiều gây úng ngập, lượng mưa quá ít thì sẽ hạn hán Lượng mưa phân bố không đều theo không gian và thời gian, trong khi cây trồng đòi hỏi một chế độ nước thích hợp Tính toán thủy văn là nhằm mục đích tìm ra quy luật phân bố lượng mưa theo thời gian cũng như quá trình diễn biến của mực nước sông nhằm phục vụ cho việc tính toán chế

độ tưới, tiêu để từ đó tìm ra các thông số của công trình, lập kế hoạch quản lý và vận hành hệ thống

3.3.2 Tài liệu tính toán

- Tài liệu mực nước: Tài liệu mực nước dùng trong tính toán là mực nước sông Đáy trung bình các tháng mùa lũ, có liệt quan trắc 20 năm kể từ năm 1984 đến năm 2002

3.3.3 Phương pháp tính toán

Tính toán các yếu tố thủy văn là đi xác định các mực nước thiết kế, các mực nước này được xác định bằng phương pháp thống kê toán học dựa trên liệt nhiều năm

Trong phương pháp thống kê có thể vẽ đường tần suất bằng phương phap:

- Phương pháp 3 điểm: Phương pháp này đơn giản, tinbs toán nhanh tuy nhiên phụ thuộc vào chủ quan của người vẽ do đó kết quả không được chính xác, phương pháp 3 điểm chỉ áp dụng cho dạng phân phối PIII

- Phương pháp momen: Phương pháp này cho kết quả mang tính khách quan nhưng thiên nhỏ

- Phương pháp thích hợp: là phương pháp vẽ đương tần suất theo các tham số thống kê được tính bằng phương pháp momen Sau đó căn cứ vào sự phân tích ảnh

hưởng của các tham số thống kê đến dạng đường tần suất lý luận, đây là phương pháp đơn giản cho kết quả khá chính xác nhưng ít nhiều cũng phụ thuộc vào chủ quan của người vẽ.

Nội dung phương pháp thích hợp

Bước 1 : Sắp xếp số liệu thủy văn từ lớn đến nhỏ, tính tần suất kinh nghiệm rồi chấm điểm kinh nghiệm lên giấp tần suất

Theo chuỗi số liệu thực đo, tính tần suất kinh nghiệm Pi theo công thức kỳ vọng:

* 100 %

1 n

i- Số thứ tự của số liệu thống kê tương ứng trong bảng sau khi xắp xếp;

n- Số năm của liệt số liệu

Chấm các điểm có toạ độ (Xi, Pi) lên giấy tần suất ta được các điểm tần suất kinh nghiệm

Bước 2 : Tính các tham số thống kê X ; Cv ; Cs theo công thức tính momen

V

n

i i s

X : Là đại lượng bình quân của đại lượng ngẫu nhiên

xi : Là các giá trị của mẫu

CV : Hệ số phân tán

Cs : Hệ số thiên lệch

n : Số năm của chuỗi số liệu

Bước 3 : Với các giá trị X ; Cv ; Cs đã xác định, dùng bảng tra đường tần suất của Kritsky- Menken vẽ đường tần suất lý luận (xp – P) lên giấy tần suất Nếu đường này phù hợp với các điểm kinh nghiệm là được, trong trường hợp ngược lại thì dựa vào sự phân tích ảng hưởng các tham số thống kê đến đường tần suất để tăng hay giảm giá trị của tham số cho đến khi đường tần suất lý luận phù hợp với các điểm kinh nghiệm thì thôi

3.3.3.1.Xác định mực nước sông H 1ng.max , H 5ng.max , ứng với các tần suất

Tính toán các mực nước thiết kế (sử dụng phần mềm TTTV 2002 )

- Từ số liệu mực nước sông Đáy 1 ngày max tại trạm Vân Đình tính được mực nước sông 1 ngày max ứng với tần suất P= 5% : H1ngày5% max= 7,21m

Từ số liệu mực nước sông Đáy 5 ngày lớn nhất tính được mực nước trung bình 5 ngày lớn nhất ứng với tần suất P=10% là :H105ngay% max= 5,56 m

Qtk:Lưu lượng thiết kế

= 6,62 (m3/s)

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM BƠM

4.1 Thiết kế kênh dẫn, kênh tháo

4.1.1 Thiết kế kênh dẫn.

4.1.1.1 Nhiệm vụ

Dẫn nước từ nguồn vào bể hút của trạm bơm

4.1.1.2 Yêu cầu

- Đảm bảo dẫn đủ nước ổn định không gây bồi lắng xói lở

- Kênh dẫn phải đào sâu khi chiều sâu đào lớn hơn 5 m thì cứ cách 5 m phải làm một cơ có chiều rộng lớn hơn 1m

Dựa đất lòng kênh và điều kiện khai thác trên lòng kênh như cỏ mọc đất đá

Tra bảng 9.8 giáo trình thuỷ nông tập 1 được n=0,025

● Độ dốc đáy kênh

Độ dốc kênh được chọn phải đảm bảo ổn định lòng kênh không gây bồi lắng xói lởVới vùng đồng bằng sơ bộ chọn i= 2.10-4

4.1.14 Trình tự thiết kế kênh

Thiết kế kênh dựa trên phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi nhất về thủy lực

● Chiều sâu dòng chảy trong kênh

Được xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm

4.1.1.5 Kiểm tra mặt cắt kênh

Để đảm bảo kênh ổn định, không bị bồi lắng và không bị xói lở cần phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Điều kiện ổn định không bị xê dịch, đổi dòng: β= >[ ]β

hb

- Điều kiện không xói lở: Vmax < [ ]Vkx

- Điều kiện không bồi lắng: Vmin > [ ]Vkl

Trong đó:

[ ]Vkx , [ ]Vkl là tốc độ không xói, không lắng cho phép phụ thuộc vào tính chất đất nơi tuyến kênh đi qua, lưu lượng chảy trong kênh và hàm lượng phù sa

Vmax, Vmin là tốc độ dòng chảy trong kênh khi dẫn với lưu lượng gia cường (Qmax)

và lưu lượng nhỏ nhất (Qmin)

Vmax =

max max

Q

ω , Vmin =

min min

hmax , hmin được xác đinh như trên

Từ Qmax= 22,85 m3/s ,Qmin=6,62 m3/s b=12 m ,n=0,025, m=1,5,i=0,0002 Sử dụng phần mềm tính kênh ta có

Bảng 4-1: Kết quả xác định V max , V min

● Kiểm tra điều kiện không xói lở : Vmax < [ ]Vkx

Sử dụng công thức Ghiếckan xác định tốc độ không xói cho phép:

[ ] 0 , 1

kx kQ

Trong đó: Q là lưu lượng gia cường, Q =22.85 m3/s

k là hệ số quyết định bởi tính chất đất nơi tuyến kênh đi qua

Tra bảng 4.1 sách bài tập và đồ án môn học trạm bơm và máy bơm ứng với đất pha sét vừa thì k = 0,62

Thay các trị số k, Q vào: [ ]V kx =0,62.22,850 , 1 =0,85 (m/s)

So sánh Vmax = 0.76 m/s và [ ]Vkx = 0,85 m/s nhận thấy Vmax < [ ]Vkx thỏa mãn điều kiện không xói lở.

● Kiểm tra điều kiện không bồi lắng Vmin > [ ]Vkl

Sử dụng công thức GhiếcKan theo quy phạm của Liên Xô xác định tốc độ không lắng cho phép:

● Kiểm tra điều kiện ổn định của kênh:

Để kênh không bị xê dịch, đổi dòng thì: β= >[ ]β

h

b

Trong đó [ ]β = 3.Q0,25 – m.Thay các trị số m, Q vào:

126,486Nhận thấy β>[ ]β .

Như vậy mặt cắt kênh dẫn thiết kế đã hợp lý h=1.85 m, b=12 m

4.1.2 Thiết kế kênh tháo

Kênh tháo có nhiệm vụ dẫn nước từ bể tháo ra sông Đáy qua cống dưới đê Xác định kích thước mặt cắt kênh tháo cũng thông qua tính toán thủy lực theo phương pháp

đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về mặt thủy lực tương tự như kênh dẫn Lưu lượng chảy trong kênh tháo bằng lưu lượng chảy trong kênh dẫn, các yếu tố thủy lực m, n, i chọn tương tự như kênh dẫn nên một số thông số của kênh dẫn bằng thông số của kênh tháo

Có các thông số của kênh tháo, kênh dẫn như sau:

- Hệ số mái kênh m = 1,5

- Hệ số nhám lòng kênh n = 0,025

- Độ dốc đáy kênh i = 2.10-4

- Chiều rộng đáy kênh b = 12 m

- Độ sâu mực nước thiết kế trong kênh h = 1,85m

- Độ sâu mực nước nhỏ nhất trong kênh hmin = 0.98 m

- Bề rộng bờ kênh là 3 m hệ số mái m=1,5

Tuy nhiên do đặc điểm và điều kiện làm việc khác nhau nên kênh dẫn và kênh tháo

có những điểm khác nhau Kênh dẫn thường phải đào sâu nên khi chiều sâu đào kênh lớn hơn 5m thì phải làm cơ còn kênh tháo thì vừa đào vừa đắp hoặc nổi

A0 : Cao trình tiêu đại biểu (cao trình mặt ruộng đại diện) tức :

Cao trình này phải tương đối thấp so với các cao trình khác

Có diện tích tương đối lớn so với diện tích khu tiêu

h0 : Lớp nước trữ trong ruộng lúa h0 = 0,1 m

∑Liii : Tổng tổn thất dọc đường trên hệ thống kênh mương từ điểm đại diện về bể hút

∑hc: Tổng tổn thất cục bộ qua công trình trên kênh từ điểm đại diện về bể hút chọn ∑hc=0,25 m

Chọn điểm đại diện có cao trình A0=3 m tại xã Lê Dương Thanh Oai

Chiều dài tuyến kênh dẫn nước từ điểm đại diện đến bể hút L0=19,5 km , độ dốc đáy kênh i=2.10-4

Tận dụng khả năng trữ nước của ao hồ trong những ngày tiêu căng thẳng nhằm

giảm hệ số tiêu của hệ thống Vì vậy trước khi có mưa thì thường phải bơm tiêu đệm trước để mực nước trong ao hồ thấp hơn một lượng htrữ so với mực nước trong ruộng Mực nước bể hút tương ứng trong trường hợp này chính là mực nước bể hút nhỏ nhất

Vậy: min

bh

Z = 2,5-0,5-17000.10-4-0,2= 0,1 m

● Xác định cao trình đáy kênh dẫn:

Cao trình đáy kênh dẫn được xác định theo công thức

● Xác định cao trình đáy kênh tháo

Cao trình đáy kênh tháo được xác định theo công thức sau

Cao trình bờ kênh tháo được xác định theo công thức:

kt b

Z = max

bx

Z + aTrong đó:

4.3.2 Cột nước lớn nhất trong trường hợp kiểm tra.

Đây là trường hợp tương ứng với mực nước bể xả lớn nhất và mực nước bể hút xuống thấp nhất

Cột nước lớn nhất được xác định theo công thức:

4.3.3 Cột nước nhỏ nhất trong trường hợp kiểm tra.

Đây là trường hợp tương ứng với mực nước bể xả xuống thấp nhất và mực nước bể hút lên cao nhất

Cột nước nhỏ nhất được xác định theo công thức:

Vậy Htk= 5,9m , Hmax= 8,26 m, Hmin= 3,93 m.

4.4 Chọn máy bơm, động cơ kéo máy bơm

4.4.1 Chọn máy bơm

4.4.1.1 Chọn số lượng máy bơm

● Ý nghĩa của việc chọn máy bơm

Việc chọn máy bơm có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế và kỹ thuật Nó ảnh hưởng trực

tiếp đến việc thiết kế cũng như vận hành quản lý trạm bơm Số lượng máy bơm chọn sao cho phải đảm bảo máy chọn theo sát yêu cầu thiết kế, số máy không quá lớn và không quá nhỏ Số lượng máy nhỏ khối lượng công trình nhỏ nhưng mức độ đảm bảo

an toàn trong việc tiêu nước sẽ kém Trong trường hợp số máy lớn việc tiêu nước sẽ được đảm bảo nhưng việc quản lý sẽ phức tạp hơn, khối lượng công trình cũng lớn hơn Theo kinh nghiệm số máy bơm chọn : 3 ≤ n ≤ 8

● Phương pháp chọn số máy bơm.

+ Khi cột nước H thay đổi ít

Sử dụng biểu đồ lưu lượng cần (Qyc~t) Số máy bơm được chọn là hợp lý khi lưu lượng yêu cầu được đáp ứng bằng một số máy chạy Lưu lượng thừa thiếu ở các cấp lưu lượng nhỏ (± ∆Q nhỏ).

+ Khi cột nước thay đổi lớn

Sử dụng biểu đồ quan hệ N=f(t) để chọn số máy :Ni= γQiHi Với Ni, Qi , Hi là công suất lưu lượng và cột nước qua các thời kỳ.Cách làm tương tự như đối với biểu

đồ lưu lượng yêu cầu

Dựa vào kinh nghiệm 3 ≤ n ≤ 8.Chọn số máy cảu trạm là n = 6 máy và một máy

dự trữ, tổng số máy của trạm là 7

4.4.1.2 Chọn loại máy bơm

Lưư lượng của một máy: Q1máy =

6

87,19

) ( =

n

Q tk tm

= 3,31 (m3/s) = 11922(m3/h)Trong đó Qtk(tm): Lưu lượng thiết kế của toàn bộ nhà máy

Dựa vào sổ tra cứu máy bơm ứng với lưu lượng một máy:

Q1máy = 11922(m3/h), và cột nước thiết kế HTK = 7,7m có hai phương án chọn loại máy bơm :

- Loại máy bơm HTĐ12000- 9 do công ty cổ phần chế tạo máy bơm Hải Dương sản xuất

- Loại máy bơm O∏B16-87 do Nga sản xuất

Phương án 1: Loại máy bơm của Nga O∏B16-87:

Phương án 2 : HTĐ12000- 9 do công ty cổ phần chế tạo máy bơm Hải Dương sản

xuất

+ Ưu điểm

Thuận tiện cho công nhân vận hành, thiết bị sẵn có trên thị trường , công vận chuyển và lắp đặt rẻ, thiết bị thay thế nhiều , vì vậy giá thành rẻ Hiện nay nhờ tiếp thu khoa học kỹ thuật của nước ngoài do vậy về mặt chất lượng không kém của Nga là mấy

+ Nhược điểm :

Chất lượng kém hơn dễ bị hư hỏng

Qua việc so sánh hai phương án trên ta chọn máy bơm HTĐ12000- 9 do công ty cổ phần chế tạo máy bơm Hải Dương sản xuất với ưu điểm của nó là rẻ và chất lượng hiện nay của loại máy này cũng khá tốt, hiệu suất tương đối cao

Máy bơm HTĐ8000- 9 có thông số kỹ thuật sau

Động cơ đi kèm với máy bơm HTĐ12000- 9 của Việt Nam

có các thông số kỹ thuật sau

Hiệu suất động cơ η 82,00% 78,50%

76,5%

Sai số so với lưu lượng yêu cầu ΔQ 1,86%

4.4.2.Kiểm tra công suất động cơ

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

Nmax ≤ NH

NH: Công suất định mức động cơ NH = 280(KW)

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

KT max

N =

tr b

b

b H Q K

η

η

81,9

Hb : Cột nước của máy bơm cho công suất lớn nhất Tuỳ theo loại máy bơm mà trị

số Hb được lấy khác nhau Máy bơm hướng trục công suất lớn nhất xuất hiện khi máy bơm làm việc với cột nước lớn nhất

Dựa vào số liệu thiết kế

- Lưu lượng thiết kế 1 máy Q1máytk= 3,31 m3/s

- Loại máy bơm hướng trục trục đứng HTTĐ

- Cột nước thiết kế HTK = 5,9 m

- Độ cao hút nước cho phép [ ]h s = 1,4m

Dựa vào các điều kiện trên ta chọn nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt tầng khô

4.5.2 Cấu tạo các bộ phận công trình

4.5.2.1 Cấu tạo móng và buồng hút

● Cấu tạo khối móng : Móng nhà máy bằng BTCT M200 dày 100cm, phía dưới có lớp BT lót M100-10(cm) được đỡ bởi hệ thống móng cọc BTCT tiết diện 30x30

● Cấu tạo buồng hút : Buồng hút là để máy bơm hút nước lên, vì vậy cấu tạo và kích thước của buồng hút phải đảm bảo điều kiện thủy lực tốt tránh gây ra các hiện tượng xoáy mặt và xoáy ngầm làm cho không khí chui vào máy bơm hoặc làm cho

phân bố áp lực không đều trước khi chảy vào máy bơm Những hiện tượng trên là nguyên nhân làm tăng tổn thất lưu lượng, gây ra hiện tượng rung động và hư hỏng máy bơm

Cấu tạo buồnh hút gồm có : Tường hạ lưu bằng BTCT M200-60cm, có tường chắn phá xoáy phía sau ống hút bằng BTCT M200-20cm, hai dầm đỡ ống hút bằng M200-50cm

● Cầu thang

Để lên xuống tầng bơm Cầu thang bố trí trên trục pin sát tường thượng lưu, chiều rộng bậc cầu thang 0,8m, khoảng cách giữa các bậc là 0,3m

4.5.2.2 Cấu tạo tầng động cơ

Tầng trên của nhà máy là nơi bố trí các động cơ của máy bơm chính, các thiết bị khởi động, tủ phân phối điện, cầu trục, gian sửa chữa lắp ráp Tùy theo tình hình chịu lực của mỗi chi tiết mà định kích thước và kết cấu cho phù hợp

- Chiều cao dầm hd = (

8

1  15

1).Ld

- Kết cấu mái tựa : Trên mặt bản nóc lát một lượt gạch lá men dày 2cm, bản mặt làm bằng BTCT M200 dày 15cm.

- Dọc theo chiều dài nhà máy bố trí máng thoát nước dùng để thoát nước Cuối máng thoát nước đặt ốmg thoát nước PVC đường kính 100mm

- Trên mái còn đặt thiết bị chống sét bảo vệ nhà máy trong trường hợp bị sét đánh

● Gian điện và gian sửa chữa :

Gian điện bố trí riêng một gian phía đầu hồi trái, gian sửa chữa được bố trí ở đầu hồi phải, kích thước 1 gian bằng kích thước của một gian bơm

4.5.3 Kích thước và cao trình chhủ yếu của nhà máy

4.5.3.1 Buồng hút

● Độ ngập sâu của miệng vào máy bơm dưới mực nước thấp nhất ở bể hút:

Theo kích thước quy định của nhà chế tạo máy bơm thì h2 ≥ 2.5m sẽ ddamr bảo không sinh ra hiện tượng khí thực Chọn h2 = 2.5m

● Khoảng cách từ miệng vào máy bơm đến đáy buồng hút tốt nhất

h1=

3

Dv =3

1,52

=0,51(m)Tuy vậy thiết kế với trị số h1 tương đối nhỏ nên gặp khó khăn trong sửa chữa và

dễ bị bùn cát lấp nên lấy theo giá trị được thí nghiệm, theo kết quả thí nghiệm của nhà máy bơm Hải Dương giá trị h1≥0,6 (m), chọn giá trị h1= 0,6(m)

● Chiều sâu mực nước chứa trong buồng hút

+Q: Lưu lượng 1 máy ứng với cột nước thiết kế Q=3,31 (m3/s)

Chiều cao của tường: 80 m;

Chiều dày của tường: 0,2 m;

Chiều dài tường: 1,2 m

- Buồng hút bố trí đường hầm tập trung nước

Đường hầm tập trung nước lấy nước từ ống hút khi sửa chữa và nước thấm từ sàn bơm khi chảy xuống

Đường hầm có đường ống nối với ống hút

Cao trình đáy đường hầm thấp hơn cao trình đáy buồng hút

Kích thước đường hầm b ×h = 73 ×440 cm

4.5.3.2 Chiều cao nhà máy

● Chiều cao tầng dưới mặt đất

Chiều cao tầng dưới mặt đất được xác định theo hai điều kiện:

Điều kiện 1:Theo điều kiện lắp đặt động cơ với máy bơm và ống hút

Htb = hm + hbh + hsb + hb

Trong đó :

+hm:Chiều dày móng, bằng chiều dày lớp BT lót 10cm +lớp BTCTM200-dày 100 cm; hm = 1(m)

+hbh là chiều cao buồng hút; hbh = 4,4+0,6 – 0,6 = 4,4 m

+ hsb là chiều dày của sàn bơm; hsb = 0,6m

+ hb là chiều cao từ sàn bơm đến sàn động cơ, tra ở kích thước định hình xác định được hb = 3,2 m

Vậy Htb = 0,6 + 4,4 + 0,6 + 3,2 = 8,8 (m)

Điều kiện 2: Tính theo điều kiện chống lũ cho động cơ:

' tb

H = hm+h+ΔZ+δTrong đó:

+ h : Chiều sâu nước chứa trong buồng hút;h =h1+h2 = 3,1(m)

+ ΔZ : Độ dao động mực nước bể hút ΔZ = max

bh

bh

Z = 2 – 0,1=1,9 (m)+ δ : Độ cao an toàn chống sóng tràn δ = 0,5÷0,7(m); chọn δ=0,5 (m)

tb

H = hm+h+ΔZ+δ= 0,6 +1,9 + 3,1 +0,5= 6,1(m)

Để đảm bảo cả hai điều kiện,chiều cao tầng bơm Htb= 8,8(m)

● Chiều cao tầng động cơ

Đối với loại nhà máy bơm lắp đặt máy bơm hướng trục trục đứng Khi sửa chữa trục động cơ, trục bơm đều phải kéo qua phần tĩnh của động cơ do đó chiều cao tầng động cơ tính từ mặt sàn động cơ đến trần nhà máy ( không kể nóc nhà ) theo công thức:

+Ltmax: Chiều dài lớn nhất của vật được kéo lên ( trục máy bơm) Ltmax = 6,95(m)+ Ld: Chiều dài dây buộc; Ld = 1.0(m)

+Hct: Chiều cao của cầu trục tính từ móc câu đến đỉnh của nhà máy: Hct=2,0m+ δ=0,3(m): Khoảng cách an toàn từ đỉnh của nhà máy đến mặt dưới của xà ngang

+ t1 ; t2: Chiều dày tường thượng, hạ lưu nhà máy t1= 0,5(m); t2=0,6(m)

+ a1; a2: Lối để đi lại, trông coi máy bơm thường lấy từ 1÷1,5m