THIEÁT KEÁ SÔ BOÄ TRAÏM BÔM TÖÔÙI ITaøi lieäu thieát keá: Döïa vaøo quy hoaïch thuûy lôïi cho moät vuøng saûn suaát noâng nghieäp,ñeå ñaûm baûo töôùi caàn thieát phaûi xaây döïng moät traïm bôm töôùi vôùi caùc taøi lieäu cô baûn nhö sau: 1Bình ñoà khu vöïc ñaët traïm bôm tæ leä 11000,cao ñoä maët ñaát cuûa caùc ñöôøng ñoàng möùc nhö bình ñoà. 2Löu löôïng yeâu caàu traïm bôm phaûi cung caâp trong caùc thôøi kyø sinh tröôûng cuûa caây troàng nhö baûng sau:
Trang 1ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM (Đề số 20)
THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM BƠM TƯỚI
I/Tài liệu thiết kế:
Dựa vào quy hoạch thủy lợi cho một vùng sản suất nông nghiệp,để đảm bảo tưới cần thiết phải xây dựng một trạm bơm tưới với các tài liệu cơ bản như sau:
1/Bình đồ khu vực đặt trạm bơm tỉ lệ 1/1000,cao độ mặt đất của các đường đồng mức như bình đồ
2/Lưu lượng yêu cầu trạm bơm phải cung câp trong các thời kỳ sinh trưởng của cây trồng như bảng sau:
Bảng 1: BẢNG LƯU LƯỢNG YÊU CẦU TƯỚI TRONG CÁC THỜI KỲ
Từ ÷ đến Số ngày Lưu lượng yêu cầu (m3/s)
3/ Cao tình mực nước sông tại vị trí xây dựng trạm bơm ứng với tần suất thiết kế P=75% như bảng sau:
Bảng 2:
BẢNG CAO TRÌNH MỰC NƯỚC BÌNH QUÂN TUẦN CỦA SÔNG TRONG NĂM THIẾT KẾ
Tháng Tuần Số ngày Cao tình mực nước (m)
Trang 24 1 10 65.20
4/Cao trình mực nước yêu cầu thiết kế ở đầu kênh tưới là 68.20m
5/Cao trình mực nước lũ ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra P=1% là Zmax=66.6m
6/Cao trình mực nước thấp ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra P=90% là Zmin=64.2m
7/Nhiệt độ trung bình của nước sông t=25oc
8/Các hạt phù sa trong nước sông có đường kính trung bình dtb=0.04mm,tốc độ chìm lắng W=1.1m/s
9/Trên tuyến xây dựng trạm cũng như nơi tuyến kênh đi qua tình hình địa chất tương đối tốt ,dưới lớp đất canh tác là lớp thịt pha cát
10/Khu vực đặt trạm bơm rất gần đường giao thông và đường dây điện cao thế 10KV
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 ,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:
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN
A/BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI TRẠM BƠM:
Trang 3I/Chọïn tuyến công trình:
Dựa vào bản đồ địa hình và nhiệm vụ của trạm bơm ta vạch ra một số tuyến công trình,so sánh và chọn ra tuyến có lợi nhất.Đối với trạm bơm tưới,tuyến công trình có lợi nhất sẽ là:
-Hướng lấy nước thuận
-Ổn định về mặt bồi lắng,xói lở
-Khống chế diện tích tưới lớn nhất và khối lượng đào đắp ít nhất
Để thỏa mãn được các điều kiện trên ,ta chọn tuyến I để thiết kế
II/ Chọn vị trí nhà máy :
Để vị trí nhà máy bơm hoạt động bình thường trong quá trình sử dụng ,cần thỏa mãn các điều kiện sau:
Đảm bảo chống lũ cho động cơ.Để đảm bảo sàn động cơ không bị ngập lụt trong mùa mưa lũ thì cao trình sàn động cơ(nền nhà) yêu cầu cao hơn mực nước lũ từ 0.5m trở lên
Để việc vận chuyển giao thông dể dàng,giảm khối lượng đào đắp và lợi dụng thông gió tự nhiên thì cao trìng sàn động cơ (nền nhà) phải cao hơn mặt đất tự nhiên từ 0.2 ÷0.3m
Dựa vào 2 yêu cầu trên ,đối chiếu với cao trình mực nước lũ lớn nhất ở sông ứng với tần suất kiểm tra P=1% với cao trình mặt đất tự nhiên ta chọn vị trí nhà máy tại khoảng giữa 2 đường đồng mức có cao trình từ 67.00 ÷ 67.50m
Vậy cao trình sàn động cơ (nền nhà ) là : 66.60 +0.5 =67.10m
III/ Xác định 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 sao cho ít nhất chiều dài ống đẩy ngắn nhất Dựa vào các yêu cầu trên đối chiếu với cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới với cao trình mặt đất tự nhiên ta đặt bể tháo ở cao trình 66.70m (sơ bộ chọn h=1.5m)
SƠ ĐỒ BỐ TRÌ CỤM ĐẦU MỐI TRẠM BƠM NHƯ SAU
3 4
1
7
2
9
8
7-Kênh tháo 8-Đường giao thông 9-Trạm biến áp
B/CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CHO TRẠM BƠM:
Chọn lưu lượng thiết kế cho trạm bơm dựa vào đường quá trình lưu lượng cần [Qyc=f(t)]
Q(m3/s)
Trang 410.00 Qyc ~t 10.00 10.00
t(ngày) -Lưu lượng thiết kế Qtk được chọn là trị số lớn nhất trong biều đồ, và trị số này có thới gian duy trì tương đối dài (t ≥ 20ngày) Vậy chọn Qtk =10.00m3/s
-Lưu lượng nhỏ nhất bằng trị số nhỏ nhất trong biểu đồ Vậy Qmin = 5.00m3/s
-Lưu lượng lớn nhất lấy bằng Qmax = kQtk =1.2*10.00=12.00m3/s
C/THIẾT KẾ KÊNH:
I/ Thiết kế kênh tháo:
Kênh tháo có nhiệm vụ dẫn nước từ bể tháo tới mặt ruộng.Kênh phải đảm bảo dẫn đủ nước ,ổn định không bị bối lắng và xói lở.Thông qua tính toán thủy lực để xác định kích thước mặt cắt kênh.Dựa vào Qtk ,tình hình địa chất nơi tuyến kênh đi qua là đất thịt pha cát ta chọn các yếu tố thủy lực như m=1.5 , n=0.025 , i=0.0004
Trong thiết kế sơ bộ có thể tính độ sâu h theo công thức kinh nghiệm
Qmax /ωmax Tính b theo phương pháp mặt cắt có lợi nhất về mặt thủy lực
Tính
Tra bảng có Rln =1.16m
Lập tỉ số h/Rln = 1.94/1.16 = 1.672 ,và m=1.5 tra bảng có b/Rln =2.55
Do đó b = b/Rln*Rln =2.55 *1.672 =4.26m ,Chọn b=4.00m và tính lại h như sau
Lập tỉ số b/Rln = 4.00/1.16 = 3.45 ,và m=1.5 tra bảng có h/Rln =1.51
Do đó h = h/Rln * Rln =1.51*1.16 =1.75m
Vậy b tk =4.00m , h tk =1.75m
Để đảm bảo kênh ổ định ta kiểm tra theo:
Điều kiện không xói lở : Vmax < [Vkx]
Điều kiện không bồi lắng : Vmin > [Vkl]
Tính [Vkx] và [Vkl] theo công thức kinh nghiệm sau:
[Vkx] = k Q0.1 max =0.53 *12.00 0.1 = 0.68 m/s [Vkl] = A Q0.2 min =0.33 *5.00 0.2 = 0.46 m/s
m 94 1 00 10 9 0 Q
A
0168
0 00
10
0004
0 424
8 Q
i m 4 ) R (
Trang 5Tính Vmax = Qmax /ωmax và Vmin = Qmin /ωmin như sau
Tính
Tra bảng có Rln =1.24m
Lập tỉ số b/Rln = 4.00/1.24 = 3.23 ,và m=1.5 tra bảng có h/Rln =1.54
Do đó hmax = h/Rln * Rln =1.54*1.24 =1.91m
ωmax=(b+m h)h = (4.00+1.5*1.91)*1.91 =17.92m2
Vmax = Qmax /ωmax = 12.00/17.92 = 0.66m/s
Tính
Tra bảng có Rln =0.89m
Lập tỉ số b/Rln = 4.00/0.89 = 4.49 ,và m=1.5 tra bảng có h/Rln =1.35
Do đó hmin = h/Rln * Rln =1.35*0.89 =1.20m
ωmin=(b+m h)h = (4.00+1.5*1.20)*1.20 =10.58m2
Vmin = Qmin /ωmin = 5.00/10.58 = 0.47m
Ta thấy Vmax < [Vkx] Đảm bảo điều kiện không xói lở Vmin > [Vkl Đảm bảo điều kiện không bồi lắng Cao trình đáy kênh tháo được xác định theo quan hệ :
Zđk =Zyc – htk = 68.20-1.75 =66.45 m Cao trình bờ kênh tháo :
Zbk =Zđk + hmax +a = 66.45+1.91+0.5 =68.86 m Chiều rộng bờ kênh chọn b=2m
Xác định đường quá trình mực nước trong bể tháo
Cao trình mực nước trong bể tháo được xác định theo công thức:
Zbt = Zđk + h + Σhms Σhms là cột nước tổn thất từ bể tháo ra kênh , trị số này nhỏ thường bỏ qua
h là 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 và lập bảng tính sau:
BẢNG TÍNH Z bt ĐỐI VỚI TỪNG CẤP LƯU LƯỢNG
Từ - đến Số ngày Q(m 3 /s) F(R ln ) R ln (m) b/R ln h/R ln h(m) Z đk (m) Z bt (m) 16/11-31/12 46 10.00 0.0168 1.16 3.45 1.51 1.75 66.45 68.20 1/1-15/1 15 7.40 0.0228 1.03 3.88 1.44 1.48 66.45 67.93 22/1-15/2 22 5.00 0.0337 0.89 4.49 1.36 1.21 66.45 67.66 13/2-28/2 16 7.40 0.0228 1.03 3.88 1.44 1.48 66.45 67.93 1/3-26/3 26 10.00 0.0168 1.16 3.45 1.51 1.75 66.45 68.20 1/4-10/4 10 7.40 0.0228 1.03 3.88 1.44 1.48 66.45 67.93 11/4-30/4 20 10.00 0.0168 1.16 3.45 1.51 1.75 66.45 68.20 1/5-10/5 10 5.00 0.0337 0.89 4.49 1.36 1.21 66.45 67.66 16/5-25/5 10 5.00 0.0337 0.89 4.49 1.36 1.21 66.45 67.66
014 0 00
12
0004
0 424 8 Q
i m 4 ) R (
F
max
0
034 0 00
5
0004 0 424 8 Q
i m 4 ) R (
F
min 0
Trang 6Căn cứ vào kết quả tính toán ta vẽ được đường quá trình mực nước trong bể tháo
II/ Thiết kế kênh dẫn :
Kênh dẫn làm nhiệm vụ dẫn nước từ nguồn vào bể hút của trạm bơm.Lưu lượng chảy trong kênh dẫn bằng lưu lượng chảy trong kênh tháo nên lấy mặt cắt ướt của kênh dẫn bằng mặt cắt ướt của kênh tháo 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 đặc điểm khác nhau:
Kênh dẫn thường phải đào sâu ,kênh tháo vừa đào vừa đắp,nên mái kênh dẫn thường lấy ít dốc hơn
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
Để đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng trong các thời kỳ thì cao trình đáy kênh dẫn được xác định theo công thức :
Zđk =Zbh min –htk Trong đó: htk = 1.75m (độ sâu dòng chảy khi dẫn với lưu lượng thiết kế)
Zbh min = Zs min - hms =Zs min =64.20m
Với Zbh min là cao trình mực nước thấp nhất ở bể hút ứng với tần suất kiểm tra P=90%
Zs min là cao trình mực nước thấp nhất ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra P=90%
hms là cột nước tổn thất từ sông vào tới bể hút bỏ qua vì không có cống điều tiết
Vậy Zđk =Zbh min –htk =64.20 –1.75 =62.45m
Cao trình bờ kênh dẫn xác định theo công thức
Zbk =Zbh max +a =66.60 +0.5 =67.10m Trong đó: Zbh max = Zs max =66.60m (không dùng cống điều tiết)
Với Zbh max là cao trình mực nước lớn nhất ở bể hút
Zs max là cao trình mực nước lớn nhất ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra P=1%
D/TÍNH TOÁN CÁC LOẠI CỘT NƯỚC CỦA TRẠM BƠM:
I/ Tính cột nước thiết kế H tk
Cột nước thiết kế của trạm bơm cũng như cột nước thiết kế của máy bơm đước tính theo công thức:
Htk =hđh bq +Σht Trong đó: hđh bq là cột nước địa hình bình quân tính theo công thức
i i
i i i
t h Q h
∑
∑
=
Trang 7Σht là 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 =1.2m
Để dễ dàng xác định cột nước địa hình hI và thời gian tI ta vẽ trên cùng một đồ thị các đường quan hệ Zbt ~ t và Zbh ~ t Sau đó tình bằng cách lập bảng
Z(m)
Zbt ~ t
Zbh ~ t
10 10 10 10 10 11 10 10 11 10 10 8 10 10 11 10 10 10 10 10 11 Tháng 11 Tháng 12 Tháng 1 Tháng 2 Tháng 3 Tháng 4 Tháng
BẢNG TÍNH TOÁN CỘT NƯỚC hđh bq
Từ Đến Số ngày (m3/s) (m) (m) (m) 106 (m3) 106 (m4)
Trang 811/3 20/3 10 10.00 68.20 64.60 3.60 8.64 31.10
Vậy:
Do đó : Htk =hđh bq +Σht =2.80+1.2 =4.00m
I/ TRƯỜNG HỢP KIỂM TRA:
1/ Cột nước lớn nhất: H KT
max
HKT max = hđh max + Σht =(Zbt max –Zbh min) +Σht
=(68.20-64.60 ) + 1.20 =4.80m
1/ Cột nước nhỏ nhất: H KT
min
HKT min = hđh min + Σht =(Zbt min –Zbh max) +Σht
=(67.66-65.90 ) + 1.20 =3.00m
Vậy H TK = 4.00m H KT
min = 3.00m
H KT
max = 4.80m H đh bq = 2.80m E/ CHỌN MÁY BƠM – ĐỘNG CƠ –MÁY BIẾN ÁP:
I/ Chọn máy bơm chính:
1/ Chọn số máy bơm : Số lượng máy bơm của một tr5m bơm là con số có ý nghĩa về mặt kỹ thuật và cả về mặt kinh tế.Với lưu lượng Qtk =10.00m3/s chọn số máy bơm n=4 máy bơm (trong đó có một máy bơm dự trữ)
2/ Chọn loại máy bơm: Với số máy bơm đã được sơ bộ chọn n=4 ,ta có thể xác định Qtk cho 1 máy bơm như sau:
Với Qtk =2.5m3/s , Htk =4.3
Tra trên biểu đồ sản phẩm các loại máy bơm ta chọn loại máy bơm hướng trục trục đứng OΠ6-87 có số vòng quay 585v/ph Từ đường đặt tính điểm công tác của máy bơm sẽ là :
II/ Chọn động cơ:
Thông thường mỗi loại máy bơm đều có động cơ đi kèm theo Trường hợp này ta phải tiến hành kiểm tra lại theo các điều kiện thực tế mà máy bơm và động cơ sẽ phài làm việc
Chọn loại động cơ B 140/20-10 có các thông số kỹ thuật sau:
Kiểm tra công suất:
Công suất thực ten nhất mà động cơ sẽ phải làm việc trong mọi thường hợp phải nhỏ hơn công suất của động cơ, tức :
m 80 2 85 123
80 342 t
Q
t h Q h
i i
i i i
∑
∑
=
s / m 5 2 4
10 n
Q
Qtk = trạmtk = = 3
Trang 9Nmax < NH Trong đó: NH là công suất định mức của động cơ
Nmax là công suất thực tế lớn nhất mà động cơ phải làm việc ,xác định theo công thức:
Ta thấy Nmax < NH đảm bảo điều kiện trên
III/ Chọn máy biến áp:
Vì điện áp của động cơ thường là 200/380v ,3000v hay 6000v,nhỏ hơn điện áp nguồn Do đó phải bố trí trạm biến áp cho trạm bơm
Chọn máy biến áp phải dựa vào;
-Dung lượng yêu cầu của trạm bơm Syc -Điện áp của nguồn Ung
-Điện áp của động cơ Theo sơ đồ đấu điện như hình bên ,ta áp dụng công thức tính S
Trong đó: K1 là hệ số phụ tải của động cơ K1 =Ntk max /NH = 270/300=0.9
K2 là hệ số làm việc đồng thới của trạm bơm K2 =số máy làm việc/ tổng số máy =4/5=0.8 K3 là hệ số thắp sáng =0.9
Ntd là công suất tự dùng cung cấp điện cho việc thắp sáng chạy các thiết bị phụ và cung cấp điện cho địa phương ở xung quanh trạm bơm ,lấy =120KW
ηđc là hiệu suất của động cơ =91.6%
Cosϕ là hệ số công suất =0.86 ΣNH =300KW
Ta chọn loại máy biến áp JM 5600/10 có Sba =2000KW
Uca =10KV Uha =6.3KV
G/ XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐẶT MÁY BƠM:
Xác định cao trình đặt máy bơm dựa vào
Lưu lượng thiết kế Qtk =2.50m3/s Cột nước thiết kế Htk =4.00m Cột nước lớn nhất Hmax =4.80m Cột nước nhỏ nhất Hmin =3.00m Mực nước thấp nhất ở bể hút Zbh min =64.20m Mực nước cao nhất ở bể hút Zbh max =66.60m Nhiệt độ trung bình của nước sông t=25oc Điểm công tác của máy bơm nằm trên đường đặt tính Q ~ H ứng với góc nghiêng cánh quạt θ=+3o Ta chọn đường đặc tính Q ~ H ứng với θ=+3o làm đường đặc tính H=f(Q) thiết kế Cao trình đặc máy của máy bơm được xác định theo công thức
KW 132 1
* 82 0
00 4
* 50 2
* 1 1
* 81 9 H KQ 81 9 N
tr b
b b
η η
=
td 3 đc
H 2
1
yc 1.1k k N k N
η
∑
=
KW 1405 120
* 9 0 916
0
1500
* 8 0
* 9 0 1 1 N
k N k k 1 1
đc
H 2 1
η
∑
=
Trang 10Zđm =Zbh min +[hs]
Đối với máy bơm hướng trục trục đứng thì xác định cao trình đặc máy theo 2 điều kiện, sau đó chọn
1/ Điều kiện đảm bảo máy bơm không sinh ra hiện tượng khí thực khi làm việc với cột nước thiết kế
Trong đóù cột nước hút cho phép [hs] tính theo công thức
[hs] =Ha –Hbh –[∆H] - hmsoh Với Ha =10.33-(Zbh/ 900) =10.33-(64.20 / 900) =10.26m Hbh là cột nước áp lực bốc hơi của nước bơm lên ,căn cứ vào t=25oc tra phụ lục ta có Hbh =0.34m
Dựa vào Htk tra trên đường đặc tính Q ~ H ứng với góc θ=+3o được độ dự trữ khí thực [∆H]=10m
hmsoh lấy =0.5m
Do đó [hs] =Ha –Hbh –[∆H] - hmsoh =10.26-0.34-10.00-0.50 =-0.58m
Vậy Zđm1 =Zbh min +[hs] =64.20-0.58 =63.62m
2/ Tính cao trình đặt máy bơm theo yêu cầu dìm cánh quạt xuống dưới mực nước thấp nhất ở bể hút một độ sâu hsyc =-1m do nhà máy quy định:
Zđm2 =Zbhmin +hsyc =64.20 –1 =63.20m Để thỏa mãn cả 2 điều kiện trên ta chọn
Zđmtk =63.20m -Kiểm tra cao trình đặt máy thiết kế trong các trường hợp bất thường
a/Trường hợp máy bơm làm việc với cột nước lớn nhất Hmax Với Hmax =4.8m ,tra trên đường đặc tính Q ~ H ứng với góc θ=+3o được độ dự trữ khí thực [∆H]=10.30m ,coi Ha ,Hbh ,hmsoh không đổi ,ta có:
[hs] =Ha –Hbh –[∆H] - hmsoh =10.26-0.34-10.30-0.50 =-0.88m Vậy Zđm, =Zbh min +[hs] =64.20-0.88 =63.32m
Nhận xét : Zđm, > Zđmtk
a/Trường hợp máy bơm làm việc với cột nước nhỏ nhất Hmin Với Hmin =3.0m ,tra trên đường đặc tính Q ~ H ứng với góc θ=+3o được độ dự trữ khí thực [∆H]=9.5m ,coi Ha ,Hbh ,hmsoh không đổi ,ta có:
[hs] =Ha –Hbh –[∆H] - hmsoh =10.26-0.34-9.50-0.50 =-0.88m Vậy Zđm,, =Zbh max +[hs] =66.60-0.88 =66.52m
Nhận xét : Zđm,, > Zđmtk
Như vậy máy bơm làm việc an toàn trong mọi trường hợp Chọn cao trình đặt máy thiết kế cho trạm bơm Zđmtk = 63.20m là hợp lý
H/ THIẾT KẾ NHÀ MÁY BƠM:
I/ Chọn loại nhà máy: Để chọn loại nhà máy ta dựa vào quy mô trạm bơm,máy bơm được
chọn,độ chênh lệch mực nước bể hút ,điều kiện địa chất ,điều kiện vật liệu xây dựng ta chọn loại nhà máy bơm kiểu khối tảng
II/ Bố trí thiết bị bên trong nhà máy: gồm Tổ máy bơm chính,các thiết bị thủy lực ,thiết bị
điện ,các thiết bị nâng hạ và các thiết bị phụ khác trong nhà máy bơm
III/Cấu tạo và kích thước các bộ phận công trình nhà máy bơm:
1/ Cấu tạo tầng móng và buồng hút:
Đối với nhà máy bơm kiểu khối tảng
móng kiểu khối tảng làm bằng bê tông cốt thép M150 Ở những chỗ khối lớn có thể đổ thêm đá kích thước lớn để tiết kiệm.Khối móng có chứa ống hút nên kích thước của nó phụ thuộc kích thước ống hút ống hút thường dùng là các loại ống hút co
