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 11000,cao độ mặt đất của các đường đồng mức như bình đồ 1 (xem bảng 1). 2 Lưu lượng yêu cầu trạm bơm phải cung câp trong các thời kỳ sinh trưởng của cây trồng như bảng sau:
Trang 1ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM
(Đề số 31)
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 1 (xem bảng 1)
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 2
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 22 10 13.90
4/ Cao trình mực nước yêu cầu thiết kế ở đầu kênh tưới là 81.80m
5/ Cao trình mực nước lũ ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra :
P=1% là Zmax= +15.2m 6/ Cao trình mực nước thấp ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra :
P=90% là Zmin= +12.80m 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=1.1mm/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
Trang 3THUYẾT MINH TÍNH TOÁN
A/ BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI TRẠM BƠM:
I/ 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 trình 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%) là Zmax=15,2m với cao trình mặt đất tự nhiên ta chọn vị trí đặt máy tại khoảng giữa hai đường đồng mức có cao trình từ (15.00 20.00)m
Vậy chọn cao trình sàn động cơ (nền nhà) là: 16.00m
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 là 81,80 với cao trình mặt đất tự nhiên ta đặt bể tháo ở cao trình từ (15.00 20.00)m
SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CỤM ĐẦU MỐI TRẠM BƠM NHƯ SAU
3 4
1
7
2
9
Trang 4
1-Sông 2-Kênh dẫn 3-Bể hút
4-Nhà máy 5-Ống đẩy 6-Bể tháo
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)
6,20 Qyc ~t 6,20
4,62 4,62 3.10 3,10 5.00 3,10 3,10 3,10 3,10
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 =6,20m3/s
-Lưu lượng nhỏ nhất bằng trị số nhỏ nhất trong biểu đồ Vậy Qmin = 3,10m3/s
-Lưu lượng lớn nhất lấy bằng Qmax = kQTK =1,2*6,20 = 7,44m3/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= 0,0001
Trong thiết kế sơ bộ có thể tính độ sâu h theo công thức kinh nghiệm
65 , 1 2 , 6 9 , 0 Q A
2 , 6
0001 , 0 424 , 8 Q
i m 4 ln) R (
Tra phụ lục (8-1) có Rln =1,26m
Lập tỉ số h/Rln = 1,65/1,26 = 1,31 tra phụ lục (8-3) có b/Rln =4,78
Trang 5Do đó: R ln 4 , 78 1 , 26 6 , 02
ln R
b
Chọn b = 6,00m và tính lại h như sau:
Lập tỉ số b/Rln = 6,00/1,26 = 4,76 tra phụ lục (8-3) có h/Rln =1,341
Do đó h = h/Rln Rln =1,341 1,26 =1,69m
Vậy b tk = 6,00m & h tk = 1,69m
Để đảm bảo kênh ổn 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 7,440,1 = 0,64 m/s Với k = 0,53 tra bảng (4-1)
[Vkl] = A Q0,2
min =0,33 3,10,2 = 1,02 m/s
Vmax ,Vmin là tốc độ dòng chảy trong kênh khi dẫn với Qyc và Qmax
Vmax = Qmax /max và Vmin = Qmin /min
44 , 7
0001 , 0 424 ,
8 Q
i m 4 ln) R ( F
max
Tra phụ lục (8-1) có Rln =1,3m
Lập tỉ số b/Rln = 6,00/1,3 = 4,6 tra phụ lục (8-3) có h/Rln =1,35
Do đó hmax = h/Rln Rln =1,35 1,3 =1,75m
max=(b+m h)h = (6,00+1,51,75)1,75 = 15,09m2
Vmax = Qmax /max = 7,44/15.09 = 0,49m/s
1 , 3
0001 , 0 424 , 8 Q
m 4 ln) R ( F
min
0
Tra phụ lục (8-1) có Rln =0,97m
Lập tỉ số b/Rln = 6,00/0,97 = 6,18 tra phụ lục (8-1) có h/Rln =1,193
Do đó hmin = h/Rln Rln =1,193 0,97 =1,157m
min=(b+m h)h = (6,00+1,5 1,157)1,157 =8,95m2
Vmin = Qmin /min = 3,10/8,95 = 0,34m
Ta thấy Vmax = 0,49 < [Vkx] = 0,64 Đảm bảo điều kiện không xói lở
Vmin = 0,34 > [Vkl ] = 1,02 Đảm bảo điều kiện không bồi lắng
- Cao trình đáy kênh tháo được xác định theo quan hệ :
Zđk =Zyc – htk = 81,8 –1,69 = 80,11m
- Cao trình bờ kênh tháo :
Zbk =Zđk + hmax +a = 80,11+1,75 + 0,4 = 82,26m Vói a là chiều cao an toàn của đỉnh bờ kênh lấy theo bảng (4-2) ta được a = 0,4
- Chiều rộng bờ kênh tra bảng (4-3) 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 + hms
hms 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:
Trang 6BẢNG TÍNH Z bt ĐỐI VỚI TỪNG CẤP LƯU LƯỢNG
Từ - đến Số ngày Q(m3/s) F(Rln) Rln b/Rln h/Rln h(m) Zđk(m) Zbt (m)
16/11 -31/12 46 6.20 0.01359 1.26 4.76 1.341 1.69 80.11 81.80 1/1 -15/1 15 3.10 0.02717 0.96 6.25 1.145 1.10 80.11 81.21 22/11 -12/2 22 4.62 0.01823 1.12 5.36 1.240 1.39 80.11 81.50 13/2 -28/2 16 3.10 0.02717 0.96 6.25 1.145 1.10 80.11 81.21 1/3 - 26/3 26 6.20 0.01359 1.26 4.76 1.341 1.69 80.11 81.80 1/4 - 10/4 10 4.62 0.01823 1.12 5.36 1.240 1.39 80.11 81.50 11/4 - 30/4 20 3.10 0.02717 0.96 6.25 1.145 1.10 80.11 81.21 1/5 - 10/5 10 3.10 0.02717 0.96 6.25 1.145 1.10 80.11 81.21 16/5 - 25/5 10 3.10 0.02717 0.96 6.25 1.145 1.10 80.11 81.21
Căn cứ vào kết quả tính toán ta vẽ được đường quá trình mực nước trong bể tháo
81,80 81,80
81,50 81,50 81,21 81,21
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 sau:
- Kênh dẫn thường phải đào sâu, kênh tháo vừa đào vừa đắp, nên mái kênh dẫn thường lấy ít dốc hơn Khi chiều sâu đào của kênh lớn hơn 5m thì cứ cách 5m phải làm một cơ có chiều rộng lớn hơn 1m
Trang 7- 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 = 1,69m (độ sâu dòng chảy khi dẫn với lưu lượng thiết kế)
Zbh min = Zs min - hms =Zs min = 12,80m 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 =12,80 – 1,69 = 11,11m
- Cao trình bờ kênh dẫn xác định theo công thức
Zbk = Zbh max +a = 15,20 + 0,4 = 15,60m Trong đó: Zbh max = Zs max = 15,20m (không dùng cống điều tiết)
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 +ht
Trong đó: hđh bq là cột nước địa hình bình quân tính theo công thức:
i i
i i i dhbq Q t
t h Q h
ht 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 ht =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
Trang 8Zbh ~ t
BẢNG TÍNH TOÁN CỘT NƯỚC hđh bq
Thêi gian tíi Qi Zbt Zbh hi Qiti Qihiti Qi3ti
Tõ §Õn Sè ngµy m3/s m m m 106 (m3) 106 (m4) 106 (m3)
16/11 20/11 5 6,20 81,80 14,40 67,4 2,67 180,0 103,0
21/11 30/11 10 6,20 81,80 14,50 67,3 5,24 352,7 103,0
1/12 10/12 10 6,20 81,80 13,90 67,9 5,24 355,8 103,0
11/12 20/12 10 6,20 81,80 14,20 67,6 5,24 354,2 103,0
21/12 31/12 11 6,20 81,80 14,30 67,5 5,89 397,6 103,0
1/1 10/1 10 3,10 81,21 14,30 66,9 2,68 179,3 12,9
11/1 15/1 5 3,10 81,21 14,10 67,1 1,34 89,9 12,9
22/1 31/1 10 4,62 81,50 13,80 67,7 3,99 270,1 42,6
1/2 10/2 10 4,62 81,50 13,50 68,0 3,99 271,3 42,6
11/2 12/2 2 4,62 81,50 13,90 67,6 0,80 54,1 42,6
13/2 20/2 8 3,10 81,21 13,90 67,3 2,14 144,0 12,9
21/2 28/2 8 3,10 81,21 13,40 67,8 2,14 145,1 12,9
1/3 10/3 10 3,10 81,21 13,30 67,9 2,68 182,0 12,9
11/3 20/3 10 3,10 81,21 13,20 68,0 2,68 182,2 12,9
21/3 26/3 6 3,10 81,21 13,40 67,8 1,61 109,2 12,9
1/4 10/4 10 4,62 81,50 13,80 67,7 3,99 270,1 42,6
11/4 20/4 10 3,10 81,21 13,80 67,4 2,68 180,6 12,9
21/4 30/4 10 3,10 81,21 13,90 67,3 2,68 180,4 12,9
1/5 10/5 10 3,10 81,21 14,10 67,1 2,68 179,8 12,9
16/5 20/5 5 3,10 81,21 14,20 67,0 1,34 89,8 12,9
20/5 25/5 5 3,10 81,21 14,30 66,9 1,34 89,6 12,9
175 63,04 4257,8 839,6
Vậy: h QQhtt 425763,04,8 64,54
i i
i i i
Do đó : Htk =hđh bq +ht =64,54+1,2 = 65,74m
II/ TRƯỜNG HỢP KIỂM TRA:
1/ Cột nước lớn nhất: H KT
max
HKT max = hđh max + ht =(Zbt max –Zbh min) + ht
=(81,80 – 13,20) + 1,20 = 69,80m
2/ Cột nước nhỏ nhất: H KT
min
HKT min = hđh min + ht =(Zbt min –Zbh max) +ht
=(81,20 – 14,50 ) + 1,20 = 67,90m
Trang 9Vậy H TK = 65,74m H KT
min = 67,90m
H KT
max = 69,80m H đh bq = 64,54m 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 trạm bơm là con số có ý nghĩa về mặt kỹ thuật và cả về mặt kinh tế Với lưu lượng Qtrạm
TK =6,20m3/s chọn số máy bơm n = 3 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 = 3 ,ta có thể xác định Qtk cho 1 máy bơm như sau:
s / m 06 , 2 3
20 ,
6 n
Q
Với QTK =2,06m3/s , Htk =65,74 Tra trên biểu đồ sản phẩm các loại máy bơm ta chọn loại máy bơm hướng trục trục đứng O6-87 có số vòng quay 585v/ph Từ đường đặt tính điểm công tác của máy bơm sẽ là : Q=2,06m3/s H=65,74m =82% Ntr =270KW
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:
NH =300KW UH = 6000V n = 590 v/p
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 :
Nmax < 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
KW 1782 1
* 82 , 0
74 , 65
* 06 , 2
* 1 , 1
* 81 , 9 H KQ 81 9 N
tr b
b b
td 3 đc
H 2 1
yc 1 1k k N k N
Trang 10K2 = 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
đc là hiệu suất của động cơ =91,6%
Cos là hệ số công suất =0,86
NH =300KW
KW 1405 120
* 9 , 0 916
, 0
1500
* 8 , 0
* 9 , 0 1 , 1
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 = 6,20m3/s Cột nước thiết kế Htk = 65,74m Cột nước lớn nhất Hmax = 69,80m Cột nước nhỏ nhất Hmin = 67,90m Mực nước thấp nhất ở bể hút Zbh min = 13,20m Mực nước cao nhất ở bể hút Zbh max = 81,80m 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 =+3o.Ta chọn đường đặc tính Q ~ H ứng với =+3olàm đường đặc tính H=f(Q) thiết kế Cao trình đặc máy của máy bơm được xác định theo công thức:
Zđm =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-(13,20 / 900) =10,31m
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 =+3ođược độ dự trữ khí thực [H]=10m
hmsoh lấy =0,5m
Do đó [hs] =Ha –Hbh –[H] - hmsoh =10,31- 0,34 -10 – 0,50 =-0,53m
Vậy Zđm1 =Zbh min +[hs] =13,20 – 0,53 = 12,67m
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 = 13,20 – 1 =12,20m Để thỏa mãn cả 2 điều kiện trên ta chọn
Zđmtk = 12,20m -Kiểm tra cao trình đặt máy thiết kế trong các trường hợp bất thường