Đồ án thiết kế trạm bơm

MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU I- MỤC ĐÍCH Mục đích việc làm đồ án môn học là để sinh viên trực tiếp bắt tay vàotính toán, thiết kế sơ bộ các phần chính của một trạm bơm.. Nắm vững các bước tính to

LỜI MỞ ĐẦU

Nhằm đáp ứng nhu cầu tưới tiêu cho nông nghiệp và xử lý thoát nước ở các khu dân

cư thành phố , các trạm bơm vừa và nhỏ được xây dựng và đang trở thành công trình phổ biến rộng khắp trên toàn đất nước để đáp ứng được nhu cầu trên.

Nhằm giúp cho các sinh viên củng cố kiến thức bài học, nắm vững các phương pháp

tính toán, các bước tính vận dụng các kiến thức đã học trong môn: “Thiết kế trạm bơm” để

giải quyết các vấn đề kĩ thuật trong việc thiết kế trạm bơm một cách hệ thống Đồng thời làm cho sinh biên bước đầu làm quen với công việc của người kĩ sư thủy lợi trong công tác thiết kế một công trình thủy lợi phục vụ cho nông nghiệp

Để đánh giá quá trình học tập, đồng thời giúp sinh viên tổng hợp tất cả các kiến thức

đã học tập môn học thì Đồ án thiết kế trạm bơm là rất cần thiết cho sinh viên Qua đó giúp

cho các sinh viên củng cố kiến thức bài học, nắm vững các phương pháp tính toán, các

bước tính vận dụng các kiến thức đã học trong môn: “Thiết kế trạm bơm” để giải quyết các

vấn đề kĩ thuật trong việc thiết kế trạm bơm một cách hệ thống Đồng thời làm cho sinh biên bước đầu làm quen với công việc của người kĩ sư thủy lợi trong công tác thiết kế một công trình thủy lợi phục vụ cho nông nghiệp

Trong quá trình thực hiện Đồ án môn học này, chúng em đã được sự tận tình thầy

giáo TH.S Phạm Quang Thiền người đã trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình

thiết kế đồ án.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22 tháng 04 năm 7

Sinh viên

Lê Thế Anh

MỤC LỤC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM BƠM TƯỚI

ĐỀ TÀI SỐ : 01

GVHD :Ths Lê Thị Huệ

SVTH : Lê Thế Anh

PHẦN I MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU I- MỤC ĐÍCH

Mục đích việc làm đồ án môn học là để sinh viên trực tiếp bắt tay vàotính toán, thiết kế sơ bộ các phần chính của một trạm bơm

Thông qua đó mà củng cố được bài học, nắm được phương pháp tính toán,vận dụng các kiến thức đã học trong các môn học kỹ thuật cơ sở và chuyênmôn để giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong việc thiết kế trạm bơm một cách

có hệ thống Đồng thời làm cho sinh viên bước đầu làm quen với công việccủa người kỹ sư thuỷ lợi trong công tác thiết kế một công trình Thuỷ lợi phục

vụ nông nghiệp

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 liên

hệ giữa chúng với nhau, từ đó thấy được các công trình trong một trạm bơmliên kết với nhau rất chặt chẽ, cái nọ hỗ trợ cái kia

2 Trước khi thực hiện phải ôn lý thuyết, làm phần nào xem lý thuyết phần

đó Trong tính toán phải độc lập suy nghĩ, tự lực cánh sinh, đồng thời cầnphải tranh thủ sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, của bạn bè, phát huy tínhsáng tạo của mình để nâng cao và mở rộng kiến thức

PHẦN II TÀI LIỆU, NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

I TÀI LIỆU THIẾT KẾ

Thiết kế sơ bộ trạm bơm tưới dựa vào qui hoạch thủy lợi cho một vùng sản xuất nông nghiệp , để đảm bảo tưới cần thiết phải xây dựng trạm bơm tưới với các tài liệu cho sau :

1 Bình đồ khu vực trạm bơm tỷ llệ 1/1000 Cao độ mặt đất của các đường đồng mức cho như sau:

2 Yêu cầu lưu lượng trạm bơm phải cung cấp trong thời kỳ sinh trưởng của cây trồng:

Bảng 2

( Lưu lượng tưới trong các thời kỳ.Đơn vị : (m3/s)

BẢNG 3: CAO TRÌNH MỰC NƯỚC BÌNH QUÂN CỦA SÔNG TRONG

NĂM THIẾT KẾ ỨNG VỚI TẦN SUẤT P = 75%

(m)

Zmax = + 15.2(m)

6 Cao trình mực nước thấp nhất ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra 90%

Zmin = + 12.8(m)

7 Nhiệt độ trung bình của nước sông to = 25oC

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

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 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

PHẦN III THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

A BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH TRẠM BƠM

I- CHỌN TUYẾN CÔNG TRÌNH

Dựa vào bản đồ địa hình mà vạch ra một số tuyến công trình so sánh và chọn

ra một tuyến có lợi nhất Đối với trạm bơm tưới, tuyến công trình có lợi nhất là:

- 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 phồi nước cho các khu tưới

có cao trình mực nước khác nhau

-Điều kiện lấy nước thuận lợi từ nguần nước đén 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 côngtrình được thể hiện:

II- CHỌN VỊ TRÍ NHÀ MÁY:

Chọn vị trí nhà máy sao cho phát huy được hiệu quả kinh tế và đảm bảo

an toàn cho nhà máy trong mùa mưa lũ Khi định vị trí nhà máy phải dựa vàotài liệu địa chất, mặt bằng khu vực, đường giao thông ra vào nhà máy, vị tríđặt máy biến áp, gian điện, gian sửa chữa, nhà quản lý, mặt bàng thi công

Trong đồ án này môn học trạm bơm ta có thể dựa vào một số yêu cầu:

1 Đảm bảo chống lũ cho động cơ Để đảm bảo sàn động cơ (đối vớinhà máy lắp máy bơm trục đứng) hoặc sàn nhà máy (đối với nhà máy lắp máybơm trục ngang kiểu móng tách rời) không bị ngập lụt trong mùa mưa lũ thìcao trình sàn động cơ hoặc nền nhà phải cao hơn mực nước lũ từ 0.5m trở lên

2 Để đảm bảo việc vận chuyển giao thông dễ dàng, giảm khối lượngđào 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 0.2m ÷ 0.3m

Dựa vào hai yêu cầu cơ bản, 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 giải quyết

vị trí nhà máy

III- XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BỂ THÁO:

Bể tháo phải đảm bảo được mực nước yêu cầu ở đầu kênh khi máybơm làm việc với lưu lượng thiết kế, ngoài ra nên bố trí ở phần đất nguyênthổ, khối lượng đào đắp ít nhất, chiều dài ống đẩy ngắn nhất Dựa vào các yêucầu trên đối chiếu cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới với cao trình mặtđất tự nhiên để định vị trí bể tháo

B CHỌN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ CHO TRẠM BƠM:

Dựa vào đường quá trình lưu lượng cần Qy/c = f(t) (Bảng- 2)

- Lưu lượng thiết kế được chọn là trị số lơn nhất trong biểu đồ Qy/c = f(t) nếu t

≥ 20(ngày)

QTK = 11,2 (m3/s)

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

Ta có:

( )

Q

i m R

f 4 o.

ln =

;

105,25,15,112mm12

Ta chọn b = 3 m

ln

3 2,07

KIỂM TRA LÒNG KÊNH:

a Điều kiện không xói lở

- Tính theo công thức Ghiếc kan [ ] 0 , 1

3 2,07

b Kiểm tra điều kiện không lắng

Vậy đảm bảo điều kiện không lắng, không xói, kích thước của kênh tháo đã được tính: b = 3 m

hTK = 2,6 m

Là hợp lý

4 Vẽ mặt cắt ngang kênh tháo:

- Cao trình đáy kênh:

a : Độ vượt cao an toàn, theo bảng (4-2) ta có a = 0,5 (m)

Zdk : Cao trình đáy kênh

hgc : Độ sâu trong kênh ứng với mực nước gia cường

5 Xác định đường quá trình mực nước trong bể tháo:

Cao trình mực nước trong bể tháo:

Zbt = Zđk + hi + Σhms

Zđk = 16,2 (m)

hi : Chiều sâu mực nước trong kênh

Σhms: Tổng tổn thất cột nước từ bể tháo ra kênh.( giá trị này bé nên có thể bỏ qua)

BẢNG 4 QUAN HỆ Z BT ~ Q

Q(m3/s) h (m) Zbt (m)16/11 -

II- THIẾT KẾ KÊNH DẪN:

Kênh dẫn làm nhiệm vụ dẫn nước từ nguồn vào bể hút trạm bơm

- Chọn lưu lượng thiết kế: QTKKT = 11,2 (m3/s)

- Các yếu tố thủy lực dòng kênh:

Q = nên kích thước mặt cắt kênh lấy nước như kênh tháo.

- Để đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng trong các thời kỳ cao trình đáy kênh dẫn xác định theo công thức:

ZĐK = Zbhmin - hTK (m)

Trong đó:

hTK- Độ sâu dòng chảy khi dẫn lưu lượng thiết kế hTK = 2,6 (m)

Zbh min- Cao trình mực nước thấp nhất ở bể hút ứng với tần suất kiểm tra P = 90% có giá trị bằng:

a: Độ cao an toàn, lấy bằng kênh tháo a = 0,5(m)

ZBK max: cao trình mực nước lớn nhất ở bể hút

Do công trình không dùng cống  ZBK max = Zs max

ZBK max = Zs max = 15,2 (m)

⇒ ZBK = 15,2 + 0,5 = 15,7 (m)

MẶT CẮT NGANG KÊNH DẪN

D TÍNH TOÁN CỘT NƯỚC CỦA TRẠM BƠM

I TÍNH TOÁN CỘT NƯỚC THIẾT KẾ:

Cột nước thiết kế của trạm bơm cũng như cột nước thiết kế của máy bơm

Việc tính toán cột nước thiết kế của trạm bơm dùng để chọn máy bơm Để

tiện cho việc tính toán ta có thể lập thành bảng( Bảng 5)

Từ kết quả tính toán ở bảng trên ta được cột nước địa hình trung bình

BẢNG 5: TÍNH TOÁN CỘT NƯỚC THIẾT KẾ Thêi gian tíi

Qi Zbt Zs(75%) Zbh (m) hi (m) Qi.ti Qi.ti.hi

Tõ §Õn Sè ngµy

16/11 21/11 6 11.2 18.03 14.3 14.1 3.93 67.2 264.096 22/11 1/12 10 11.2 18.03 14.4 14.2 3.83 112 428.962/12 11/12 10 11.2 18.03 14.5 14.3 3.73 112 417.76 12/12 21/12 10 11.2 18.03 13.9 13.7 4.33 112 484.961/1 10/1 10 5.40 17.35 14.3 14.1 3.25 54 175.5 11/1 15/1 5 5.40 17.35 14.3 14.1 3.25 27 87.7521/1 30/1 10 8.10 17.53 14.1 13.9 3.63 81 294.03 31/1 9/2 10 8.10 17.53 13.8 13.6 3.93 81 318.3310/2 12/2 3 8.10 17.53 13.5 13.3 4.23 24.3 78.732 13/2 20/2 8 5.40 17.35 13.9 13.7 3.65 43.2 157.6821/2 28/2 8 5.40 17.35 13.4 13.2 4.15 43.2 179.28 1/3 10/3 10 8.10 17.53 13.3 13.1 4.43 81 358.83

21/3 26/3 6 8.10 17.53 13.4 13.2 4.33 48.6 210.4381/4 10/4 10 5.40 17.35 13.8 13.6 3.93 54 212.22

21/4 30/4 10 11.20 18.03 13.9 13.7 4.33 112 484.96 1/5 10/5 10 5.40 17.35 14.1 13.9 3.45 54 186.3

i i i

t.

Q

t.

h Q h

3,975 (m)Cột nước thiết kế của trạm bơm cũng là cột nước thiết kế của máy bơm:

Htk =h dh + Σht

Trong đó :

h: Cột nước địa hình bình quân ( đã tính ở trên)

Σht: Cột nước tổn thất trong đường ống hút và ống đẩy của máy bơm

+ Σht: cột nước tổn thất trong ống hút và ống đẩy của máy bơm Vì chưachọn được máy bơm nên thường lấy theo kinh nghiệm, lấy Σht = 1,5 (m)

+ h dh KTmax- xuất hiện khi mực nước ở bể tháo lớn nhất và mực nước bểhút xuống thấp nhất (P = 9%)

+ Σht - cột nước tổn thất

b- Cột nước nhỏ nhất:

KT m

H min = h dh KTmin + Σht = 3,25 + 1,5 = 4,75 (m)Trong đó:

+ h dh KTmin- xuất hiện khi mực nước ở bể tháo xuống thấp nhất và mựcnước ở bể hút lên cao nhất (P = 1%).

E CHỌN MÁY BƠM, ĐỘNG CƠ VÀ MÁY BIẾN ÁP:

I CHỌN MÁY BƠM CHÍNH:

1 Chọn máy bơm:

Số lượng máy bơm n của 1 trạm bơm là một con số có ý nghĩa về mặt kỹthuật và cả kinh tế Nó chi phối trực tiếp đến khâu thiết kế ký và quản lý trongvận hành Số lượng máy bơm nhiều dễ đảm bảo chạy máy theo sát yêu cầucấp nước, nhưng vấn đề đầu tư sẽ tăng lên và quản lý phức tạp hơn Trongtrường hợp số máy n nhỏ số 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

BIỂU ĐỒ PHÂN CẤP LƯU LƯỢNG

Từ biểu đồ sắp xếp ta có các phương án sau:

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 trờng hợp này có thể chọn 1 máy bơm dự trữ.

Từ biểu đồ phân cấp lưu lượng, ta chọn số máy sao cho lượng thiếu hụt cũng nhưlượng thừa( ± ∆Q) là thấp nhất, ta chọn phương án n = 4 máy và 1 máy dự trữ vì

nó cho ta ∆Q1 bé hơn trường hợp 5 máy và 1 máy dự trữ.

2 Chọn loại mỏy bơm:

- Phải làm việc với hiệu suất cao;

- Trong quỏ trỡnh làm việc khụng xảy ra hiện tượng khớ thực;

Cú cỏc thụng số kỹ thuật sau:

BẢNG 9: SỐ LIỆU KỸ THUẬT CHẾ TẠO CỦA MÁY BƠM

H(m) Q(m 3 /s) η% n(v/ph) P(T) Loại động cơ đi kốm

II CHỌN LOẠI ĐỘNG CƠ:

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

- Kiểm tra số vòng quay

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

III CHỌN MÁY BIẾN ÁP:

Điện áp động cơ Uđc = 6000 V < Ung = 10000V (10KV) Do đó phải bố trítrạm biến áp hạ thế để cấp điện cho trạm bơm Khi chọn máy biến áp dựa vàocác thông số chủ yếu sau:

- Dung lượng yêu cầu của trạm bơm: Syc

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

236,98

0,395600

c c đ tt đ

N k N

→ Ta chọn Ntd = 100(kw)

ηđc - Hiệu suất động cơ (81%);

cosφ - Hệ số công suất (0,9)

∑NH: Tổng công suất định mức của động cơ trong trạm bơm, kể cả máy

dự trữ ∑N = 4×600 = 2400 (kw);

Bảng 12: Các loại máy biến áp thiết kế cho trạm bơm

Máy biến áp Dung lượng

SƠ ĐỒ LƯỚI ĐIỆN

Có thông số như sau:

Biến áp 1: BA560 -10/0,4

Biến áp 2: BA560 -6,3/0,4

G XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐẶT MÁY BƠM:

Để xác định cao trình đặt máy bơm ta dựa vào:

3 Ngoài ra còn dựa vào yêu cầu khác do người thiết kế căn cứ vào điều kiện

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

Hat: Cột nước áp lực khí trời trên mặt thoáng của bể

(m)

Hbh- Cột nước áp lực bốc hơi của chất lỏng (căn cứ vào nhiệt độ t=250c )

H THIẾT KẾ NHÀ MÁY BƠM:

I CHỌN LOẠI NHÀ MÁY BƠM:

Để chọn loại nhà mỏy dựa vào:

- Quy mụ trạm bơm lớn hay nhỏ Q1m = 2,8(m 3 /s).

- Mỏy bơm trục đứng OΠ2 – 81; n = 485(v/ph).

- Điều kiện địa chất tốt.

- Điều kiện về vật liệu xõy dựng: sẵn cú.

-3

20

Vậy ta chọn nhà mỏy bơm kiểu múng tỏch rời.

II XÁC ĐỊNH HèNH DÁNG CẤU TẠO, KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN NHÀ MÁY.

1 Cấu tạo tầng múng và buồng hỳt.

Đối với nhà máy bơm kiểu khối tảng : xây trên nền đất , khối móng được đúc bằng khối bêtông cốt thép , đổ liền khối , xây trên 1 lớp sỏi hoặc đá dăm dày 10cm

đầm kỹ và san bằng mặt Trên lớp sỏi là 1 lớp bêtông thô M100 dày 10cm Sau cùng là lớp nhựa đường dày 3 cm có lới thép đường kính φ =5 đặt cách nhau 30 cm

để giữ cho nhựa đường khỏi bị phùi.

Trong khối móng , bố trí đường hầm tập trung nước từ ống hút khi sửa chữa và nướ thấm từ sàn bơm chảy xuống Đờng hầm có cao trình thấp hơn cao trình đáy ống hút 20cm.

Chọn chiều rộng đờng hầm dài 1m

Chọn chiều cao là: h= 1,8 m(để đảm bảo cho công nhân có thể chui vào trong để sửa chữa khi hỏng hóc các thiết bị).

Dọc đờng hầm có rãnh tập trung nớc về hố bơm tiêu nớc trong nhà máy độ dốc rãnh 1:1000.

Kích thước khối móng được xác định như sau :

Trên đây là 2 loại ống hút bình dịên rộng và bình diện hẹp.Mỗi loại có ưu

điểm và nhược điểm riêng ,nhưg xét về nhiều mặt thì ống hút cong bình diện hẹp có nhiều ưu điẻm hơn:

-Kích thước một gian ngắn hơn

-Cao trình móng của nhà máy cao hơn

-Khối lượng bê tông tường giảm đi nhưng vẫn đảm bảo chống hiện tượng khí thực.

Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm như:

-Miệng ống hút cao hơn nên sàn bơm phía trên ống hút mỏng.

-Có khả năng miệng ống hút bị ngập nên sẽ làm xuất hiện các xoáy trên mặt ước,chúng sẽ cuốn không khí vào máy bơm làm cho máy bơm không bơm đợc nước hoặc sẽ bị giảm lưu lượng bơm.

n-Do vậy ta chọn loại ống hút bình diện hẹp.

Khối móng chứa ống hút phải đảm bảo điều kiện thuỷ lực tốt, tránh gây ra các hiện tượng xoáy mặt mặt nước và xoáy ngầm làm cho không khí chui vào máy bơm hoặc làm cho sự phân bố áp lực không đều trớc khi vào máy bơm

Những hiện tợng trên làm tăng tổn thất ,giảm lưu lượng ,gây ra rung động hư hỏng máy bơm

2 Cấu tạo tầng bơm.

Tầng bơm nằm sõu dưới mặt đất, chung quanh chịu ỏp lực đất, nước tỏc dụngnờn tường làm bằng BTCT mỏc M200, độ chống thấm B4

775

3850

800

1500

750

130

1000

2665

1350

830

1010

Tuỳ theo chiều cao của tường mà tường bơm cú thể xõy tường ngăn khi(htb >10m ) phõn chia tầng bơm thành từng buồng riờng mỗi buồng đặt 1 mỏy bơmhoặc khụng xõy tường ngăn, theo kinh nghiệm chiều dày tường chọn

3 Cấu tạo tầng động cơ

Tầng động cơ là tầng duy nhất nổi trờn mặt đất nờn ngoài việc thiết kế đảm bảo kỹ thuật cũn phải đảm bảo mỹ thuật