ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH THU NƯỚC MẶT

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌCCÔNG TRÌNH THU – Trạm bơm cấp nướcHọ và tên sinh viên: Tăng Tiểu Phi + Nguyễn Văn Đức Lớp: Ngành kỹ thuật cấp thoát nước Nhiệm vụ: Thiết kế công trình thu

TR ƯỜ NG Đ I H C XÂY D NG MI N TÂY Ạ Ọ Ự Ề

CÔNG TRÌNH THU – TR M B M N Ạ Ơ ƯỚ C C P Ấ

Tháng 12/2017

MỤC LỤC:

1 Bìa đồ án: ……… … Trang 1

2 Nhiệm vụ thiết kế đồ án:……… ……… ………… Trang 2

3 Tính toán đồ án: ……… ……….Trang 4

4 Chương I : Công trình thu ……… …Trang 6

5 Chương I.1: Lựa chọn phương án thiết kế:……… Trang 7

6 Chương I.2 : Tính toán song chắn rác:… ……….………… Trang 8

7 Chương I.3: Tính toán lưới chắn rác:… ………… ……… ……… Trang 11

8 Chương I.4: Tính toán ống hút:… ……….……… ……….Trang 16

9 Chương I.5: Tính toán ngăn thu, ngăn hút:….……… …… … Trang 18

10 Chương II : Tính toán thiết kế trạm bơm cấp I:……….Trang 20

11 Chương II.1: Tính toán đường kính ống hút:….……….Trang 21

12 Chương II.2: Tính toán đường kính ống đẩy:….……… Trang 22

13 Chương II.3: Tính toán tổn thất áp lực:……….……….Trang 24

14 Chương II.4: Xác định áp lực toàn phần trạm bơm cấp I:….………….Trang 26

15 Chương II.5: Sơ đồ cấu tạo, các thống số kỹ thuật của máy bơm:……Trang 27

16 Chương II.6: Xác định điểm làm việc của máy bơm:……….Trang 28

17 Chương II.7: Xác định đặc tính ống dẫn:….……… ………Trang 30

18 Chương II.8: Kiểm tra khả năng chuyển tải của tuyến ống nước thô với trường hợp có sự cố:….……….……….Trang 33

19 Chương II.9: Xác định cốt trục máy bơm:….……….Trang 33

20 Chương II.10: Tính toán kích thước nhà trạm:.……….………….Trang 34

21 Chương II.11: Chọn biện pháp mồi bơm:….……… Trang 35

22 Chương III: Tính toán thiết kế trạm bơm cấp II:……… ……… Trang 35

23 Chương III.1: Chế độ làm của trạm bơm cấp II: ……….……… Trang 36

24 Chương III.2: Tính toán chọn bơm nước sinh hoạt:……… ….Trang 39

25 Chương III.3: Tính tổn thất cho phần ống đẩy: ………… … ……….Trang 44

26 Chương III.4: Xác định cột áp toàn phần của máy bơm:…….…… ….Trang 44

27 Chương III.5: Chọn máy bơm: ……….……… ….Trang 46

28 Chương III.6: Xác định cốt trục máy bơm nước sinh hoạt:… … ….Trang 47

29 Chương III.7: Đường đặt tính tổng hợp: ……….Trang 51

30 Chương III.8: Chọn bơm rửa lọc: ……… ……….…….Trang 52

31 Chương III.9: Thiết kế phần xây dựng trạm bơm II:………….… ….Trang 53

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌCCÔNG TRÌNH THU – Trạm bơm cấp nước

Họ và tên sinh viên: Tăng Tiểu Phi + Nguyễn Văn Đức

Lớp: Ngành kỹ thuật cấp thoát nước

Nhiệm vụ: Thiết kế công trình thu – Trạm bơm nước cấp

Đề số: 07

Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Chu

Ngày giao nhiệm vụ: 9/12/2017

3 Áp lực cần thiết tại điểm đầu mạng lưới: HCT = 40(m)

4 Chiều dài tuyến dẫn từ trạm bơm cấp II đến đầu mạng lưới:L = 500(m)

5 Cốt mặt đất tại điểm đầu mạng lưới: Zm = 30,0 (m)

6 Cốt mặt đất tại trạm bơm cấp II: Zt = 29.5 (m)

7 Cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa: Zb = 27 (m)

8 Bơm rửa lọc: 2 máy (1 làm việc, 1 dự phòng ): Qr = 500 (m3/h)

Hr = 30 (m)

9 Khoảng cách giửa Bể chứa – Trạm bơm cấp II: L = 19 (m)

II Trạm bơm cấp I nước mặt

ngđ = Q II

ngđ * KXL (m3/ng)Với KXL = 1,10

2 Chiều cao cần thiết tại công trình xử lý – bể trộn:

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

Chương I CÔNG TRÌNH THU I.1 Lựa chọn các phương án thiết kế :

I.1.1 Thông số tính toán

Công trình thu được thiết kế với các thông sô kỹ thuật như sau :

Tổng công suất trạm bơm cấp II:

- Cốt mặt đất tại vị trí xây dựng Trạm bơm cấp I là: ZTB = 28 m

- Chiều dài tuyến dẫn từ TB1 đến trạm xử lý: L = 700 m

- Số liệu về thủy văn:

+ Cốt mực nước cao nhất: Zn

max = 27 m

+ Cốt mực nước thấp nhất: Zn

min = 22 m+ Chiều dài bãi sông: Zb = 20 m

I.1.2 Các giải pháp thu nước.

Căn cứ các số liệu thiết kế ta có thể có các phương án thu nước như sau:

a Phương án 1: Thu nước ven bờ

Cửa thu nằm sát bề sông Đây là giải pháp thiết kế đơn giản nhất vàtương đối thuận tiện hơn so với các phương án khác trong quá trình quản lý.Loại này thường áp dụng cho bờ sông tương đối dốc, ven bờ có đủ nước, độsâu cần thiết để thu nước, chất lượng nước ven bờ tốt

Loại phân l: áp dụng khi điều kiện địa chất bờ sông không ổn định Cửathu của công trình vẫn đặt sát mép sông để tận dụng thu nước triệt để sự daođộng mực nước theo mùa Trạm bơm được bố trí cách xa công trình thu nước

để đảm bảo tính ổn định

- Loại kết hợp: áp dụng khi điều kiện địa chất bờ sông ổn định

a Phương án 2: thu nước xa bờ

Phương án này sử dụng 1 tuyến ống tự chảy thu nước từ họng thu nằmtrong lòng sông.Đây là giải pháp thiết kế tương đối phức tạp hơn so vớiphương án 1 Song phương an này áp dụng tốt đối với những địa chất bờ sôngthoải, ven bờ không đủ độ sâu cần thiết đủ thu nước

So sánh giửa hai phương án ta nhận thấy

Phương án 2, khi thiết kế ta phải tính toán đến các đường ống dẫn nước

tự chảy, cũng như tính toán việc rửa ống và họng thu nước xa bờ nên công tácquản lý gặp nhiều khó khăn hơn so với phương án 1

Do đó ta chọn phương án 1 ( phương án thu loại kết hợp )

I.2 Tính toán song chắn rắc

I,2,1 Tính diện tích song chắn rắc :

- Cấu tạo: song chắn rác được đặt ở cửa thu nước của sông của côngtrình tiết diện hình chữ nhật, đặt hai song ứng với hai cửa thu Song chắn rácgồm các thanh thép có tiết diện tròn đường kính d = 8 ÷ 10 (mm) đặt songsong với nhau, cách nhau một khoảng a = 40 ÷50 (mm)

Diện tích công tác của song chắn rác :

i - i

+ K2: hệ số co hẹp do giác bám vào song : K2 = 1,25

+ K3: Hệ số kể đến ảnh hưởng do tiết diện của thanh thép, tiết diện tròn

K3 = 1,1

Vậy : f = 1,14602 x0,4 1,22 1,25 1,1 = 2,4 m2

I.2.2 Chọn kích thước cửa thu và song chắn :

Kích thước cửa thu và song chắn gọn theo quy chuẩn như sau :

Chọn kích thước song chắn: H xL = 2,4 x 1 = 2,4 m2 Song chắn rácđượcbố trí kéo để kéo thả khi sửa chữa Mặt bằng song chắn được thể hiệndưới đây :

Kích thước cửa thu

I.2.3 Tổn thất cục bộ qua song chắn

Xác định theo công thức: hsc = ξ x K x v22

g (m)Trong đó:

i - i

+ β: hệ số phụ thuộc loại thanh đối với thanh tròn β= 1,8

I.3 Tính toán lưới chắn rác

I.3.1.Tính toán diện tích lưới chắn rắc

Lưới chắn rác được đặt trên cửa thông nước giửa ngăn hút và ngăn thuLưới chắn phải có cấu tạo gồm: một tấm lưới căng trên 1 khung lươi đanbằng các dây thép có đường kính d = 1 ÷ 1,5 mm; Mắt lưới 2 x 2 ÷ 5 x 5 mm

1 Diện tích công tác của lưới chắn rác được xác định

+ K1 là hệ số kể đến sự co hẹp diện tích do chiều dầy lưới chắn rác.

K1 = (a+d) a2 2x (1 + p)

a: khoảng cách mắt lưới, a = 5 mm

d: đường kính dây thép đan lưới, d= 1,0 ÷ 1,5 mm, lấy d= 1 mm

p: là hệ số kể đến phần diện tích bị chiếm khỗ do khung, các mối nối trêndiện tích công tác của lưới, lấy p = 0,05

 K1 = (5+1,0)25(1+0,05)2 = 1,512

K2 Hệ số co hẹp do rác bám vào lưới: K2 = 1,5

K3 Hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng = 1,15÷1,5,lấy K3= 1,4

Vậy: ƒ =2x 0,31,146x 1,512 x 1,5 x 1,4 = 6,06 m2

I.3.2 Chọn kích thước lưới chắn

Chọn kích thước chắn rác như sau:

- Số thanh thép theo chiều thẳng đứng của cửa là:

2400 5+1 + 1 = 401 thanh

- Mỗi thanh dài 1 m, diện tích cản nước của các thanh theo chiều thẳngđứng của cửa thu là: 401 x 1,5 x 0,001 = 0,6 (m2)

- Số thanh thép theo chiều ngang của cửa thu:

1000 5+1 + 1 = 167 thanh

- Chiều dài mỗi thanh là 2m Diện tích cản nước của các thanh ngang là:

Vận tốc qua lưới chắn rác đảm bảo theo tiêu chuẩn thiết kế không quá0,4 m/s.

I.3.3 Tổn thất cục bộ qua lưới chắn

Xác định theo công thức;

Hlc= ξ K

v2

2gTrong đó:

- Giả sử trường hợp một ống hút có sự cố , ống còn lại phải đảm bảo70% công suất của trạm xử lý ( theo TCXD 33 – 06 ) ,Khi đó lưu lượng củamột ống sẽ là: Qsc = 1.146 x 70% = 802 (m3/s)

- Lúc này vận tốc sẽ là :

Vsc =πx D 4 xQ2 = 3,14 x0,8 4 x 0,8022 = 1,596 (m/s )

Vận tốc này thỏa mãn vận tốc theo quy phạm v = 1.2 ÷ 2 (m/s)

I.4.3 Xác định kích thước miệng hút

Do trạm bơm cấp 1 được xây chìm dẫn đến không cần mồi bơm, nên tacho miệng hút kiểu phễu

Dựa vào bảng ta chọn miệng hút có các kích thước sau:

I.5 Tính toán ngăn thu , ngăn hút

Sô đồ bố trí ngăn thu – ngăn hút

I.5.1 Kích thước trên mặt bằng

I.5.2 Kích thước trên mặt đứng

- Khoảng cách từ mép dưới đặt lưới chắn đến đáy ngăn thu:

I.5.2 Tính toán cao độ công trình thu

a Cao độ mực nước trong ngăn thu

ZT-min =Hmin – hs = 22- 0,634= 21,366 (m)

ZT – max = Hmax – hs =27 – 0,634 =26,366 (m)

Trong đó :

+ hs tổn thất qua cửa thu nước và song chắn rác hs = 0.634 (m)

+ Hmin :Cốt mực nước thấp nhất của sông (nước thô ) Hmin = +22 m

+ Hmax: cốt mực nước cao nhất của sông (nước thô ) Hmax = +27 m

b Cao độ mực nước trong ngăn hút:

ZH-min= ZT-min – hL = 21,366 – 0,0038 = + 21,362 (m)

ZH-max= ZT – max – hL = 26.366 – 0,0038 = + 26,362 (m)

Trong đó

- HL : tổn thất qua lưới chắn rác hL = 0,0038 (m)

- ZT-min : cốt mực nước thấp nhất trong ngăn thu (m)

- ZT-max : Cốt mực nước cao nhất trong ngăn thu (m)

c Cao độ đáy công trình thu

Khoảng cách từ đáy miệng hút đến đỉnh hố thu cặn là h5= 0,6 (m)

Chiều cao hố thu cặn h= 0,3 (m)

Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến miệng hút: h6 = 2 (m)

 ZĐ-CTT = ZH-min – (h5 + h6+ h ) = + 21,440 - ( 0,6 +2+ 0,3) =+18,54 (m)

d Cao độ sàn công tác công trình thu

ZS-CTT = Hmax+ h4 = 27 +1 = +28 (m)

Hmax : cốt mực nước cao nhất của sông (nước thô) Hmax = + 27 (m)

h4 : chiều cao từ mực nước cao nhất đến sàn công tác, h4 = 1,0 m

Chương II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM BƠM CẤP 1 Trạm bơm cấp 1

Bơm nước từ công trình thu ddauw lên trạm xử lý Nếu nước ở nguồn có thể

sử dụng trực tiếp mà không cần làm sạch thì trạm bơm cấp 1 bơm thẳng nướcvào mạng lưới phân phối, bể chứa hoặc bể áp lực Trong một số trường hợp,thường gặp khi cấp nước sản xuất, trong trạm bơm cấp 1 bố trí 2 nhóm bơm;một nhóm bơm nước thô lên, xử lý, một nhóm bơm lượng nước không cần xử

lý đến thẳng đối tượng tiêu dùng đây ta tính toán cho trạm bơm cấp 1 thuộcloại một nghĩa là yêu cầu cấp nước liên tục không được gián đoạn 1 giâyphút nào Nếu cấp nước gián đoạn sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình công nghệ,chất lượng sản phẩm hoặc thiệt hại đáng kể về kinh tế

- Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đưa nước từ công trình thu đến trạm xử lý.Trạm bơm cấp I cấp nước liên tục 24h.

- Với điều kiện địa chất của bờ sông đảm bảo nên trạm bơm cấp I được

bố trí hợp khối với công trình thu (kết hợp) Cao độ mặt đất của trạmbơm theo cao độ đề bài ra = +28 m

II.1 Xác định đường kính ống hút

II.1.1 Xác định đường kính ống hút chung

Với Q = 4125 (m3/h) = 1,146 (m3/s) Để đảm bảo an toàn dùng 2 ống hút bằngống thép không gỉ Lúc này lưu lượng 1 ống sẽ là:

II.1 Xác đình đường kính bằng ống hút riêng

- Qua ống hút chung D = 800 mm, lưu lượng được chia cho 2 máy bơmhoạt động Khi đó lưu lượng tính cho mỗi bơm: Q1 bơm = 573 (l/s)

Theo TCVN 33- 06, với ống hút có ∅ 300 ÷800 thì vận tốc trong ốnghút được quy định v = 1 ÷3 (m/s) => chọn v = 1,09 (m/s) Khi đó đườngkính ống hút riêng sẽ là:

D = √4 xQ 1bơm

π x v = √ 4 x0,573

3,14 x 1,09 = 0,818 mChọn Dhr = 800 mm, tra bảng thủy lực có v = 1,13 m/s, 1000i = 1,86

i = 0,00186

II.2 Xác định đường kính ống đẩy

II.2.1 Xác định đường kính ống đẩy chung:

Trạm bơm cấp I được đặt gần công trình thu và cách trạm xử lý 700 m Với lưu lượng Q = 0,573 m 3 /s.

Căn cứ vào bảng 7.3 trang 135 TCXDVN33-06 và tra bảng thủy lực ta xácđịnh được đường kính ống đẩy như sau: Với vận tốc qui định cho ống đẩyD300-800mm, v=1,3-3,0 m/s, chọn V=1,6m/s

Ta có đường kính ống đẩy chung như sau:

D = √4 xQ❑

π x v = √4 x0,573

Chọn D = 750 mm, tra bảng thủy lực có v = 1,72 m/s, 1000i = 4,84

II.2.1 Xác định đường kính ống đẩy riêng:

a Ống đẩy riêng (từ trạm bơm cấp I đến bể trộn)

Nhằm đảm bảo an toàm cho hệ thống nên dùng 2 đường ống dẫn songsong làm việc Vậy lưu lượng mỗi ống Q = 1146/2 0,573 m3/s.

Căn cứ bảng 7,3 trang 135 TTCXDVN 33 – 06 và tra bảng thủy lực taxác định được đường kính ống dẫn như sau: với vận tốc qui định cho ống đẩyD300 – 800 mm = 1 – 3 m/s, chọn v = 1,2 m/s

Ta có đường kính ống dẫn như sau:

D = √4 x Q

π xV= √4 x0,573

3,14 x 1,2= 0,779 mChọn D = 800 mm, có V = 1,13 m/s, 1000i = 1,86 = 0,00186

i = 0,00186

 Kiểm tra lại vận tốc của ống đẩy khi có sự cố;

- Đặt trường hợp 1 ống đẩy có sự cố, ống còn lại phải đảm bảo 70%côngsuất trạm bơm cấp I Khi đó lưu lượng nước còn lai trong 1 ống sẽ là 0,573 x 70% = 0,818 m3/s

b Ống đẩy riêng (từ máy bơm đến đường ống đẩy chung)

Nhằm đảm bảo an toàm cho hệ thông nên dùng 3 bơm, 2 bơm làmviệc, 1 bơm dự phòng.Vậy lưu lượng mỗi ống Q = 1146/2 = 0,573 m3/s

- Căn cứ vào TCXDVN 33 – 06 và tra bảng thủy lực ta xác định đượcđường kính ống dẫn như sau: với vận tốc qui định cho ống đẩy D300 –

800 mm = 1 – 3 m/s, chọn v = 1 m/s

Ta có đường kính ống dẫn như sau:

D = √4 x Q

π xV= √4 x0,573

3,14 x 1.5=¿0,492mChọn D = 700 mm, có v = 1,48 m/s, 1000i = 3,75 = 0,00375

- Tổn thất theo chiều dài L = 4 m với vận tốc hút tăng cường khi 1 ống bị

sự cố Lúc này ống hút phải đảm bảo 70 % công suất tính toán

Qsc = 70 % x 1.146 = 802,2 l/s , v = 1,59 m/s ,1000i = 3,63 = 0,00363Vậy tổn thất theo chiều dài ống hút là: Hh = 0,004 x 3,63 = 0,014 (m)

- Trên đường ống hút có các phụ tùng gây ra tổn thất áp lực gồm:

TP:chiều cao công tác của bơm cấp I

Zc: cốt mực nước tại công trình xử lý nước đầu tiên Zc = 35 m

Zh: cốt mực nước thấp nhất trong ngăn hút , Zh = + 21,362 m

Zd: tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn nước

từ trạm bơm I đến trạm xử lý, hd

dd = 3,727 m

hh: tổn thất áp lực cục bộ trong công trình thu và trạm bơm cấp I , hh

= 1,444 m

h0: áp lực tự do (có tính đến tổn thất áp lực qua bể trộn cơ khí), h0 =2m

Vậy cột áp toàn phần của máy bơm trong trạm bơm I là:

H t

TP = ( 35– 21,362 ) + 3,727 + 1,444 + 2 = 20,809 m = 21 m II.5 Chọn bơm

- Với Q1 bơm = 0,573 (m3/s) = 573 (l/s)

HTP = 21 m

II.5.1 Sơ đồ cấu tạo, các thông số kĩ thuật của máy bơm

a Sơ đồ cấu tạo:

II.6 Xác định điểm làm việc của bơm

II.6.1 Xây dựng đường đặc tính của máy bơm trên

biểu đồ

Ứng với từng điểm trên đường đặc tính của máy bơm

350 – 360A trong cẩm nang chọn bơm ta có từng cặp

Q – H tương ứng Từ những cặp Q –H tương ứng đó ta

đưa sang biểu đồ và nối những điểm đó với nhau ta

được đườn đặc tính máy bơm trên biểu đồ

Lưu lượng và cột áp của 1 bơm:

Xây dựng đường đặc tính của 2 máy bơm làm việc song song (2 bơm cùng

- Cách xây dựng 2 máy bơm làm việc song song, nghĩa là ứng với từngđiểm trên đường đặc tính 1 máy bơm trên biểu đồ mà ta vừa xác định Tagiử nguyên cột áp và tăng lưu lượng lên 2 lần (giữ nguyên tung độ, tănghoành độ lên 2 lần) từ đó ta sẽ có từng điểm tương ứng và nối các điểm đólại với nhau thành đường đặc tính của 2 máy bơm làm việc song song.

- Khi 2 máy bơm làm việc song song, lưu lượng và cột áp bơm là:

Zc : cốt mức nước tại công trình xử lý nước đầu tiên theo (Zc = +35)

Zh : cốt mực nước thấp nhất trong ngăn hút Zh = + 21,362 (m)

a hệ số tổn thất cục bộ, a = 1,1

hd tổng tổn thất dọc đường từ trạm bơm I đến trạm xử lý Với Q = 573 l/s trabảng thủy lực có D = 500 mm, v = 1,72 m/s, 1000i = 4,84; i = 0,00484

a x (1000i) xl

600 750 0,7 3,105 1,1 2,56 13,64 16,12

- Đặt trường hợp 1 ống đẩy có sự cố, ống còn lại phải đảm bảo 70% côngsuất của trạm bơm cấp I Khi dó lưu lượng nước còn lại trong 1 ống sẽlà: 0,573 x 70% = 0,818 m3/s

II.8 Kiểm tra khả năng chuyển tải của tuyến dẫn nước thô với trường hợp có sự cố

- Tuyến ống dẫn nước từ trạm bơm cấp I về công trình xử lý nước đầu

tiên có chiều dài

L = 700 m bằng 2 đường ống dẫn song song

Khi có sự cố, 1 ống phải tải lưu lượng là :

Q1 ống = 70 % x 1146 = 802,2 (l/s)

Với đường kính ống

Dh = 800 (mm) => v = 1,59 m/s <3 m/s

Dd = 600 mm => v = 2,83 m/s <3 m/s

 Hệ thống đường ống làm việc an toàn khi có sự cố

II.9 Xác định cốt trục máy bơm

Mặt bằng nơi xây dựng trạm có nền đất ổn định, chịu lực tốt, mực nước ngầmthấp

- Công thức xác định cốt đặt trục máy bơm: