BÀI tập lớn môn CÔNG TRÌNH THU

Phân loại Nguồn nước mặt chia ra làm 3 loại: - Nước sông: là nguồn nước mặt chủ yếu để cấp nước, sông có trữ lượng nước lớn đáp ứng đủ nhu cầu cho mọi người.. Sông cũng là nguồn tiếp nhậ

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNGHÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

BÀI TẬP LỚN CÔNG TRÌNH THU NƯỚC – TRẠM BƠM

“Thiết kế công trình thu nước cấp Công suất 20.000 m3/ngày đêm”

Giảng viên hướng dẫn : : TS Phạm Đức Tiến

Mã sinh viên : : 1711070366

Chuyên ngành : : Thiết kế công trình kỹ thuật môi trường

Hà Nội, 2020.

MỤC LỤC TRANG

CHƯƠNG I: SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 5

1.1 Phân loại 5

1.2 Đặc điểm 5

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THU 7

2.1 Chọn kiểu, loại công trình thu 7

2.2 Tính toán 7

2.2.1 Tính toán song chắn rác và lưới chắn rác 7

2.2.2 Ngăn thu, ngắn hút 9

2.2.3 Tính họng thu nước, ống tự chảy 10

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TRẠM BƠM CẤP I 12

3.1 Chọn sơ bộ số bơm 12

3.2 Sơ bộ dựng sơ đồ bố trí máy bơm trong trạm bơm 12

3.3 Xác định lưu lượng, áp lực toàn phần của máy bơm 13

3.4 Chọn bơm 14

3.5 Điểm làm việc của bơm 14

3.6 Xác định cao trình trục bơm 14

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ TRẠM BƠM CẤP II 16

4.1 Chọn sơ bộ số bơm 16

4.2 Sơ bộ dựng sơ đồ bố trí máy bơm trong trạm bơm 18

4.3 Xác định lưu lượng, áp lực toàn phần của máy bơm 19

4.4 Chọn bơm 19

4.5 Điểm làm việc của bơm 20

CHƯƠNG I: SỐ LIỆU TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

- Công suất thiết kế: 20000 m3/ng = 833,33 m3/h = 0,231 m3/s

- Cao trình mặt đất: 18 m

- Mực nước cao nhất trên sông: 16 m

- Mực nước thấp nhất trên sông: 13 m

- Mực nước cao nhất trên trạm xử lí: 28 m

- Chiều dài ống đẩy: 2500 m

- Số đám cháy xảy ra đồng thời: 2x30 l/s

- Số giờ làm việc trong ngày: 24h

- Địa chất công trình: ổn định

- Dạng bờ sông: bờ thoải

- Hàm lượng cặn : 799 mg/l

- Độ lớn thuỷ lực hạt cặn: 0,55 m/s

Nước mặt là nguồn nước lộ thiên tồn tại trên bề mặt Trái đất như nước sông suối ao hồ… có nguồn bổ sung là nước mưa và một số là nước ngầm

1.1 Phân loại

Nguồn nước mặt chia ra làm 3 loại:

- Nước sông: là nguồn nước mặt chủ yếu để cấp nước, sông có trữ lượng nước lớn đáp ứng đủ nhu cầu cho mọi người Sông cũng là nguồn tiếp nhận nước mưa và các loại nước xả thải vào nên chịu ảnh hưởng trực tiếp từ môi trường bên ngoài

- Nước suối: nguồn cung cấp nước quan trọng ở vùng núi, tuy nhiên nước suối không

ổn định về chất lượng nước, mức nước, lưu lượn, vân tốc Mùa lũ nước đục, cuốn theo nhiều gỗ củi khô rác và dòng chảy mạnh Mùa khô cạn không đủ lượng nước cần thiết

- Nước hồ đầm: trong, hàm lượng cặn nhỏ, nhiều sinh vật thuỷ sinh và tảo phát triển mạnh

1.2 Đặc điểm

 Chất lượng

 Nước sông ngòi, kênh rạch:

- Dao động theo mùa và theo vùng địa lý

- Hàm lượng cặn cao vào mùa mưa

- Độ đục cao, cặn lớn vào mùa lũ và thượng nguồn trong hơn cuối nguồn

- Chứa nhiều chất hữu cơ và vi trùng:

+ Xác động thực vật và chất bẩn trôi nổi trên bề mặt

+ Chịu ảnh hưởng của các nguồn nước thải sinh hoạt và công nghiệp

- Độ màu cao khi thượng nguồn nhiều đầm lầy

 Nước ao hồ

- Hạm lượng cặn nhỏ, ít hơn sông khá ổn đinh, tuy nhiên vãn bị ảnh hưởng với địa

lý địa hình

- Độ màu cao do phù du, tảo và các tạp chất

 Nước mưa

- Phụ thuộc theo mùa và vùng khí hậu

- Tuy nhiên chứa nhiều bụi bẩn và các tạp chất lưo lưungr trong không khí, bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm môi trường

 Trữ lượng

- Đủ để cho sinh hoạt và sản xuất

- Phục vụ cho các mục đích công nghiệp dịch vụ khác

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THU

2.1 Chọn kiểu, loại công trình thu

- Từ đề bài trên: lựa chọn công trình thu nước mặt thiết kế

+ Công trình thu nước xa bờ (vì bờ sông thoải)

+ Công trình kết cấu kiểu kết hợp (vì địa chất công trình ổn định)

Công trình thu xa bờ kiểu kết hợp - ống tự chảy

- Công suất 20000 m3/ngđ chọn 2 công trình thu, mỗi đơn nguyên có 1 ngăn thu 1 ngăn hút Mỗi ngăn thu có 1 họng thu và ống tự chảy,

2.2 Tính toán

2.2.1 Tính toán song chắn rác và lưới chắn rác

a Kích thước song chắn rác: 2 cửa thu nước

K1=

40 10

0, 75 40

a d

a

   

K2 = 1,25

K3 = 1,1 (thanh thép tiết diện tròn)

v = 0,7 m/s

n = 2

- Từ diện tích song chắn rác (SCR), suy ra đường kính SRC

 = 0,17 m2 = R2

Suy ra R = 0,2326 m, D = 0,4652

Song chắn rác được đặt ở cửa thu nước của công trình Cấu tạo gồm các thanh thép tiết diện tròn 8 hoặc 10, hay tiết diện chữ nhật kích thước 6x50mm đặt song song với nhau gắn vào khung thép Khoảng cách giữu các thanh thép từ 40 50mm Song chắn rác được thả ròng rọc hoặc tời quay tay bố trí tỏng ngăn quản lí

Hình dạng song chăn rác phù hợp với hình dạng cửa thu nước, có thể là hình trong, hình vuông, hình chữ nhật

b Lưới chắn rác:

Cấu tạo gốm 1 tấm lưới căng trên khung thép Tấm lưới đan bằng các dây thép đường kính 1 1,5mm, mắt lưới 2 x 55 x 5 mm

Trong một số trường hợp, mặt ngoài tấm lưới đặt thêm một tấm lưới nữa có kích thước mắt lưới 25 x 25mm đan bằng dây thép đường kính 2-3mm để tăng cường khả năng chịu lực của lưới

- Diện tích công tác của lưới được xác định theo công thức:

Trong đó:

+ Q: lưu lượng tính toán của công trình (m3/s)

(m3/s) + v: vận tốc nước chảy qua lưới

+ Lưới chắn phẳng lấy V = 0,2 0,4 m/s Chọn V=0,3 m/s

+ n: số cửa thu nước Chọn 2 cửa

+ K1 : hệ số co hẹp tính theo công thức:

K1=

5

a d

p a

(p = 0,1)

 a – kích thước mắt lưới Chọn a = 5 mm

 d – đường kính dây đan lưới Chọn d =

 p – tỉ lệ giữa phần diện tích bị khung và các kết cấu khác chiếm so với diện tích công tác của lưới

+ K2: hệ số co hẹp do ảnh hưởng rác bám vào lưới Lấy K2= 1,5

+ K3: hệ số ảnh hưởng hình dạng Chọn lấy K3= 1,5

Chọn kích thước cửa lưới chắn rác hình chữ nhật: B  L = 0,7  0,9 m

2.2.2 Ngăn thu, ngắn hút

- Công trình thu 2 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên có 1 ngăn thu và 1 ngăn hút

- Trong ngăn thu bố trí thang lên xuống, thiết bị tẩy rửa

- Trong ngăn hút bố trí lưới chắn rác, ống hút của máy bơm cấp một, thang lên xuống, thiết bị tẩy rửa

- Chọn đường kính ống hút: với lưu lượng mỗi ống Q = 0,1155 m3/s

D = = = 0,27 m

- Chọn D = 270 mm

- Chọn 2 ống đẩy với chiều dài ống đẩy: 2500 m với lưu lượng mỗi ống Q = 0,1157

m3/s

D = = = 0,350 m

- Chọn đường kính và vận tốc ống hút ống đẩy:

Dh = 270 mmVh = 1 m/s

Dđ = 350 mmVđ = 1,2 m/s

a Kích thước ngăn thu

- Chiều dài ngăn thu A1: 1,6 – 3 m, chọn 2,5 m

- Chiều rộng ngăn thu B1 = B1 + 2e = 0,5 + 2  0,5 = 1,5 m

b Ngăn hút nước

- Chiều rộng B2  3Df

Với

Df: Đường kính ống phễu: Df = (1,3  1,5)  Dh = 1,5  0,27 = 0,405 m

Dh: Đường kính ống hút: chọn = 270 mm = 0,27 m

B2  3  1,5  0,27 = 1,215 m Chọn B2 = 1,5 m

- Chiều dài ngăn hút A2 = 2,5 m (1,5  3 m)

c Kích thước mặt đứng các công trình

- Khoảng cách từ phễu hút đến tường tối thiểu:

Chọn khoảng cách 400 mm

- Khoảng cách từ mép dưới ống tự chảy đến đáy sông:

Chọn h1 = 0,7 m

- Khoảng cách từ mép dưới cửa đặt lưới đến đáy công trình thu:

Chọn h2= 0,5 m

- Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến mép trên cửa:

Chọn h3 = 0,6 m

- Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến miệng vào phễu hút:

Chọn h6 = 0,7 m

- Khoảng cách từ đáy ngăn hút đến miệng vào phễu hút:

Chọn h5 = 0,5 m

- Khoảng cách từ mực nước cao nhất đến sàn công tác:

Chọn h4 = 0,7 m

- Chọn chiều cao gian quản lý là 3m

2.2.3 Tính họng thu nước, ống tự chảy

a Họng thu nước

- Theo đặc điểm cấu tạo và thu nước của công trình, ta dùng loại họng thu nước thường xuyên ngập

- Họng thu gồm miệng thu có song chắn rác nối với ống tự chảy và bộ phận cố định bảo vệ miệng thu

- Chọn cửa thu nước và song chắn rác có dạng hình tròn, tính toán như cửa thu + Chiều sâu lớp nước tính từ MNTN đến đỉnh họng thu h1 = 0,4 m

+ Chiều cao bảo vệ h2 = 0,2 m

+ Khoảng cách từ đáy sông đến mép dưới miệng thu nước h3 = 0,6 m

b Ống tự chảy

- Chọn 2 ống tự chảy để đảm bảo cho công trình làm việc an toàn, lưu lượng của 1 ống là 0,1155 m3/s

- Dùng ống thép, đặt ống hơi dốc ra sông

- Chọn vận tốc nước chảy trong ống v = 0,8m/s

- Đường kính ống xác định theo công thức:

D = = = 0,303 m

- Chọn đường kính d = 350 mm

V= 0,6 m/s, i = 0,1 m/100m

Q = 0,05775 m3/s

- Ta có lống = 40 m => hống = il =

- Ống thép mới, hệ số 0,8

- Tính (ống tự chảy và họng thu) = hống + hcb

- 1 song chắn rác hs = 0,1

- 1 khóa ξ (dùng để đóng khi rửa ngăn thu) = 1

= 2,1 = il + = 0,032 + 2,1 + 0,1 = 0,0705 m

c Phương pháp rửa ống

Rửa thuận: dòng nước rửa cùng chiều với dòng nước làm việc bình thường Trong trường hợp này ta đặt ống dốc về phía ngăn thu Khi cửa đóng bớt 1/3 đến ½ ống, các ống

sẽ làm việc tăng cường, vận tốc nước trong ống tăng, cặn lắng sẽ được tẩy rửa

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TRẠM BƠM CẤP I

- = 13 – 0,134 = 12,866 m

28 m

L

hL: tổn thất qua lưới chắn rác, hL = 0,2 m

12,866 – 0,2 = 12,666 m

Lấy tròn số = 12,6 m

3.1 Chọn sơ bộ số bơm

- Chọn 4 bơm công tác, 1 bơm dự trữ

- Số lượng ống đẩy của trạm bơm: chọn 2 ống

Q = Qtr /2 = 20000/2 = 10000 m3/ng = 416,67 m3/h = 0,1157 m3/s

- Số lượng ống hút của trạm bơm: 4 ống hút

3.2 Sơ bộ dựng sơ đồ bố trí máy bơm trong trạm bơm

3.3 Xác định lưu lượng, áp lực toàn phần của máy bơm

- Lưu lượng của bơm:

+ Q = 5000 m3/ng

+ Qb = 0,05775 m3/s

- Cột áp toàn phần

+ Hb = Hhh + hh + hđ + hdự trữ

+ Hhh: chiều cao bơm nước hình học

+ Hhh = = 28 – 13 =15 m

- Tổn thất trên đường ống hút

hh = hd + hcb = i.I +

- Chọn ống hút thép có đường kính 270 mm

Q = 57,75 l/s => v = 0,3 m/s, i = 0,018 m/100m

- Chọn sơ bộ chiều dài ống hút

lhút = h6 + hck = 0,7 + 7 = 7,7 m

- Tổn thất cục bộ trên ống hút: 1 phễu, 1 cút 90, lưới chắn rác

= 5,65

hh = 7,7 + 5,65 = 0,311 m

- Tổn thất trên đường ống đẩy

Hđ =i.l +

- Chọn ống đẩy thép có đường kính 300 mm

Q = 115,74 l/s => v= 1,5 m/s, i = 0,75 m/100m

Chiều dài ống đẩy: l = 2500m

- Tổn thất cục bộ sau bơm: 4 van 2 chiều, 1 van 1 chiều, 8 Tê

= 17,7

- Tổn thất trên đường ống đẩy:

hđ = 20,77 m + hdự trữ = 1m

- Cột áp toàn phần của máy là:

Hb = 15 + 0,311 + 0,0705 + 20,77 + 1 = 37,1515 m

Lấy tròn số H = 37,2 m

3.4 Chọn bơm

- Dựa vào Q = 57,75 l/s; H = 37,2 m

- Chọn bơm Eta R 500; n = 960 v/ph

+ ɳ = 78 %

+ NPSH = 1,2 m => NPSHA = 1,2 + 1 = 2,2 m

+ P = 27,5 kW

3.5 Điểm làm việc của bơm

- Đường làm việc của bơm: Eta R 500 (trang 38 – Sổ tay máy bơm)

- Đường làm việc của ống

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

33.5

28

15 17.66

25.63

37.2 38.9

57.5

81.42

BIỂU ĐỒ TÌM ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA BƠM

TRÊN MỘT ỐNG

H ống H bơm

Q l/s

H

m

3.6 Xác định cao trình trục bơm

Chọn thỏa mãn:

NPSHA

Trong đó:

Pa: áp suất khí quyển ở điều kiện làm việc = 1 104 (kg/m2)

Pbn: áp suất bốc hơi bão hòa của chất lỏng bơm ở nhiệt độ làm việc giả sử bơm làm việc ở nhiệt độ nước là 25oC, theo bảng 3 trang 7 sổ tay máy bơm tra được: + áp suất bốc hơi bão hòa của nước là 0,03166bar

= 0,03166 104 ( kg/m2)

+ tỉ trọng riêng của nước là 0.9971(kg/dm3) 103 kg/m3

Do vậy ta có:

hh – NPSHA = – 0,311 – 2,2 = 7,17 m

Chọn = 7,2 m

= 12,6 + 7,2 = 17,8 m

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ TRẠM BƠM CẤP II 4.1 Chọn sơ bộ số bơm

- Chọn cấp bơm và số bơm làm việc

+ Chọn 3 bơm có công suất giống nhau

+ Dựa vào biểu đồ tiêu thụ nước ta có thể chọn 3 cấp bơm cho trạm bơm cấp II như sau:

- Trạm bơm cấp 2:

+ Chọn 3 cấp độ bơm với 9 giờ bơm cấp 1, 6 giờ bơm cấp 2 và 9 giờ bơm cấp 3 + Bơm cấp 2 gồm 2 bơm cấp 1, bơm cấp 3 gồm 3 bơm cấp 1

9Q1 + 6Q2 + 9Q3 =100%

 9Q1 + 20,96Q1 + 30,859Q1 =100%

 Q1 = 2,339 %  Q2 = 4,212 %  Q3 = 5,965 %

Bảng 1.3 Bảng tính toán lưu lượng điều hòa đài chứa

Giờ

trong

ngày

Lượng

nước

tiêu

thụ

Trạm bơm cấp 2

Lượng nước vào đài

Lượng nước ra đài

Lượng nước còn lại trong đài

Số bơm làm việc

Trạm bơm làm việc với 3 cấp bơm:

+ Từ 21→6h: trạm bơm có 1 bơm làm việc

+ Từ 6h→7h, 10→11h, 15→17h, 19→21h: trạm bơm có 2 bơm làm việc:

+ Từ 7h→10h,11→15,17→19h: trạm bơm có 3 bơm làm việc:

- Giờ bơm nước lớn nhất, cả 3 bơm cùng làm việc đồng thời:

- Giờ bơm nước nhỏ nhất, có 1 bơm làm việc và 2 bơm nghỉ:

- Chọn 3 bơm công tác, 1 bơm dự trữ Q = 397,6 m3/h

- Số lượng ống đẩy của trạm bơm: chọn 2 ống

- Số lượng ống hút của trạm bơm: 2 ống hút

4.2 Sơ bộ dựng sơ đồ bố trí máy bơm trong trạm bơm

4.3 Xác định lưu lượng, áp lực toàn phần của máy bơm

- Lưu lượng của bơm:

+ Qb = 397,6 m3/h

- Cột áp toàn phần

+ Hb = Hhh + hh + hđ + hdự trữ

+ Hhh: chiều cao bơm nước hình học

+ Hhh = = 21 – 18 = 3 m

- Tổn thất trên đường ống hút

hh = hd + hcb = i.l +

- Chọn ống hút thép có đường kính 600 mm

Q = 397,6 m3/h => v = 4,0 m/s, i = 2 m/100m

- Chọn sơ bộ chiều dài ống hút

lhút = 20 m

- Tổn thất cục bộ trên ống hút: 1 phễu, 2 cút 90, 2 Tê

= 4,15

hh = 20 + 4,15 = 3,785 m

- Tổn thất trên đường ống đẩy

Hđ =i.l +

- Chọn ống đẩy thép có đường kính 800 mm

Q = 397,6 m3/h => v = 1,5 m/s, i = 0,25 m/100m

- Chiều dài ống đẩy: l = 7000 m

- Tổn thất cục bộ sau bơm: 6 van 2 chiều, 1 van 1 chiều, 4 Tê, 6 cút 90

= 16,7

- Tổn thất trên đường ống đẩy:

hđ = 19,415 m + hdự trữ = 1 m

- Cột áp toàn phần của máy là:

Hb = 3 + 3,785 + 19,415 + 1 = 27,2 m

4.4 Chọn bơm

- Dựa vào Q = 397,6 m3/h; H = 27,2 m

- Chọn bơm Eta R 460; n = 960 v/ph

+ ɳ = 80 %

+ NPSH = 2 m => NPSHA = 2 + 1 = 3 m

+ P = 37 kW

4.5 Điểm làm việc của bơm

- Đường làm việc của bơm: Eta R 410 (trang 41 – Sổ tay máy bơm)

- Đường làm việc của ống

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

BIỂU ĐỒ TÌM ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA BƠM TRÊN 1 ỐNG

Q (m3/h)

H (m)