Đồ án trạm bơm XD thủy lợi thủy điện

Chọn tuyến công trình : Việc chọn tuyến xây dựng trạm bơm phải thỏa mãn các yêu cầu sau : Hướng lấy nước là thuận dòng Công trình lấy nước không bị bồi lắng , xói lở Tuyến công trình phả

PHẦN A:

TÀI LIỆU VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

§I-TÀI LIỆU THIẾT KẾ

Theo quy hoạch thủy lợi, trạm bơn Nhơn An là công trình đầu mối của khu tướiNhơn An, trạm bơm lấy nước trên sông Ái, bình đồ khu vực xây dựng tỷ lệ 1/500

Tài liệu cần thiết cho việc cho việc xác định quy mô trạm bơm Nhơn An nhưsau:

1 Hệ số tưới tại đầu mối.

Bảng 1.1 Hệ số tưới và thời gian tưới yêu cầu tại đầu mối

8 19915152314

1,351,291,130,901,051,081,171,231,060,85

2 Diện tích khu tưới là ω = 580 ha

3 Cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới Z yc = 58 m

4 Quá trình mực nước sông theo tháng ứng với p = 75% tại vị trí xây dựng trạm bơm.

Bảng 1.2 Quá trình mực nước sông theo tháng ứng với p = 75% tại vị

trí xây dựng trạm bơm

Mực nước Z(m)

5 – Cao trình mực nước lũ cao nhất ứng với p = 1% là Z max = 47,6 m.

– Cao trình mực nước thấp nhất ngoài sông ứng với p = 90% là Z min =44,8 m.

6 Các tài liệu khác:

– Nhiệt độ bình quân của nước sông t = 25 o C.

– Mật độ phù sa trong trong nước sông W = 0,87kg/m 3

– Trên tuyến thăm dò cho thấy lớp đất tgitj pha cát.

– Khu vực xây dựng trạm bơm gần đường giao thông liên tỉnh và đường điện cao thế 10KV.

§2- NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

2.1-Bố trí tổng thể công trình đầu mối của trạm bơm Nhơn An

2.2 -Thiết kế kênh tháo, kênh dẫn của trạm bơm

2.3-Tính toán các loại cột nước

2.4-Chọn máy bơm và kiểm tra quá tải của động cơ

2.5-Thiết kế sơ bộ nhà máy,bể hút,bể xả

2.6-Các bản vẽ kèm theo thuyết minh: các bản vẽ khổ A1(01 bản hoặc 02 bản) thểhiện mặt cắt ngang,cắt dọc,mặt bằng nhà máy,bể hút bể xả

PHẦN B:

THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM BƠM TƯỚI

§1-BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

1.1 Chọn tuyến công trình :

Việc chọn tuyến xây dựng trạm bơm phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

Hướng lấy nước là thuận dòng

Công trình lấy nước không bị bồi lắng , xói lở

Tuyến công trình phải ổn định , khống chế lớn nhất diện tích tưới tiêu với lượng đàođắp ít

Việc chọn tuyến kênh căn cứ vào các tài liệu :

Mục đích xây dựng : Trạm bơm tưới

Nguồn nước và đặc tính của nó

Bình đồ vị trí nơi đặt trạm

Từ các tài liệu và yêu cầu trên ta tiến hành lập luận , phân tích và vạch ra 1 số phương

án về tuyến công trình Sau khi so sánh kinh tế, kỹ thuật ta chọn được tuyến côngtrình như trên bình đồ xây dựng TL 1/500

lũ Bố trí nhà máy bơm kiểu này làm cho kênh dẫn ngắn khối lượng đào đắp ít , khốilượng nạo vét hàng năm ít , giảm được chi phí vận hành

Tuy nhiên bố trí nhà máy kiểu này có nhược điểm là: nhà máy bị đe dọa trựctiếp của lũ, lực đẩy nổi lớn do đó kết cấu nhà máy phức tạp, khối lượng xây dựng lớn

Để định vị trính nhà máy trên tuyến công trình phải dựa vào tài liệu địa chất ,mặt bằng khu vực, đường giao thông ra ngoài nhà máy, hướng đặt trạm biến áp , gianđiện, gian sửa chữa, nhà quản lý, mặt bằng thi công Đối với ĐAMH ta có thể dựa vào

1 số yêu cầu sau :

Chống lũ cho động cơ :

Để đảm bảo cầu động cơ không bị ngập lụt trong mùa mưa lũ thì cao trình sànđộng cơ phải cao hơn mực nước lũ từ 0,5 m trở nên Sơ bộ có thể chọn cao trình sànđộng cơ như sau:

ma sát của đất Sơ bộ xác định được cột nước của trạm bơm :

H = Zyc - Zbhmin = 58,0-44,8= 13,2m

Nhận xét: Cột nước của trạm tương đối lớn, do đó ta bố trí bể tháo xa với nhàmáy

Từ mực nước yêu cầu Zyc = 58 m ta chọn cao trình bố trí bể tháo

chọn sơ bộ vị trí xây dựng bể tháo ở vị trí quanh đường đồng mức 57,5 Vị trí đặt nhàmáy ở chổ địa hình bằng phẳng để thuận lợi cho công tác thi công nhà máy, kết hợpvới mực nước lũ ứng với tần suất p=1% là 47.6 (m), do đó ta đặt vị trí nhà máy ởđường đồng mức 50.0 (m)

Sơ đồ bố trí tổng thể công trình đầu mối trạm bơm tưới

1

5

Phần bố trí các công trình ở trên mới chỉ lă kết quả nhận định sơ bộ ban đầu Kết quảtính toán chính xác ở phần sau sẽ giúp ta có được các cao trình và các vị trí chính xác

để bố trí công trình

§2-THIẾT KẾ KÊNH THÁO VÀ KÊNH DẪN

2.1 Xác định các lưu lượng :

2.1.1 Lưu lượng thiết kế Q tk :

Lưu lượng thiết kế được xác định theo công thức sau : Qtk=Qyc

Thay vào công thức ta có :

2.1.2 Lưu lượng lớn nhất Q max , lưu lượng nhỏ nhất Q min :

Lưu lượng lớn nhất thường chọn theo công thức sau :

Qtk = 0.783 ( m3/s )

Qmax = 0.940 ( m3/s )

1 min

Q = 0.493 ( m3/s )

2 min

Q = 0.313 ( m3/s )Chọn min( 1

Q = 0.313 ( m3/s ) làm lưu lượng kiểm tra

2.2 Thiết kế kênh tháo và kênh dẫn:

2.2.1 Thiết kế kênh tháo :

Nhiệm vụ của kênh tháo là dẫn nước từ bể tháo đến mặt ruộng Kênh phải đảmbảo dẫn đủ nước, ổn định, không bị bồi lắng và xói lỡ Kích thước của mặt cắt kênhtháo sẽ được xác định thông qua tính toán thủy lực

Chọn kênh có mặt cắt hình thang Thiết kế mặt cắt ngang của kênh với lưulượng thiết kế

Qtk = 0.783 ( m3/s )

Tại khu vực cần xây dựng công trình có tình hình địa chất tương đối tốt, dướilớp đất canh tác là lớp đất thịt pha cát nên ta có thể chọn các chỉ tiêu của kênh như sauĐất tại khu vực là đất thịt pha cát, Qtk = 0.783 ( m3/s ) theo Bảng 8 TCVN 4118-2009

Với m0 = 2 1m 2 m = 2,106Suy ra f(Rln) = 0.1521

Tra bảng 8-1 bảng tra thủy lực ứng với f(Rln) = 0.1521 & n = 0,025 có :

Rln = 0.5167 ( m )Tính b & h :

- Sơ bộ tính h theo công thức đảm bảo điều kiện ổn định của lòng kênh :

3

tk

Q A

h 

Với Qtk = 0.783 (m3/s)

A : hệ số, A = 0,71,0  Qtk khá nhỏ chọn A = 0.95

30.95 0.783 0.876( )

b

Tra bảng phụ lục 8-3 bảng tra thủy lực với m = 1,5

ln1,725

h

R 

h = 1.725×0.5167 = 0.891 (m) gần bằng giá trị h giả thuyết

Chọn độ cao an toàn của kênh - theo Bảng 10 TCVN 4118-2009 là :

Bảng 2.1- Chỉ tiêu thiết kế kênh và kiểm tra đk vận tốc KL,KX

Chú thích :

 - Diện tích mặt cắt ướt của kênh (m2)

 = ( b + m.h )h

- Để đảm bảo điều kiện không lắng

Vmin > [ VKL ]Trong đó :

Vmin = 0,287 (m/s) > [ VKL ] = 0,262 (m/s)

Như vậy kênh thiết kế bảo đảm không lắng

- Để đảm bảo điều kiện không xói 7

Vmax < [ VKX ] Trong đó :

* Xác định cao trình đáy kênh :

Cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới là Zyc = 58 m Đây cũng chính là cao

trình mực nước bể tháo ứng với QTK

Cao trình đáy kênh là :

ngày

Đến

ngày Số ngày Q (m3/s) f(Rln) Rln bk (m) b/Rln h/Rln h(m) Z(m) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)

* Độ cao an toàn :theo bảng 10–TCVN 4118-85 , Lưu lượng trong kênh Qtk < 1(m3/s) thì độ cao an toàn tính từ mực nước cao nhất đến đỉnh bờ kênh lấy bằng 0.2(m).

Hình: Mặt cắt kênh tháo

2.2.2 Thiết kế kênh dẫn :

Vì cùng dẫn một lưu lượng Qtk nên ta có thể chọn mặt cắt kênh dẫn giống như mặt

cắt kênh tháo

* Cao trình đáy kênh:

Để đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng trong các thời kì cao trình đáy kênh dẫn xácđịnh theo công thức :

min ( )

Z Z h m = 44.8 -0.89 =43.91(m)

Trong đó:

 h tk=0.89 : độ sâu dòng chảy khi dẫn lưu lượng thiết kế

 Z bhmin = 44.8 : cao trình mực nước thấp nhất ở bể hút ứng với tần suấtkiểm tra p=90%

* Cao trình bờ kênh dẫn:

Zbk dẫn = Zkd max + a = 47.6 + 0.2 = 47.8 (m)Trong đó:

 Zkd max = Zs max : mực nước lũ cao nhất, Zs max= 47.6 (m)

 a = 0.2 (m) : chiều cao an toàn, lấy như kênh tháo

* Chiều sâu đào của kênh dẫn : hdẫn = Z bk dẫn – Zdk = 47.8 – 43.91 = 3.89 (m)

=1 5

là khá nhỏ, vậy chọn Σht = 1.23 (m)

+ Hđhbq : cột nước địa hình bình quân ( m )

Hđhbq được tính theo phương pháp bình quân gia truyền : “ Công

tiêu hao để bơm nước lên với cột nước bình quân gia quyền = công

cần tiêu hao để bơm nước lên với cột nước trong từng thời kỳ ”

i

i i

xH

1 1

)(

n

i i i i

n

i i i

Qi ( m3/s ) :lưu lượng của trạm bơm trong thời gian ti

hi : cột nước địa hình ứng với Qi và ti

ti : thời gian bơm nước với Qi=const

( Kết quả tính toán được lập trong bảng B3 )

=1 5

+43,91

+44,8

unit:

m +45,0

0

Cột 1 : thứ tự thời gian thứ i.

Cột 2,3,4 : Thời gian tưới

Cột 5 : Lưu lượng trạm bơm ứng với thời gian tưới QiCột 6: cao trình mực nước bể tháo ( Đã tính ở bảng 3 )Cột 7 : cao trình mực nước bể hút cũng chính là cao trình mực nước sông ứngvới tần suất P = 75 % tại vị trí xây dựng trạm bơm (theo số liệu đề cho)

Cột 8 : Cột nước địa hình tương ứng với thời gian tưới thứ i

hi = Zbt - Zbh ( m )Cột 9 = Cột ( 5 ) x Cột ( 4)

Suy ra : Hđhbq =





i i

i i i

t Q

t h Q

= 105.154

8.936 = 11.77 (m)Vậy :

-Cao trình MN lũ ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra p=1%

-Cao trình MN thấp nhất ngoài sông ứng với ts kiểm tra p=90%

0.261 /3

tk

0.196 /4

tk

Biểu diễn ba trường hợp trên lên biểu đồ yêu cầu nước để có thể đánh giá chọn ra sốmáy hợp lý như sau:

Nhận xét, Phương án 2 máy bơm cho ΔQ lớn nhất, gây lãng phí Phương án

3 và 4 máy bơm cho ΔQ khá bé Tuy nhiên, mặt bằng chung phương án 4 máy bơm có

sự cơ động, đáp ứng được nhu cầu cấp nước một cách trọn vẹn hơn

Vậy, chọn số máy bơm a = 4 máy, Tổng số máy bơm : N = a + 1 (dữ trữ ) = 5

máy

Lưu lượng thiết kế: Q tk = 0.196 m3/s

Lưu lượng trạm: Q trạm = 4Qtk = 0.783 m3/s

Cột nước thiết kế : H tk = 13 m

4.1.2 Chọn loại máy bơm:

Với các thông số Q tk = 0.196 m3/s và H tk = 13 m, tra trên biểu đồ sản phẩmmáy bơm ly tâm một cấp hai cửa nước vào của Nga, ta thấy có thể chọn được máybơm 12- Д 19, tuy nhiên máy bơm này không đảm bảo cung cấp đúng theo lưu lượng

và cột nước đã tính toán, do đó phải tiến hành tính toán gọt bánh xe công tác (BXCT)

Máy bơm 12 Д -19 có các thông số sau:

Q(m3/s) H (m) n (v/ph) η (%) Ntrục (kW) Dra (mm) hyc (m) G (kG)

Từ kí hiệu của máy bơm Liên Xô cũ 12 Д -19 , ta có

ns = 19*10 = 190 < 200 , nên ta dùng công thức sau:

D i D



D2 là số đường kính cửa ra của BXCT trước khi gọt Ở đây

D2=300 mm

Dg là số đường kính cửa ra của BXCT sau khi gọt

Vẽ đường parabol có phương trình :

Q K H với tk 19613 54.36

tk

Q K H

Từ công thức (*) suy ra : 2

3

2

3

3520,82;

4320,67;

Máy bơm có ns 190 v/ph, mức độ gọt 18% nên hiệu suất sẽ giảm đi 2%

Vì số vòng quay của máy bơm không đổi, mà ta chỉ gọt đường kính ở cửa ra của BXCT nên không làm tăng hoặc giảm áp lực ở cửa vào của bánh xe, do đó, cột nước chân không cho phép [Hck] của máy bơm không thay đổi

Kết quả tính toán như sau:

Bảng: Kích thước định hình của máy bơm và thiết bị phụ lắp trên đường ống của

máy bơm ly tâm 2 cửa nước vào loại 12 Д-19

Ứng với máy bơm 12 Д- 19 đi kèm là động cơ điện A-91-4

Tiến hành kiểm tra lại theo các điều kiện thực tế mà máy bơm và động cơ sẽ phải làmviệc

* Kiểm tra công suất:

Công suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc trong mọi trường hợp phải nhỏhơn công suất định mức của động cơ

Nmax < NH

NH : Công suất định mức của động cơ NH = 75 kW

Nmax: Công suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc , xác định theo côngthức :

ηtr = 1 : trục động cơ nối trực tiếp với trục máy bơm.

Qb, ηb là lưu lượng và hiệu suất của máy bơm tra trên đường đặctính mới ứng với Hb

Hb : cột nước của máy bơm cho công suất lớn nhất Đối với máybơm li tâm công suất lớn nhất xảy ra khi máy bơm làm việc với cột nước nhỏ nhất

Hbmax

Hbmax = Htk

min = 11,45 (m)Vậy Nmax= 34,4 < NH = 75 (kW), Động cơ làm việc bình thường

4.4 Chọn máy biến áp :

Ta biết điện áp của động cơ 6000(V) nhỏ hơn điện áp của nguồn nên ta phảichọn máy biến áp cho trạm bơm

Việc chọn máy biến áp dựa vào các yêu cầu chủ yếu sau :

- Dung lượng yêu cầu của trạm Syc

- Điện áp nguồn Ucao

- Điện áp của động cơ Uthấp Trong đó : Dung lượng yêu cầu của trạm được tính theo công thức sau :

1 .2

.cos

đc H yc

Tài liệu cho biết khu vực xây dựng trạm bơm gần đường giao thông liêntỉnh và đường điện cao thế 10kV Suy ra :

Ucao = 10kV

- Điện áp động cơ :

Uthấp = 220/380 V

- Dựa vào 3 yêu cầu trên ta chọn được MBA sau :

TM - 320 /10 với các thông số kỹ thuật sau :

Loại MBA Dung lượng

Trong thiết kế trạm bơm, việc tính và chọn cao trình đặt máy cho trạm bơm có

ý nghĩa quan trọng về kinh tế và kỹ thuật Nó ảnh hưởng đến chế độ làm việc của máybơm, đến tuổi thọ của máy bơm, ảnh hưởng đến kết cấu nhà máy và giá thành nhàmáy

5.1 Chọn cao trình đặt máy theo điều kiện không sinh khí thực:

Công thức chung để tính cao trình đặt máy bơm dùng cho nông nghiệp là:

Zđm = Zbh min + [ hs ]

Zbh min = 44,8 m[ hs ] : Độ cao hút nước địa hình cho phép của máy bơm.

[hs] được tính theo công thức :

[hs] = [Hck] – 10 + Hat + 0,24 - Hbh -

22

v

g - htoh

Trong đó :

- [Hck] : Cột nước chân không cho phép của máy bơm

Từ Qtk = 196 l/s , tra trên đường đặc tính kỹ thuật của máy bơm 12 Д- 19 ta được[Hck]= 5,8 m

- Hat (m):Cột nước áp lực khí trời trên mặt thoáng của bể hút,tính theo công thức:

v

v

Q v

D



- htoh : Cột nước tổn thất trong ống hút, sơ bộ chọn htoh = 0,9 (m)

Thay các giá trị vào ta có :

[hs] = 5,8 – 10 + 10,28 + 0,24 – 0,34 -

2

2, 772*9,81 - 0,9 = 4,69 (m) Vậy : Z đm = 44,8 + 4,69 = 49,49 (m), lấy tròn 49.5m

a) Kiểm tra cao trình đặt máy khi máy bơm làm việc với cột nước lớn nhất Htk

max

Htk

min = 14,43 (m) tra đường đặc tính được Q= 131 l/s và [Hck] = 6.2 (m)

Tốc độ tại cửa vào của máy bơm:

4 4x0,131

1,853,14x0,3

v

v

Q v

[hs] = 6,2 – 10 + 10,28 + 0,24 – 0,34 -

21,852x9,81- 0,9 = 5,83 (m) => Z1

đm = 44,8 + 5,83 = 50,63 (m)

So sánh Z1

đm = 50,63m > Ztk

đm = 49,49m Máy bơm làm việc an toàn

b) Kiểm tra cao trình đặt máy khi máy bơm làm việc với cột nước thấp nhất Htk

min:

Htk

min = 11,45 (m) tra đường đặc tính được Q= 212m3/s và [Hck]= 5,2 (m)

Tốc độ tại cửa vào của máy bơm vào lúc này:

4 4x0, 212

3, 03,14x0,3

v

v

Q v

đm = Zbhmax + [hs] = 47,6 + 4 = 51,6 (m)

So sánh Z2

đm = 51,6m > Ztk

đm = 49,49m

Như vậy, máy bơm làm việc an toàn trong mọi trường hợp

Chọn cao trình đặt máy thiết kế của trạm bơm Z tk

bị trong nhà máy

Loại nhà máy phụ thuộc rất nhiều yếu tố, tổng quát gồm 2 yếu tố chính: Điều kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, địa chất thủy văn) và điều kiện kỹ thuật (quy mô trạm bơm, loại máy bơm) Sau đây ta phân tích từng yếu tố ảnh hưởng để thấy rõ

sự phụ thuộc

Điều kiện tự nhiên:

+ Địa hình: Địa hình ảnh hưởng đến vị trí đặt nhà máy, do đó ảnh hưởng đến loại nhà máy Trong điều kiện cụ thể ở đồ án địa hình thuận lợi, cho phép ta đặt trạm bơm như đã chọn (trên bình đồ) Với vị trí này cho phép ta chọn loại nhà máy tùy

ý sao cho phù hợp với loại máy bơm đã chọn và khối lượng đào đắp, xây dựng là

ít nhất

+ Địa chất: Ảnh hưởng đến sự ổn định của nhà máy, do đó cũng ảnh hưởng đến loại nhà máy Ở đây, địa chất phân bố đều trên tuyến, trên toàn tuyến đất là đất thịt pha cát, như vậy có thể coi địa chất tương đối tốt, ít ảnh hưởng đến việc lựa chọn loại nhà máy

+ Địa chất thủy văn: Nước ngầm ảnh hưởng xấu đến tính chất của đất có thể dẫn đến mất ổn định cho nhà máy, ngoài ra nếu mực nước ngầm cao có thể thấm vào nhà máy gây khó khăn cho công tác quản lý, vận hành Ảnh hưởng đến việc chọnloại nhà máy Ở đây, mực nước ngầm thấp, vậy có thể coi nước ngầm không gây ảnh hưởng nhiều đến việc lựa chọn loại nhà máy

- Điều kiện kỹ thuật:

+ Quy mô nhà máy: Quy mô nhà máy ảnh hưởng đến kích thước, khối lượng công trình lấy nước, dẫn nước, vị trí đặt trạm bơm, do đó ảnh hưởng đến loại nhà máy Ở đây, nhà máy có lưu lượng bé, cột nước không lớn, do đó loại nhà máy thích hợp là nhà máy bơm kiểu móng tách rời

+ Loại máy bơm: Máy bơm ly tâm hay hướng trục, trục đứng hay trục ngang, vì vậy mà nó quyết định đến loại nhà máy Ở đây, máy bơm đã chọn là máy bơm ly tâm trục ngang, do đó loại nhà máy thích hợp nhất là nhà máy bơm kiểu móng tách rời

Kết luận: Qua việc phân tích trên, ta nhận thấy loại nhà máy bơm thích hợp nhất trong đồ án là nhà máy bơm kiểu móng tách rời, vừa đảm bảo điều kiện kỹ thuật vừa có lợi về kinh tế Do đó loại nhà máy được chọn là nhà máy bơm kiểu móng tách rời