Bài tập Kiến trúc xây dựng

3 - Kênh dẫn. 4- Bể hút. 5- Nhà máy. 6- ống đẩy. 7- Bể tháo. 8- Kênh tháo. B. Chọn lưu lượng thiết kế Chọn lưu lượng thiết kế trạm bơm dựa vào đường quá trình lưu lượng cần (Qyc = f(t) biểu thị ở bảng 2. - Lưu lượng thiết kế Qtk được chọn là trị số lớn nhất trong biểu đồ Qyc = f(t) nếu trị số này có thời gian duy trì tương đối dài (t ³ 20ngày) - Lưu lượng nhỏ nhất bằng trị số nhỏ nhất trong biểu đồ. - Lưu lượng lớn nhất lấy bằng Qgc = k Qtk trong đó k = 1,20 - 1,30 khi Qtk < 1m3/s k = 1,15 - 1,20 khi Qtk = 1-103/s k = 1,10 - 1,15 khi Qtk > 10m3/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 bồi lắng và xói lở. Thông qua tính toán thủy lực để xác định kích thước mặt cắt kênh. Dựa vào lưu lượng thiết kế, tình hình địa chất nơi tuyến kênh đi qua mà chọn các yếu tố thủy lực m, n , i cho thích hợp. Cuối cùng ta có bài toán có Q, m, n, i; yêu cầu tính b và h. Để giải bài toán này ta thường giả thiết h (hoặc b) để tìm b (hoặc h). Trong thiết kế sơ bộ có thể tính độ sâu h theo công thức kinh nghiệm sau: h = A (4-1) Trong đó A là hệ số thường lấy từ 0,7 - 1,0 Nếu chiều rộng b tính ra lẻ để dễ thi công nên chọn chẵn và tính lại h. Để đảm bảo kênh ổn định cần kiểm tra theo: - Điều kiện không xói lở: Vmax < [V] - Điều kiện không bồi lắng Vmin > [Vkl]. Vmax, Vmin là tốc độ dòng chảy trong kênh khi dẫn với Qc và Qmin. [Vkx], [Vkl] là tốc độ không xói ,không lắng cho phép, phụ thuộc vào tính chất đất nơi tuyến kênh đi qua, lưu lượng chảy trong kênh và hàm lượng phù sa. Có nhiều công thức để xác định 2 trị số trên. Dưới đây giới thiệu một số công thức thường dùng khi thiếu tài liệu: - Công thức chiếc kan [Vkx] = kQ0,1 (m/s) Q - Lưu lượng gia cường m3/s k - Hệ số quyết định bởi tính chất đất nơi kênh đi qua tra bảng 4-1: Bảng 4-1: Trị số hệ số K Chất đất K Đất thịt pha cát Đất thịt pha sét nhẹ Đất thịt pha sét vừa Đất thịt pha sét nặng Đất sét 0,53 0,57 0,62 0,68 0,75 - Công thức Kenơđi [Vkl] = 0,548h 0,64 (m/s) (4-3) - Công thức Lắc xây [Vkl] = 0,646. (m/s) (4-4) - Công thức của quy phạm Liên xô [Vkl] = A.Q0,2 (m/s) (4-5) Trong các công thức trên: - Q - Lưu lượng nhỏ nhất m3/s - h - Chiều sâu nước trong kênh (m) - R - Bán kính thủy lực (m) - A- Hệ số phụ thuộc vào tốc độ chìm lắng của bùn cát tra bảng dưới: Nếu W < 1,5 mm/s thì A = 0,33 W = 1,5 ~ 3,5 mm/s thì A = 0,44 W > 3,5 mm/s thì A = 0,55 Sau khi kiểm tra mà thỏa mãn bất đẳng thức trên thì mặt cắt kênh thiết kế hợp lý. - Cao trình đáy kênh tháo được xác định theo quan hệ: Zđk = Zyc - hth (m) (4-6) Zyc: Cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới (lấy ở bảng 4) (m) htk: Độ sâu dòng chảy trong kênh khi dẫn lưu lượng thiết kế (m) - Cao trình bờ kênh tháo: Zbk = Zđk + hgc + a (m) (4-7) hgc: Độ sâu dòng chảy trong sân khi dẫn lưu lượng gia cường (m) a: Chiều cao an toàn của đỉnh bờ kênh lấy theo bảng 4-2. Bảng 4-2: Chiều cao an toàn kênh Lưu lượng của kênh (m3/S) Chiều cao an toàn (m) Dưới 1 Từ 1 ~ 10 Từ 10 ~ 30 Từ 30 ~ 50 0,20 ~ 0,30 0,40 0,50 0,60 - Chiều rộng bờ kênh tra bảng 4-3 Bảng 4-3: Chiều rộng bờ kênh Lưu lượng của kênh (m3/s) Chiều rộng bờ kênh (m) 1 ~ 5 5 ~ 10 10 ~ 30 30 ~ 50 1 ~ 1,25 1,25 ~ 1,5 1,5 ~ 2,0 2,0 ~ 2,5 Nếu bờ kênh còn kết hợp làm đường giao thông thì tùy theo yêu cầu của các loại xe qua lại mà quy định chiều rộng bờ kênh. - Xác định đường quá trình mực nước trong bể tháo. Cao trình mực nước trong bể tháo xác định theo công thức: Zbt = Zdk + h + Shms (m) (4-8) Shms - Cột nước tổn thất từ bể tháo ra kênh, trị số này bé thường bỏ qua. h - 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 có Q, b, m, n, i tìm h. Nên lập bảng để ghi kết quả. II. Thiết kế kênh dẫn: Kênh dẫn làm nhiệm vụ dẫn nước từ nguồn vào bể hút của trạm bơm. Nếu lưu lượng chảy trong kênh dẫn bằng lưu lượng chảy trong kênh tháo (đối với trạm bơm chỉ có 1 kênh tháo) thì có thể lấy mặt cắt ướt của kênh tháo và 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 điểm khác nhau như sau: - Kênh dẫn thường phải đào sâu, kênh tháo vừa đào đắp, nên mái kênh dẫn thường lấy ít dốc hơn. Khi chiều sâu đào của kênh lớn hơn 5m thì cứ cách 5m (theo chiều cao) phải làm một cơ có chiều rộng lớn hơn 1m. - 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, nên mặt cắt ướt của kênh rất lớn, tốc độ dòng chảy trong kênh rất nhỏ nên việc bồi lắng không thể tránh khỏi do đó phải đề ra các biện pháp xử lý nạo vét hàng năm. - Để đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng trong các thời kỳ cao trình đáy kênh dẫn xác định theo công thức: Zđk = Zb h min =- hth (m) Htk - Độ sâu dòng hcảy khi dẫn lưu lượng thiết kế Zbh min - Cao trình mực nước thấp nhất ở bể hút ứng với tần suất kiểm tra p = 90% có giá trị bằng: Zb h min = Zs min - h ms Zs min - Cao trình mực nước thấp ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra p =90%. hms - Cột nước tổn thất từ sông vào tới bể hút (Nếu kênh dẫn ngắn lại không có cống điều tiết thì có thể bỏ qua nếu có cống điều tiết thì có thể lấy sơ bộ hms ằ 0,20m). - Cao trình bờ kênh dẫn Zbk = Zbh max + a (4-10) + a. Độ cao an toàn: có thể lấy như kênh tháo. Tuy nhiên nếu nguồn nước là sông lớn độ cao an toàn còn phải xét đến chiều cao của sóng. + Zb h max - Cao trình mực nước lớn nhất ở bể hút. Đối với trạm ở ngoài đê hoặc trạm trong đê nhưng mặt đất cao không dùng cống thì: Zb hmax = Zs max Zsmax - Cao trình mực nước lớn nhất ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra p = 1% Đối với trạm đặt trong đê, cao trình mặt đất thấp, về mùa lũ phải dùng cửa ống khống chế mực nước trong kênh thì Zb hmax do người thiết kế qui định. (Vẽ mặt cắt ngang kênh tháo, kênh dẫn tỷ lệ 1/100, 1/200). Sử dụng kết quả tính toán để vẽ các mặt cắt kênh tháo và kênh dẫn với tỷ lệ 1/100 - 1/200. II. Tính toán các loại cột nước của trạm bơm Cột nước thiết kế của trạm bơm cũng như cột nước thiết kế của máy bơm tính theo công thức: HTK = hđh bq + ồht (4-11) - hđh bq: cột nước địa hình bình quân tính theo công thức hdhbq = (4-12) - ồht: cột nước tổn thất trong đường ống hút ống đẩy của máy bơm. Vì chưa chọn được máy bơm, chưa thiết kế đường ống nên thường lấy theo kinh nghiệm ồht = 1 ~ 1,5m đối với máy bơm cột nước thấp; với cột nước cao sơ bộ có thể lấy ồhms = 10% hdh. Để dễ dàng xác định cột nước địa hình hi và thời gian t1 nên vẽ trên cùng một đồ thị các đường quan hệ Zbh ~ t và đường quan hệ Zbh ~ t sau đó lập bảng theo mẫu dưới đây: Hình 4-2 Bảng thống kê và tính toán cột nước thiết kế. Thời gian tới Qim3/s Zbt Zbh hi Qi.ti Qi.hi.ti Từ Đến Số ngày (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) () 2) Trường hợp kiểm tra a. Cột nước lớn nhất: (4-13) b. Cột nước nhỏ nhất: (1-14) xuất hiện khi mực nước ở bể tháo lớn nhất (bơm với lưu lượng gia cường) và mực nước ở bể hút xuống thấp (tần suất p = 90%). xuất hiện khi mực nước ở bể tháo xuống thấp nhất (bơm với Qmin) và mực nước ở bể hút lên cao nhất (tần suất p =1%). E. Chọn máy bơm, động cơ và máy biến áp I. Chọn máy bơm chính: Với yêu cầu của đồ án môn học cần tiến hành theo hai bước: chọn số máy bơm và chọn loại máy bơm 1. Chọn số máy bơm: Số lượng máy bơm n của 1 trạm bơm là 1 con số có ý nghĩa về mặt kỹ thuật và cả về kinh tế. Nó chi phối trực tiếp đến khâu thiết kế và trong quản lý vận hành. Số lượng máy bơm nhiều dễ đảm bảo chạy máy theo sát yêu cầu cấp nước, nhưng vốn đầu tư sẽ tăng lên và quản lý phức tạp hơn. Trong trường hợp số máy n nhỏ khối 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 yêu cầu trên số máy bơm thường nằm trong phạm vi: 3 Ê n Ê 8 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 trường hợp này có thể chọn 1 máy dự trữ. Số máy bơm có thể sơ bộ chọn theo các cách sau: - Nếu cột nước H thay đổi có thể dựa vào biểu đồ lưu lượng cần. Số máy n được chọn là hợp lý khi các cấp lưu lượng trong biểu đồ đều được đáp ứng bằng một số máy chạy nào đó, tức là lượng thừa, thiếu (± DQ) ở các cấp lưu lượng nhỏ nhất. Ví dụ: có 2 phương án có biểu đồ lưu lượng yêu cầu như hình 4-3. Phương án 4 máy cho ta DQi bé nên ưu điểm hơn. Hình 4-3 - Trường hợp cột nước thay đổi lớn dùng biểu đồ quan hệ N = f(t) để sơ bộ chọn số máy Ni = l QiHi (4-15) Cách làm như thực hiện đối với biểu đồ lưu lượng yêu cầu. - Dựa vào quan hệ n = k (4-16) ở đây k: số bội nguyên, dương 2. Chọn loại máy bơm Với số máy bơm đã được sơ bộ chọn trên đây có thể xác định lưu lượng thiết kế 1 máy bơm: Qtk = (4-17) : lưu lượng thiết kế của trạm bơm m3/s. Có Qtk, Htk, từ biểu đồ sản phẩm các loại bơm đã được giới thiệu chọn loại máy bơm phù hợp. Căn cứ vào đường đặc tính kỹ thuật của máy bơm (xem sổ tra cứu máy bơm) đã được chọn để xác định góc cánh quạt thiết kế (q), đồng thời xác định các thông số chạy máy: Q, h, N, DH (NPSH) ứng với các trường hợp thiết kế (Htk) và kiểm tra (Hmax, Hmin). Trong trường hợp không tìm thấy trong số máy bơm đã được giới thiệu một loại máy đáp ứng Qtk và Htk thì có thể thay đổi số máy n. Cần tham khảo các bài tập mẫu ở phần đầu giáo trình này và cách tra, chọn và giải quyết các trường hợp xảy ra. Chú ý: Cần phân biệt 2 loại thông số: * Thông số của loại máy bơm do nhà máy giới thiệu và thông số chạy máy ở điểm công tác trường hợp thiết kế. Trong đồ án môn học cần trình bày cả 2 loại thông số này. 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 phải làm việc. Nội dung kiểm tra gồm: - Kiểm tra công suất: Công suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc trong mọi trường hợp phải nhỏ hơn công suất định mức của động cơ. Nmax < NH NH: Công suất định mức của động cơ (lấy ở bảng thông số kỹ thuật của động cơ). Nmax: Công suất thực tế lớn nhất mà động cơ sẽ phải làm việc, xác định theo công thức: Nmax = Trong đó: - K - hệ số dự trữ về độ thiếu chính xác của đường đặc tính của máy bơm có tính đến các tổn thất bất thường, lấy theo kinh nghiệm sau: Khi NH < 100kw thì K = 1,15 ~ 1,1 Khi NH > 100kw thì K = 1,05 - hb, Qb là hiệu suất, lưu lượng của máy bơm tra trên đường đặc tính của máy bơm ứng với Hb. - htr là hiệu saúat truyền động. Khi nối trực tiếp động cơ với trục máy bơm thì htr =1. - Hb cột nước của máy bơm cho công suất lớn nhất. Tuỳ theo loại máy bơm mà sử dụng số Hb cho thích hợp. Máy bơm li tâm công suất lớn nhất xảy ra khi máy bơm làm việc với cột nước nhỏ nhất Hbmin. Máy bơm hướng trục công suất lớn nhất xuất hiện khi máy bơm làm việc với cột nước lớn nhất Hbmax. Trường hợp không có động cơ đi kèm máy bơm thì phải chọn động cơ kéo máy bơm. Dựạ vào 3 số liệu chính để chọn động cơ: - Số vòng quay của máy bơm hb. - Công suất thực tế lớn nhất của động cơ ứng với tần suất thiết kế - Hướng đặt trục của máy bơm (trục đứng, trục ngang). Sau khi chọn xong cần kiểm tra các điều kiện sau: - Kiểm tra số vòng quay. Sự chênh lệch số vòng quay giữa động cơ và máy bơm phải nằm trong phạm vi cho phép: Dn% = 100 Ê 5%. Nếu Dn% > 5% thì phải chọn động cơ khác, hoặc lắp thêm thiết bị truyền động hoặc vẽ đường đặc tính của máy bơm ứng với số vòng quay của động cơ vừa chọn. - Kiểm tra công suất. Giống như kiểm tra động cơ đi kèm theo máy bơm III. Chọn máy biến áp: Vì điện áp của động cơ thường là 220/380v, 3000v hay 6000v, nhỏ hơn điện áp nguồn do đó phải bố trí trạm biến áp cho trạm bơm. Khi chọn máy biến áp phải dựa vào 3 tài liệu chủ yếu: - Dung lượng yêu cầu của trạm bơm Syc. - Điện áp của nguồn Ung. - Điện áp của động cơ Vdc. Tuỳ theo sơ đồ đấu điện mà sử dụng công thức tính dung lượng yêu cầu của trạm bơm. Syc = 1,05 ~ 1,1 (4-19) Hình 4-4: 1 - Máy biến áp chính 2- Máy biến áp phụ1. 3. Máy biến áp phụ 2. Trong đó: - k1: Hệ số phụ tải của động cơ k1 = - Ntkmax công suất thực tế lớn nhất tại trục của động cơ khi làm việc với tần suất thiết kế. - NH: công suất định mức của động cơ - k2: Hệ số làm việc đồng thời của trạm bơm k2 = - k3: hệ số thắp sáng thường lấy k3 = 0,7 ~ 1. - Ntd 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. Tuỳ theo trạm bơmlớn hay nhỏ mà lấy Ntd = 50 ~ 150 kw. - hdc: hiệu suất của động cơ - cos j hệ số công suất -SNH tổng công suất định mức của động cơ trong trạm bơm, kể cả máy dự trữ. Theo sơ đồ a thì trạm biến áp có 2 loại máy biến áp phụ, chúng có cùng dung lượng và điện áp hạ thế nhưng khác điện áp cao thế. Sơ đồ này áp dụng cho trạm bơm có điện áp động cơ lớn Vdc = 3000v ~ 6000v Theo sơ đồ b thì trong công thức tính Syc không có k3Ntd. Hình 4-5: Sưo đồ đấu điện b 1 - Máy biến áp chính . 2 - Máy biến áp phụ. C. Xác định cao trình đặt máy bơm Xác định cao trình đặt máy bơm dựa vào: 1) Cao trình mực nước bể hút: Cần đảm bảo khi mực nước tính toán thấp nhất máy chạy được, không sinh ra hiện tượng khí thực. 2) Các kết quả tính toán về cao trình đặt máy phụ thuộc vào đặc tính loại máy bơm đã được chọn lựa nhà máy chế tạo có trách nhiệm cung cấp về các số liệu ban đầu. 3) Ngoài ra còn dựa vào các yêu cầu khác do người thiết kế căn cứ vào điều kiện cụ thể để quyết định. Ví dụ: Theo tính toán thì độ cao đặt máy có thể nằm trên mực nước bể hút (hs > 0) nhưng để khỏi mồi nước (nhất là đối với máy bơm lớn) có thể dìm máy bom cho luôn luôn ngập (hs < 0). Để đảm bảo về kinh tế (nhất là đối với trạm bơm lớn) cần tính toán với trường hợp thiết kế và các trường hợp kiểm tra sau đó tiến hành chọn lựa. Sinh viên khi thực hiện có thể tham khảo về lý thuyết đã học và các bài tập đã giải sẵn trong tập hướng dẫn này. H. Thiết kế nhà máy bơm I. Các bước thực hiện 1) Chọn loại nhà máy: Để chọn loại nhà máy dựa vào -Quy mô trạm bơm lớn nhỏ. - Máy bơm đã được chọn lựa: ly tâm, hướng trục, trục đứng, trục nằm. - Độ cao hút máy bơm hs ³ 0 - Độ chênh lệch mức nước bể hút Zhmax - Zhmin lớn, nhỏ. - Điều kiện địa chất. - Điều kiện về vật liệu xây dựng. Khi chọn lựa cần nghiên cứu kỹ giáo trình và các tài liệu tham khảo khác. 2) Bố trí máy móc thiết bị bên trong nhà máy bao gồm: Tổ máy bơm chính, các thiết bị thuỷ lực, thiết bị điện, các thiết bị nâng hạ và các thiết bị phụ khác trong nhà máy bơm. 3) Xác định hình dáng cấu tạo, kết cấu các bộ phận của nhà máy bơm: ống hút, buồng hút, các tầng nhà máy, các kết cấu chịu lực, các kết cấu chống thấm. Chọn lựa vật liệu. 4) Tính toán và cách chọn lựa các kích thước cơ bản của nhà máy bơm. Khi định kích thước của nhà máy bơm dựa vào các điều kiện: - Đảm bảo có thể lắp đặt tất cả các bộ phận công trình như điều kiện thủy lực, điều kiện an toàn lao động - Đảm bảo các điều kiện về ánh sáng, thoáng khí. - Đẹp về kiến trúc, phù hợp với cảnh quan chung. Tuỳ theo loại nhà máy có cấu tạo 1 tầng, 2 tầng hay 3 tầng. Các kích thước chiều rộng, dài, cao của các tầng phải chọn lựa để đảm bảo cho các tầng. Nên chọn kích thước lớn nhất từ kết quả tính toán cho các tầng. Ví dụ xác định chiều rộng nhà máy kiểu buồng phải chọn lựa từ kết quả tính toán chiều rộng của cả 3 tầng: tầng hút, tầng bơm, tầng động cơ và lấy kích thước lớn nhất. 5) Vẽ 2 bản vẽ: - Mặt cắt dọc trạm bơm từ bể hút, nhà máy, ống đẩy và mặt cắt ra bể tháo. Nếu ống đẩy quá dài có thể cắt bớt một phần. - Mặt bằng trạm bơm cũng được biểu hiện phạm vi như ở mặt cắt dọc. Trong phần tiếp theo đây sẽ giới thiệu chi tiết hơn cách xác định kết cấu, kích thước 1 số bộ phận công trình nhằm tạo thuận lợi cho sinh viên khi xây dựng các bản vẽ thiết kế 1 trạm bơm. II. Cấu tạo và kích thước các bộ phận công trình nhà máy bơm. 1. Cấu tạo tầng móng và buồng hút a. Đối với nhà máy bơm kiểu móng tách rời: móng tường nhà và móng bệ máy, cửa van tách rời nhau. Móng tường thường bằng gạch giống nhà dân dụng cao 0,80 - 1,0m, rộng đáy móng 0,6 - 0,8m. Móng bệ bơm bằng bê tông thường hoặc bê tông cốt thép, cao 0,6 - 0,8m tuỳ theo chiều dài đinh bu lông cố định máy. Móng rộng hơn khung bệ máy mỗi chiều từ 0,1 - 0,2m. Lỗ đinh bu lông chừa lại sau khi lắp máy mới đổ bê tông cố định đinh, khi nền mềm yếu phải xử lý bằng đệm cát, cọc tre, gỗ hoặc cừ. b. Đối với nhà máy bơm kiểu khối tảng: Móng kiểu khối tảng bằng bê tông cốt thép. Thường dùng loại bê tông số hiệu 150#. ở những chỗ khối lớn có thể đổ thêm đá kích thước lớn để tiết kiệm. Khối móng có chứa ống hút nên kích thước của nó phụ thuộc kích thước ống hút, ống hút thường dùng các loại ống hút cong như hình 4-6 và hình 4-7. Hình 4-6: ống hút cong có bình diện hẹp. Hình 4-7: ống hút cong có bình diện rộng Trị số D trong hình vẽ là đường kính của bánh xe công tác (đối với máy bơm hướng trục) hoặc là đường kính cửa vào của máy bơm (đối với máy bơm ly tâm) tính bằng mét. Thí dụ máy bơm OP6-87 thì D = 0,87m, máy bơm 40B-16 thì D = 40 x 0,025 = 1m. c/ Nhà máy bơm kiểu buồng ướt: Trong nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt chìm hay không chìm thì mỗi máy bơm lấy nước ở từng buồng riêng biệt gọi là buồng hút hay là buồng ướt. Hình dạng buồng hút tham khảo hình 4-8. Hình 4-8: Các dạng buồng hút a- Tường phía sau cong theo hình bán nguyệt b- Tường phía sau cong theo dạng đường thân khai theo chiều quay của bánh xe. c- Buồng chữ nhật có gờ ở giữa. d- Buồng chữ nhật có d = 0 e -Tường phía sau cong theo dạng ngược chiều quay của bánh xe. g- Tường phía sau cong theo 2 dạng đường thân khai. h - Buồng chữ nhật có d = 1,5 Dv. Hình 4-: Hình cắt dọc buồng hút. Cấu tạo và kích thước của buồng hút phải đảm bảo điều kiện thuỷ lực tốt, tránh gây ra các hiện tượng xoáy mặt và xoáy ngầm làm cho không khí chui vào máy bơm, hoặc làm cho phân bố áp lực không đều trước khi vào máy bơm. Những hiện tượng trên là nguyên nhân làm tăng tổn thất giảm lưu lượng, gây ra rung động và hư hỏng máy bơm. Để đạt được các yêu cầu trên kích thước buồng hút thường lấy theo kinh nghiệm sau. - Độ ngập sâu của miệng vào máy bơm dưới mực nước thấp nhất ở bể hút là: h2 = 0,6 ~ 0,8 Dv ậ 0,8 ~ 1,5m. - Dv: Đường kính miệng vào của máy bơm. -Khoảng cách từ miệng vào của máy bơm đến đáy buồng tốt nhất là: h1 = Nhưng thiết kế với trị số trên sẽ gặp khó khăn trong sửa chữa và dễ bị bùn cát lấp đầy nên thường tăng khoảng cách h1 lên, trường hợp này nên bố trí chóp hướng dòng, dòng chảy vào máy bơm sẽ tốt hơn nhiều. - Chiều rộng của buồng hút nên lấy B = 3 Dv. Chiều dài tối thiểu của buồng hút tính theo công thức: a) Lmin = (dùng cho nhà máy kiểu buồng ướt máy đặt chìm) (4-20) b) Lmin = (dùng cho nhà máy kiểu buồng ướt máy đặt chìm) (4-21). - k: hệ số dung lượng nước nó chính là tỷ số thể tích tối thiểu của buồng với lưu lượng lớn nhất của máy bơm. Khi Q < 0,5m3/s chọn k = 25 ~ 30 Khi Q < 0,5 m3/s chọn k = 15 ~ 20 Trị số k lớn dùng cho máy bơm hướng trục, trị số k nhỏ dùng cho máy bơm ly tâm. - h: chiều cao của buồng ướt. - Nhà máy bơm kiểu buồng khô, móng tách rời, ống hút của nhà máy bơm kiểu tách rời. ống hút của nhà máy bơm kiểu buồng kho hay kiểu móng tách rời gồm các ống bằng kim loại, nhựa. Tốc độ cho phép chảy trong ống hút Voh = 1 ~ 1,2 m/s. Do ống hút có đường kính to hơn đường kính cửa vào của máy bơm nên phải đặt ống nối tiếp thu hẹp có chiều dài: L = 3,5 ~ 7 (Doh - Db) Nên bố trí 1 máy bơm 1 ống hút. Để tránh không khí tích tụ trong ống hút, phải đặt ống hút dốc lên phía máy bơm với độ dốc i ³ 0,005. Để tránh xoáy trên mặt nước cuốn không khí vào máy bơm thì miệng ống hút phải đặt ngập dưới nước thấp nhất ở bể hút một độ sâu h2 = 0,8 ~ 1m. Để tránh bùn cát lắng đọng lấp đầy cửa vào và để dòng chảy thuận thì miệng vào ống hút đặt cao hơn đáy bể hút một độ cao h1 ³ 0,8 Dv. Dv- Đường kính cửa vào miệng ống hút. Dựa vào tốc độ cho phép chảy ở miệng vào V = 0,8 ~ 1m/s để tính Dv. - Khoảng cách giữa tâm của 2 ống hút liền nhau tính theo công thức: - Trường hợp không có trụ pin B = 3Dv - Trường hợp có trụ pin B = 3Dv + dp. dp -chiều dày của trụ pin thường lấy dp = 0,6 ~ 0,8m. 2. Cấu tạo tầng bơm: (Nhà máy kiểu khối tảng và kiểu buồng). Tầng bơm nằm sâu dưới mặt đất, chung quanh chịu áp lực đất, nước tác dụng nên tường phải bằng bê tông cốt thép số hiệu ³ 150, độ chống thấm B4 - B6. Tùy theo chiều cao của tường (không kể chiều dày khối móng) mà tầng bơm có thể xây tường ngăn (khi htb > 10m) phân chia tầng bơm thành từng buồng riêng, mỗi buồng đặt 1 máy bơm hoặc không xây tường ngăn (khi htb < 10m) để thành 1 gian chung. Theo kinh nghiệm thì chiều dày của tường có thể lấy như sau: Chiều cao tường (không kể móng) Chiều dày tường thượng lưu t1 Chiều dày tường hạ lưu t2 Ê 4 m 4 ~ 8m 8 ~ 10m > 10 m 0,6 m 0,8m 1,0m 1,0m 0,8m 1,0m 1,2m 1,2m khi htb > 10m thì phải xây tường ngăn. Chiều dày tường ngăn tn = 0,4 ~ 0,6m 3. Cấu tạo tầng động cơ: (kiểu khối tảng và kiểu buồng). Tầng động cơ là tầng duy nhất nổi lên trên mặt đất nên ngoài việc thiết kế đảm bảo kỹ thuật còn phải đảm bảo mỹ thuật. Tuỳ theo tình hình chịu lực của môi chi tiết mà định kích thước và kết cấu cho thích hợp. Cụ thể như sau: a/ Sàn động cơ: Nên bố trí sàn động cơ cao hơn mặt đất thiên nhiện để thoáng gió và chống ẩm.Sàn được đúc bằng bê tông cốt thép dày 12 ~ 15 cm số hiệu 200#. Mặt sàn có thể láp gạch tráng men hay láng xi măng. b/ Dầm đỡ động cơ: Dầm đúc liền với sàn, chịu các lực tác dụng là: - Trọng lượng động cơ - Lực động cơ có chu kỳ khi động cơ làm việc - Trọng lượng bản thân dầm. Cách bố trí dầm phụ thuộc vào tầng bơm có tường ngăn hay không. Khi tầng bơm có tường ngăn thì dầm chính gối đầu lên tường ngăn. Khi tầng bơm không có tường ngăn thì dầm chính gối đầu lên tường thượng lưu và hạ lưu của tầng bơm. Hình 4-10: Cách bố trí dầm đỡ động cơ trong trường hợp tầng bơm không có tường ngăn. Hình 4-11: Cách bố trí dầm đỡ động cơ trong trường hợp tầng bơm có tường ngăn. Kích thước của dầm chính: - Chiều dài dầm Ld bằng chiều rộng nhà máy trong trường hợp tầng bơm không có tường ngăn hoặc bằng chiều dài 1 gian nhà trong trường hợp tầng bơm có tường ngăn - Chiều cao dầm hd = ( ~ ) Ld ậ 0,6m - Chiều rộng dầm bđ ³ hd. Dầm phụ nối liền 2 dầm chính, có kích thước nhỏ hơn một ít, hoặc bằng dầm chính. Khoảng cách giữa 2 dầm phụ thuộc vào đường kính của động cơ để đặt trực tiếp động cơ lên dầm. c/ Lỗ kéo máy: Phần lớn các trạm bơm dùng khoảng trống giữa 4 dầm làm lỗ kéo máy cho chính các máy đó. Để đưa máy bơm tiêu, bơm nước kỹ thuật xuống tầng bơm phải bố trí 1 lỗ kéo máy ở sàn động cơ, phía gian sửa chữa. Kích thước lỗ phụ thuộc vào thiết bị lớn nhất cần đem xuống. Trên mặt lỗ đặt lưới mắt cáo để tầng bơm sáng sủa và thoáng khí. d/ Cầu thang: Để lên xuống tầng phải làm cầu thang. Cầu thang nên bố trí phía gian sửa chữa men theo tường thượng lưu hoặc tường đầu hồi. Độ dốc cầu thang vào khoảng m = 1 ~ 1,25; chiều rộng cầu thang 0,8 ~ 1,0m; chiều cao, chiều rộng mỗi bậc lên xuống 0,25 x 0,25 m có lan can bảo vệ. Cửa xuống cầu thang phải bố trí sao cho lên xuống được dễ dàng, thoải mái không bị va đầu vào dầm. Chiều dài của cửa xuống cầu thang thường lấy bằng Lct = 2,2m. Hình 4-12: Cấu tạo cầu thang xuống tầng bơm. e/ Cột nhà: Cột nhà đồng thời là cột đỡ dầm cầu trục, cầu trục, vật di chuyển và nóc nhà khi vật di chuyển có trọng lượng trên 5 tấn thì thiết kế khung cứng. Khi vật di chuyển có trọng lượng dưới 5 tấn thì có thể thiết kế khung hở. Kích thước cột: Phần trên vai đỡ dầm cầu trục: 0,38 x 0,4m hoặc 0,5 x 0,6m. Phần dưới vai 0,4 x 0,6m; 0,4 x 0,8m; 0,5 x 0,8m. Kích thước của vai cột phải đủ để đỡ được dầm cầu trục (xem hình 13). g/ Dầm cầu trục: Dầm cầu trục chạy dọc nhà máy được liên kết với các cột nhờ các vai cột. Nhiệm vụ của dầm là đỡ đường ray để di chuyển cầu trục. Mặt cắt ngang của dầm cầu trục là hình chữ T hay chữ nhật (xem hình 13). Hình 4-13: a/ Kích thước vai cột dỡ dầm cầu trục b/ Mặt cắt ngang dầm cầu trục h/ Tường và cửa: Tường xây gạch dày 0,25 ~ 0,35m, trên tường bố trí cửa sổ để thông gió cho động cơ. Tổng diện tích cửa sổ ở 1 phía của nhà máy phải bằng 1/3 ~ 1/5 diện tích sàn động cơ để nhà được thoáng. Cửa sổ bố trí sao cho đóng mở được dễ dàng, toả nhiệt tốt cho động cơ và gây thoải mái cho người quản lý (nhìn ra ngoài dễ dàng). Cửa ra vào bố trí ở 2 đầu hồi nhà máy. Cửa chính phía gian sửa chữa, có kích thước sao cho ô tô có thể mang vật lớn nhất vào nhà máy nhưng chiều rộng không hẹp hơn 2,5m và chiều cao lớn hơn 3m. i/ Nóc nhà: Nóc nhà phải đảm bảo không dột, cách nhiệt và nước mưa thoát nhanh. Thứ tự từ trên xuống: gạch lá nem, giấy tẩm nhựa đường, bê tông bọt hoặc xỉ than để tạo dốc 20 cm, vữa xi măng 5cm pa nen hộp hay pa nen chữ [25 cm, tất cả được đỡ bằng các xà ngang và xà dọc. Xà ngang nối liền 2 cột đối diện làm thành khung cứng. Mặt cắt ngang của xà ngang có dạng chữ T hay chữ nhật. Để thoát nước mưa nhanh, ở giữa xà ngang cao và xoải dần về 2 phía. Chiều cao giữa nhịp của xà ngang thường lấy bằng (1/1 ~ 1/15) chiều dài xà ngang. Cách bố trí gian điện và gian sửa chữa. - Gian điện phải bố trí ở phía gần đường dân điện cao áp, kích thước gian điện phải đủ để bố trí các tủ điện đúng kỹ thuật, an toàn và vận hành dễ dàng. - Gian sửa chữa phải bố trí ở phía đường giao thông để tiện vận chuyển máy móc. III. Tính toán các kích thước chủ yếu của nhà máy: III.1. Chiều cao nhà máy A-Chiều cao tầng dưới mặt đất - Tính theo điều kiện lắp đặt động cơ với máy bơm và ống hút. - Tính theo điều kiện chống lũ cho động cơ. Hình 4-14: Nhà máy bơm kiểu khối tảng 1. Nhà máy bơm khối tảng Điều kiện1: Htb = h1 + hoh + h3 + hb h1 - Chiều dày của bản đáy h1 = 0,8 ~ 1,2m. hoh - Chiều cao ống hút, phụ thuộc vào loại ống hút được chọn để thiết kế. h3 - Khoảng cách từ cao trình đặt máy đến sàn bơm phụ thuộc vào chiều cao vành chống mòn của mỗi loại máy bơm, tra ở các sổ tra cứu. hb - chiều dài trục bơm và 1 phần trục động cơ, phụ thuộc vào loại máy bơm. Điều kiện 2: H'tb = h1 + hmoh + h2 + DZ + d (4-22) h1 - Chiều dày của bản đáy h1 = 0,8 ~ 1,2m. hmoh - Chiều cao miệng ống hút tra ở kích thước định hình h2 - Độ ngập sâu của miệng ống hút để ngăn ngừa không khí chuui vào máy bơm h2 ³ 0,5m DZ - Độ giao động mực nước ở bể hút: DZ = Zbhmax - Zbhmin d - Độ cao an toàn chống sóng tràn: d = 0,5 ~ 0,7 m So sánh lấy trị số lớn nhất để thiết kế. Khi H'tb > htb thì có 2 cách giải quyết Cách 1: Lấy H'tb làm trị số thiết kế, trường hợp này phải nối trục máy bơm, nếu nối nhiều thì tầng bơm rất sâu, lúc đó trở thành nhà máy bơm khối tảng kiểu giếng sâu. Cách 2: Lấy Htb làm trị số thiết kế, trường hợp này tường tầng động cơ phải làm bằng bê tông cốt thép và dày như tường tầng bơm để chống áp lực nước, lúc này nhà máy sẽ có 4 tầng, tầng trên cùng là tầng đi lại (Trạm bơm Trịnh xá Hà Bắc) 2. Nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt ở tầng khô. Điều kiện 1: Htb = h1 + hbh + hsb + hb (4-23) h1 + như nhà máy bơm khối tảng, có thể lấy h1 = 0,6 ~ 0,8 m hbh + chiều cao buồng hút do tính toán buồng hút ở phần trên quyết định, phần lớn hình thức này do nhà máy chế tạo bơm ấn định. hsb + chiều dày của sàn bơm chiều dày này vừa đỡ trọng lượng máy bơm vừa chống áp lực thuỷ tĩnh của nước thường dày từ 0,6 ~ 0,8m. hb + chiều cao từ sàn bơm đến sàn động cơ tra ở kích thước định hình. Điều kiện 2: Xác định như nhà máy bơm kiểu khối tảng. Cách chọn và xử lý cũng giống như nhà máy bơm khối tảng. Các trạm bơm ấp Bắc (Đông Anh), Đan Hoài (Đan Phượng), Hồng Vân (Thường Tín) đều là các trạm bơm kiểu buồng ướt máy đặt ở tầng khô kiểu giếng sâu. 3. Nhà máy kiểu buồng khô (lắp máy trục đứng): Htb = h1 + hb h1 + chiều dày của bản đáy h1 = 0,6 ~ 0,8m hb + Chiều cao từ sàn bơm đến sàn động cơ, do kích thước máy bơm, ống hút quyết định tra ở kích thước định hình. Thí dụ máy bơm ly tâm trục đứng loại B thì: hb = hđ + 1/2 D2 + A + d + B hd + Chiều cao của đế máy, vào khoảng 0,2m D2 + Đường kính ống hút bằng kim loại, tra bảng. A, d, B kích thước ống hút, máy bơm và 1 phần trục động cơ. B. Chiều cao tầng động cơ Dùng chung cho mọi loại nhà máy lắp máy bơm trục đứng. Khi chữa, trục động cơ, trục bơm đều phải kéo trục đó qua phần tĩnh của động cơ do đó chiều cao tầng động cơ tính từ mặt sàn động cơ tới trần nhà (không kể nóc nhà) theo công thức: Hđc = ht + hat + ltmax + ld + hct + d ht + Chiều cao phần tĩnh của động cơ theo kích thước định hình, đối với động cơ kéo máy bơm loại OP và B thì ht = 1,08m. hat + Chiều cao an toàn để vật di chuyển không va chạm vào vật cố định (hat = 0,5m) ltmax + Chiều dài lớn nhất của vật kéolên, thường là trục máy bơm hay trục động cơ. Máy bơm 20 PpB - 60 thì ltrmax = 3,22m Máy bơm BP - 60 thì ltrmax = 2,53m + ld: chiều dài dây buộc, dây mềm ld = 0,5 ~ 0,7m, dây cứng ld = 0,3 m + hctr: Chiều cao của cầu trục tính từ móc câu tới đỉnh cầu trục (cầu trục kéo tay hctr = 1,8m, cầu trục điện thì hctr = 2,7m). + d: khoảng cách an toàn từ đỉnh cầu trục tới trần nhà hay mặt dưới của xà ngang thường lấy d = 0,1 ~ 0,2m. + C: chiều cao toàn bộ nhà máy. + C1: chiều cao toàn bộ nhà máy lắp máy bơm trục đứng H = Htb + Htr + Hnóc + Hnóc: chiều cao lớn nhất của nóc nhà (xem phần cấu tạo nóc nhà) + C2: Chiều cao nhà máy lắp máy bơm trục ngang (kiểu buồng khô, móng tách rời). Đối với nhà máy lắp máy bơm trục ngang thì nhà máy chỉ có 1 tầng, máy bơm nhỏ nhẹ, nếu xác định chiều cao nhà máy theo điều kiện lắp ráp, di chuyển máy móc thì nhà máy sẽ rất thấp. Trong trường hợp này, chiều cao nhà máy xác định theo điều kiện lấy ánh sáng, thông gió và cân xứng giữa chiều rộng và chiều dài đảm bảo kỹ thuật. Thường lấy chiều cao từ sàn đặt máy đến xà ngang đỡ mái nhà từ 3,5 đến 4,5m. Mái nhà có thể làm mái bằng hoặc mái dốc lợp ngói. III.2. Chiều rộng nhà máy: A- Chiều rộng tầng dưới mặt đất (tính cho nhà máy bơm lắp máy bơm trục đứng, khối tảng, kiểu buồng ướt, kiểu buồng khô). a) Trường hợp lắp máy bơm hướng trục trục đứng. Bb = t1 + a1 + Db + t2 + a2 b) Trường hợp lắp máy bơm ly tâm trục đứng: Bb = t1 + a1 + Db + Ltl + Lk + Lc + 0,4 + t2 (4-25b) Trong các công thức trên: t1, t2: chiều dài tường thượng, hạ lưu nhà máy (tham khảo phần cấu tạo máy bơm). a1, a2: lối đi lại để lắp ráp, trông coi máy bơm thường lấy từ 1 ~ 1,5m. Db: kích thước bên ngoài của máy bơm, theo kích thước mẫu của máy đó. Chú ý: đối với máy bơm OP thì Db phải kể cả 2 bệ đỡ Db = C + 2 ặ. c. Khoảng cách giữa 2 bê đỡ ặ - Chiều dày bệ đỡ - Đối với máy bơm ly tâm loại B thì Db = H + M Lth - Chiều dài ống đệm để dễ dàng tháo máy bơm hay khoá khi phải sửa chữa Lt1 = 0,3 ~ 0,4m. Lk - Chiều dài của khoá trên ống đẩy, nó phụ thuộc vào đường kính của miệng ra của máy bơm vào khoảng 0,6 ~ 0,8. 0,40 - Khoảng cách từ mặt bích trong cùng đến tường để tháo lắp dễ dàng không bị vướng Lc - Chiều dài của ống loe hình chóp Lc = 3,5 ~ 7 (Dkt - D2) Dkt - Đường kính kinh tế của ống đẩy D2 - Đường kính của khoá. Hình 4-15: Các kích thước chủ yếu của nhà máy bơm. B. Chiều rộng tầng trên mặt đất 1. Trường hợp lắp máy bơm trục đứng (khối tảng, buồng ướt, buồng khô) Bđc = 0,1 + t + a3 + Dđc + a4 + t + 0,1 (4-26) 0,1 - Gờ móng của tường gạch để cho lực truyền xuống gần trung tâm đường be tông ở tầng dưới (m) t - chiều dày tường gạch t = 0,25 ~ 0,35m a3, a4 - Chiều rộng lối đi lại phụ thuộc vào điện áp của động cơ để an toàn cho công nhân đi lại vận hành và bảo quản. Vdc Ê 380V thì at ³ 1m Vdc > 380 V thì a³ 1,5m Ddc - Đường kính của động cơ điện theo kích thước mẫu của động cơ đó. So sánh Bdb với Bd chọn trị số lớn làm chiều rộng thiết kế. Hình 4-16a: Sơ đồ xác định kích thước nhà máy bơm trục ngang 2 cửa nước vào. Hình 4-16b: Sơ đồ xác định kích thước chủ yếu nhà máy bơm trục ngang 1 cửa nước vào. 2/ Trường hợp lắp máy bơm trụ ngang (dùng cho nhà máy bơm kiểu buồng khô, móng tách rời). a) Trường hợp lắp máy bơm ly tâm 2 cửa nước vào. Bb = t + 0,2 + Lt1 + lb + Lk + 0,2 + t. t - Chiều dày tường thượng hạ lưu nhà máy. Nhà máy kiểu buồng khô thì tường bằng bê tông cốt thép dày 0,4 ~ 0,5m và cao hơn trục nước lũ ở bể hút khoảng 0,3 ~ 0,4, phía trên xây tường gạch dày 0,25 ~ 0,35m. Nhà máy móng tách rời tường xây bằng gạch rời tường xây bằng gạch dày 0,25 ~ 0,35m. 0,2 - khoảng cách từ mặt bích đến tường đề phòng tháo lắp. Lt1 - Chiều dài ống đệm để dễ dàng tháo, lắp máy bơm, khoá khi cần sửa chữa (0,3 ~ 1,0m). Lb - Kích thước bên ngoài máy bơm, theo kích thước thực tế của máy bơm. b/ Trường hợp lắp máy bơm ly tâm 1 cửa nước vào. Bb = t + a1 + Ltm + a2 + t (4-27) t - Chiều dày tường gạch t = 0,25 ~ 0,35m a1 - Khoảng cách từ tường thượng lưu đến máy bơm (0,5 ~ 1,0m) Ltm - Kích thước tổ máy kể cả động cơ điện theo kích thước thực tế của tổ máy. a2- Khoảng cách từ máy bơm đến tường hạ lưu, lối đi lại trong nhà máy (a2 = 1 ~ 1,5). III.3.Chiều dài nhà máy Chiều dài nhà máy phụ thuộc vào số máy bơm và cách bố trí gian điện, gian sửa chữa. Đối với nhà máy bơm lắp máy bơm trục đứng thì nhà máy có từ 2 tầng trở lên do đó kích thước của từng tầng phải kết hợp chặt chẽ với nhau. Muốn tính được chiều dài toàn bộ nhà máy ta phải tính chiều dài 1 gian nhà máy cho từng tầng rồi chọn chiều dài 1 gian thiết kế. - Chiều dài nhà máy lắp máy bơm trục đứng (dùng cho nhà máy kiểu khối tảng kiẻu buồng ướt, buồng khô). a) Chiều dài 1 gian nhà: - Tính theo điều kiện bố trí động cơ ở tầng trên: L1g = D dc + a5 (4-28) D dc - Đường kính động cơ a5 - Khoảng cách giữa 2 vỏ của động cơ, phụ thuộc vào điện áp của động cơ a5 ³ 1 ~ 1,5m - Tính theo điều kiện bố trí máy bơm ở tầng dưới. Khi tầng bơm không có tường ngăn: L'1g = D'b + a6 Khi tầng bơm có tường ngăng: L'1g = D'b + 2ab + tn tn - Chiều dày của tường ngăn tn = 0,4 ~ 0,6m a6 - Khoảng cách giữa 2 vỏ máy bơm hay khoảng cách từ vỏ bơm đến tường ngăn a6 ³ 1,0m D'b - Kích thước vỏ ngoài của máy bơm theo kích thước thực tế của máy bơm. Đối với máy bơm OP thì D'b = c vì phía này không có bệ đỡ. Đối với máy bơm ly tâm loại B thì phải kể cả 2 bệ đỡ D'b = (I/I + 0,3)2. - Tính theo điều kiện bố trí ống hút (hoặc buồng hút) và trụ pin ở công thức lấy nước L''1g = Bmoh + dp Bmoh - Chiều rộng miệng ống hút (hoặc miệng buồng hút). Đối với nhà máy bơm khối tảng thì Bmoh thuộc vào loại ống hút được chọn. Đối với nhà máy bơm kiểu buồng ước máy đặt chìm hay không chìm B = 3Dv (Dv đường kính miệng vào máy bơm). dp - Chiều dày trụ pin dp = 0,6 ~ 1,0 m Chọn trị số lớn nhất trong 3 trị số L1g trên làm chiều dài 1 gian thiết kế. Hình 4-17: Sơ đồ xác định chiều dài 1 gian nhà máy lắp máy bơm trục đứng. a/ Chiều dài 1 gian nhà ở tầng bơm tầng động cơ lắp máy bơm hướng trục b/ Chiều dài 1 gian nhà ở tầng bơm lắp máy bơm ly tâm B c/ Chiều dài 1 gian nhà ở tầng ống hút (mặt bằng). b/ Chiều dài toàn bộ nhà máy L = (n-1)Ltk1g + Ddc + L1 + Lsc + 2t + 2 x 0,1 (m) (4-29) n - Tổng số máy trong nhà máy kể cả máy dự trữ. Ltk1g - Chiều dài 1 gian nhà được chọn để thiết kế Ddc - Đường kính động cơ. L1 - Khoảng cách từ vỏ động cơ đến tường gạch ở đầu hồi. Nếu không đặt tủ điện thì L1 ³ 1,5 ~ 1,0 tuỳ theo điện áp của động cơ. Nếu đặt tủ điện thì L1 phải đủ dài để bố trí được các tủ điện đúng kỹ thuật. Lsc - Chiều dài gian sửa chữa phải đảm bảo sửa chữa được vật lớn nhất của động cơ hay máy bơm và 2 lối đi lại an toàn. Nếu nhà máy lắp đặt nhiều máy bơm thì chiều dài toàn bộ nhà máy sẽ dài, để tránh lún không đều nên chia nhà máy thành 2 ~ 3 phần liên kết với nhau bằng khớp nối chống lún, lúc này nhà máy sẽ dài hơn một ít vì tại chỗ nối phải làm 2 trụ pin sát nhau, 2 cột nhà sát nhau. Hình 4-18: Sơ đồ xác định chiều dài nhà máy. a/ Chiều dài nhà máy có bố trí khớp nối chống lún b/ Chiều dài nhà máy không bố trí khớp nối chống lún Chiều dài nhà máy kiểu buồng khô hoặc móng tách rời lắp máy bơm trục ngang xác định như sau: Chiều dài 1 gian nhà: L1g = L'b + a6 a6 - Khoảng cách giữa 2 vỏ máy. Trường hợp lắp máy bơm ly tâm 1 cửa nước vào thì a6 đảm bảo đi lại an toàn a6 ³ 1m. Trường hợp lắp máy bơm ly tâm 2 cửa nước vào thì phải đảm bảo rút rô to của động cơ ra ngoài (a6 ằ k + A). L'b - Kích thước bên ngoài của máy. Trường hợp lắp máy bơm ly tâm 1 cửa nước vào thì L'b là kích thước của vỏ xoắn ốc máy bơm. Trường hợp lắp máy bơm ly tâm 2 cửa nước vào thì L'b là chiều dài của 1 cỗ máy kể cả máy bơm và động cơ. L'b = 2 (k + A) - Chiều dài toàn bộ nhà máy L = nL'b + (n-1) a6 + L1 + Lsc + 2t (4-30) t - Chiều dày tường ở đầu hồi. Nhà máy bơm kiểu buồng khô thì t là chiều dày tường bê tông cốt thép t = 0,4 ~ 0,5m Nhà máy kiểu móng tách rời thì tường đầu hồi xây bằng gạch dày 0,25 ~ 0,35m. Hình 4-19: Sơ đồ xác định chiều dài 1 gian nhà. a/ Chiều dài 1 gian nhà lắp máy bơm ly tâm 1 cửa nước vào b/ Chiều dài 1 gian nhà lắp máy bơm ly tâm 2 cửa nước vào c/ Chiều dài toàn bộ nhà máy lắp máy bơm 2 cửa nước vào d/ Chiều dài toàn bộ nhà máy lắp máy bơm 1 cửa nước vào I. ống đẩy ống đẩy là đoạn ống nối tiếp từ máy bơm đến bể tháo. Căn cứ vào vị trí nhà máy và bể tháo mà xác định chiều dài ống đẩy. Đường kính kinh tế của ống đẩy có thể tính theo công thức: Dkt = (4-31) n - Số ống đẩy làm việc (không kể máy dự trữ) Vkt - Tốc độ kinh tế chảy trong ống đẩy, theo kinh nghiệm thường lấy Vkt = 1,5 ~ 2,5m/s Qbq - Lưu lượng bình quân của trạm tính theo công thức: Qbq = (4-32) Thường đường kính ống đẩy lớn hơn đường kính miệng ra của máy bơm do đó phải lắp 1 đoạn ống chuyển tiếp tính theo công thức: Lct = 3,5 ~ 7 (Dkt - D2). D2 - Đường kính miệng ra của máy bơm theo kích thước mẫu. K. thiết kế bể hút: Bể hút có nhiệm vụ nối tiếp giữa kênh dẫn với nhà máy bơm. Bể hút gồm có 2 phần: - Phần mở rộng của kênh dẫn - Phần tập trung nước. Công trình lấy nước có nhiệm vụ phân phối nước cho các nhà máy bơm và ngăn cản các rác bẩn chui vào máy bơm. Trên bình đồ phần tập trung nước có dạng hình chữ nhật có chiều dài phụ thuộc vào số máy bơm và cách bố trí ống hút, chiều dài trụ pin quyết định. Chiều dày trụ pin quyết định. Chiều dài này ảnh hưởng rất lớn đến dòng chảy ở phần mở rộng. Khi tỷ số = 6,2 sẽ hình thành khu nước quẩn dưới đáy và các xoáy trên mặt. Nếu giảm B/bk Ê 4 thì các hiện tượng trên sẽ mất do đó cần phải giảm chiều dài phần tập trung nước bằng cách bố trí ống hút chụm lại (chỉ áp dụng cho máy bơm ly tâm trục ngang). Chiều rộng của phần tập trung nước chính là chiều dài của trụ pin, phụ thuộc vào cách bố trí các thiết bị: khe cửa van, tường ngực, khe lưới chắn rác, khe phai và cầu công tác trên đỉnh trụ pin. Chiều cao trụ pin nên lấy cao hơn mực nước lớn nhất bể hút. Phần mở rộng có nhiệm vụ nối tiếp kênh dẫn với phần tập trung nước. Góc mở rộng a quyết định rất lớn đến tình trạng dòng chảy trong bể hút, theo kinh nghiệm thì góc mở rộng a phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy trong kênh có thể lấy như sau: Khi Vk = 0,5 ~ 0,7 m/s thì a = 450 ~ 400. Vk = 0,7 ~ 1,0 m/s thì a = 400 ~ 300. Do có sự chênh lệch giữa cao trình đáy kênh dẫn và cao trình đáy công trình lấy nước nên phải làm một đoạn dốc nối tiếp ở đáy phần mở rộng; độ dốc nên lấy i = 0,2 ~ 0,25; không nên làm dốc toàn bộ đoạn mở rộng vì không có lợi về mặt thuỷ lực. Chiều dài đoạn docó tính theo công thức: Ld = Zdk - Cao trình đáy kênh dẫn Zdct - Cao trình đáy công trình lấy nước. Trên bình đồ phần mở rộng là một hình thang, đáy nhỏ bằng đáy kênh dẫn, đáy lớn bằng chiều dài công trình lấy nước, chiều cao chính là chiều dài đoạn mở rộng tính theo công thức: Lm = . cotg (4-34) a - Góc mở rộng bk - Chiều rộng đáy kênh dẫn Bct - Chiều dài công trình lấy nước. Đối với trạm bơm lắp máy bơm trục đứng (khối tảng, kiểu buồng) thì Bct = nLtk1g. Đối với nhà máy lắp máy bơm trục ngang thì Bct do cách bố trí ống hút quyết định. Hình 4-20: Bể hút trạm bơm. I. thiết kế bể tháo 1. Nhiệm vụ của bể tháo: 1/ Nối tiếp ống đẩy với kênh tháo, đảm bảo phân phối lưu lượng vào các kênh 2/ Đảm bảo tiêu hết năng lượng trước khi dòng chảy vào kênh 3/ Ngăn dòng chảy ngược khi máy bơm ngừng chảy. II. Các biện pháp ngăn nước chảy ngược từ bể tháo về bể hút khi máy bơm ngừng làm việc. a/ Ngăn nước bằng nắp đây ở miệng ống đẩy Biện pháp này chỉ sử dụng khi đường kính của ống đẩy nhỏ hơn 2m. Khi D Ê 0,6m thì dùng nắp đậy có bản lề ở phía trên (hình 4-21a) Khi D < 1m thì dùng nắp đạy có bản lề ở phía trên có lắp thêm đối trọng để giảm lực mở và lực đóng nắp đậy (hình 4-21b). Khi 1 < D < 2m thì dùng nắp đậy có bản lề lệch với tâm miệng ra ống đẩy (bản lề đặt cao hơn tâm miệng ra) loặi nắp này còn gọi là van cánh bướm (hình 4-21c). Hình 4-21: Các hình thức ngăn nước chảy ngược bằng nắp đậy a/ Bản lề ở phía trên b/ Bản lề ở phía trên có đối trọng c/ Bản lề lệch tâm d/Ngăn nước bằng tường tràn Biện pháp này sử dụng khí D > 1m. Người ta xây 1 tường tràn vây quanh miệng ra của ống đẩy, đỉnh tường tràn cao bằng mực nước lớn nhất ở bể tháo. Khi máy bơm làm việc, nước chảy tràn qua tường ngoài. Khi máy bơm ngừng làm việc, nhờ có tường nên nước không chảy ngược lại được. Nhược điểm của biện pháp này là cột nước của máy bơm tăng do phải tràn quan tường nên hao phí thêm năng lượng. Nhưng có ưu điểm là ít hư hỏng, dễ sửa chữa và không có cửa van. Hình 4-22:Bể tháo kiểu ngăn nước bằng tường tràn. b/ Ngăn nước bằng xi phông: Biện pháp này sử dụng cho mọi loại đường kính của ống đẩy. Đỉnh xi phông cao hơn mực nước lớn nhất ở bể tháo khoảng 0,3m nên ngăn được nước chảy ngược khi máy bơm ngừng làm việc nhờ 1 van phá chân không ở trong họng xi phông Ưu điểm: không có cửa van, làm việc tự động tổn thất thuỷ lực nhỏ. Nhược điểm: phải lắp thêm 1 van phá chân không. Hình 4-23: Bể tháo kiểu ngăn nước bằng xi phông c/ Ngăn nước bằng van phẳng đóng nhanh (đóng mở bằng điện). Biện pháp này sử dụng khi đường kính của ống đẩy lớn hơn 2m. Cấu tạo giống như cửa cống lắp cửa van phẳng. Chiều cao cửa van chỉ làm đủ che miệng ống đẩy. Phía trên làm tường ngực. Đỉnh tường ngực cao bằng hoặc hơn mực nước lớn nhất ở bể tháo một ít (DZ Ê0,4m) và là ngưỡng để nước trào qua khi máy bơm làm việc mà thiết bị mở cửa van bị hỏng. Tiết diện lỗ tràn phía trên tường ngực nên lấy bằng 0,7 tiết diện ống đẩy. III. Cấu tạo bể tháo: Bể tháo gồm có 2 phần: - Giếng tiêu năng, - Phần chuyển tiếp thu hẹp vào kênh Trên bình đồ giếng tiêu năng có dạng hình chữ nhật có chiều dài bằng chiều rộng tổng cộng phía trong của bể tháo do tính toán thuỷ lực mà có. Chiều rộng của hình chữ nhật chính là chiều dài của giếng tiêu năng. Trong giếng tiêu năng bố trí trụ pin cửa ra ống đẩy và cầu công tác. Phần chuyển tiếp thu hẹp có dạng hình thang có đáy nhỏ là chiều rộng đáy kênh tháo, đáy lớn là chiều rộng tổng cộng phía trong của bể tháo và chiều cao chính là chiều dài đoạn thu hẹp tính theo công thức: Lth = cot g (4-35) a - Góc thu hẹp thường lấy a = 400 ~ 500. Hình 4-24: Sơ đồ cấu tạo bể tháo. a/ Cắt dọc bể tháo b/ Mặt bằng bể tháo. Cách xác định cụ thể các kích thước của bể tháo tham khảo chương 11 giáo trình máy bơm và trạm bơm (tập 2). phần phụ lục phụ lục 1: độ cao áp lực khí trời phụ thuộc cao trình nơi đặt trạm bơm Cao trình nơi đặt trạm so với mặt biển (m) -600 0 100 200 300 400 H a (m) ( Tiếp cột dưới) 11,3 10,3 10,2 10,1 10,0 9,8 500 600 700 800 900 1000 1500 2000 9,7 9,6 9,5 9,4 9,3 9,2 8,6 8,4 phụ lục 2: áp lực bốc hơi của chất lỏng phụ thuộc nhiệt độ. Nhiệt độ chất lỏng (0c) 5 10 20 áp lực bốc hơi Hbh (m) (tiếp 2 cột dưới) 0,09 0,12 0,24 30 40 50 60 70 80 90 100 0,43 0,75 1,25 2,02 3,17 4,82 7,14 10,33 phụ lục 3: tính tổn thất cột nước của đường ống I. Tổng thất cột nước do ma sát (Tổn thất dọc đường) Theo công thức của Darey - Weisbach hd = l (). (1) Trong đó: hd: tổn thất cột nước áp lực do ma sát (m) L: Chiều dài đoạn ống (m) Đ; Đường kính trong của ống (m) V: Vận tốc dòng chảy (m/s) g: Gia tốc trọng trường (m/s2) l: Hệ số ma sát * Đối với loại ống gang đúc: l = (0,02 + () . 1,5 * Đối với loại ống thép: l = ((0,0144 + ). 1,5 Hình 1-PL: Biểu đồ xác định hệ số ma sát l. II. Tổn thất cột nước cục bộ 1. Tổn thất nước áp lực tại đầu vào đường ống, hv (m): hv = xv () (m) (2) Trong đó: xv: Hệ số tổn thất cột nước áp lực tại đầu vào (xem hình 2 P.L) Hình 2 P.L: Hệ số tổn thất cột nước áp lực tại đầu vào. 2) Tổn thất cột nước áp lực tại đầu ống ra, hr (m): hr = xr. (m) (3) Trong đó: xr: Hệ số tổn thất cột nước áp lực tại đầu. xr = 1 đối với trường hợp chảy ra ngập V: Vận tốc dòng chảy trước khi ra (m/s) 3) Tổn thất cột nước áp lực tại đoạn ống mở rộng đột ngột hmr (m): hmr = (V1 - V2)2/2g = xmr. (m) (4) Trong đó: V1: Vận tốc dòng chảy trước đoạn ống mở rộng (m/s) V2: Vận tốc dòng chảy sau đoạn ống mở rộng (m/s) xmr: Hệ số tổn thất đối với trường hợp ống mở rộng đột ngột (xem hình 3 P.L). Hình 3- P.L: ống mở rộng đột ngột. hch = xch. (m) (5) Trong đó: xch: Hệ số tổn thất cột nước áp lực tại đoạn ống xảy ra co hẹp (Xem hình 4-P.L) V: Vận tốc dòng chảy sau nơi ống bị co hẹp (m/s) Hình 4-P.L: ống co hẹp đột ngột 5) Tổn thất cột nước áp lực trong trường hợp ống mở rộng dần dần hmr = xmr. (V1 - V2)2/2g (6) Trong đó: xmr: Hệ số tổn thất (Xem hình 5-P.L) V1: Vận tốc trước khi mở ống (m/s) V2: Vận tốc sau khi mở ống (m/s) Hình 5- P.L: Mở rộng dần dần 6) Tổn thất cột nước áp lực tại cút nối, hc (m): Trong đó: zc: Hệ số tổn thất tại ống cong (cút cong) V: Vận tốc dòng chảy (m/s) Trị số của xc phụ thuộc vào tỷ số giữa bán kính tâm cút R với đường kính ống D và góc mở của cút ặ. ặ R/D 150 22,50 300 450 600 900 0,75 1 1,5 2 4 0,24 0,13 0,07 0,06 0,04 0,29 0,15 0,08 0,07 0,05 0,33 0,17 0,10 0,08 0,06 0,40 0,21 0,13 0,10 0,08 0,47 0,25 0,14 0,12 0,10 0,56 0,30 0,17 0,14 0,11 Hình 6-P.L: ống cong (cút cong). 7) Tổn thất cột nước áp lực tại cút nối gấp khúc , hgk (m): hgk = xgk. (m) (8) Trong đó: xgk: Hệ số tổn thất tại cút nối gấp khúc (Xem hình 7-P.L) V: Vận tốc dòng chảy (m/s) Hình 7-P.L: Hệ số tổn thất tại cút nối gấp khúc đơn giản III/ Tổn thất cột nước áp lực cửa van Tổn thất cột nước áp lực sinh ra phụ thuộc vào kiểu van được sử dụng. Tổn thất cột nước áp lực hvan (m) được tính bằng: hvan = xvan. (m) (9) Trong đó: xvan: Hệ số tổn thất tại van V: Vận tốc dòng chảy trước van (m/s) Hệ số xvan phụ thuộc vào chủng loại và kích thước của van 1) Van phẳng: Bảng 3-1: Hệ số tổn thất đối với van phẳng: Kích thước (mm) 50 100 150 200 250 300 và lớn hơn xvan 0,19 0,16 0,15 0,11 0,05 Rất nhỏ 2) Van bướm: Bảng 3-2: Hệ số tổn thất của van bướm Kích thước (mm) 100 á 200 300 á 450 500 á 600 700 á900 1000 xvan 3,2 á 1,8 1,4 á 0,7 0,60 á 0,45 0,40 á 0,35 0,30 á 0,25 3) Van nắp (bản lề trên) Bảng 3-3" Hệ số tổn thất cho van lắp Kích thước (mm) 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 xvan 1,32 1,27 1,21 1,16 1,11 1,05 1,00 0,99 0,98 0,96 0,94 0,92 4) Van hình quạt (quạt bằng thép) Bảng 3-4: Hệ số tổn thất đối với van quạt Kích thước (mm) 800 900 1000 1250 1350 1500 1650 1800 2000 xvan 0,92 0,89 0,85 0,78 0,73 0,68 0,62 0,57 0,50 IV/ Tổn thất cột nước áp lực tại lưới chắn rác: Tổn thất cột nước áp lực có thể tính băng công thức thực nghiệm của Kirschmer: hc = b. sin q. (t/b)4/3 . (10) Trong đó: hc: Tổn thất cột nước áp lực qua lưới chắn rác (m) b: Hệ số phụ thuộc vào cấu trúc tấm lưới chắn (Xem hình 8-P.L) q: Góc nghiêng của lưới (độ) t: Độ dày của tấm lưới (mm) b: Khoảng trống (mm) V1: Vận tốc dòng chảy trước lưới Tuy nhiên trên thực tế, do có nhiều rác mắc trên lưới nên tổn thất cột nước áp lực thực tế lớn hơn nhiều so với tính toán. Khi đó tính theo công thức sau: hc = 6,69. sin q. (t/b)4/3. exp (0,074.gw. a/H). (11) Trong đó: h: Độ chênh lệch mực nước do rác (m) a: Độ cao của rác chắn (m) Khối lượng riêng của rác ướt = 200 kg/m3. Tuy nhiên để định sơ bộ người ta có thể áp dụng các số liệu sau: - Loại lưới chắn rác điều khiển bằng tay: 0,2 á 0,4 (m) - Loại lưới chắn rác vận hành tự động: 0,1 á 0,15 (m) Hình 8-P.L: Tổn thất qua lưới chắn rác. Hình 9-PL: Kích thước bản vẽ Hình 10-PL: Kích thước khung tên phụ lục 5: các hình vẽ tham khảo p.l 5-1 lưới chắn rác Hình 1: Cấu tạo lưới chắn rác có kích thước lỗ 2,1 x 9m Hình 2: Cấu tạo khớp nối ống bê tống cốt thép Hình 3: Cấu tạo khớp nối ống bê tông cốt thép ứng suất trước a) Trước khi lắp; b) Khi lắp xong; 1) ống nối gang; 2) Vòng cao su 3 và 4) Cốt thép ngang và dọc ứng suất trước. Hình 4: Cấu tạo khớp nối ống bê tông cốt thép ứng suất trước và ống thép. 1) ống nối gang; 2) Vòng cao su; 3và 4 cốt thép ứng suất trước dọc và ngang 5) ống thép F 1000mm, d = 10mm; 6 và 7: Vành chặn và ống nối tiếp. Hình 5: Khớp nối cứng ống bê tông cốt thép và ống xuyên tường 1) ống áp lực bằng bê tông cốt thép; 2) Vòng dây gai; 3) ống nối bê tông cốt thép 4) Vữa xi măng Hình 6: Khớp nối mềm ống thép a) ống mỏng d < 15 mm; b) chiều dày ống d ³ 15mm; c) chiều dày ống d ằ 35 - 40mm 1) Vòng đệm gai lõi cao su 2) Đinh bu lông nắp ép; 3) Vòng chặn; 4) Đồng; 5) Vòng gai hoặc cao su Hình 7: Khớp nối mềm ống bê tông cốt thép. 1, 2) 2 đầu ống chính; 3) Vữa xi măng; 4) Vòng cứng; 5,7) Vỏ bọc ống bằng thép; 6) Vành chặn, 8 )Vòng cao su; 10,11) Vạnh chặn; 9,12) Cốt thép. Hình 8: ống xuyên tường a) Khớp nối sắt: 1) ống sắt gắn tường; 2) Vòng đỡ; 3) Vật đệm; 4) Nắp ép. b) Khớp nối dây đay: 1) Vòng dây đay; 2) Nhựa đường nóng chảy; 3) Dây gai nhét chặt: 4) Vành đay; 5) Bản gỗ. Hình 8: Cắt ngang nhà máy bơm kiểu móng tách rời Hình 9: Nhà máy bơm kiểu buồng khô (bơm ly tâm hai cửa nước vào) a) Khi hs Ê 0 1) ống dẫn nước; 2) Bể hút; 3) Lọc hút 4) ống hút; 5) ống co hẹp; 6) ống nối; 7) Máy bơm b) khi hs < 0 1) Kênh dẫn; 2) Đoạn nối tiếp; 3) bể hút; 4) Khớp nối chống thấm; 5) Buồng bơm; 6) Phần mềm nhà máy Hình 10: Nhà máy bơm kiểu buồng ướt Hình 11: Nhà máy bơ m kiểu khối tảng, bơm hướng trục a) Bể tháo van cánh bướm 1) Kênh hút; 2) ống hút; 3) Tầng bơm; 4) Khớp nối chống lún; 5) Bể tháo; 6) Kênh tháo. b) Bể tháo kiểu xi phông Hình 12: Nhà máy kiểu khối tảng, bơm ly tâm trục đứng 1) Kênh dẫn; 2) Đoạn nối tiếp; 3) Bể hút 4) Móng khối tảng; 5) Buồng bơm; 7) Tầng động cơ; 10) Gian điều khiển.