Đồ án Thiết kế Công trình thu nước ngầm – Trạm bơm cấp I - Trạm bơm cấp II

Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH THU - TRẠM BƠM Thiết kế Công trình thu nước ngầm – Trạm bơm cấp I - Trạm bơm cấp II NỘI DUNG VÀ TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN: I/ Sô liệu tính toán II/ Tính toán công trình thu nước ngầm 1. Dựng mặt cắt địa chất 2. Chọn tầng chứa nước 3. Chọn sơ bộ loại giếng khoan và sơ đồ bố trí sơ bộ 4. Tính toán ống lọc và ống vách 5. Tính toán giếng khoan làm việc riêng lẻ 6. Tính toán giếng khoan làm việc đồng thời III/ Thiết kế trạm bơm cấp I 1. Lưu lượng máy bơm 2. Cột áp của bơm 3. Chọn bơm 4. Chọn động cơ IV/ Thiết kế trạm bơm cấp II 1. Lưu lượng máy bơm 2. Cột áp của bơm 3. Chọn bơm 4. Đường đặc tính của ống 5. Thiết kế nhà trạm bơm cấp 2 Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 2 I/ Số liệu tính toán: Danh mục Đơn vị Số Liệu Công suất thiết kế (m3/ngày) m3/ngày 20000 Cao trình mặt đất m 18 Mặt cắt địa hình Đất thổ nhưỡng m 5.2 Cát mịn m 9 Á sét lẫn xác thực vật m 8 Cát thô m 15 Sét m 8 Cát thô pha cuội sỏi m 6 Sét m 8 Cát thô pha cuội sỏi m 16 Sét m - Cao trình mặt nước tĩnh m 11.6 Mực nước cao nhất trên trạm xử lí m 28 Chiều dài ống đẩy m 2500 Số đám cháy xảy ra đồng thời l/s 2 x 30 Số giờ làm việc trong ngày h 24 Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 3 II/ Tính toán công trình thu: 1. Dựng mặt cắt địa chất Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 4 2. Chọn tầng chứa nước Tầng chứa nước là tầng cát thô pha cuội sỏi có độ dày 16(m). Vì:  Tầng này nằm giữa 2 tầng sét nên ta sẽ thiết kế được giếng khoan có áp  Có chất lượng nước tốt  Chiều dày lớp lớn để đáp ứng được công suất thiết kế. Hệ số thấm K: 50 - 100 ta chọn 100 Bán kính ảnh hưởng R: 300 – 500 ta chọn 500 3. Chọn số lượng giếng Chọn 5 giếng hoạt động và 1 giếng dự trữ Lưu lượng của 1 giếng là: Qg = 20000 5 = 4000(m 3/ngđ) = 46,3 (l/s) Tra bảng 2.1 ta chọn sơ bộ được ống vách - Đường kính ngoài của bơm: 250 mm - Đường kính tối ưu của ống vách: 350 mm - Đường kính tối thiểu của ống vách: 300 mm *) Sơ đồ bố trí giếng: 4. Tính toán ống lọc, ống vách L = (0,7 – 0,9) x m (với m là chiều dày tầng chứa nước m = 16 m) => L = (11,2 – 14,4)  L = 14 m - Khoảng cách đáy và đỉnh là: a = 16−14 2 = 1 m - Vận tốc nước chảy qua ống lọc là: V = 60 𝐾 3 = 60 100 3 = 278,5 (m/ngđ) - Đường kính ống lọc: Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 5 D = 𝑄 𝜋 .𝐿.𝑉 = 4000 3,14.14.278,5 = 0,327 m = 327 mm *) Chọn theo tiêu chuẩn ta chọn được đường kính ống: D = 355,6 mm - Tính toán lại chiều dài ống lọc: L = 𝑄 𝜋 .𝐷.𝑉 = 4000 3,14.0,3556.278,5 = 12,9 m - Khoảng cách đáy và đỉnh là: a = 16−12,9 2 = 1,55 m - Ống vách lớn hơn ống lọc 80 – 100 mm Dv = Dl + (80 - 100) = 355,6 + (80 - 100) = (435,6 – 455,6) mm - Chọn đường kính trong của ống vách là 440 mm - Chọn đường kính trong của ống vách là 450 mm Dvách trong > T = 300 mm Dvách ngoài > T = 350 mm  Đủ điều kiện đặt bơm 5. Tính toán giếng làm việc riêng lẻ a) Tính độ hạ mực nước S = 0,37 x 𝑄 𝐾 .𝑚 x lg 𝑅 𝑟 Với Q = 4000 m3 R = 500 m r = 0,3556 2 = 0,178 m K = 100 m = 16 m  S = 0,37 x 4000 100.16 x lg 500 0,178 = 3,19 m b) Tính độ hạ mực nước giới hạn Sgh = H – (0,3 – 0,5) x m - ∆S - Hb Với H = 11,6 – (-57,2) = 68,8 m m = 16 m Hb = (2 – 5 m) ta chọn = 3 m *) Tính ∆S = a x 𝑄.𝑆 𝐾.𝑤 Mà a = 18 cm w = 𝜋.D.L = 3.14 x 0,3556 x 12,9 = 14,38 m2  ∆S = 18 x 4000 𝑥 3,19 100 𝑥 14,38 = 53,6  Sgh = 68,8 – 0,4 x 16 – 53,6 – 3 = 5,8 m Sgh > S => giếng làm việc ổn định. Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 6 6. Tính toán giếng khoan bất lợi nhất *) Sơ đồ bố trí Giếng 1, 3 có độ hạ mực nước tương đương nhau: SA13 = 0,37 x 4000 100.16 x(lg 500 0,178 + lg 500 200 + lg 500 223,6 + lg 500 360,56 + lg 500 400 ) = 4,1 m Giếng 4, 5 có độ hạ mực nước tương đương nhau: SB45 = 0,37 x 4000 100.16 x (lg 500 0,178 + lg 500 200 + lg 500 223,6 + lg 500 223,6 + lg 500 360,56 ) = 4,33 m Giếng 2 có độ hạ mực nước là: SC2 = 0,37 x 4000 100.16 x (lg 500 0,178 + lg 500 200 + lg 500 200 + lg 500 223,6 + lg 500 223,6 ) = 4,57 m Do đó giếng 2 là giếng bất lợi nhất Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 7 III/ Thiết kế trạm bơm cấp I 1. Lưu lượng máy bơm Qb = Qc = 4000 m 3/ngđ = 46,3 (l/s) 2. Cột áp của bơm Hb = ∇TXL – ∇MNĐ + ∑h + htd Trong đó: ∆TXL: mực nước cao nhất trên trạm xử lí ∑h: tổng tổn thất từ giếng xa nhất đến bể chứa htd : áp lực tự do cần thiết tại dàn phun mưa (1,5 - 2) *) Tổn thất dọc đường từ giếng xa nhất đến bể chứa. Đoạn L (m) Q (l/s) D (mm) V (m/s) i0 (m/100m) I = 0,8i0 hdi = ∑i.l G3 - A 20,95 46,3 175 2,03 44.10 -3 35,2.10 -3 0,92 A - B 100 46,3 175 2,03 44.10 -3 35,2.10 -3 3,52 B - C 100 92,6 250 1,73 18,5.10 -3 14,8.10 -3 1,48 C - D 100 138,9 350 1,43 8,17.10 -3 6,54.10 -3 0,65 D - E 100 185,2 400 1,39 6,5.10 -3 5,2.10 -3 0,52 E - F 100 231,5 450 1,36 5,34.10 -3 4,27.10 -3 0,427 G - H 2500 277,8 500 1,34 4,53.10 -3 3,62.10 -3 9,05 Tổng tổn thất dọc đường trên ống đẩy tính từ máy bơm đến TXL Hd = 0,92 + 3,52 + 1,48 + 0,65 + 0,52 + 0,427 + 9,05 = 16,57 m *) Tính tổn thất cục bộ từ giếng xa nhất đến trạm xử lí (TXL) Đoạn V(m/s) Số côn, cút, tê Hcbi = ɛv 2 /2g G3 - A 2,03 1 cút 90 0 ɛ90 = 0,5 1 van ɛvan = 1,7 1 khóa 90 0 ɛk = 1 2 cút 135 0 ɛ135 = 0,3 0,5+1,7+0,3 x 2 2 x 9,81 x 2,03 2 = 0,8 m A - B 2,03 1 cút 90 0 ɛ90 = 0,5 1 côn mở ɛcôn = 0,25 0,5+0,25 2 x 9,81 x 2,03 2 = 0,16 m B - C 1,73 1 tê ɛT = 1,5 1 côn mở ɛcôn = 0,25 1,5+0,25 2 x 9,81 x 1,73 2 = 0,27 m C - D 1,43 1 tê ɛT = 1,5 1 côn mở ɛcôn = 0,25 1,5+0,25 2 x 9,81 x 1,43 2 = 0,18 m D - E 1,39 1 tê ɛT = 1,5 1 côn mở ɛcôn = 0,25 1,5+0,25 2 x 9,81 x 1,39 2 = 0,17 m E - F 1,36 1 tê ɛT = 1,5 1,5 2 x 9,81 x 1,36 2 = 0,14 m Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 8 G - H 1,34 1 khóa 90 0 ɛk = 1 3 cút 90 0 ɛ90 = 0,5 1+0,5 2 x 9,81 x 1,34 2 = 0,14 m  Tổng tổn thất cục bộ từ giếng xa nhất đến trạm xử lí là: ∑hcb = 0,8 + 0,16 + 0,27 + 0,18 + 0,17 + 0,14 + 0,14 = 1,86 m Tổng tổn thất từ giếng xa nhất đến trạm xử lí là: ∑h = hdd + hcb = 16,57 + 1,86 = 18,43 m Cột áp của bơm là Hb = ∇TXL - ∇MNĐ + ∑h + htd = 28 – 11,6 + 18,43 + 1,5 = 36,33 m 3. Chọn bơm Với Q = 46,3(l/s), Hb = 36,33 m Tra biểu đồ hệ loại bơm đối với bơm giếng khoan, ta chọn loại bơm K87 với đường đặc tính số 4, hiệu suất 68%, P = 10,8 kw 4. Chọn động cơ Với bơm K87-4 tương ứng ta chọn +) Động cơ U86-2/55 +) PN = 36 kw +) PM = 42 kw +) L = 1963 mm +) A = 1383 mm +) B = 2010 mm +) C = 1200 mm +) Max ∅ = 273 Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 9 IV/ Thiết kế trạm bơm cấp II 1. Xác định lưu lượng bơm Giờ trong ngày Lượng nước tiêu thụ %/Qng Lượng nước bơm %/Qng Lượng nước vào đài %/Qng Lượng nước ra đài %/Qng Lượng nước còn lại %/Qng Số bơm làm việc 0 - 1 3,23 3,04 - 0,19 2,59 2 1 - 2 3,25 3,04 - 0,21 2,38 2 2 - 3 3,30 3,05 - 0,25 2,13 2 3 - 4 3,32 3,05 - 0,27 1,86 2 4 - 5 3,25 3,05 - 0,20 1,66 2 5 - 6 3,40 3,05 - 0,35 1,31 2 6 - 7 3,85 4,54 0,69 - 2,00 3 7 - 8 4,45 4,54 0,09 - 2,09 3 8 - 9 5,20 4,54 - 0,66 1,43 3 9 - 10 5,05 4,54 - 0,51 0,92 3 10 - 11 4,85 4,54 - 0,31 0,61 3 11 - 12 4,60 4,54 - 0,06 0,55 3 12 - 13 4,60 4,54 - 0,06 0,49 3 13 - 14 4,55 4,54 - 0,01 0,48 3 14 - 15 4,75 4,54 - 0,21 0,27 3 15 - 16 4,70 4,54 - 0,16 0,11 3 16 - 17 4,65 4,54 - 0,11 0 3 17 - 18 4,35 4,54 0,19 - 0,19 3 18 - 19 4,40 4,54 0,14 - 0,33 3 19 - 20 4,30 4,54 0,24 - 0,57 3 20 - 21 4,30 4,54 0,24 - 0,81 3 21 - 22 4,20 4,54 0,34 - 1,15 3 22 - 23 3,75 4,54 0,79 - 1,94 3 23 - 24 3,70 4,54 0,84 - 2,78 3 Tổng 100 100 3,56 3,56 - Với công suất của trạm bơm cấp 2 là 20.000m3/ngđ. Ta chọn 3 máy bơm làm việc và 1 bơm dự trữ. Hoạt động của trạm bơm như sau: Từ 0 giờ tới 6 giờ trạm có 2 bơm làm việc, mười tám giờ còn lại trạm có ba bơm làm việc. Từ đó ta xác định được lưu lượng của 1 bơm trong 1 giờ là: Qng = 6.K.n.Qb + 18.K.n.Qb = 20000 m 3 = 6.0,9.2. Qb + 18.0,9.3. Qb = 20000 m 3 Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 10  Qb = 336,7 m 3  Qb = 1,68%Qng - Từ 0 giờ tới 6 giờ trạm có 2 bơm làm việc. Lưu lượng sẽ được tính là: Qtr = K.n.Qb = 0,9 x 2 x 1,68%Qng = 3,04% Qng - Mười tám giờ còn lại trạm có ba bơm làm việc. Lưu lượng của trạm lúc này là: Qtr = K.n.Qb = 0,9 x 3 x 1,68%Qng = 4,54% Qng Trong đó: + Qtr : Lưu lượng của trạm bơm + Qb : Lưu lượng của máy bơm + Qng : Lưu lượng nước tiêu dùng trong một ngày ở chế độ tính toán của khu vực dùng nước + n : Số máy bơm cùng làm việc. Chọn giờ đài cạn nước là lúc 16-17h. Từ bảng thống kê xác định được thể tích điều hòa của đài. Vđ đh = 2,78%Qng - Vậy thể tích của đài là: Vđ = 2,78% x 20000 = 556 m 3 - Vậy ta cần xây dựng 1 đài có thể tích là 600 m3 2. Cột áp của các bơm Đài nước ở đầu mạng lưới, có công thức tính cột áp toàn phần của máy bơm H = Hđh + Hh + Hd Trong đó: Hđh : Chiều cao bơm nước địa hình được xác định bằng hiệu cao trình mực nước cao nhất trên đài và mực nước thấp nhất trong bể chứa nước sạch. Hh : Tổng tổn thất cột áp trên đường ống hút. Hd : Tổng tổn thất cột áp trên đường ống đẩy kể từ máy bơm đến đài. a) Chiều cao bơm nước địa hình Hđh = ∇MĐ - ∇𝐵𝐶𝑁𝑆 𝑀𝑁𝑇𝑁 + hTXML = 18 – 5 + 20 = 33 m Với: ∇MĐ : cao độ mặt đất ∇𝐵𝐶𝑁𝑆 𝑀𝑁𝑇𝑁 = 5 – 10m, chọn 5m HTXML: áp lực yêu cầu tại điểm tiếp xúc mạng lưới trong giờ dùng nước lớn nhất = 20m b) Xác định tổn thất trên đường ống hút Hh = i.l + ∑Ɛ× 𝑣2 2𝑔 Do trạm có 3 ống hút, tại thời điểm dùng nước lớn nhất thì mỗi ống tải 1 lưu lượng là: Qống = 𝑄𝑛𝑔 2 = 20000 2 = 10000 = 115,74 (l/s) Tra bảng tính toán thủy lực: Chọn ống thép đường kính D = 400 mm, tương ứng với v = 0,92 và 1000i = 3,07 Chọn sơ lược chiều dài ống hút: 6 (m) Theo mặt bằng và mặt cắt gian máy có: Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 11 1 phuễ hút: Ɛ = 0,15 1 côn thu: Ɛ = 0,1 2 tê: Ɛ = 1,5 x 2 = 3 2 khóa: Ɛ = 2 x 1 = 2 2 cút 90: Ɛ = 2 x 0,5 = 1 => ƩƐ = 6,25 m Vậy hh = 3,07 1000 ×6 + 6,25× 0,922 2.9,81 = 0,29 (m) c) Xác định trên đường ống đẩy Hđ = i.l + ƩƐ. 𝑣2 2.𝑔 Do trạm có 2 ống hút, tại thời điểm dùng nước lớn nhất thì mỗi ống tải 1 lưu lượng là: Qống = 𝑄𝑛𝑔 2 = 20000 2 = 10000 = 115,74 (l/s) Tra bảng tính toán thủy lực: Chọn ống thép đường kính D = 400 mm, tương ứng với v = 0,92 và 1000i = 3,07 Chiều dài ống đẩy: 7100 (m) Theo mặt bằng và mặt cắt gian máy có: 1 côn mở: Ɛ = 0,1 2 khóa: Ɛ = 2 x 1 = 2 2 tê: Ɛ = 1,5 x 2 = 3 2 cút 90: Ɛ = 2 x 0,5 = 1 => ƩƐ = 6,1 m Vậy hđ = 3,07 1000 ×7100 + 6,1× 0,922 2.9,81 = 22,06 (m) Vậy Ʃh = hh + hđ = 0,29+22,06 = 22,35 (m) Hdự trữ là áp lực dự phòng khi tính toán lấy bằng 1m. Vậy cột áp toàn phần: H = 33+22,35+1 = 56,35 m 3. Chọn bơm Qb = 115,74 (l/s) H = 56,35 Chọn bơm ly tâm nước sạch Omega 150 - 460A n= 1450v/ph Hiệu suất = 80% Với đường đặc tính của bơm là 454 4. Đường đặc tính của ống Qống = Qb ơm 2 =115,74 (l/s) Hống = Hđh + SQ 2 Mà Ʃh = S.Q2 Trong đó: Q là lưu lượng của ống đấy và ống hút. S là hệ số tổn thất toàn phần ( tổng tổn thất ở ống hút cộng ống hút chia Q2 ở ống hút và ống đẩy) S = 22,35 115,742 = 1,67 x 10 -3 Lập bảng: Nhóm 5 GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN 12 Qống Hđh S SQ 2 Hb = Hđh +SQ 2 0 33 1,67 x 10 -3 0 33 50 33 1,67 x 10 -3 4,18 37,18 100 33 1,67 x 10 -3 16,7 49,7 115,74 33 1,67 x 10 -3 22,37 55,37 150 33 1,67 x 10 -3 37,58 70,58 5. Thiết kế nhà trạm - Bố trí máy bơm trong trạm bơm: - Theo tính toán: số bơm của trạm là 3 bơm hoạt động và 1 bơm dự trữ. Cả 4 bơm đều là bơm ly tâm nước sạch Omega 150 - 460A - Chọn sơ đồ bố trí hai dãy song song với nhà trạm.