Thiết kế một trạm bơm cấp II cho 1 thành phố Q = 45000 m3/ngày đêm

Chương 1 Giới thiệu chung Cũng như không khí và ánh sáng, nước không thể thiếu được trong đời sống con người. Trong quá trình hình thành sự sống trên Trái Đất nước có vai trò rất quan trọng. Nước sạch là một trong những nhu cầu cơ bản nhất trong đời sống hành ngày của mọi người. Ngày nay nước trở thành 1 đòi hỏi bức bách trong việc bảo vệ sức khỏe và cải thiện điều kiện sinh hoạt cho nhân dân, cũng như trong công cuộc hiện đại hóa, công nghiệp hóa đất nước. Trong các khu dân cư, nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt cho người dân. Ngoài ra, nước còn đóng vai trò rất quan trọng trong sản xuất, phục vụ cho hàng loạt mục đích khác nhau. Cung cấp nước, thoát nước và vẹ sinh môi trường là nhu cầu không thể thiếu của mọi người, mọi quốc gia trên thế giới. Ở nước ta, sự phân bố các nguồn tài nguyên nước không đồng đều giữa các vùng, nơi có nước dồi dào, nơi khan hiếm. Vì vậy việc sử dụng nước ở các vùng có đặc điểm riêng. Đây là vấn đề cấp bách cho mọi ngành, đặc biệt là ngành cấp nước. Thiết kế một hệ thống phân phối mạng lưới tiêu thụ phù hợp cho từng vùng, từng thời điểm sử dụng nước là quan trọng và tất yếu. Công trình được giới thiệu sau đây là “Trạm bơm cấp nước” nhằm đáp ứng phần nào những yêu cầu trên. Trạm bơm cấp nước (trạm bơm cấp II) có nhiệm vụ đưa nước đã xử lý từ bể chứa nước sạch vào mạng lưới tiêu dùng. Chế độ dùng nước trên mạng lưới không điều hòa, có sự chênh lệch tùy từng giờ trong ngày và số lượng máy bơm hoạt động cũng khác nhau. Trạm bơm cấp II làm việc theo chế độ bậc thang, chế độ không điều hòa tùy theo chế độ dùng nước trên mạng. Chế độ này phụ thuộc vào lượng nước cấp cho khu dân cư, xí nghiệp, nhà máy. Để điều hòa sự chênh lệch này, trên mạng còn có 1 công trình là đài nước (tháp nước). Đài nước có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa trạm bơm cấp II và mạng lưới tiêu dùng. Ngoài ra đài nước còn phải chứa thêm lượng nước dự trữ cho chữa cháy. Tuy nhiên, để xác định chế độ làm việc của trạm bơm cấp II2 và dung tích của đài nước, phải tính được trạm bơm cấp I (lưu lượng, số máy bơm,…) và bể nước. Bể nước chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II. Ngoài ra nó còn dự trữ lượng nước chữa cháy (trong 3h), nước dùng vệ sinh cho các trạm bơm… Trong đồ án cấp II này ta sẽ thiết kế một trạm bơm cấp II cho 1 thành phố nhỏ có nhu cầu dùng nước là Q = 45000 m3/ngày đêm. Chương 2 Số liệu thiết kế 2.1. Các thông số ban đầu: Qngđ = 45000 (m3/ngđ) K = 1,4 L = 230 (m) ∆H = 24 (m) 2.2. Trạm bơm cấp I: 2.2.1. Lưu lượng trạm bơm cấp I: Trạm bơm cấp I hoạt động theo chế độ điều hòa nên ta có thể xác định được lưu lượng của trạm bơm trong 1 giờ (lưu lượng các giờ đều nhau):
= 4.167 ≈ 4.17% ( Qtrạm = 4.17% x 45000 = 1876.5 (m3/h) = 521.25 (l/s) Với lưu lượng trên, dự kiến dùng 1 máy bơm công tác và 1 máy bơm dự phòng. Lưu lượng 1 máy bơm: Q1b = Qtrạm = 1876.5 (m3/h) = 521.25 (l/s) Dùng ống thép, tra bảng tính toán thủy lực ta có: ●Ống hút: dhút = 800 (mm) vhút = 1.02 (m/s) 1000i = 1.53 ● Ống đẩy: dđẩy = 100 (mm) vđẩy = 1.33 (m/s) 1000i = 2.97 2.2.2. Thời gian máy bơm nghỉ: Với 1 giờ làm việc 4,17% thì trong 24 giờ ta có 1 giờ máy bơm làm việc với lưu lượng là 4,09% Qngđ, do đó Qtrạm trong giờ này là: Qtrạm = 4.09% x 45000 = 1840.5 (m3/h) = 511.25 (l/s) _ Thời gian máy bơm hoạt động trong 1h này là: t =
= 58.85 (phút) Do đó ta có thể tắt máy bơm trong khoảng thời gian 1.15 phút. Trong thực tế, ta không cần tắt do thời gian nghỉ quá ít. 2.3. Bảng tính toán thiết kế: Chương 3 Tính toán thiết kế 3.1. Bể chứa nước: 3.1.1. Thể tích bể chứa: Wbể = Wđh + W
+ Wvs Trong đó: Wđh: thể tích điều hòa của bể W
: thể tích cần để chữa cháy trong 3 giờ cho 2 đám cháy với lưu lượng 30 (l/s) Wvs: thế tích cần để vệ sinh trạm bơm (lấy 5% Qngđ) Wđh = 10.38% x 45000 = 4671 (m3) _ W
= n x Qcc x t n = 2 đám cháy Qcc = 30 (l/s) t = 3h = 10800s ( W
= 2 x 30 x 10800 = 6488000 (l) = 648 (m3) Wvs = 5% Qngđ = 5% x 45000 = 2250 (m3) Vậy Wbể = Wđh + W
+ Wvs = 4671 + 648 + 2250 = 7569 (m3) ≈ 7570 (m3) 3.1.2. Xây dựng bể chứa: Wxd = d x r x h Trong đó: d: chiều dài bể chứa r: chiều rộng bể chứa h: chiều cao bể chứa Cho r =
d, h = 5 (m) Ta có: d x r =
=
= 1514 (m2) → d = 47.66 (m) ≈ 48 (m) ; r = 32 m _ Chiều cao bảo vệ bể = 0.5 m → chiều cao xây dựng = 5 + 0.5 = 5.5 (m) Vậy Wxd = 48 x 32 x 5.5 = 8448 (m3) 3.1.3. Thiết kế vùng nước chết trong bể chứa: Trạm bơm cấp 2 làm việc với 2 máy bơm và 1 máy bơm dự phòng. _ Lưu lượng nước của 1 máy bơm Q1b = 2.7% x 45000 = 1215 (m3/h) = 337.5 (l/s) + Ống hút: dhút = 700 (mm) v = 0.86 (m/s) 1000i = 1.3 + Ống đẩy: dđẩy = 600 (mm) v = 1.13 (m/s) 1000i = 2.58 dhút = 700 (mm) = 0.7 (m) ( Dphễu = 1.5 dhút = 1.5 x 0.7 = 1 (m) _ l: khoảng cách từ phễu hút tới thành bể chứa l thỏa các điều kiện: l > 0,5 D ( l = 1 D = 1 (m) _ h1: mực nước thấp nhất trong bể tới miệng phễu h1 thỏa h1 ≥ 1.5 D h1 ≥ 0.5 m ( h1 = 1.5 D = 1.5 (m) _ h2: chiều cao từ miệng phễu tới đáy vùng nước chết h2 thỏa h2 ≥ 0.5 D h2 ≥ 0.5 m ( h2 = 1 D = 1 (m) _ Chiều dài 2 đáy lđáy nhỏ = 3 (m) lđáy lớn = 5 (m) d = 9 (m): chiều dài vùng nước chết ( VVNC =
x 9 = 90 (m3) Vậy ∑Wbể = Wxd + WVNC = 8448 + 90 = 8538 (m3)
3.2. Đài nước: 3.2.1. Thế tích bể chứa trên đài: Wđài = Wđh + W
Wđh: thể tích điều hòa của đài W
: thể tích cần để chữa cháy trong 30 phút cho 2 đám cháy với lưu lượng 30 (l/s) Wđh = 3.7% x 45000 = 1665 (m3) W
= 2 x 30 x 1800 = 108000 (l) = 108 (m3) Vậy Wđài = Wđh + W
= 1665 + 108 = 1773 (m3) 3.2.2. Thiết kế đài nước: Xây dựng đài nước hình trụ. Ta có: Wđài = 1773 (m3) Wđài = π.R2.h Trong đó: R: bán kính đài nước h: chiều cao mực nước cao nhất trong đài Chọn R = 10 (m) ( h = 5.65 (m) ≈ 5.7 (m) Chiều cao bảo vệ hbv = 0.3 (m) ( chiều cao bể chứa đài nước: hđn = 5.7 + 0.3 = 6 (m) ( chiều cao xây dựng đài (trụ đỡ): hxdđ = ΔH - hđn = 24 – 6 = 18 (m) 3.3. Trạm bơm cấp 2: 3.3.1. Lưu lượng trạm bơm: Trạm bơm cấp 2 làm việc theo chế độ bậc thang với 2 bậc: 22h – 6h: 1 máy bơm 6h – 22h: 2 máy và làm việc với 3 máy bơm (2 máy làm việc, 1 máy dự phòng) Q1b = 2.7% x 45000 = 1215 (m3/h) = 337.5 (l/s) Q2b = 4.9% x 45000 = 2205 (m3/h) = 612.5 (l/s) 3.3.2. Chọn ống hút - ống đẩy: Ta thiết kế với ống thép Q1b = 337.5 (l/s) + Ống hút: dh = 700 (mm) v = 0.86 (m/s) 1000i = 1.3 + Ống đẩy: dđ = 600 (mm) v = 1.13 (m/s) 1000i = 2.5 3.4. Tính toán cột áp: Cột áp toàn phần của máy bơm: H = Hđh + hh + hđ 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 áo trên đường ống hút + hđ: tổng tổn thất cột áp trên đường ống đẩy kể từ máy bơm đến đài hđ h0 hđ Hđh hh Sơ đồ làm việc của trạm bơm cấp 2 3.4.1. Tính Hđh: _ Hđh được xác định theo công thức Hđh = H
+ Hz + Hđ + Ho Trong đó: + H
: chiều cao hút địa hình, tính bằng hiệu cao trình trục bơm và cao trình mực nước thấp nhất trong bể chứa nước sạch.(5 m) + Hz: độ chênh lệch giữa cao trình mặt đất nơi đặt đài và trục bơm (0 m) + Ho: chiều cao mực nước lớn nhất trong bể chứa trên đài (5.7 m) + Hđ: chiều cao xây dựng đài (18 m) ( Hđh = 5 + 0 + 18 + 5.7 = 28.7 (m) 3.4.2. Tính hh: Hệ số tổn thất cục bộ   Tên chi tiết  Hệ số tổn thất ξ   Van 1 chiều  1.7   Van 2 chiều  1   Cút 900  0.5   Côn thu  0.1   Côn mở  0.25   Phễu hút  0.15   + Ống hút: dh = 700 (mm) v = 0.86 (m/s) 1000i = 1.3 ( i = 0.0013 hh = h
+ h
Trong đó: h
: tổn thất cục bộ trên đường ống hút h
: tổn thất theo chiều dài ống hút h
= ∑ξ +
_ Trên đường ống hút gồm: 1 phễu 1 cút 900 1 côn thu 1 van 1 chiều ( h
= (0.15 + 0.5 + 0 .1 + 1.7) x
= 0.092 (m) _ Chiều dài đường ống từ bể đến máy bơm l = 25 (m) ( h
= i.l = 0.0013 x 25 = 0.033 (m) Vậy hh = 0.092 + 0.033 = 0.125 (m) 3.4.3. Tính hđ: + Ống đẩy: dđ = 600 (mm) v = 1.13 (m/s) 1000i = 2.58 ( i = 0.00258 hđ = h
+ h
Trong đó: h
: tổn thất cục bộ trên đường ống hút h
: tổn thất theo chiều dài ống hút h
= ∑ξ +
_ Trên đường ống đẩy gồm: 1 van 1 chiều 1 van 2 chiều 1 côn mở 1 cút 900 ( h
= (1.7 + 1 + 0.25 + 0.5) x
= 0.225 (m) _ Chiều dài đường ống từ bể đến máy bơm l = 230 (m) ( h
= i.l = 0.00258 x 230 = 0.593 (m) ( hđ = 0.225 + 0.593 = 0.818 (m) Vậy H = Hđh + hh + hđ = 28.7 + 0.125 + 0.818 = 29.643 (m) 3.5. Đường đặc tính đường ống và máy bơm: Với Q1b = 337.5 (l/s) H = 29.643 (m) Tra Sổ tay máy bơm, ta chọn được máy bơm: _ Omega 300 – 435A với n = 1450 vòng/phút _ Trọng lượng 905 (kg) _ Hiệu suất làm việc: 78% Đường đặc tính đường ống tính bằng công thức: HĐÔ = (S0. Q2. L) + Hđh Với dđ = 600 (mm) ta có S0 = 0.02262 Q1b = 1215 (m3/h) = 0.3375 (m3/s) L = 230 (m) ( HĐÔ = (0.02262. 0.33752. 230) + 28.7 = 29.293 (m) Q1b = 337.5 (l/s) Q2b = 612.5 (l/s) ( k =
=
= 0.91
3.6. Thiết kế nhà trạm: Trạm bơm cấp II xây dựng theo kiểu nổi. Trạm trang bị 3 máy bơm, trong đó có 1 máy bơm dự phòng. Mặt bằng nhà trạm dạng chữ nhật, kích thước 9.2 x 24 (m), tường gạch dày 200 mm, sàn đổ bêtông dày 0.4 m. Trong nhà trạm có phòng điều khiển, nhà vệ sinh, tủ điện. Mái gác panel, có vật liệu chống nóng, chống thấm, thiết bị thông gió, chữa cháy…. Chương 4 Tính toán kinh tế STT  Tên thiết bị  Đơn vị  Khối lượng(kg)  Số lượng  Đơn giá  Thành tiền  Ghi chú   1  Máy bơm Omega 300 – 435A  cái  905  3            2  Động cơ điện IEC - IP55 (315L)  cái  1540  3            3  Van 1 chiều  cái     6        TQ   4  Van 2 chiều  cái     3        TQ   5  Ống đẩy phi 600  m     690        TQ   6  Ống hút phi 700  m     75        TQ   8  Côn thu  cái     3            9  Côn mở  cái     3            10  Cút 90  cái     3        VN   11  Phễu hút  cái     3        VN   12  Đào đất  m3     8538        VN   13  Gạch  viên        700     VN   14  Đá 1x2  m3        210,000     VN   15  Xi măng Holcim PCB40  bao  50     71,000     VN   16  Cát  m3        180,000     VN    Tổng                     Chương 5 AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG QUẢN LÝ TRẠM BƠM Trong quản lý trạm bơm an toàn lao động cũng là 1 vấn đề rất quan trọng đòi hỏi người vận hành phải chấp hành tuyệt đối. Có như vậy mới đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, nâng cao độ tin cậy làm việc và hiệu suất của máy móc thiết bị. Về phần bơm: 1. Trong trạm cần có các hướng dẫn thao tác khi vận hành tổ máy lúc làm việc bình thường, lúc xảy ra sự cố , hướng dẫn sửa chữa và quản lý các thiết bị trong trạm. 2. Trước khi mở máy cần phải + Kiểm tra lại các bộ phận làm việc , dầu mỡ bôi trơn , hệ thống dẫn nước. + Kiểm tra động cơ điện và dây nối đất. + Mồi bơm 3. Không được vận hành bơm khi không có các bộ phận an toàn 4. Phải tắt máy khi thấy bơm làm việc rung, ồn hoặc có tiếng động bất thường. 5. Trước khi thực hiện việc vận chuyển, nâng hạ thiết bị trong gian máy cần kiểm tra kĩ độ an toàn. Tài liệu tham khảo 1. Công trình thu nước – Trạm bơm cấp thoát nước (Ths. Lê Dung) 2. Máy bơm và các thiết bị cấp thoát nước (Ths. Lê Dung –TS.Trần Đức Hạ) 3. Sổ tay máy bơm (Ths. Lê Dung) 4. Các bảng tính toán thủy lực (Ths. Nguyễn Thị Hồng) Mục lục Chương 1. Giới thiệu chung 1 Chương 2. Số liệu thiết kế 2.1. Các thông số ban đầu 2 2.2. Trạm bơm cấp 1 2 2.3. Bảng tính toán thiết kế 3 Chương 3. Tính toán thiết kế 3.1. Bể chứa nước 4 3.2. Đài nước 6 3.3. Trạm bơm cấp 2 6 3.4. Tính toán cột áp 7 3.5. Đường đặc tính đường ống và máy bơm 9 3.6. Thiết kế nhà trạm 9 Chương 4. Tính toán kinh tế 10 Chương 5. An toàn lao động trong quản lý trạm bơm 11