Thiết kế Công trình thu nước ngầm - Trạm bơm cấp I, cấp II: Đồ án môn học

Nhóm 5

GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN

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

I/ Số liệu tính toán:

Số Liệu Danh mục

Đơn vị m3/ngày 20000 Công suất thiết kế (m3/ngày)

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

h 24

Số giờ làm việc trong ngày

Nhóm 5

GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN

II/ Tính toán công trình thu:

1. Dựng mặt cắt địa chất

Nhóm 5

GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN

20000

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:

= 4000(m3/ngđ) = 46,3 (l/s)

Qg = 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:

16−14

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:

3 = 60 100

a = = 1 m

- Vận tốc nước chảy qua ống lọc là: V = 60 𝐾3 = 278,5 (m/ngđ) - Đường kính ống lọc:

Nhóm 5

GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN

𝑄

4000

𝜋.𝐿.𝑉

3,14.14.278,5

D = = = 0,327 m = 327 mm

𝑄

𝜋.𝐷.𝑉

3,14.0,3556.278,5

*) Chọn theo tiêu chuẩn ta chọn được đường kính ống: D = 355,6 mm - Tính toán lại chiều dài ống lọc: 4000 L = = = 12,9 m

16−12,9

- Khoảng cách đáy và đỉnh là:

a = = 1,55 m

𝑅

𝑟

𝐾.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 𝑄 x lg

S = 0,37 x Với Q = 4000 m3 R = 500 m 0,3556 r = = 0,178 m

4000

500

K = 100 m = 16 m

0,178

100.16 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

 S = 0,37 x x lg = 3,19 m

4000 𝑥 3,19

Mà a = 18 cm w = 𝜋.D.L = 3.14 x 0,3556 x 12,9 = 14,38 m2

100 𝑥 14,38  Sgh = 68,8 – 0,4 x 16 – 53,6 – 3 = 5,8 m Sgh > S => giếng làm việc ổn định.

= 53,6  ∆S = 18 x

Nhóm 5

GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN

6. Tính toán giếng khoan bất lợi nhất *) Sơ đồ bố trí

4000

500

100.16

223,6

200

360,56

400

0,178 Giếng 4, 5 có độ hạ mực nước tương đương nhau:

4000

500

Giếng 1, 3 có độ hạ mực nước tương đương nhau: 500 x(lg + lg + lg + lg + lg ) = 4,1 m SA13 = 0,37 x

200

223,6

360,56

0,178

500

100.16 Giếng 2 có độ hạ mực nước là: 4000

500

x (lg + lg + lg + lg + lg ) = 4,33 m SB45 = 0,37 x

200

223,6

0,178

100.16

+ lg + lg + lg + lg ) = 4,57 m x (lg SC2 = 0,37 x

200 Do đó giếng 2 là giếng bất lợi nhất

Nhóm 5

GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN

Đoạn

I = 0,8i0

hdi = ∑i.l

L (m)

Q (l/s)

D (mm)

V (m/s)

20,95

46,3

175

2,03

0,92

G3 - A A - B

100

46,3

175

2,03

3,52

B - C

100

92,6

250

1,73

1,48

C - D

100

138,9

350

1,43

0,65

D - E

100

185,2

400

1,39

0,52

E - F

100

231,5

450

1,36

0,427

i0 (m/100m) 44.10-3 44.10-3 18,5.10-3 8,17.10-3 6,5.10-3 5,34.10-3 4,53.10-3

35,2.10-3 35,2.10-3 14,8.10-3 6,54.10-3 5,2.10-3 4,27.10-3 3,62.10-3

9,05

2500

277,8

1,34

III/ Thiết kế trạm bơm cấp I 1. Lưu lượng máy bơm Qb = Qc = 4000 m3/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.

G - H 500 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 = ɛv2/2g

0,5+1,7+0,3 x 2

= 1,7

x 2,032 = 0,8 m

2,03

G3 - A

2 x 9,81

= 1

0,5+0,25

x 2,032 = 0,16 m

A - B

2,03

2 x 9,81

1,5+0,25

x 1,732 = 0,27 m

B - C

1,73

2 x 9,81

1,5+0,25

x 1,432 = 0,18 m

C - D

1,43

2 x 9,81

1,5+0,25

x 1,392 = 0,17 m

D - E

1,39

2 x 9,81

1,5

x 1,362 = 0,14 m

E - F

1,36

1 cút 900 ɛ90 = 0,5 1 van ɛvan 1 khóa 900 ɛk 2 cút 1350 ɛ135 = 0,3 1 cút 900 ɛ90 = 0,5 1 côn mở ɛcôn = 0,25 = 1,5 1 tê ɛT 1 côn mở ɛcôn = 0,25 1 tê ɛT = 1,5 1 côn mở ɛcôn = 0,25 1 tê ɛT = 1,5 1 côn mở ɛcôn = 0,25 = 1,5 1 tê ɛT

2 x 9,81

Nhóm 5

GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN

1+0,5

x 1,342 = 0,14 m

G - H

1,34

2 x 9,81

1 khóa 900 ɛk = 1 3 cút 900 ɛ90 = 0,5

 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

Số bơm làm việc

Giờ trong ngày

Lượng nước bơm %/Qng

Lượng nước tiêu thụ %/Qng

Lượng nước ra đài %/Qng

0 - 1

Lượng nước vào đài %/Qng -

Lượng nước còn lại %/Qng 2,59

IV/ Thiết kế trạm bơm cấp II 1. Xác định lưu lượng bơm

1 - 2

3,23 3,04 0,19 2

2 - 3

3 - 4

3,25 3,04 - 0,21 2,38 2

4 - 5

3,30 3,32 3,05 3,05 - - 0,25 0,27 2,13 1,86 2 2

5 - 6

3,25 3,05 - 0,20 1,66 2

6 - 7

3,40 3,05 - 0,35 1,31 2

7 - 8

3,85 4,54 0,69 - 2,00 3

8 - 9

4,45 4,54 0,09 - 2,09 3

9 - 10

5,20 4,54 - 0,66 1,43 3

10 - 11

5,05 4,54 - 0,51 0,92 3

11 - 12

4,85 4,54 - 0,31 0,61 3

12 - 13

4,60 4,54 - 0,06 0,55 3

13 - 14

4,60 4,54 - 0,06 0,49 3

14 - 15

4,55 4,54 - 0,01 0,48 3

15 - 16

4,75 4,54 - 0,21 0,27 3

16 - 17

4,70 4,54 - 0,16 0,11 3

17 - 18

4,65 4,54 - 0,11 0 3

18 - 19

4,35 4,54 0,19 - 0,19 3

19 - 20

4,40 4,54 0,14 - 0,33 3

20 - 21

4,30 4,54 0,24 - 0,57 3

21 - 22

22 - 23

23 - 24

4,30 4,54 0,24 - 0,81 3

4,20 3,75 3,70 4,54 4,54 4,54 0,34 0,79 0,84 - - - 1,15 1,94 2,78 3 3 3

Tổng - 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:

100 100 3,56 3,56

Qng = 6.K.n.Qb + 18.K.n.Qb = 20000 m3 = 6.0,9.2. Qb + 18.0,9.3. Qb = 20000 m3

Nhóm 5

GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN

 Qb = 336,7 m3  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.

đh = 2,78%Qng

Vđ - Vậy thể tích của đài là:

Vđ = 2,78% x 20000 = 556 m3

- 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

𝑀𝑁𝑇𝑁 + hTXML = 18 – 5 + 20 = 33 m

𝑀𝑁𝑇𝑁 = 5 – 10m, chọn 5m

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 Với: ∇MĐ : cao độ mặt đất ∇𝐵𝐶𝑁𝑆 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

𝑣2 2𝑔

20000

Hh = i.l + ∑Ɛ×

= = 10000 = 115,74 (l/s)

Do trạm có 3 ống hút, tại thời điểm dùng nước lớn nhất thì mỗi ống tải 1 lưu lượng là: 𝑄𝑛𝑔 Qống = 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

3,07

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

0,922 2.9,81

1000

𝑣2

2.𝑔

20000

×6 + 6,25× = 0,29 (m)

= = 10000 = 115,74 (l/s)

3,07

Vậy hh = c) Xác định trên đường ống đẩy Hđ = i.l + ƩƐ. Do trạm có 2 ống hút, tại thời điểm dùng nước lớn nhất thì mỗi ống tải 1 lưu lượng là: 𝑄𝑛𝑔 Qống = 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

0,922 2.9,81

1000

= 22,06 (m) ×7100 + 6,1×

22,35

=115,74 (l/s)

115,742 = 1,67 x 10-3

Vậy hđ = 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 Qb ơm Qống = 2 Hống = Hđh + SQ2 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 =

Lập bảng:

Nhóm 5

GVHD – PHẠM ĐỨC TIẾN

Hđh 33 33 33 33 33 S 1,67 x 10-3 1,67 x 10-3 1,67 x 10-3 1,67 x 10-3 1,67 x 10-3 SQ2 0 4,18 16,7 22,37 37,58 Hb = Hđh +SQ2 33 37,18 49,7 55,37 70,58 Qống 0 50 100 115,74 150

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.