Nhà máy của trạm bơm là nơi đặt các thiết bị động lực ( máy bơm, động cơ …) và các trang thiết bị phụ ( bợm chân không, các hệ thống thiết bị phụ cơ, điện ..v.v.. ) phục vụ cho việc bơm nước thuận lợi và an toàn.
Ạ. CÁC LOẠI NHÀ MÁY BƠM
Dựa vào kiểu, hình thức kết cấu nhà máy, vùng sự dung, điều kiện địa hình, loại nguồn nước ..v.v.. nhà máy bơm được chia ra theo nhiều cách:
– Theo cách lắp trục tổ máy bơm: nhà máy trục ngang hay trục đứng với ống tháo khuỷu hay ống tháo xoắn, loại cáp xuyn hay loại giếng …
– Theo phương pháp dẫn nước đến máy bơm: nhà máy có ống hút hay tự chảy, loại buồng khô hay buồng ướt, loại ống hút cong đặt trong khối móng nhà máy …
– Theo cao trình đặt máy bơm so với mực nước ở nguồn: nhà máy với máy bơm đặt cao hơn hay thấp hơn mực nước mức nước nguồn.
– Theo hình thức kết cấu phần trên và phần dưới nhà máy: nhà máy kết cấu phần trên cao, nhà máy có kết cấu phần trên thấp, nhà máy hở, nhà máy có phần dưới dạng khối, nhà máy buồng khô hay buồng ướt.
– Theo giải pháp bố trí công trình chính: Nhà máy tách riêng hay bố trí kết hợp với cửa lấy nước hoặc với công trình tháo.
Đối với trạm bơm phục vụ nông nghiệp việc phân loại nhà máy bơm thường theo điều kiện cấu tạo . Nhà máy của trạm bơm đặt cố định chia ba loại ( Hình 11-1):
Hình 11 – 1. Các loại nhà máy bơm.
a – nhà máy lộ thiên móng tách; s – nhà máy kiểu buồng; b – nhà máy khối tảng; – trạm bơm thuyền; 1,4 – ống hút, ống đẩy; 2- gian máy; 3- cầu trục dầm treo; 5- tố? máy bơm; 6- buồng nhà máy bơm; 7- gian phụ; 8,12- cần trục chữ môn và cầu trục cầu; 9- trạm biến áp; 10,11- kênh tháo, kênh dẫn; 13- trống bảo vệ cá; 14- cầu nổi;15-nối cầu.
Nhà máy lộ thiên, móng tách : gian máy vá máy bơm chính đặt trên mặt đất đã san ủi mặt bằng ( xem Hình 11 – 1,a) móng tách rời với móng nhà máy;
Nhà máy kiểu buồng ( hay gọi là nửa dưới đất ): máy bơm chính đặt ở buồng thấp hơn mặt đất san ủi, thường nằm dưới mức nước trong kênh dẫn ( xem Hình 11 – 1,ô );
Nhà máy khối tảng: buồng dưới nước có dạng khối, phần dẫn hoặc ống hút cong của máy bơm đặt trong khối bê tông móng nhà máy ( xem Hình 11 – 1,b );
Ngoài những nhà máy bơm đặt cố định, trong nông nghiệp còn có những loại trạm bơm di động, trong đó nhà máy cũng là trạm, có đặc thù riêng ( Hình 11 – 1, và 11 – 2 ):
s – trạm bơm trên xe: 1- ống hút; 2- thùng xe; 3- van ống đẩy; 4- dầm chìa;5,8- thùng dầu và nhiên liệu, nước; 6- động cơ điezel; bơm li tâm.
Trạm bơm nổi ( Hình 11 – 1, ): tổ máy bơm chính đặt trên thuyền ( tàu ) riêng hoặc máy bơm chính đặt trên bè nổi hay cầu nổi ( Hình 11 – 2, a );
Trạm bơm đặt trên xe ( Hình 11 – 2,s ): máy bơm chính được lặp trên khung treo trên máy kéo, có thể di động dọc nguồn nước để hút nước;
Trạm bơm trên rẫy, bờ dốc ( Hình 8 – 9 ): tổ máy bơm được kéo dọc theo rây để ống hút đặt ngập dưới mực nước nguồn khi mực nước nguồn giao động lên xuống nhiều.
Sau đây trình bày những nguyên lý bố trí và thiết kế cơ bản của các loại nhà máy bơm đã để cập đến ở trên.
B. NHÀ MÁY BƠM KHỐI TẢNG
Nhà máy bơm khối tảng có đặc điểm là sử dụng bê tông liền khối, trong đó ống hút và khối móng được đổ bê tông thành khối lớn, nhờ vậy mà nhà máy đảm bảo không bị trượt hoặc bị đẩy nổi..v.v… Nhà máy này thường được sử dụng đối với trạm bơm trung bình, lớn và rất lớn với các loại máy bơm li tâm trục đứng ( Hình 11 – 5 ); máy bơm trúc, cánh chéo trục đứng ( Hình 11 – 3 ) và trục ngang loại vừa và lớn ( Hình 11 – 4 ). Lưu lượng mỗi máy bơm từ 0,5 đến hàng chục m3/s, thường dùng với máy bơm có lưu lượng lớn hơn 2 m3/s và lấy nước từ các nguồn nước hở, giao động mực nước bất kỳ.
Hình 11 – 3. Nhà máy bơm khối tảng với máy bơm hướng trục trục đứng.
a – ống hút kiểu buồng; s – nhà máy kết hợp với bể tháo; b – nhà máy toàn khối.
1- cửa lấy nước của nhà máy; 2- nguồn nước; 3,12- cần trục chữ môn và cầu trục cầu; 4- gian máy; 5- cầu trục dầm; 6- gian phụ; 7- ống đẩy; 8- động cơ điện; 9 – máy bơm trục; 10- buồng máy bơm; 11- buồng hút ( hay ống hút ); 13- kênh tháo; 14- cầu ôtô.
Hình 11 – 3 trình bày một số cách bố trí nhà máy bơm khối tảng dùng với máy bơm hướng trục trục đứng với các loại ống hút kiểu buồng ( hình a ), ống hút khuỷu cong (xem hình s và b ), ống đẩy loại xi phông và nhà máy liền khối với bể xả ( hình s ), hình b là một dạng đổ toàn khối phần móng và cả thân máy bơm. Phần trên của nhà máy bố trí gian máy chính và các phòng phụ về điện, các cần trục thao tác van thượng hạ lưu.
Hình 11 – 4 trình bày một số cách bố trí nhà máy bơm khối tảng dùng với các tổ máy bơm hướng trục trục ngang loại vừa và lớn. Đặc tính của loại trục ngang là động cơ điện đặt ở phần sàn khô, ngay trên ống hút khuỷa cong ( hình a và s ), riêng hình b có dạng đặc biệt: động cơ điện đặt trong buồng khô dưới mức nước, còn phần dẫn nước vào máy bơm gồm hai hành lang đối xứng hai phía của động cơ điện, giải pháp này cho phép rút ngắn chiều sâu khối dưới nước nhưng làm tăng bề rộng khối dưới nước.
Hình 11 – 4. Bố trí nhà bơm khối tảng với máy bơm hướng trục trục ngang.
1- nguồn nước; 2 – phần cửa lấy nước của nhà máy ; 3,5,19 – các cần trục: cầu trục cầu và cần trục o tô; 4- gian máy ; 6- đường tải điện; 7- máy biến áp chính; 8- thiết bị phân phối điện ; 9,14,18- các cửa van: van cung, van đĩa, van sữa chữa – sự cố; 10- máy tời;
11- kênh tháo; 12- rãnh van sửa chữa; 13- dung tích điều tiết; 15- tổ máy bơm; 16- ống hút khuỷu cong; 17- máy dọn rác; 20- cầu ô tô.
Hình 11 – 5. Bố trí nhà máy bơm khối tảng với bơm li tâm trục đứng.
a, ỗ, b – xây dựng trên nền: đất chặt ( lún < 5 cm ), nền đất yếu ( lún > 5 cm ), nền đá ( khi mức nước nguồn giao động lớn ); 1- nguồn nước; 2- phần lấy nước của nhà máy; 3,5- cầu trục chữ môn và cầu trục cầu; 4- gian máy; 6- phong phụ; 7- nửa tầng cáp; 8- ống đẩy; 9- van đĩa; 10- động cơ điện; 11,14- máy bơm li tâm và ” máy bơm bổ sung”; 12- ống hút khuỷu cong; 13- trạm máy biến áp.
Hình 11 – 5 biểu thị một số sơ đồ bố trí nhà máy bơm li tâm trục đứng khối tảng tùy thuốc vào điều kiện tự nhiên nơi đặt nhà máy. Hình 11 – 5,a đặc trưng cho loại gian máy cao bên cạnh là trạm phân phối điện và những phòng phụ khác. Máy bơm chính và ống hút được đổ liên khối trong móng . Đoạn trên của đường ống đây làm bằng thép không có khớp co giảm nhiệt độ. Kết cấu đơn giản này chỉ được dùng khi chênh lệch độ lún giữa nhà máy và ống < 2 … 5 cm, thường dùng khi nên chặt ít nén được ( mô đun biến dạng không nhỏ hơn 500 kg/cm2 ), đoạn đầu ống đẩy đặt trên nền đất nguyên dạng.
Sơ đồ Hình 11 – 5,s phức tạp hơn sơ đồ a. Động cơ điện chính được đặt trên sàn tầng giữa nằm dưới mực nước lớn nhất, có đặt khớp nhiệt độ ở đoạn ra ống đây. Khối lượng kết cấu giếng khớp nhiệt độ và khối mố néo khá lớn gần bằng khối lựng phần dưới của nhà máy. Máy biến áp động lực đặt cạnh phòng phân phối điện cơ tác dụng giảm bớt chiều dài đường dẫn điện ( cáp , cầu thanh góp ). Nền giếng cần phải đặt trên nền đất nguyên dạng.
Nhược điểm của sơ đồ này là phải dùng hai khớp biến dạng ( giữa giếng và nhà máy với mố néo ), trong điều kiện biến dạng lớn sẽ không bảo vệ được khớp nhiệt độ ngập nước ngầm, rất khó vận hành kết cấu dịch chuyển của khớp nhiệt ở giếng sâu khi thiếu thiết bị nâng tải trọng.
Sơ đồ Hình 11 – 5,b có tính đặc biệt là có thêm các tổ “máy bơm bổ sung” 14 dọc buồng bơm chính, gian máy đặt dưới mực nước hồ, và phần rác và ống đẩy lộ trên mặt đất. Ưu điểm chính và sơ đồ này là kết cấu đoạn ra ống đẩy đơn giản: khớp co giản nhiệt độ có thể đặt cao hơn mặt đất mặc dầu điều đó làm tăng chiều dài ống đẩy và tốn năng lượng. Nhược điểm lớn của nó là khi xảy ra sự cố, nhân viên khó thoát thân. Đôi khi lúc giao động mực nước nhỏ hơn 10 m động cơ điện chính cao hơn cao trình không ngập làm tăng chiều dài trục tổ máy.
Sau đây chúng ta nghiên cứu chi tiết hơn về thành phần nhà máy.
I. Phần dướỉ nước của nhà máy bơm khối tảng
Phần dưới của nhà máy bơm khối tảng có kết cấu dạng khối lớn, kể từ sàn động cơ trở xuống đáy móng nhà máy. Phần này gồm phần cửa lấy nước, ống hút, buồng đặt máy bơm chính, ống đầy và các van, hệ thống tháo nước thấm nước tháo …
1. Ống hút của nhà máy bơm khối tảng
Ống hút trong nhà máy bơm khối tảng là bộ phận hướng dòng nước vào máy bơm một cách đều đặn giảm tổn thất cột nước. Người ta đổ bê tông ống hút trong khối bê tông móng nhà máy theo hình dạng thuận dòng bằng cách thay đổi dần tốc độ chảy trong ống hút. Thông qua nhưng kết quả thí nghiệm để xác định kích thước và đưa ra ba dạng: ống hút loại buồng, hai dạng ống hút loại khuỷu cong. Kích thước ống hút do nhà máy chế tạo bơm cung cấp hoặc nếu chưa có ta có thể tham khảo sơ bộ theo Hình 11 – 6 trang sau. Để giảm tổn thất dòng chảy qua ống hút ta tăng kích thước của nó nhưng lại tăng kích thước khối móng nhà máy, làm tăng giá thành xây dựng và phí quản lý. Do vậy cần phải thiết kế hình dạng và kích thước ống hút hợp lý và dùng vữa xi măng số hiệu cao trát bề mặt hay lát thép mặt trong ống hút để giảm sức kháng thuỷ lực tăng hiệu suất ống hút, đồng thời giảm khối lượng công trình.
Theo tài liêu thí nghiêm ồng hut do Liên Xồ cu cung cấp, ta có ba loại sau:
– Loại ống hút kiểu buồng ( hay loại ống hút thẳng hình chữ nhật ) hình 11 – 6,a, loại này có cấu tạo đơn giản, dùng cho máy bơm hướng trục trục đứng có lưu lượng không lớn và đường kính BXCT nhỏ hơn 87 cm. Hệ số sức cản của đường ống với buồng là z = 0,6.
– Loại ống hút khuỷu cong có chiều cao lớn chiều rộng nhỏ ( Hình 11 – 6,s). Loại này dùng cho máy bơm li tâm và hướng trục có lưu lượng tương đối lớn. Do dạng cong nên tổn thất cột nước nhỏ hơn loại buồng. Vì cột nước do máy bơm tạo ra không cao mà lưu lượng lại lớn, hệ số sức cản giảm nhỏ (Z = 0,5 ) do đó loại này tiết kiểm đáng kể về năng lượng bơm và làm tăng hiệu suất của trạm .
– Loài ống hút khuỷu cong có chiều cao nhỏ nhưng chiều rộng tăng ( H 11 – 6,b) Loài này dùng khi cao trình đặt máy bơm đặt thấp hơn đáy buồng nhận nước.
Hình 11 – 6. Hình dạng và kích thước ống hút của nhà máy khối tảng.
a – ống hút kiểu buồng ; s – ống hút khuỷu cong cao; b- ống hút khuỷu cong thấp.
2. Phần cửa lấy nước của nhà máy bơm khối tảng.
Phần cửa lấy nước của nhà máy bơm khối tảng ( và d một số nhà máy loại buồng ) được xây liền với nhà máy nhằm đảm bảo lấy đủ nước, ngăn chặn vật nổi và cá vào máy bơm, có khả năng ngắt dòng nước để tiến hành sữa chữa, giảm tổn thất cột nước và phân bố vận tốc đều đặn ở cửa vào ống hút.
Kết cấu phần cửa lấy nước của nhà máy loại khối tảng và loại buồng phụ thuộc vào lưu lượng của máy bơm chính và điều kiện lấy nước ( biên đố mực nước, mực đố đống rác của nguồn nước … ): Khi độ sâu nước trong kênh < 2,5 m nên dùng của lấy nước đơn giản gồm lưới chắn rác đặt nghiêng dọn rác bằng tay, dùng máy đóng mở van sửa chữa bằng máy nâng vít ( xem Hình 11 – 7,a ). Khi trạm bơm có lưu lượng < 4 m3/s, lấy nước từ nguồn nước tương đối sạch có thể dùng cửa lấy nước hai rãnh kết hợp cho cửa van và lưới chắn rác và dọn rác bằng cao cơ khí đặt trên cấu trục chữ môn ( Hình 11 – 7,s ). Khi trạm bơm có lưu lượng lớn hơn 4 m3/s dùng cưa lấy nước với hai rãnh van riêng cho cả van và cho lưới chắn rác ( Hình 11 – 7,b ) hoặc lười nghiêng không rãnh làm sạch bằng máy dọn rác từ di động ( Hình 11 – 7, I ,d ).Ưu điểm của hai loại sau là : khi tốc độ dòng chảy trong cửa lấy nước đạt đến 1,5 m/s vẫn không phát sinh nước xoáy. Khi nước nguồn có độ đục lớn nên dùng cửa lấy nước xi phông vì loại này không cần phải đặt van sửa chữa, tuy nhiên giá thành xây dựng và chi phí vận hành lớn.
Hình 11 – 7. Các sơ đồ phần lấy nước của nhà máy khối tảng và buồng.
a,s – với tiết diện lỗ lấy nước < 4 m2; b, ,d – tiết diện > 4 m2; 1- nguồn nước; 2- lưới chắn rác; 3- tường ngực; 4,13- các rãnh của van sữa chữa và rãnh lưới chắn rác; 5- ống hút; 6- máy nâng kiểu vít; 7- gian máy; 8- xe chuyển rác; 9- cầu trục chữ mồn; 10- máy dọn rác; 11- dầm cắp ; 12- nơi dưỡng hộ van sửa chữa.
Rãnh van có thể đặt thép dẫn hướng hoặc không có thép dẫn hướng. Khi trong nước có vật nổi lớn cần phải đặt tường ngực, việc chọn cao trình tường ngực cần đảm bảo không sinh phểu xoáy ở mép dưới của tường, muốn vậy nên đặt mép dưới của tường ngực thấp hơn mức nước nhỏ nhất không nhỏ hơn 0,5 m
Hình dạng phần vào cửa lấy nước và mép lượn của trụ van chỉ dẫn như ở hình 11 – 8. Đầu vào của trụ cần có dạng trọn hoặc ellipse. Khi hướng nước vào xiên góc cần tăng chiều dài trụ và làm không đối xứng để cho dòng chảy vào lưới chắn rác và lỗ vào ống hút đều đặn.
Hình 11 – 8. Sơ đồ phần vào của cửa lấy nước nhà máy khối tảng và buồng.
a – tường ngực và trần ống hút; s,b – trụ thẳng và trụ xiên; – tường ngực 1; 1,5 – tường ngực thứ nhất và thứ hai; 2- trụ; 3,4,6 – các rãnh lần lượt của: máy dọn rác,lưới chắn rác, van sửa chữa; 7- trần ống hút của máy bơm.
3. Tầng dưới cửa nhà máy bơm khối tảng.
Tầng dưới của nhà máy bơm khối tảng tính từ sàn đặt động cơ chính trở xuống, thường đặt các ống hút, ống đẩy và các thiết bị phụ thủy lực khác. Các điều kiện ảnh hưởng đến kích thước tầng dưới nhà máy là: lưu lượng máy bơm, loại và kết cấu kích thước máy bơm, giao động mức nước và chiều sâu nước ở bể hút, độ vững chắc của nhà máy, cách tháo lắp thiết bị, vật liệu xây dựng và biện phấp thi công …
a. Bố trí và kích thước khối móng:
Khối móng của nhà máy bơm khối tảng được đổ bê tông liền khối. Khi nền là đất dưới khối móng cần một số lớp cấu tạo sau đây: lớp sát đáy móng là lớp nhựa đường dày 2 … 3 cm có lưới thép với đường kính o = 5 … 6 mm, đặt cách nhau 20 … 30 mm để giữ cho nhựa khỏi bị chảy; dưới lớp nhựa đường là lớp bê tông thô số hiệu 40 … 60 # dày 15 … 20 cm; dưới cùng là lớp sỏi hoặc đá dăm dày 5 … 10 cm và san bằng mặt. Khi nền yếu phải tính toán gia cố nên bằng các biện pháp: nên cao, thả giếng chìm ..v.v… Trong khối móng bố trí đường hầm tập trung nước 4 ( xem Hình 11 – 9 ) từ ống hút khi sửa chữa và nước thấm từ sàn bơm chảy xuống ( xem lại Hệ thống tiêu nước trong nhà máy chương X ), đường hầm có cao trình đáy thấp hơn đáy ống hút từ 10 … 20 cm và có đường ống 3 nối với ống hút Kích thước ngang của đường hầm tối thiểu 1,8 x 0,8 m để đảm bảo đi lại khi sửa chữa các thiết bị dưới đường hầm. Dọc đường hầm có rãnh tập trung nước về hố bơm tiêu nước trong nhà máy, độ dốc rãnh lấy từ 1/500 … 1/1000. Kích thước khối móng ( xem Hình 11 – 9 ) tính theo công thức:
hm = hi + h2, ( m ) ( 11 – 1 )
Trong đó: hi là chiều dày tấm đáy nhỏ nhất, xác định dựa vào tính toán cân bằng tĩnh. Trường hợp sơ bộ lấy từ 0,8 … 1,2 m;
h2 là chiều cao từ đáy đường hầm đến sàn bơm, nó bằng chiều cao ống hút
ho cộng với h6, chiều cao ống hút ho tra được, còn chiều cao h6 là độ chênh giữa đáy ống hút 2 và đáy đường hầm 4 để đảm bảo tháo tự chảy từ ống hút ra đường hầm thường lấy
h6 = 0,2 … 0,3 m => h2 = ho + h6 .
Độ cao móng hm có quan hệ với cao trình đắt máy bơm như: hm = Vdm – h3, vơi h3 là đồ chênh giửà giửà cao trình đẳt mày bơm và cao trình sàn bơm, thương sơ bồ lầy h3 = 0,6 … 0,8 m, lầy chính xác tử tài liêu mày bơm.
Hình 11 – 9. Sơ đồ xác định kích thước nhà máy bơm khối tảng.
a – mặt cắt ngáng nhá máy ; b – mặt cắt dọc nhá máy.
b. Bố trí và kích thước gian máy bơm.
Gian máy bơm chính là nơi đặt máy bơm chính, ống đẩy, thiết bị phụ và bệ đỡ động cơ điện, yêu cầu phải khô ráo và sạch sẽ vá đảm bảo đi lại vận hành. Gian máy bơm có thể ngăn thành từng buồng cho từng tổ máy bơm, cũng có thể không xây ngăn mà để thông giữa các tổ máy. Việc xây ngăn hay không tùy thuộc vào độ cứng của tường nhà máy. Khi chiều cao gian bơm lớn hơn 10 m người ta thường xây tường ngăn để rút ngắn chiều dài nhịp dầm đỡ các dầm chính của động cơ chạy suốt dọc nhà máy, giảm khối lượng bê tông và thép dầm, nhưng cũng làm tăng chiều dài nhà máy tăng khối lượng bê tông của gian máy. Ngược lại, trong kết cấu không có tường ngăn thì chiều dài nhà máy sẽ giảm, nhưng tường thượng hạ lưu nhà máy sẽ dầy hơn để đỡ dầm chính của động cơ. Vì vậy lọai không có tường ngăn thường dùng khi chiều cao gian máy bơm tư 5 … 8 m. Theo kinh nghiệm thường bề dày tường s thượng hạ lưu lấy như sau: khi chiều cao tường 4 m thì lấy s = 0,6m; khi chiều cao tường 6 m lấy s = 0,8 m; cao 8 m lấy s =1 m.
Để chống thấm nước vào gian máy bơm, khi xây dựng mặt ngoài tường ta trát lớp xi măng chống thấm cao hơn mực nước cao nhất một đoạn 0,5 m, phía tường có đắp đất phải quét thêm hai hoặc ba lớp nhựa đường và phủ ngoài bằng bao tải, mặt trong tường quét vôi chống ẩm.
Từ gian bơm xuống ống hút và đường hầm thường làm các cửa lên xuống và cầu thang ở vị trí thuận lợi. Lỗ cửa có kích thước đủ cho người lên xuống, thường lấy đường kính 0,8 m, nếu lỗ vuông thì lấy 0,8 x 0,8 m. Đậy lỗ bằng thép tấm dày 1 … 1,5 cm, để chống nước rò lên sàn ta đặt tấm đệm cao su dưới tấm nắp chọ kín nước.
* Thao hình vẽ 11 – 9 chiều rộng đáy móng được tính như sau:
Tính theo công thức trên nếu không đủ kích thước quản lý trong nhà máy thì có thể kéo dài ống hút ra phía bể hút. Và cũng cần chú ý bố trí kích thước sao cho tầng máy bơm và tầng động cơ phía trên khớp nhau để việc truyền trong lượng phía trên xuống đúng đường tâm tường tầng dưới.
* Chiều cao toàn bộ tầng dưới sẽ là :
Hd = hm + hgb ; ( m ) ( 11 – 3 ) ( 11 – 3 )
Trong đó: chiều cao gian bơm hgb = h3+ h4+ h5, ( m )
Các kích thước trên phải tra tài liệu máy bơm và dựa thêm vào mực nước lớn nhất ở bể hút. Căn cứ vào máy bơm đã chọn ta tìm cao trình đặt máy bơm ( trên hình là Vi ) và cao trình trung tâm miệng ra máy bơm ( V 2 ) và căn cứ vào mực nước lớn nhất lấy cao trình sàn động cơ cao hơn mực nước lớn nhất ( Zmax ) + độ cao sóng leo ( hsl) và một độ an toàn 0,5 m :
Khi xác định được các cao trình trên chúng ta sẽ tìm ra các trị số h3 , h4 , h5. Trong điều kiện mực nước trước trạm giao động lớn thì h5 sẽ rất lớn và yêu cầu miệng ống hút phải ngập dưới mực nước nhỏ nhất một đoạn từ 0,5 … 1 m lúc này có thể phải nối thêm trục giữa máy bơm và động cơ.
* Chiều dài tầng dưới nhà máy nếu có tường ngắn:
Chiều dài tổng cộng của tầng dưới nhà máy sẽ do số máy bơm và cách bố trí thiết bị phụ quyết định, thường lấy bằng chiều dài gian xây trên mặt đất để bảo đảm nhà máy ổn định và các gian đầu hồi tầng dưới sẽ đặt các thiết bị phụ như: bơm cấp nước kỹ thuật, bể lọc nước, hố tiêu nước … Do vậy chiều dài tổng cộng của tầng dưới tính như sau:
Ltd = Ltr(n — 1) + l + Ddc + b4 + 2 S t + 0,2 ; ( m ) ( 11 – 4 )
Trong công thức: n là số tổ máy bơm chính;
l – chiều dài sàn lắp ráp, thường lầy bằng một gian máy, yêu cầu đủ kích thước để đặt các bộ phận cần sửa chữa;
s t – chiều dày tường của gian xây trên mặt đất để đặt động cơ, thường lấy 0,25 …0,35 m;
0,2 – hai mép thừa giữa tầng dưới và tầng trên cho truyền lực đúng tâm tầng dưới.
Ddc – đường kính động cơ, ( m );
b4 – lối đi lại giữa và động cơ và tường ngắn, lấy ít nhất 1m khi điện áp thấp và 1,5 m khi điện áp cao;
Ltr = Db + 2 a4 + s là khoảng cách giữa hai trục tổ máy bơm, ( m ), trong đó s là bề dày tường ngắn lấy theo tính toán.
Việc xác định kích thước tầng dưới nhà máy bơm li tâm trục đứng khối tảng cũng tương tự, cần chú ý thêm về kích thước tăng thêm do có van ống đẩy, kích thước bản thân máy bơm … mà máy bơm hướng trục và hướng chéo không có. Cũng cần chú ý rằng trong thực tế thiết kế từ kích thước tổ máy cộng với những quy định về khoảng cách đi lại, yêu cầu về sửa chữa, về thiết bị phụ …vv.. đặt lên giấy vẽ và điều chỉnh cho thích hợp để chọn ra kích thước nhà máy chứ không cần phải tính chi tiết theo các công thức trên một cách máy móc sẽ làm mất cân xứng về kích thước nhà máy.
Vật liệu để xây tầng máy bơm khối tảng thường là bê tông cốt thép số hiệu không nhỏ hơn 150 # , dùng bê tông chống thấm từ B4 trở lên, để xây dựng trong điều kiện nước ngầm có tính xâm thực thì phải dùng loại xi măng đặc biệt để chống xâm thực.
II. Phần trên của nhà máy bơm khối tảng và loại buồng.
1. Bố trí tổng thể phần trên của đầu mối nhà máy bơm
Phần trên thông thường bao gồm: gian máy chính, sàn lắp ráp và các nhà phụ xây ghé sát gian máy chính để đặt các thiết bị điện ( thiết bị khởi động, điều khiển, thiết bị phân phối điện …), trạm máy biến áp và các thiết bị phụ khác. Gian máy chính chứa động cơ điện, các tụ điều khiền tổ máy, bên trên có cấu trúc di động để nậng hạ thiết bị nâng cần lắp ráp sửa chữa. Về cấu tạo, phần trên nhà máy là một nhà công nghiệp thông thường, kể từ cao trình sàn động cơ trở lên ( xem khái quát Hình 11 – 10 ). Từ hình vẽ ta thấy quan hệ giữa phần trên và phần dưới của đầu mối nhà máy bơm khối tảng, máy bơm hướng chéo. Phần trên kể từ cao trình sàn động cơ ( V18,5 ). Gian máy chính chứa phần trên của động cơ điện, phần bao che gồm có các cột đỡ ( hoặc khung ) mái đỡ dầm cấu trục và phần bao che, bên trên có bố trí cầu trục 4 chạy dọc gian máy, các cửa sổ và cửa ra vào … Phía trái gian máy chính là phần cửa lấy nước gốm cần trục chữ môn 3 thao tác van, lưới chắn rác và thiết bị dọn rác. Xây ghé bên phải nhà máy chính có gian thiết bị phân phối điện và điều khiển 7 và trạm máy biến áp 5 ha điện áp từ lưới điện và đưa điện về thiết bị phân phối điện của trạm. Đây là cách bố trí điển hình phần trên của đấu mối nhà máy bơm khối tảng và của nhà máy kiểu buồng.
a. Cấu tạo các kết cấu của gian máy chính.
Sau đây ta xem xét một số kết cấu trong gian máy chính của nhà máy bơm:
Hình 11 – 10. Bố trí đầu mối trạm bơm khối tảng.
1- van sữa chữa; 2- lưới chắn rác; 3- cần trục chữ môn vớt rác bằng gầu ngoạm; 4- cầu trục gian máy chính; 5- máy biến áp động lực; 6- máy bơm cánh chéo.
Kết cấu khung, cột nhà máy:
Kết cấu khung nhà máy gồm các cột đỡ hoặc khung nhà máy, là bộ phận chịu lực chủ yếu của phần trên nhà máy thường là kết cấu bê tông cốt thép số hiệu cao. Khi trọng lượng nặng nhất cần tháo lắp dưới 5 tấn thường ta dùng các hàng cột hai bên không có dầm nối hai hàng cột, nếu trọng lượng trên lớn hơn 5 tấn thì dung khung cứng. Kích thước tiết diện cột hoặc khung và diện tích cột thép trong kết cấu phải được tính toán xác định cụ thể. Tuy nhiên qua kinh nghiệm thiết kế ta có thể chọn sơ bộ ban đầu về tiết diện cột hay dầm, sau đó tính toán cụ thể.
Cột chia làm hai phần, lấy vị trí dầm đỡ cầu trục làm mốc: phần trên dầm đỡ cầu trục làm nơi tựa kết cấu mang lực mái; phần dưới dầm đỡ cầu trục chịu các lực và tải trọng: tải trọng truyền từ dầm đỡ cầu trục truyền tới, tải trọng của kết cấu mang lực mái, tải trọng cầu trục và tải trọng vật nâng, tải trọng cột … Cột thường có tiết diện chữ nhật: phần trên có tiết diện 380×400, 600×400 mm; phần dưới thường 600 x 400, 400 x 800, 800 x 500 mm … Khi thiết kế khung cột cần chú ý đến hình thức liên kết giữa tường, kết cấu liên kết giữa dầm đỡ cầu trục và cột, liên kết giữa đường ray trên dầm đỡ cầu trục và dầm đỡ …
Mái nhà máy gồm :
Kết cấu mang lực mái ( dầm hoặc dàn thép ), kết cấu nền tựa mái, kết cấu bao che. Tiết diện mái bê tông cốt thép thường có dạng chữ T hay chữ nhất chiều rộng cánh chữ T thường lấy lớn hơn 1/50 … 1/60 chiều dài của dầm, chiều cao giữa nhịp dầm thường lấy bằng 1/10 … 1/15 chiều dài nhịp dầm. Cần chú y nếu dầm mái có nhiệm vụ giữ dầm treo cầu trục gian máy thì chọn tiết diện phải lớn và chịu lực lớn hơn.
Cửa sổ và cửa ra vào của nhà máy:
Vì tầng trên nhà máy xây trên mặt đất, để nhận đủ ánh sáng mặt trời và thông gió thoát nhiệt cho nhà máy diện tích cửa phải chọn đủ để đạt những yêu cầu trên. Theo kinh nghiệm ở giàn máy chính thường lấy tổng diện tích cửa sổ bằng 1/3 … 1/5 và không nhỏ hơn 1/8 diện tích mặt sàn động cơ. Ở các gian phụ, diện tích này có thể lấy nhỏ hơn, thường lấy 1/10 … 1/12 diện tích sàn của các gian đo. Trong các gian đặt tủ điện thường chỉ làm cửa sổ chiếu sáng và bọc lưới thép để ngăn rắn rết bò vào các tụ điện. Chiều rộng cửa sổ thường lấy bội của 500 mm: 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 6 m. Chiều cao cửa sổ thường lấy bội của 600 mm: 1,2; 1,6; 2,4; 3; 3,6; 4,8 m.
Các cửa lớn phục vụ ra vào thường đặt ở tường đầu hồi thuộc gian lắp ráp để tiện chuyển máy móc thiết bị từ ngoài vào nhà máy. Cửa lớn thường đóng hàng ngày. Kích thước cửa lớn chọn tùy thuộc kích thước phương tiện vận chuyển vào nhà máy và kích thước vật cồng kềnh nhất cần chuyển vào giàn lắp ráp và lấy không nhỏ hơn 2,5 m, cao hơn 3 m. Nếu sửa chữa máy biến áp trên sàn lắp ráp thì phải làm đường rầy vào nhà máy và bảo đảm đường rầy nằm ngang xuyên qua cửa lớn mà độ cao sàn phải cao hơn mặt đất sàn ủi.
Cấu tạo và tính toán thiết kế kết cấu chi tiết phần trên nhà máy sinh viên cần xem ở các tài liệu và giáo trình kiến trúc, kết cấu ..v.v.. trong giáo trình này chỉ trình bày mang tính hệ thống và số liệu đúc kết kinh nghiệm có liên quản trực tiếp đến môn học mà thôi.
b. Sàn lắp ráp trong nhà máy.
Sàn lắp ráp thường đặt phía đầu hồi của gian máy chính, gần đường chở vật liệu máy móc. Yêu cầu diện tích cuả gian lắp ráp phải đủ để bố trí các cụm thiết bị để tiến hành lắp ráp, sửa chữa ( các cụm thiết bị gồm có: máy biến áp, các giá đỡ trên và dưới của động cơ điện, rô to động cơ, trục, BXCT máy bơm, nắp máy bơm, ổ chịu lực … ). Cũng có thể kết hợp bố trí một số cụm thiết bị cần sửa chữa trong gian máy chính khi sàn không đủ diện tích nếu bảo đảm việc sửa chữa không ảnh hưởng xấu đến độ an toàn của tổ máy đang vận hành ( xem ví dụ ở Hình 11 – 11 ). Bề rộng sàn lắp ráp nên lấy bằng bề rộng gian máy để tận dụng cầu trục gian máy để nâng và chuyển các cụm thiết bị, việc bố trí vị trí các cụm máy cần bảo đảm tầm nâng nằm trong vùng hoạt động của các móc cầu trục. Trên sàn gian máy chính cần bố trí các lỗ liền thông với tầng dưới để thả móc cầu trục kéo van và một số thiết bị bên dưới lên để sửa chữa.
Hình 11 – 11.Bố trí các cụm thiết bị sữa chữa trên sàn lắp ráp và gian máy.
1,2- giá đỡ trên và dưới của động cơ; 3- vùng đặt MBA sửa chữa; 4- ổ chịu lực; 5- rôto động cơ điện; 6- trục; 7,8- BXCT và nắp máy bơm; 9,10- ranh giới vùng làm việc của móc chính và móc phụ cầu trục; 11- trục dầm đỡ cầu trục; 12- lỗ nâng van đĩa; 13,14,15 – động cơ điện.
c. Các gian thiết bị phụ phần điện
Các gian thiết bị phụ phần điện thường được bố trí cùng tầng trên với gian máy, trong đó chứa các tụ điện điều khiển, các thiết bị phân phối cùng phía với trạm máy biến áp để rút ngắn đường dây dẫn điện và dễ quản lý. Nếu số lượng tụ điện quá nhiều thì thường các gian thiết bị điện xây ghé sát và thông với gian máy gian máy chính ( xem Hình 11 – 10 ở trên ), nếu diện tích gian máy có đủ để bố trí các thiết bị điện thì đặt chúng luôn trong gian máy chính ( xem Hình 11 – 13 ). Trường hợp không thể bố trí các gian điện liền với gian máy chính thì mới bố trí chung ở khu riêng tách khỏi nhà máy, cách bố trí này sẽ không lợi về quản lý. Các gian đặt thiết bị điện phải đảm bảo khô ráo, thông gió tốt, an toàn điện, dùng vất liệu chống cháy để xây buồng .
2. Kích thước phần trên nhà máy bơm
Kích thước phần trên nhà máy phái chọn kết hợp chặt chẽ với các buồng của tầng dưới và có các cầu thang lên xuống thông thương nhau và có các lỗ trục vật để tận dụng các móc cầu trục của gian máy chính.
Kích thước bề rộng gian máy dựa vào yêu cầu đủ để đặt phần trên động cơ điện và các tụ điều khiển, đo lượng, đủ khoảng cách để nhân viên đi lái vận hành an toàn, kết hợp với bể rỗng nhịp cầu trục đã sản xuất sẵn để chọn, chú ý đến phạm vi hoạt động của các móc cầu trục để bảo đảm nâng hạ vật nặng đúng tâm an toàn. Khoảng cách trục gian động cơ lấy theo công thức sau và cân bằng khoảng cách trục phần dưới của nhà máy:
Ltr = Ddc + b4, các ký hiệu như đã giải thích ở phần trước.
Chiều cao tầng trên được xác định chủ yếu theo yêu cầu nâng được cụm thiết bị cao nhất và chuyển chúng qua các thiết bị khác đang làm việc không bị va chạm ( chủ yếu rút BXCT + trục máy bơm hoặc roto + trục động cơ điện ) đồng thời rút được lõi máy biến áp khi sữa chữa MBA trên sàn lắp ráp.
Chiều cao tầng trên phụ thuộc chủ yếu vào cách bố trí thiết bị chính và điều kiện tháo lắp các cụm thiết bị tại nơi đặt máy và vận chuyển đến sàn lắp ráp để sửa chữa. Yêu cầu cao trình dầm đỡ cầu trục ( V dct ) phải đủ cao để rút các cụm thiết bị cao nhất tại chỗ và cẩu qua các tổ máy đang làm việc không bị va chạm. Theo hình vẽ 11 – 1 cao trình V dct được xác định theo công thức sau:
Từ cao trình Vdct và kích thước cầu trục, kết cấu mái… ta tính được chiều cao tầng trên nhà máy. Chú ý rằng cao trình dầm cầu trục còn có liên quan đến việc rút lõi máy biến áp khi sửa chữa MBA trong nhà máy, nếu cao trình xác định theo công thức 11 – 5 mà không bảo đảm sửa chữa MBA thì có thể nâng V dct cao lên hoặc đào hố MBA ở sàn lắp ráp để thoả mãn rút được lõi mà không phải nâng dầm.
Sàn động cơ điện đúc bằng bê tông cột thép tại chỗ , chiều dày sàn khoảng 12 … 15 cm, các dầm đỡ động cơ bố trí theo điều kiện cấu tạo của tầng dưới . Nếu buồng máy bơm không có tường ngăn giữa các máy bơm thì dầm chính đặt trên tường thường hạ lưu nhà máy, nếu có các tường ngăn thì dầm chính đặt dọc nhà máy gối lên các tường ngăn.
Hình 11 – 12* Cắt dọc và bố trí mặt bằng gian động cơ nhà máy khối tảng.
1- động cơ điện; 2- máy bơm chính; 12- các tủ điện điều khiển; 14- ống tràn nước ;15- thiết bị phân phối điện; 16- các thùng dầu vận hành; 17- máy bơm tháo nước; giếng nước tháo; 13- đường hầm tập trung nước tháo và nước thấm; 11- cầu trục .
C. NHÀ MÁY BƠM KIỂU BUỒNG.
Nhà máy bơm kiểu buồng là nhà máy có móng đúc liền và các tổ máy bơm chính và giàn máy nằm thấp hơn cao trình mặt bằng san ui của khu nhá máy. Nhà máy bơm kiểu buồng thường dung cho trạm bơm vừa và lớn, lấy nước từ nguồn nước hở đặt trên bờ ổn định khi giao động mức nước vượt qua khả năng hút của máy bơm. Nó thường được lắp máy bơm li tâm song hướng lớn và các loại bơm hướng trục và các bơm trục đứng. Lưu lượng lớn nhất đạt được của kiểu nhà máy này có thể tới 10 m3/s, thường dùng nhà máy kiểu buồng với lưu lượng máy bơm Q < 2 m3/s.
Nhà máy bơm kiểu buồng về kết cấu chia ra hai loại:
Nhà máy loại buồng khô : Máy bơm chính được đặt trong buồng khô ráo, liên hệ với nguồn nước thông qua ống hút dài khi nhà máy và cửa lấy nước đứng tách riêng ( xem Hình 8 – 2,b ; Hình 11 – 1,s ; Hình 11 – 15 ) hoặc ngay từ phần cửa lấy nước của nhà máy loại kết hợp giữa nhà máy và cửa lấy nước ( xem Hình 11 – 7,, s ). Chiều cao hút nước có thể bất kỳ ( âm, dương hoặc bằng 0 ), do vậy được dùng rộng rãi.
Nhà máy loại buồng ướt: Khác với loại buồng khô, ở đáy máy bơm được đặt chìm ngay trong nước ( xem Hình 11 – 13 ), được xây dựng khi dùng bơm trục trục đứng, độ cao hút nước hs âm. Trong một số trường hợp khi giao động mực nước trong buồng ướt quá cao, để ổ trục trên của máy bơm không bị ngập nước người ta xây thêm tầng khô phía trên để đặt máy bơm, gọi là nhà máy bơm buồng ướt máy đặt ở tầng khô ( hình s ) . Loại nhà máy này đặt máy bơm trục hoặc li tam có lưu lượng nhỏ hơn 2 m3/s và giao động mực nước trung bình ( không quá 8 m ).
Nhà máy bơm kiểu buồng có cấu tạo phần trên giống nhà máy khối tảng chỉ khác nhau về cấu tạo phần dưới nước. Sau đây ta đi sâu nghiên cứu cách bố trí và xác định kích thước buồng hút của phần dưới nước nhà máy bơm kiểu buồng nói chung.
I. Đặc điểm va cẩu tạo nha may bơm loại buồng ướt
Về mặt cấu tạo, gian máy bơm của nhà máy loại buồng ướt giống như đối với nhà máy bơm khối tảng. Do vậy các yêu cầu về bố trí và xác định kích thước tầng máy bơm này có thể tham khảo theo cách làm của nhà máy bơm khối tảng. Cần chú ý thêm những vấn đề sau đây cần nghiên cứu khi thiết kế nhà máy kiểu buồng:
– Hiện tượng phát sinh xoáy nước xung quanh ống hút của máy bơm, do vậy cần tính toán lựa chọn kích thước và hình dạng buồng hút cho hợp lý, nhất là khi bơm lưu lượng
lớn thì khả năng sinh xoáy nước càng lớn. Do vậy nên đối với loại buồng này chỉ nên dùng với máy bơm có lưu lượng nhỏ hơn 2 m3/s.
– Kết cấu phận mong buồng ướt nhẹ, do vậy để chống trượt và lật cần phải tăng trọng lượng nhà máy vá tính toán kiểm tra cân bằng lực với các tổ hợp lực đặc biệt.
– Nhà máy loại buồng ướt, do máy bơm đặt chìm trong nước nên việc bảo dưỡng tu sửa và quản lý không thuận lợi. Vì vậy cần nghiên cứu kiểm tu định kỳ khi trạm không làm việc.
– Nhà máy loại buồng ướt dễ thi công nên được dùng nhiều, nhất là đối với trạm bơm lấy nước trên kênh.
II. Nhà máy bơm loại buồng khô
Nhà máy bơm buồng khô khác với loại buồng ướt là máy bơm không đặt trong nước mà đặt trong buồng kín nước và đảm bảo khô ráo. Cũng như kiểu buồng nói chung loại này cũng ưa dùng với các loại máy bơm có lưu lượng nhỏ hơn 2 m3/s.
Khi dùng máy bơm trục ngang thì nhà máy chỉ có một tầng ( Hình 11 – 5 ) nhưng phần dưới mặt đất được đúc bằng bê tông cốt thép để đủ cứng và chống thấm nước, cách bố trí nhà máy cũng giống nhà máy bơm móng tách trên mặt đất mà ta sẽ học phần sau, trong chương này.
Khi dùng máy bơm trục đứng nhà máy sẽ có hai tàng: tầng trên đặt động cơ và thiết bị điện còn tầng khô bên dưới đặt máy bơm. Nước từ buồng hút được dẫn đến máy bơm bằng các đường ống kim loại đặt trong buồng khô, buồng khô còn đặt đoạn ống đẩy và các van trên ống đẩy. Thường đường ống lớn và thiết bị trên ống cống kênh ( xem Hình 11 – 14 ) ngăn trở việc đi lại trong buồng, do vậy cần xây cầu công tác trên các đường ống để đảm bảo đi lại và vận hành. Kích thước bồng khô xác định theo điều kiện bố trí các thiết bị và đường ống cũng như theo điều kiện cao trình đặt máy bơm. Tâm đáy buồng khô phải bảo đảm không thấm nước và có bố trí rãnh để tiêu nước rò rỉ, bể dày tấm móng đủ bảo đảm nhà máy ổn định và không thấm nước.
Hình 11 – 14 là nhà máy bơm kiêu buồng khô kết hợp với cửa lấy nước, dùng máy bơm song hướng trục đứng. Nhà máy này có hai tầng. Tầng trên 14 đặt động cơ điện, gian xây ghé đầu hồi trái đặt các thiết bị điều khiển và thiết bị phân phối điện, gian lắp ráp ở đầu hồi bên phải gian động cơ, trên phần cửa lấy nước dùng gián kéo van 22 có đặt ray 23 để móc câu van và lưới chắn rác. Tầng dưới là buồng khô đúc bằng bê tông cốt thép, trong đó bố trí tổ máy bơm li tâm song hướng, các van 25, các đoạn ống nối 26, đoạn ống nối 9 nối các máy bơm làm việc ghép song song, có cầu công tác 2 đặt trên các ống để đi lại vận hành. Trên ống đẩy 11 đặt van và ống nối, đặt trong hầm có lỗ lên xuống. Phần cửa lấy nước 1 gồm có hai tầng cửa lấy nước 24 để lấy nước khi mực nước nguồn giao động lớn. Khi mực nước nguồn giao động quá 5 m, nhà máy cần nối thêm trục, ổ trục hướng 4 đặt trên dần sàn lửng để đi lại và thao tác van của ống nối 9.
Hình 11 – 4. Nhà máy buồng khô trục đứng, máy bơm li tâm song hướng. a – cắt ngang nhà máy ; b – mặt bằng nhà máy.
Hình 11 – 15 biểu thị sơ đồ bồ trí nhà máy bơm kiểu buồng khô, lấy nước từ nguồn nằm tách biệt với nhà máy, nhà máy dùng máy bơm li tâm song hướng trục ngang 1. Nhà máy một tầng , phân buồng khô đổ bê tông cốt thép, trong đó đặt máy bơm và ống hút 3 + van ống hút, ống đẩy + van một chiều 9 + van 7, đáy buồng có rãnh thấm 8. Đặt cầu công tác 6 trên ống để đi lại. Gian máy chính thông với một đầu hồi là sàn lắp ráp 10, còn đầu kia thông với các phòng phụ ( nút vệ sinh 14, phong tắm 15, hành lang thông thương 13, kho dụng cụ điện 16, phòng kỹ sư trưởng 20, phòng của trực ban 21, buồng MBA từ dùng 19, phòng điều khiển 17, phong thiết bị phân phối 18 ). Dùng sàn đôi 11 để đặt cáp từ gian máy đến các phòng thiết bị phân phối và điều khiển …
Hình 11 – 15. Sơ đồ bố trí cụm nha máy bơm kiểu buồng khô.
III. Hình dạng và kích thước phần buồng hút của nhà máy kiểu buồng
Buồng hút lá nơi hút nước trực tiếp của bơm do đó yêu cầu nước chảy thật ổn định, không có xoáy nước để bảo đảm hiệu suất của bơm cao và tránh xâm thực cho máy bơm.
1. Cách bố trí mặt bằng buồng hút
Trạm bơm vừa và nhỏ thường dùng buồng hút hình chữ nhật. Muốn cho các bơm có điều kiện thủy lực tốt thì tốt nhất mỗi bơm có một buồng hút riêng biệt, nếu trạm có nhiều máy bơm thì giữa các bơm có tường ngăn. Cố gắng nên bố trí dòng chảy vào máy
cùng hướng với dòng chảy đoạn kênh nối tiếp với nó, nếu khác hướng phải làm tường hướng dòng để cho dòng chảy điều hòa, giảm đến mức tối đa ảnh hưởng của dòng xiên (Hình 11 – 16,c ). Để tránh cho khi bơm nước không tao thành xoáy và chay quẩn, lảm giảm hiệu suất bơm, bơm được đặt sát váo tường sâu một khoảng < 0,75 đường kính miệng vào ống hút Dv, đối với buồng hút hình tròn và nửa tròn không được đặt bơm có trục vào đúng tâm vòng tròn vì dễ tạo ra xoáy nước.
Một số cách bố trí không tốt như đã chỉ ra ở Hình 11- 16,b.
2. Độ ngập nước trong buồng hút:
Độ ngập nước trong buồng hút chia làm hai phần: phần từ đáy buồng đến miệng hút là h1 và từ mực nước đến miệng hút là h2 ( xem Hình 11 – 17 ):
h = hi + h2 ( 11 – 6 )
Căn cứ vào số liệu thí nghiệm và phần tích lý luận khi h1 « 0,5.Dv thì dòng chảy phân bố khá đều, nếu h1 = Dv thì dòng chảy có xoáy và khi h1 = 0,62.Dv là tốt nhất. Đề nghị dùng h1 = ( 0,62 … 0,8 )Dv, với máy bơm nhỏ dùng giới hạn trên, bơm lớn dùng giới hạn dưới và mọi trường hợp không được nhỏ hơn 0,5 m để dễ lắp ráp.
Độ ngập ống hút h2 của đa số trường hợp được xác định do yêu cầu tránh có xoáy ở buồng hút. Đối với bơm trục đứng nhỏ độ ngập ống hút do yêu cầu của việc tránh xâm thực. Thực ra bơm bị xâm thực do nhiều nguyên nhân chưa xác định hết được, nên trong thực tế ta hoàn toàn có thể sử dụng những số liệu trên.
Khi độ ngập ống hút hoặc kích thước buồng hút không xác định đúng sẽ xảy ra nhưng trường hợp bất thường như d Hình 11 – 17* Từ kinh nghiệm cho thấy: bốn
Hình 11 – 16. Kích thước buồng hút và sự phân bố dòng chảy khi h1 thay đổi
dạng xoáy đầu là do h2 nhỏ, muốn khắc phục chỉ cần tăng h2 là được. Dạng xoáy I và II ảnh hưởng không đáng kể tới hiệu suất của bơm, vì vậy dạng II được gọi là mức thấp nhất cho phép tổ máy làm việc. Dạng xoáy III xuất hiện khi h2< ( 0,6 … ),8 )Dv, khi đó phải dừng máy. Tốt nhất độ sâu h2 nên lấy:
h2= ( 1,3 … 1,5 )Dv và > 0,8 … 1,5 m ( 11 – 7 )
Trước miệng vào ống hút có đặt lưới chắn rác, vì vậy phải thường xuyên vớt rác để bảo đảm h2 khống bị tụt và thiết kế vận tốc nước qua lưới khoảng từ ( 0,3 … 0,5 ) m/s.
Khi ống hút đặt nằm ngang hoặc xiên và miệng vào ống hút đặt thẳng đứng ( xem Hình 11 – 18 ) xàc định đố ngập cúa miệng ống hút ( S ) nhứ sau:
Hình 11 – 18. Sơ đố xàc định đố ngập miệng ống hút đặt đứng.
Trong đó: V là vận tốc trong ống hút, ( m/s );
D là đường kính ống hút, ( m );
a là độ vượt cao c mép trên lỗ vào so với mép trên tiết diện đường kính D,m. Ngoài công thức ( 11 – 8 ) còn có thể xác định theo kinh nghiệm sau:
– Đối với ống hút nằm ngang, miệng vào đặt đứng thì: S > ( 0,6 … 0,8 ).Dv > 0,4 m
– Đối với ống hút miệng vào đặt đứng hình chứ nhật thì S > ( 0,6 … 0,8 ).hBX> 0,4m
3. Xác định chiều rộng buồng hút
Chiều rộng buồng hút phải đủ lớn để dòng chảy không sinh ra xoáy nước . Những trạm chỉ có một bơm chiều rộng buồng hút thường lấy B = ( 2 …2,5 )Dv và < 3Dv. Khoảng cách hai trục ống hút Ltr khi bô trí chung buông 1,5 Dv < Ltr < 2Dv .
4. Xác định chiều dài buồng hút
Chiều dài buồng hút phải thích đáng, quá dài sẽ lãng phí, quá ngắn nước chảy gấp không lợi cho làm việc của máy bơm. Thường lấy chiều dài L = ( 4 … 5 )Dv ( xem Hình 11-16 ). Có thể tính chiều dài nhỏ nhất theo công thức:
5. Xác định chiều cao buồng ướt máy bơm đặt ở tầng khô:
Chiều cao buồng ướt máy bơm đặt ở tầng khô lấy bằng chiều cao h = h1 + h2 .
Trong thực tế xây dựng nhà máy bơm buồng ướt nhận thấy rằng có hiện tượng máy bơm bị rung động mạnh và phát ra tiếng ồn khi máy làm việc. Các nhà nghiên cứu cho rằng sở dĩ có hiện tượng này là do thiết kế buồng hút về mặt thủy lực không tốt gây ra. Để loại trừ các hiện tượng đó cần bảo đảm chảy thuận, cần xây tường hướng dòng nếu dòng chảy vào bị ngoặc, không nên bố trí kiểu buồng lấy nước một bên cho nhiều máy bơm ( xem Hình 11 – 16,b ).
D. NHÀ MÁY BƠM KIỂU MÓNG TÁCH ĐẶT LỘ THIÊN.
I. Đặc điểm và kết cấu nhà máy bơm kiểu móng tách đặt lộ thiên
Đặc điểm nổi bật của kiểu nhà máy này là hệ móng của tổ máy bơm chính đặt tách riêng khỏi móng nhà máy, hoặc nền nhà máy chỉ là tấm bê tông rất mong liên kết với móng máy chỉ để chống nước thấm. Kiểu nhà máy này chỉ có một tầng nằm trên mặt đất ( xem Hình 11 – 1,a ) và ( Hình 11 – 19 ). Nhà máy kiểu này thường dùng cho trạm bơm nhỏ và trung bình với máy bơm trục ngang có tổng lưu lượng trạm đến 5 m3/s, lưu lượng máy bơm nhỏ hơn 1 m3/s. Tuy vậy cũng có một số trạm bơm với cột nước dư, dùng máy bơm lớn trục ngang loại song hướng sử dụng kiểu nhà máy này đạt tới lưu lượng 4 m3/s mỗi máy. Do móng máy đặt tách riêng với các móng nhà do vậy sự rung động của máy không ảnh hưởng đến móng nhà máy và giảm khối lượng móng nhà máy. Kiểu nhà máy móng tách này có độ cao hút nước hS> 0 nên yêu cầu giao động mức nước ở bể hút phải
Hình 11 – 19. Sơ đồ nhà máy bơm móng tách bơm li tâm trục ngang.
1- bể tập trung; 2- cửa lấy nước; 3- ống hút; 4,8,10- ống nối; 5- móng nhá máy; 6- máy bơm song hướng; 7- móng máy bơm; 9- van ống đẩy; 13- các ray ở dàn công tác.
nằm trong phạm vi chiều cao hút nước địa hình cho phép. Khi xây dựng cần chú ý mực nước ngầm phải thấp hơn nền nhà máy, nếu phải xây ở vùng có nước ngầm cao hơn nền nhà máy ( như các trạm bơm tiêu ven đê về mùa lũ ) phải xây móng nhà máy liền khối để bảo đảm không thấm nước lên nhà máy.
Việc bố trí nhà máy bơm nói chung và nhà máy bơm móng tách nói riêng cần phải:
– Đảm bảo chăm sóc bảo dưỡng và vận hành máy móc thuận lợi và an toàn;
– Tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí đường ống trong nhà máy;
– Khoảng cách giữa các máy bơm phải đủ rỗng để vừa bảo đảm cho nhân viên vận hành đi lại thuận tiện, vừa đảm bảo an toàn ( thường khoảng cách lưu thông 1 … 1,5 m ). Chiều rộng gian máy nen chọn kết hợp với quy cách nhịp cầu trục để tăng nhanh thời hạn xây lắp và giảm giá thành cầu trục.
– Khi tháo bơm theo chiều dọc trục để rút trục khoảng cách đối diện với phương rút trục phải lấy lớn hơn chiều dài trục.
– Bố trí cửa sổ phải đảm bảo ánh sáng và thông gió. Thường chiều cao từ sàn máy đến xà đỡ mái lấy không nhỏ hơn 3 m. Tường xây bằng loại gạch tốt.
– Các gian phụ về cơ điện và san lắp ráp nếu đủ diện tích thì nên đặt trong nhà máy, nếu không đủ thì đặt ở các buồng xây ghé với gian máy chính.
Sau đây là một số sơ đồ bố trí khu nhà máy kiểu móng tách ( Hình 11 – 20):
Hình 11 – 20. Sơ đồ bố trí giữa gian máy chính và các gian phụ
a, s – các gian phụ đặt dọc và đặt một đầu gian máy chính; b – các gian phụ đặt một đầu và một phân dọc gian chính; – các gian phụ đặt tách khỏi gian chính. 1- gian máy chính; 2 – gian thiết bị phân phối; 3- san lắp ráp; 4- hành lang nối.
Sơ đồ bố trí như Hình 11 – 20,a có lợi là giảm được chi phí cáp điện, nhưng có nhược điểm là vướng đoạn ra ống đẩy. Sơ đồ Hình 11- 20,s,b ngược lại làm tăng chi phí cáp động lực và cáp kiểm tra, khó quan sát bằng mắt khi tổ máy làm việc. Nhưng lại có ưu điểm ở chỗ là việc lắp ráp các thiết bị phụ cơ điện có thể tiến hành khi chưa kết thúc việc xây dựng nhà máy chính, giảm được tiếng ồn và rung động trong các gian máy phụ.
Sơ đồ Hình 11 – 20, được dùng trong điều kiện gian máy chính và các gian máy phụ khác
cao trình nhau. Các gian máy phụ đặt ở nhà riêng cạnh nhà máy chính và nối với gian máy chính bởi hành lang nối 4. Sơ đồ này có ưu điểm như ở sơ đồs,b, ngoài ra còn cho phép đơn giản về kết cấu móng.
Về kiểu nhà máy, tùy vào định hình của tổ máy bơm chính, tùy thuộc vào điều kiện thiên nhiên và vật liệu xây dựng mà có thể có một sồ sơ đồ sau:
Hình 11 – 21. Các kiểu nhà máy bơm móng tách trên mặt đất.
a – dùng bơm song hướng; s – bố trí tổ máy bơm trong buồng nhỏ; b – nhà máy đặt gần giếng bở. 1- móng nhà máy; 2- khung; 3- gian máy; 4- cầu trục treo; 5- rãnh cáp;6- máy bơm; 7- van; 8,9 – ống hút và ống đẩy; 10- giếng bờ; 11- lỗ lấy nước; 12- các cửa van và thiết bị điều khiển; 13- các rãnh của: lưới chắn rác, van sữa chữa.
Sơ đồ a được dùng phổ biến nhất trong trạm bơm tưới tiêu. Thông thường dùng các kấu kiện bê tông cốt thép đã đúc sẵn ở nhà máy và các trang thiết bị phụ như cầu trục treo hay cầu trục cầu đem đến và lắp ráp tại hiện trường. Sơ đồ phức tạp hơn sơ đồ a một ít. Nhà máy được xây dựng theo sơ đồ này đắt hơn theo sơ đồ a, nhưng lại có một loạt ưu điểm : đường ống đẩy có thể đặt trong đất mà không phải dùng ống khuỷu; gian lắp ráp và cầu công tác có thể đặt cùng một cao trình; chiều cao phần trên thấp hơn. Sơ đồ b chỉ được sử dụng trong trường hợp nếu nền công trình là đá cứng hoặc đất chặt nửa cứng, trong đó hố móng có thể đào mái dốc đứng.
Hình 11 – 21* biểu thị việc bố trí nhà máy bơm móng tách trên mặt đất cung cấp nước vào mạng lưới kín. Chiều dài gian máy được xác định bởi kích thước của máy bơm chính và máy bơm tăng áp ( hoặc máy bơm “bổ sung “) đặt một dãy và kích thước máy nén khí.( Khi số máy bơm bằng hoặc nhiều hơn bốn máy có thể bố trí hai dãy. Cách bố trí hai dãy sẽ rút ngắn chiều dài nhà máy nhưng lại làm tăng bề rộng nhà máy và cầu trục ). Trong nhà máy cần làm cầu công tác 5 để đi lại do đường ống đặt trên sàn ngăn trở. Sàn lắp ráp đặt ở một đầu nhà, đầu nhà đối diện là các phòng phụ đặt các tủ điều khiển 11 và các thiết bị phân phối điện 10, phòng phân phối đặt gần máy biến áp ngoài trời. Phần trên bố trí cầu trục dầm treo 3 để thao tác các thiết bị khi tháo lắp sữa chữa.
Hình 11 – 21* Bố trí trạm bơm móng tách trên mặt đất, bơm nước vào màng ống kín.
1- rãnh đặt cáp động lực và cáp kiểm tra; 2- gian máy; 3- cấu trúc dầm treo; 4- và=an ;5- cầu công tác; 6- van ngược; 7- máy bơm chính; 8- động cơ điện của bơm chính; 9,12- móng của bơm tăng áp và của máy nén khí; 10- tổ hợp thiết bị phân phối; 11-t.b.đ.khiển
II. Cấu tạo móng tổ máy bơm trục ngang.
Kết cấu móng của tổ máy bơm phụ thuộc vào kích thước máy. Trong nhà máy đặt trên mặt đất với tổ máy trục ngang thường làm móng bê tông cốt thép tách rời móng nhà máy, đáy móng máy đặt sâu xuống nên và phần bê tông nhô lên cao hơn mặt san gian máy một khoảng từ 10 … 15 cm. Sơ đồ Hình 11 – 22 trình bày cách liên kết giữa máy và móng máy trục ngang. Móng máy bơm thường cấu tạo gồm có : khối móng bê tông cốt thép, lớp thép đệm có chiều dày 5 … 20 mm lót dưới chân máy và các buloong néo một đầu chôn chặt vào móng còn đầu phía trên dùng êcu để siết khi lắp ráp. Lớp thép đệm được đặt trên mặt bê tông hoặc đặt trên khung được tạo từ thép chữ I hàn vào cốt thép của móng. Việc sử dụng khung thép làm tăng khối lượng thép nhưng lại có tác dụng giảm ứng suất cục bộ tác động lên mặt bê tông và làm đơn giản khâu lắp ráp và giảm khối lượng lắp đặt, việc thay thế buloong néo được giảm nhẹ hơn.
Hình 11 – 22,a là móng tách của tổ máy trục ngang bơm li tâm công xôn. Hình 11 – 22,s là móng của máy bơm song hướng trục ngang phức tạp hơn, sự liên kết giữa thiết bị và móng có thể dùng cho cả móng tách hoặc móng kiểu buồng. Đối với loại móng kiểu buồng thì phần bê tông của móng máy được đúc liền khối với móng nhà, do vậy càng tăng mức ổn định và tính chịu lực của móng.
Đối với bơm li tâm trục đứng lưu lượng dưới 3,5 m3/s thì thân máy bơm có thể đặt hở trên các móng trụ, con khi lưu lượng lớn hơn thì cần chôn một phần hay toàn bộ trong khối bê tông.
Móng dưới máy và đáy móng cần tính với những tải trọng sau: Tải trọng tĩnh gồm trọng lượng thiết bị kể cả nước và dầu trong nó, trọng lượng bán thân móng và sàn giữa hai tầng ( nếu có ), trọng lượng ống tựa trên máy bơm, áp lực nước lên cửa ra của bơm; Tải trọng động gồm trọng lượng rôto + trục của tổ máy, lực nước dọc trục lên BXCT, các tải trọng phát sinh d chế độ quá trình quá độ và ngắn mạch cuộn stator động cơ điện.
III. Bố trí và ghép nối đường ống trong trạm bơm
1. Bố trí và ghép nối ống hút
Đường ống hút dùng để lấy nước từ công trình tập trung nước (bể hút,buồng hút) đến máy bơm. Việc bố trí và kích thước gian máy bơm phụ thuộc vào sơ đồ ghép nối đường ống hút và ống đầy trong nhà máy. Yêu cầu cơ bản đổi với ống hút là:
– Phải kín để không cho không khí lọt vào máy bơm, vì nếu không khí lọt vào sã làm giảm đồ chân không, gây nên giảm lưu lượng và hiệu suất của máy bơm; cố gắng giảm tổn thất cột nước trong ống hút để độ cao hút địa hình hs tăng. Hình 11 – 23 là một số cách bố trí và nối ống hụt để tránh không khí lọt vào bơm và giảm tổn thất trên ống hút. Để tránh các túi khí cần làm đoạn ống nối từ miệng vào của máy bơm và đoạn ống hút có dạng hình nón lệch với tuyến trên của đoạn nối được đặt nằm ngang ( xem hình ), không làm đoạn ống nối lối cao, đặt đầu ống hút chênh cao lên máy bơm với độ dốc > 0,005 để không khí bị tháo theo dòng nước ra khỏi ống hút khi dừng máy.
Hình 11 – 23. Cách nối ống hút đối với máy bơm li tâm.
– Độ sâu ngập miệng vào ống hút phải đảm bảo không sinh xoáy nước hình phễu khi dòng chảy vào máy bơm. Do vậy ở chỗ ống hút xoay góc trước khi vào máy bơm cần đặt đoàn nối thẳng để dòng xoáy bị cách li không trực tiếp vào trong bơm ( xem hình ).
Đường kính ống hút lấy theo tốc độ cho phép ở miệng vào ống hút V = 0,8 … 1 m/s, còn vận tốc trong ống V = 1 … 1,2 m/s. Độ ngập miệng ống hút h2 lấy như đã trình bày ở trên, để tránh bùn cát vào máy bơm thì h1 nên lấy 0,8 Dv trở lên. Khoảng cách giữa các trục ống hút khi dùng chung không ngăn bể hút lấy không nhỏ hơn 1,5Dv.
Đoạn ống hút gắn với bể tập trung nước nên có đai thép giữ cho khỏi rung và đoạn ống hút ở chỗ xuyên qua tường hút không nên gắn cứng để khi lún không đều thì ống hút không bị ứng lực do lún tác động. Đoạn ống hút đặt trên mặt đất có bệ đỡ, khoảng cách giữa các bệ đỡ xác định theo điều kiện làm việc tĩnh. Các chỗ nối bích giữa các đoạn ống không nên đắp đất vì sẽ làm hỏng bulông và khó quản lý sửa chữa.
Thông thường khi ống hút ngắn thường mỗi máy bơm dùng riêng một ống hút ( xem Hình 11 – 24,a ), khi đường ống hút dài và đường kính nhỏ hoặc vì xây bể tập trung nước quá rộng có thể bố trí một hoặc hai, ba … ống hút chung cho các tổ máy ( xem Hình 24,b,c ). Số lưựong ống hút ít sẽ giảm được thép và giảm kích thước bể hút, tuy nhiên sẽ làm tăng số lượng các van, tăng tổn thất cột nước và còn làm tăng kích thước mặt bằng nhà máy. Do vậy phải qua tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật để chọn sơ đồ.
2. Ghép nối ống đẩy trong nhà máy bơm
Thông thường mỗi máy bơm có một ống hút và một ống đẩy riêng ( xem Hình 11 – 24,a và Hình 11 – 25,a). Tuy nhiên khi đường ống đẩy ngoài nhà máy dài, nếu dùng mỗi máy một ống đẩy thì sẽ tăng khối lượng ống hoặc số ống đẩy nhiều phải mở rộng kích thước bể tháo, trường hợp này có thể ghép ống đẩy theo nhóm để giảm khối lượng ống và kích thước bể tháo ( xem Hình 11 – 24 và 11- 25 : s, b, ). Các đoạn ống ghép nối đặt trong nhà máy để có thể bơm nước vào bất cứ đường ống nào ở ngoài nhà máy.
Sơ đồ hệ thống van ghép nối trên đường ống phụ thuộc vào điều kiện làm việc của trạm bơm và yêu cầu kỹ thuật của trạm bơm: Các trạm bơm tưới nếu cho phép tạm thời ngưng riêng từng máy hoặc ngưng toàn bộ các máy ít ngày để sửa chữa thì sơ đồ ghép nối sẽ đơn giản, còn trạm bơm tiêu hoặc trạm bơm cấp nước phải hoạt động liên tục thì sơ đồ ghép nối sẽ phức tạp hơn do tăng các thiết bị trên sơ đồ.
Đường kính ống áp lực ( ống đẩy ) DH xác định theo vận tốc cho phép của dòng nước trong ống: đối với DH< 250 mm thì VH = 1,5 … 2 m/s; với ống DH> 250 mm thì VH = 2 … 2,5 m/s. Vì vận tốc nước ở cửạ ra máy bơm rất lớn V = 5 … 7 m/s, do đó phải lắp thêm đoạn ống mở rộng dẫn với góc ở chóp từ 80 … 120 để giảm dần vận tốc.
Cách ghép nối ống đẩy trong nhà máy cần thỏa mãn các điều kiện sau:
– Bảo đảm có thể sửa bất kỳ máy bơm nào mà không dừng hay làm ảnh hưởng đến sự làm việc của các máy khác.;
– Khi cần có thể tháo lắp nhanh các thiết bị, đi lại quản lý thiết bị dễ dàng;
– Bảo đảm các điều kiện làm việc của các máy bơm với các ống đẩy bên ngoài. Hình 11 – 24 trình bày một số sơ đồ ghép ống áp lực với bơm li tâm trục đứng. Trên
tuyến ống áp lực chỉ đặt van chặn dòng, phía trước van chỉ đặt đoạn ống lắp ráp, phần lớn các trường hợp không lắp van ngược vì khi ngắt sự cố van ngược sẽ sinh áp lực nước
và rất lớn trong ống, bơm li tấm trục đứng và động cơ điện của nó cho phép quay ngược roto tạm thời, mặc khác loại van ngược có đường kính lớn hơn 1 m nói chung không được sản xuất . Sau đây ta phân tích một số sơ đồ ghép nối trên Hình 11 – 24:
Sơ đồ được dùng trong trường hợp chiều dài của ống áp lực ( ống đẩy ) nhỏ. Mỗi máy bơm cung cấp nước vào một ống, nghĩa là số ống bằng số máy bơm. Sơ đồ này đơn giản, không yêu cầu chuyển đổi giữa các ống. Van lắp trên ống đẩy chỉ làm nhiệm vụ ngắt máy bơm khỏi đường ống.
Các sơ đồ s và được dùng khi số lượng tổ máy bơm là chẵn ( bốn và sáu ) chiều dài ống tương đối lớn. Một nửa số tổ máy bơm nước vào một đường ống, nữa còn lại bơm vào ống thứ hai. Nhược điểm của các sơ đồ này là lưu lượng trong các ống nhánh không đều nhau khi số nhánh cũng làm việc là số lẻ; những ưu điểm của các sơ đồ này là ghép nối đơn giản hơn so với sơ đồ b.
Sơ đồ b được dùng khi số lượng tổ máy là số lẻ, chiều dài ống lớn. Cả hai truyền ống đặt van ngăn dòng nước và cho phép máy bơm giữa có thể đổi nối qua cả hai tuyến ống Người ta bố trí thiết bị trên ống trong một giếng riêng ngoài nhà máy. Sơ đồ ghép nối này cho ta khả năng phân bố đều lưu lượng theo các ống khi số tổ máy bơm cũng làm việc là lẻ ( với yêu cầu tổ máy giữa trong số các tổ máy phải làm việc ).
Hình 11 – 25 trình bày càc sơ đô ghép nôi ông đầy cuà tràm bơm dung càc tô? mày bơm hữơng truc và mày bơm li tầm truc ngàng. Sàu đầy tà cung phần tích càc sơ đô nẩy:
Trên sơ đồ a chỉ dẫn cách ghép nối đơn giản nhất, dùng cho máy bơm hướng trục, không đặt van trên ống đẩy. Khi đoạn khuỷu cong ở phần ra BXCT có góc dẫn 600 thì ống đẩy nối trục tiếp vào đó và tạo một góc 300 với phương ngang rồi lắp tiếp đoạn mở rộng và nối với ống áp lực. Khi đoạn khuỷu cong ở phần ra BXCT có góc 90 độ thì lắp ống đẩy nằm ngang.
Sơ đồ s được áp dụng rộng rãi ở trạm bơm tưới với bốn tổ máy bơm nước và hai ống áp lực. Trên tuyến ống áp lực có thể có hai phương án bố trí thiết bị :
phương án thứ 1: lần lượt đặt đoạn lắp ráp, van ngược, van chặn, đoạn mở rộng;
phương án thứ 2 : lần lượt: đoạn mở rộng, đoạn lắp ráp, van ngược, van chặn. Việc đặt van ngược trước van chặn cho ta khả năng thay thế nó mà không phải tháo đường ống . Van ngược thường ít hỏng hơn van điều tiết. Vì kích thước van ngược loại đĩa treo tường đối lớn trong một số trường hợp riêng để giảm bề rộng nhà máy người ta đưa nó ra ngoài nhà máy và đặt trong giếng riêng.
Sơ đồ b được dùng trong trạm bơm tưới với bốn máy bơm chính và hai máy bơm phụ ( bơm tăng áp ) bơm nước vào đường ống kín đến các máy tưới kiểu phun mưa. Các ống đẩy của máy bơm ghép vào đoạn ống góp áp lực. Mỗi nhánh ống của tổ máy bơm đặt đoạn lắp ráp, van ngược và van điều tiết. Thường đường kính tuyến áp lực nhỏ do vậy lấy băng đường kính đoạn nối của máy bơm, còn đường kính đoạn góp lấy không đổi và bằng đường kính ống áp lực. Đầu ống áp lực được nối với thùng không khí – nước. Để bảo đảm trạm bơm làm việc tựu động, ta đặt dụng cụ đo lưu lượng kiểu cảm ứng.
Sơ đồ… đặc trưng cho trạm bơm cấp nước nông thôn. Bất cứ máy bơm nào trong sơ đồ này đều có thể đóng vào ống chính trái hoặc phải. Bởi vậy không chỉ đặt các van điều tiết trên ống đẩy của máy bơm mà còn đặt trên ống góp và trên các ống chính.
3. Bố trí ống áp lực trong nhà máy bơm
Trong nhà máy bơm kiểu buồng và kiểu móng tách đường ống có ảnh hưởng lớn đến việc bố trí và kích thước của gian máy. Khi đường kính ống nhỏ ( thường không quá 400 mm ) thường đặt ống trong các rãnh dưới sàn máy và đậy nắp rãnh để đi lại an toàn, khi đường kính ống lớn hơn 400 mm thì thường đặt ống trên sàn. Nhưng chỗ có đặt thiết bị trên ống như van, van ngược … cần xây bể đỡ để ống khỏi bị võng. Khi đặt ống trên mặt sàn, việc đi lại vận hành sẽ gặp khó khăn do vậy cần xây cầu công tác ( hay sàn lững ) trên đường ống để đi lại, thao tác thiết bị và đặt thiết bị điện ( nếu đặt thiết bị điện trong nhà máy, xem lại các Hình 11 – 14, và 11 – 15 ).
Hình 11 – 26*trình bày cách đặt ống dưới sàn máy. Kích thước rãnh lấy như sau:
h = Dng + ( 0, 15 … 0,3 ); ( m ); ( Dng là đường kính ngoài của ống, m )
Khi đường ống xuyên qua tường ra ngoài nhà máy bơm trục ngang kiểu buồng và nhà máy móng tách một phần nhỏ dưới mặt đất, để đảm bảo an toàn khi nhiệt độ thay đổi, khi lún không đều hoặc khi có động đất ( ở vùng có cấp động đất cao ), người ta dùng hình thức ngàm mềm vào tường ( như Hình 11 – 27,a,s ) có vòng chống rò.
Hình 11 – 26,a là cấu tạo của vòng chống rò có vòng ép. Hình thức này được dùng khi điều kiện làm việc của đường ống ở nơi đất thấm nước và đất xốp. Đoạn ống 6 có gờ 5 được đổ bê tông chắc vào tường, dùng vòng ép 2 với các buloong 1 để điều chỉnh các vòng chống rò nướ 4 bằng cao su hoặc dây gai tẩm nhựa sao cho không rò nước. Vòng chống rò kiểu trượt này có độ dẻo cao, an toàn và bảo đảm chống rò nước tốt.
Loại vòng chống ro không có vòng ép như Hình 11 – 26,s có kết cấu đơn giản hơn loại a trên. Thân của nó là một đoạn ống có vòng gờ 5 làm bằng thép hàn. Bên trong đoạn thân ống có đặt hai vành tựa chắn 7 bằng dây dài 300 mm. Giữa hai vành chắn đặt các bó dây gai tẩm nhựa và đổ vữa xi măng a mi ăng và bi tum mát tíc.
Hình 11 – 26. Kết cấu của vòng chống rò ở chỗống xuyên tương.
Trên các trạm bơm nhà máy kiểu khối và kiểu buồng, tường của chúng được đổ bê tông khối, lắp máy bơm li tâm trục đứng và máy bơm hướng trục ( trong trường hợp riêng còn dùng cả cho máy trục ngang ), chỗ ống xuyên tường dùng ngàm cứng. Thường để chuyển ống qua tường ta dùng đoạn ống nối 2 được đổ bê tông chôn chặt trong tường và hàn vòng gờ 1 để giảm rò nước ( xem Hình 11 – 26,b ), đường ống xuyên qua tường có thể đặt ngang hoặc xiên một góc với đường ngang.
E. CÁC LOẠI NHÀ MÁY BƠM DI ĐỘNG
Như đã trình bày ở trước, nhà máy bơm loại di động có các loại: trạm bơm nổi ( trạm bơm thuyền ) và các loại di động trên đường bộ ( trên rây, trên ôtô … ).
I. Trạm bơm thuyền
Thực chất trạm bơm thuyền thuộc loại nhà máy bơm kiểu buồng khô đặt trên nền nước. Ở những vùng có mạng lưới sông ngòi đi lại thuận tiện , mực nước lên xuống thường xuyên thì dùng loại bơm thuyền di chuyển trên các sông lạch để bơm nước tưới cho những khu tưới ven bờ sẽ rất lợi vì vốn đầu tư vào các công trình đường ống và các công trình đưa nước qua sông, kênh mương ..v.v.. sẽ nhỏ .
Trạm bơm thuyền có thể di chuyển bằng chèo hoặc dùng các phương tiện cơ giới để kéo. Vỏ thuyền có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng thép hay bằng gỗ, tuy nhiên nên dùng làm bằng thép và bê tông cốt thép bền hơn và không thấm nước, khi bơm dùng động cơ điện thì không được làm bằng vỏ gỗ. Sau đây giới thiệu cấu tạo của bơm thuyền. Trạm bơm thuyền bao gồm cầu phao nổi được làm ở dạng xa lan hay tàu thuyền để neo đậu cạnh bờ sông hoặc trong bến nhỏ để tránh sóng. Lưu lượng của mỗi trạm bơm thuyền thường không quá 20 m3/s và cột nước dưới 100 m, khi cần bơm lưu lượng lớn hơn thì ghép vài trạm lại. Máy bơm chính có thể đạt 3,5 m3/s với công suất đến 2000 kW và được đặt ở khoang tàu. Phổ biến nhất là dùng phạo nổi bằng thép có mặt cắt ngang chữ nhật, phần trước và phân đuôi thuôn ( xem Hình 11 – 27 ). Tỷ số giữa chiều dài L và chiều rộng B vỏ thuyền khoảng 6 … 7, giữa chiều rộng B và chiều cao H không lớn hơn 5, chiều dài phần thuôn lấy bằng l = 1/8 L, góc thon trên mặt bằng lấy bằng 9 = 14 … 150, góc thon đứng anpha = 10 … 120, chiều cao bộ phận che mưa h lấy không quá 4 m, chiều rộng lối đi lại lấy không nhỏ hơn 1 m. Hệ thống chịu lực là các sườn đặt cạch nhau 600 mm ( ở phần giữa tàu ) và 500 mm ( ở phần thuôn ). Cách bố trí máy bơm như
Hình 11 – 27. Sơ đồ trạm bơm thuyền.
1- động cơ điện; 2,9- máy bơm chính và máy bơm nước thấm trục ngang; 3- buồng lấy nước; 4- vỏ thuyền; 5- trục tời; 6- ray và pa lăng xích; 7- phần che mưa; 8- liên kết cầu; 10- cửa buồng.
chỉ dẫn trong hình vẽ. Phần cầu nối của thuyền làm kiểu vách đôi, các vách ngăn không được thấm nước. Các tổ máy bơm chính trục ngang đặt trên các khung sườn ở đây thuyền. Lỗ lấy nước ( xem Hình 11 – 28 ) được trang bị lưới chắn rác và lưới ngăn cá. Để quan trắc buồng lấy nước và dọn sạch lưới người ta trang bị van nắp .
Gian máy thường có trang bị cầu trục kiểu dầm hoặc cần trục cầu điều khiển thủ công có sức nâng dưới 10 tấn. Để neo buộc thuyền sử dụng ba dây cáp tời, mỗi đầu buộc vào cột cáp. Nối phần ra ống đẩy với đường ống áp lực đến nơi tưới bằng khớp nối cầu,
cách nối như thế cho phép trạm bơm dịch chuyển theo phương đứng mà ống không bị hỏng ( xem cấu tạo khớp cầu ở Hình 11- 29,a,b ).
Hình 11 – 29. Cắt ngang thuyền bơm và khớp cầu.
a – Cắt ngang thuyền bơm, máy bơm hướng trục trục ngang và nối với ống áp lực. b -Cấu tạo khớp nối cầu: 1,5- phần tĩnh và phần đống; 2- vòng ép; 3- êcu; 4- buloong;6,7- vòng chống rò nước.
Hình 11 – 30 là một cách bố trí và cấu tạo khác của trạm bơm thuyền với quy mô lớn hơn, trong đó bố trí máy bơm li tâm song hướng tổ máy trục ngang, hai đầu của bơm thuyền bố trí các buồng thiết bị điện, máy biến áp …v.v… và lấy nước ở bên hông của thuyền , phần trên ( phần che mưa ) có chiều cao thấp. Việc lấy nước ở không được dùng với điều kiện độ sâu mớm nước cao hơn mép trên cửa lấy nước tối thiểu 0,8 m.
Hình 11 – 30. Bố trí trạm bơm thuyền có phần trên thấp.
1- phần trên; 2- cầu trục chữ môn; 3- vỏ thuyền; 4- nối khớp cầu; 6,7,11- các buồng tương ứng: động cơ điện, máy biến áp, các cơ cấu phụ; 8- gian máy; 9- xưởng cơ khí; 10- khoang mũi; 12,13- buồng đặc biệt để giữ cân bằng và buồng lấy nước.
Độ nối của bơm thuyền, cũng như của các vật thể nổi khác, là khả năng cân bằng được dưới tác dụng của hai lực: trọng lượng bơm thuyền và các thiết bị trên nó G đặt tại trọng tâm C và áp lực đẩy nổi của nước W ( ở đây W là thể tích nước bị phần thuyền bơm chiếm chỗ hay còn gọi la dung tích đầy nổi ) đặt tại trong tầm D ( xem Hình 11 – 31 ). Trường hợp lý tưởng (khi tải trọng bố trí đối xứng ) thì đường nối qua điểm C và D
Hình 11 – 31 . Sơ đồ lực tác dụng lên thuyền bơm
( gọi là trục nổi ) là thẳng đứng. Khi tải trọng đặt không đối xứng thì thuyền bị chồng chềnh lực đẩy P = W hướng lên trên, trọng tâm từ điểm D dịch sang điểm D’ và có xu hướng quay trở về vị trí cân bằng ban đầu. Khi 9 > 0, cặp lực trên tạo mô men ổn định thuyền:
Phân tích công thức ( 11 – 10 ) vá Hình 11 – 31 có thể rút ra kết luận rằng : Thuyền bơm sẽ nổi nếu G = P. Khi thuyền bị chông chênh nó sẽ ổn định nếu hM> 0 và Môđ > 0 ( thường hM> 0,5 m ). Thuyền vẫn ở trạng thái nghiêng nếu lực đẩy P = W và qua điểm D’ và C. Nếu 9 > 20 thì cần phải có những khoảng đặc biệt ở mũi và đuôi thuyền hoặc ở hai mạn thuyền để điều chỉnh giữ cân bằng cho thuyền.
Ưu điểm của trạm bơm nổi nói chung là có thể làm việc trong điều kiện lấy nước khó khăn ( giao động mực nước lớn hơn 5 m, lòng không ổn định, lượng bùn cát hơn 5 g/l ), an toàn hơn trong vận hành, so với các trạm bơm tĩnh tại thì giá thành của nó rẻ hơn, đơn giản hơn và xây dựng nhanh hơn. Tuy nhiên nó có những nhược điểm là: phức tạp trong việc sửa chữa, yêu cầu phải tăng thêm biên chế phụ về thủy thủ, thời hạn phục vụ thấp ( khoảng 2,5 lần ít hơn trạm bơm tĩnh tại ), khối lượng sửa chữa lớn.
II. Trạm bơm di động trên bộ
Loại trạm bơm này có một số cách như : trạm bơm chạy trên xe ( xem Hình11 – 2,ỗs) và trạm bơm đặt trên rẫy, bờ dốc ( xem Hình 8 – 9 ). Thời gian gần đây việc tưới cho các loại cây trồng như rau xanh, cây công nghiệp nằm ven sông hoặc ven kênh dùng trạm bơm nước di động khá công dụng. Các trạm bơm này dùng cung cấp lượng nước không lớn theo mùa. ưu điểm của trạm bơm di động là:
– Trong một thời gian ngắn có thể thay đổi vị trí trạm bơm khi mực nước nguồn thay đổi hoặc tưới luân lưu cho các khu tưới;
– Vào mùa lũ không phải lo công việc tháo lắp và di chuyển máy bơm;
– Có thể di chuyển từ công trình xây dựng này đến công trình xây dựng khác để bơm nước hồ móng và cấp nước cho các khu có nhu cầu ( dùng trạm bơm trên xe kéo );
– Làm các trạm bơm di động sẽ giảm được giá thành xây dựng, chóng đưa trạm vào phục vụ sản xuất và tiết kiệm được vât liệu xây dựng.
Thường các trạm bơm di động có lưu lượng dưới 100 l/s, cột nước có thể lớn nhỏ, trạm tưới phun mưa có cột nước lên tới 100 m. Trạm bơm di động có thể sử dụng động cơ điện hoặc động cơ đốt trong. Đối với trạm bơm di động đường bộ sử dụng máy kéo để di chuyển thời gian không cần bơm có thể sử dụng máy kéo vào công việc khác.
Ngoài những kiểu nhà máy đã trình bày ở trên còn có nhiều kiểu nhà máy đặc biệt như : nhà máy bơm cáp xun, nhà máy thuỷ điện có turbin thuận nghịch ( vừa bơm vừa là turbin ), nhà máy bơm trục xiên, nhà máy bơm ống đẩy xi phông ..v.v…
