Trường đại học thủy lợi - Trung tâm ĐH2

Đồ án môn học :Trạm Bơm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BƠM
(Đề số 31)

THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM BƠM TƯỚI
I/ TÀI LIỆU THIẾT KẾ
Dựa vào quy hoạch thủy lợi cho một vùng sản suất nông nghiệp,để đảm bảo tưới cần
thiết phải xây dựng một trạm bơm tưới với các tài liệu cơ bản như sau:
1/ Bình đồ khu vực đặt trạm bơm tỉ lệ 1/1000,cao độ mặt đất của các đường đồng mức
như bình đồ 1 (xem bảng 1).
2/ Lưu lượng yêu cầu trạm bơm phải cung câp trong các thời kỳ sinh trưởng của cây
trồng như bảng sau:
Bảng 1:
BẢNG LƯU LƯNG YÊU CẦU TƯỚI TRONG CÁC THỜI KỲ
Từ ÷ đến
Số ngày
Lưu lượng yêu cầu (m3/s)
16/11 ÷ 31/12
46
6.20
1/1 ÷ 15/1
15
3.10
22/1 ÷ 12/2
22
4.62
13/2 ÷ 28/2
16

SVTH : – Lớp TH12
Trang 1

Tuần
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1

Số ngày
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10

Cao tình mực nước (m)
14.30
14.40

10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10

Đồ án môn học :Trạm Bơm
13.90
13.40
13.30
13.20
13.40
13.80
13.80
13.90
14.10
14.20
14.30

4/ Cao trình mực nước yêu cầu thiết kế ở đầu kênh tưới là 81.80m
5/ Cao trình mực nước lũ ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra :
P=1% là Zmax= +15.2m
6/ Cao trình mực nước thấp ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra :
P=90% là Zmin= +12.80m

-Ổn đònh về mặt bồi lắng,xói lở.
-Khống chế diện tích tưới lớn nhất và khối lượng đào đắp ít nhất.
Để thỏa mãn được các điều kiện trên ,ta chọn tuyến I để thiết kế.
II/ Chọn vò trí nhà máy:
Để vò trí nhà máy bơm hoạt động bình thường trong quá trình sử dụng ,cần thỏa mãn các
điều kiện sau:
Đảm bảo chống lũ cho động cơ. Để đảm bảo sàn động cơ không bò ngập lụt trong mùa
mưa lũ thì cao trình sàn động cơ(nền nhà) yêu cầu cao hơn mực nước lũ từ 0.5m trở lên.
- Để việc vận chuyển giao thông dể dàng,giảm khối lượng đào đắp và lợi dụng thông gió
tự nhiên thì cao trình sàn động cơ (nền nhà) phải cao hơn mặt đất tự nhiên từ 0.2 ÷0.3m
- Dựa vào 2 yêu cầu trên ,đối chiếu với cao trình mực nước lũ lớn nhất ở sông (ứng với
tần suất kiểm tra P=1%) là Z max=15,2m với cao trình mặt đất tự nhiên ta chọn vò trí đặt máy tại
khoảng giữa hai đường đồng mức có cao trình từ (15.00 ÷ 20.00)m
Vậy chọn cao trình sàn động cơ (nền nhà) là: 16.00m.
III/ Xác đònh vò trí bể tháo:
Để tưới tự chảy cho toàn khu vực ,bể tháo phải đảm bảo được mực nước yêu cầu ở đầu
kênh tưới khi máy bơm làm việc với lưu lượng thiết kế ,ngoài ra nên bố trí bể tháo trên đất
nguyên thổ ,khối lượng đào đắp sao cho ít nhất chiều dài ống đẩy ngắn nhất.Dựa vào các yêu
cầu trên đối chiếu với cao trình mực nước yêu cầu đầu kênh tưới là 81,80 với cao trình mặt đất
tự nhiên ta đặt bể tháo ở cao trình từ (15.00 ÷ 20.00)m.
SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CỤM ĐẦU MỐI TRẠM BƠM NHƯ SAU
3
4
5

6

1
7
2

3.10

3,10

5.00

4,62
3,10

3,10 3,10 3,10

t(ngày)
-Lưu lượng thiết kế Qtk được chọn là trò số lớn nhất trong biều đồ, và trò số này có thới
gian duy trì tương đối dài (t ≥ 20ngày). Vậy chọn Qtk =6,20m3/s
-Lưu lượng nhỏ nhất bằng trò số nhỏ nhất trong biểu đồ. Vậy Qmin = 3,10m3/s
-Lưu lượng lớn nhất lấy bằng Qmax = kQTK =1,2*6,20 = 7,44m3/s
C/ THIẾT KẾ KÊNH:
I/ Thiết kế kênh tháo:
Kênh tháo có nhiệm vụ dẫn nước từ bể tháo tới mặt ruộng. Kênh phải đảm bảo
dẫn đủ nước, ổn đònh không bò bối lắng và xói lở.Thông qua tính toán thủy lực để xác đònh kích
thước mặt cắt kênh. Dựa vào QTK, tình hình đòa chất nơi tuyến kênh đi qua là đất thòt pha cát ta
chọn các yếu tố thủy lực như m = 1,5; n = 0,025; i= 0,0001
Trong thiết kế sơ bộ có thể tính độ sâu h theo công thức kinh nghiệm
h = A 3 Q TK = 0,93 6,2 = 1,65
4m 0 i 8,424 0,0001
=
= 0,0135
Q
6,2
Tra phụ lục (8-1) có Rln =1,26m

Vmax = Qmax /ωmax và Vmin = Qmin /ωmin
4m 0 i 8,424 0,0001
F(R ln) =
=
= 0,0113
Tính:
Q max
7,44
Tra phụ lục (8-1) có Rln =1,3m
Lập tỉ số b/Rln = 6,00/1,3 = 4,6 tra phụ lục (8-3) có h/Rln =1,35
Do đó hmax = h/Rln × Rln =1,35 × 1,3 =1,75m
ωmax=(b+m h)h = (6,00+1,5×1,75)×1,75 = 15,09m2
Vmax = Qmax /ωmax = 7,44/15.09 = 0,49m/s
4m 0 8,424 0,0001
F(R ln) =
=
= 0,0271
Tính:
Q min
3,1

Tra phụ lục (8-1) có Rln =0,97m
Lập tỉ số b/Rln = 6,00/0,97 = 6,18 tra phụ lục (8-1) có h/Rln =1,193
Do đó hmin = h/Rln × Rln =1,193 × 0,97 =1,157m
ωmin=(b+m h)h = (6,00+1,5 ×1,157)×1,157 =8,95m2

Vmin = Qmin /ωmin = 3,10/8,95 = 0,34m
Ta thấy Vmax = 0,49 < [Vkx] = 0,64 Đảm bảo điều kiện không xói lở
Vmin = 0,34 > [Vkl ] = 1,02 Đảm bảo điều kiện không bồi lắng
- Cao trình đáy kênh tháo được xác đònh theo quan hệ :

h/Rln

h(m) Zđk(m)

Zbt(m)

16/11 -31/12
1/1 -15/1
22/11 -12/2
13/2 -28/2
1/3 - 26/3
1/4 - 10/4
11/4 - 30/4
1/5 - 10/5
16/5 - 25/5

46
15
22
16
26
10
20
10
10

1.26
0.96
1.12
0.96

1.69
1.39
1.10
1.10
1.10

81.80
81.21
81.50
81.21
81.80
81.50
81.21
81.21
81.21

6.20
3.10
4.62
3.10
6.20
4.62
3.10
3.10
3.10

0.01359
0.02717
0.01823
0.02717


II/ Thiết kế kênh dẫn :
Kênh dẫn làm nhiệm vụ dẫn nước từ nguồn vào bể hút của trạm bơm.Lưu lượng
chảy trong kênh dẫn bằng lưu lượng chảy trong kênh tháo nên lấy mặt cắt ướt của kênh dẫn
bằng mặt cắt ướt của kênh tháo chỉ khác nhau về cao trình.Tuy vậy nếu phân tích kỹ về đặc
điểm ,điều kiện làm việc thì kênh dẫn và kênh tháo có những đặc điểm khác nhau sau:
- Kênh dẫn thường phải đào sâu, kênh tháo vừa đào vừa đắp, nên mái kênh dẫn thường
lấy ít dốc hơn. Khi chiều sâu đào của kênh lớn hơn 5m thì cứ cách 5m phải làm một cơ có chiều
rộng lớn hơn 1m.

SVTH : – Lớp TH12
Trang 6


Trường đại học thủy lợi - Trung tâm ĐH2

Đồ án môn học :Trạm Bơm

- Khi kênh dẫn không có công trình điều tiết ở đầu kênh thì mực nước trong kênh hoàn
toàn phụ thuộc vào mực nước sông .
- Để đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng trong các thời kỳ thì cao trình đáy kênh dẫn được
xác đònh theo công thức :
Zđk =Zbh min – hTK
Trong đó: hTK = 1,69m (độ sâu dòng chảy khi dẫn với lưu lượng thiết kế)
Zbh min = Zs min - hms =Zs min = 12,80m
Với:
Zbh min là cao trình mực nước thấp nhất ở bể hút ứng với tần suất kiểm tra P=90%
Zs min là cao trình mực nước thấp nhất ngoài sông ứng với tần suất kiểm tra P=90%
hms là cột nước tổn thất từ sông vào tới bể hút bỏ qua vì không có cống điều tiết
Vậy:

Zbh ~ t

10 10 10
Tháng 11

10 10 11
Tháng 12

10 10
Tháng 1

11

10 10
Tháng 2

BẢNG TÍNH TOÁN CỘT NƯỚC hđh bq
Thêi gian tíi
Qi
Zbt
3
Tõ
§Õn
Sè ngµy m /s m
16/11 20/11 5
6,20 81,80
21/11 30/11 10
6,20 81,80
1/12 10/12 10
6,20 81,80

21/3 26/3 6
3,10 81,21
1/4
10/4
10
4,62 81,50
11/4 20/4 10
3,10 81,21
21/4 30/4
10
3,10 81,21
1/5
10/5
10
3,10 81,21
16/5 20/5 5
3,10 81,21
20/5 25/5 5
3,10 81,21




Zbh
m
14,40
14,50
13,90
14,20
14,30

66,9
67,1
67,7
68,0
67,6
67,3
67,8
67,9
68,0
67,8
67,7
67,4
67,3
67,1
67,0
66,9

10 10
Tháng 3

Qiti
106 (m3)
2,67
5,24
5,24
5,24
5,89
2,68
1,34
3,99

Tháng 4

10 10
Tháng 5

Qihiti
106 (m4)
180,0
352,7
355,8
354,2
397,6
179,3
89,9
270,1
271,3
54,1
144,0
145,1
182,0
182,2
109,2
270,1
180,6
180,4
179,8
89,8
89,6

Qi3ti


Do đó :
Htk =hđh bq +Σht =64,54+1,2 = 65,74m
II/ TRƯỜNG HP KIỂM TRA:
1/ Cột nước lớn nhất: HKTmax
HKTmax = hđh max + Σht =(Zbt max –Zbh min) + Σht
=(81,80 – 13,20) + 1,20 = 69,80m
KT
2/ Cột nước nhỏ nhất: H min
HKTmin = hđh min + Σht =(Zbt min –Zbh max) +Σht

SVTH : – Lớp TH12
Trang 8

10

11


Trường đại học thủy lợi - Trung tâm ĐH2

Đồ án môn học :Trạm Bơm

=(81,20 – 14,50 ) + 1,20 = 67,90m
Vậy
HTK = 65,74m
HKTmin = 67,90m
HKTmax = 69,80m
Hđh bq = 64,54m
E/ CHỌN MÁY BƠM – ĐỘNG CƠ – MÁY BIẾN ÁP:

Cosϕ =0.86

Kiểm tra công suất:
Công suất thực ten nhất mà động cơ sẽ phải làm việc trong mọi thường hợp phải
nhỏ hơn công suất của động cơ, tức :
Nmax < NH
Trong đó: NH là công suất đònh mức của động cơ.
Nmax là công suất thực tế lớn nhất mà động cơ phải làm việc ,xác đònh theo công thức:
Ta thấy Nmax < NH đảm bảo điều kiện trên
N max =

9.81KQ b H b 9,81 * 1,1 * 2,06 * 65,74
=
= 1782KW
η b η tr
0,82 * 1

III/ Chọn máy biến áp:
Vì điện áp của động cơ thường là 200/380v ,3000v hay 6000v,nhỏ hơn điện áp
nguồn .Do đó phải bố trí trạm biến áp cho trạm bơm.
Chọn máy biến áp phải dựa vào;
-Dung lượng yêu cầu của trạm bơm Syc
-Điện áp của nguồn Ung .
-Điện áp của động cơ
Theo sơ đồ đấu điện như hình bên ,ta áp dụng công thức tính S:

Syc = 1.1

k1k 2 ∑ N H
ηđc

Xác đònh cao trình đặt máy bơm dựa vào
Lưu lượng thiết kế Qtk = 6,20m3/s
Cột nước thiết kế Htk = 65,74m
Cột nước lớn nhất Hmax = 69,80m
Cột nước nhỏ nhất Hmin = 67,90m
Mực nước thấp nhất ở bể hút Zbh min = 13,20m
Mực nước cao nhất ở bể hút Zbh max = 81,80m
Nhiệt độ trung bình của nước sông t=25oc
Điểm công tác của máy bơm nằm trên đường đặt tính Q ~ H ứng với góc nghiêng cánh
quạt θ =+3o.Ta chọn đường đặc tính Q ~ H ứng với θ =+3o làm đường đặc tính H=f(Q) thiết kế.
Cao trình đặc máy của máy bơm được xác đònh theo công thức:
Zđm =Zbh min +[hs]
Đối với máy bơm hướng trục trục đứng thì xác đònh cao trình đặc máy theo 2 điều kiện, sau đó
chọn.
1/ Điều kiện đảm bảo máy bơm không sinh ra hiện tượng khí thực khi làm việc với cột
nước thiết kế
Trong đóù cột nước hút cho phép [hs] tính theo công thức
[hs] =Ha –Hbh –[∆H] - hmsoh
Với Ha =10,33-(Zbh/ 900) =10,33-(13,20 / 900) =10,31m
Hbh là cột nước áp lực bốc hơi của nước bơm lên ,căn cứ vào t=25 oc tra phụ
lục ta có Hbh =0,34m
Dựa vào Htk tra trên đường đặc tính Q ~ H ứng với góc θ =+3o được độ dự trữ khí
thực [∆H]=10m
hmsoh lấy =0,5m
Do đó [hs] =Ha –Hbh –[∆H] - hmsoh =10,31- 0,34 -10 – 0,50 =-0,53m
Vậy
Zđm1 =Zbh min +[hs] =13,20 – 0,53 = 12,67m
2/ Tính cao trình đặt máy bơm theo yêu cầu dìm cánh quạt xuống dưới mực nước thấp
nhất ở bể hút một độ sâu hsyc =-1m do nhà máy quy đònh:
Zđm2 =Zbhmin +hsyc = 13,20 – 1 =12,20m

I/ Chọn loại nhà máy: Để chọn loại nhà máy ta dựa vào quy mô trạm bơm,máy bơm được
chọn,độ chênh lệch mực nước bể hút ,điều kiện đòa chất ,điều kiện vật liệu xây dựng ta chọn
loại nhà máy bơm kiểu khối tảng.
II/ Bố trí thiết bò bên trong nhà máy: gồm Tổ máy bơm chính,các thiết bò thủy lực,thiết bò
điện ,các thiết bò nâng hạ và các thiết bò phụ khác trong nhà máy bơm
III/Cấu tạo và kích thước các bộ phận công trình nhà máy bơm:
1/ Cấu tạo tầng móng và buồng hút:
Đối với nhà máy bơm kiểu khối tảng
móng kiểu khối tảng làm bằng bê tông cốt thép M150 .Ở những chỗ khối lớn có thể đổ thêm đá
kích thước lớn để tiết kiệm.Khối móng có chứa ống hút nên kích thước của nó phụ thuộc kích
thước ống hút ống hút thường dùng là các loại ống hút co.

SVTH : – Lớp TH12
Trang 11


Trường đại học thủy lợi - Trung tâm ĐH2

Đồ án môn học :Trạm Bơm

2/ Cấu tạo tầng bơm: Đối với nhà máy bơm kiểu khối tảng ,tầng bơm nắm sâu dưới mặt
đất,chung quanh chòu áp lực đất,nước tác dụng nên tường phải làm bằng bê tông cốt thép M150
3/Cấu tạo tầng động cơ: Tầng động cơ là tầng duy nhất nổi lên trên mặt đất nên ngoài
việc thiết kế đảm bảo kỹ thuật còn phải đảm bảo mỹ thuật,cụ thể như sau:
a/ Sàn động cơ: Bố trí sàn động cơ cao hơn mặt đất thiên nhiên để thoáng gió và
chống ẩm.Sàn được đúc bằng bê tông cốt thép M200 ,dày 15cm .Mặt sàn láng xi măng
b/ Dầm đỡ động cơ: Dầm đúc liền với sàn
c/ Lỗ kéo máy: Phần lớn các trạm bơm dùng khoảng trống giữa 4 dầm làm lổ kéo
máy cho chính xác các máy đó.
d/Cầu thang: Đi lên xuống tầng phải làm cầu thang,Chiều rộng cầu thang =1m, mỗi

b/ Chiều cao tầng động cơ: được tính theo công thức
Hđc =h1 + hat + lmax + ld + hct + δ

SVTH : – Lớp TH12
Trang 12


Trường đại học thủy lợi - Trung tâm ĐH2

Đồ án môn học :Trạm Bơm

Trong đó: h1- chiều cao phần tónh của động cơ theo kích thước đònh hình = 1.08m
hat -chiều cao an toàn để vật di chuyển không va chạm vào vật cố đònh = 0.5m
lmax- chiều dài lớn nhất của vật kéo lên = 2.53m
ld- chiều dài dây buộc loại mềm = 0.70m
hct -chiều cao của cần trục bằng điện = 2.70m
δ- khoảng cách an toàn từ đỉnh c62u trục tới trần nhà = 0.20m
Vậy Hđc =h1 + hat + lmax + ld + hct + δ =1.08+0.50+2.53+0.70+2.70+0.20=7.71m
Chiều cao toàn bộ nhà máy: H=Htb+Hđc+Hnóc =73+7.71=80,71m
2/Chiều rộng nhà máy:
a/Chiều rộng tầng dưới mặt đất: tính theo công thứcsau
Bb= t1+a1+Db+t2+a2
Trong đó : t1 , t2 -Chiều dài tướng thượng hạ lưu nhà máy ,t1 =t2=1.00m
a1,a2 -lối đi lại để lắp ráp trông coi máy bơm lấy =1.50m
Db -đường kính kích thước bên ngoài của máy bơm =1.50m
Vậy : Bb= t1+a1+Db+t2+a2 =1.00+1.50+1.50+1.00+1.50=6.50m
b/ Chiều rộng tầng trên mặt đất: tính theo công thức
Bđc=0.10+t+a3+Dđc+a4+t+0.10
Trong đó: 0.1 gờ móng của tường gạch để cho lực truyền xuống gần trung tâm tường bê
tông ở tầng dưới (m)


Trường đại học thủy lợi - Trung tâm ĐH2

Đồ án môn học :Trạm Bơm

Lsc –Chiều dài gian sửa chữa =6.00m
t – Chiều dày tường =0.3m
L=(n -1)Ltk1g+Dđc+L1+Lsc+2t+2*0.1 =(4-1)3.50+2.00+1.50+6.00+0.3*2+0.2=20.80m
K/ ỐNG ĐẨY:
Ống đẩy là đoạn nối tiếp từ máy bơm đến bể tháo.Căn cứ vào vò trí nhà máy và bể tháo
để xác đònh chiều dài ống đẩy,Đường kính kinh tế của ống đẩy có thể tính theo công thức:
Trong đó: n – số ống đẩy làm việc , n=3
Vkt – tốc độ kinh tế chảy trong ống đẩy ,theo kinh nghiệm lấy =2.0m/s
Qbq – lưu lượng bình quân của trạm tính theo công thức
Q bq =

3

∑ Q 3i t i
839,6 * 10 6
=
= 7,45m 3 / s
6
∑ti
15,12 * 10

Vậy :
D kt =

4Q bq

cot g
2
2
o
Trong đó: α - góc mở rộng =40
bk – Chiều rộng đáy kênh dẫn =4.00m
Bct – Chiều dài công trình lấy nước ,đối với trạm bơm trục đứng
Bct = nLtk1g =4*3.50=14.00m
Vậy

B − bk
α 14.00 − 4.00
Lm = ct
cot g =
cot g20o = 13.70m
2
2
2
M/ THIẾT KẾ BỂ THÁO:
I/ Nhiệm vụ của bể tháo:
Nối tiếp ống đẩy với kênh tháo ,đảm bảo phân phối lưu lượng vào các kênh.

SVTH : – Lớp TH12
Trang 14


Trường đại học thủy lợi - Trung tâm ĐH2

Đồ án môn học :Trạm Bơm


Chiều dài đoạn kênh cần bảo vệ
lbv=5 hkmax =5*1.91=9.66m lấy =10m
Khoảng cách giữa các tâm miệng ra ống đẩy
B=Do +2b+d=1.54+2*0.3+0.8=2.94m
Trong đó: b – khoảng cách từ mép ống đẩy đến trụ pin lấy theo kinh nghiệm
d – chiều dày của trụ pin
Vậy tổng chiều rộng phía trong bể tháo với đường kính ống đẩy bằng nhau là:
Bb =(n-1)B+Do +2b=(4-1)2.94+1.54+2*0.3=10.96m lấy =11m
Trong đó : n – số đường ống đẩy nối với bể tháo

---------------------------------------------------

SVTH : – Lớp TH12
Trang 15


Trường đại học thủy lợi - Trung tâm ĐH2

SVTH : – Lớp TH12
Trang 16

Đồ án môn học :Trạm Bơm