Các loại thiết bị cơ khí để chặn dòng chảy ngược:

Van nắp: Van nắp là một đĩa thép có trục quay nằm ngang phía trên mép cửa ra của đoạn loe ống đẩy ( Hình 12 - 16 và 12 - 20 ). Chu vi cửa ra đặt vòng cao su chống rò nước. Khi khởi động máy bơm, nước đầy ống và đẩy van nắp để vào bể tháo. Khi ngắt bơm, dưới áp lực của cột nước trong bể tháo và trọng lượng bản thân sẽ đóng nắp van lại. Để hạn chế va đập giữa nắp với vòng chống rò cũng như để mở van được hoàn toàn

1- đoạn loe cửa ra; 2- đĩa; 3- bản lề; 4- đối trọng; 5- ống thông khí.

và giảm lực nâng van, khi lỗ cửa ra có đường kính Dr = 0,6 ... 1,2 m ta lắp thêm đối trọng, để tốt hơn nữa làm cửa van nắp hình van bướm có bản lề lệch tâm ở miệng ra. Khi dùng van nắp để tránh chân không trong ống khi dừng máy cần đặt ống thông khí từ ống đẩy chỗ trước van, kích thước ống d = ( 1/5 ... 1/6 ) đường kính ống đẩy.

Van ngược: được sử dụng khi đường kính lỗ cửa ra của ống đẩy Dr ≤ 1,2m.Van ngược có một cánh quay xung quanh một trục cố định với nắp van, khi máy bơm ngừng làm việc cánh van sẽ đóng kín ngăn không cho dòng nước chảy ngược lại ( Hình 10 - 7,b và 12 - 17 ).

Van phẳng hạ nhanh: Khi ống đẩy có đường kính cửa ra lớn hơn 2 m thì nên dùng loại van phẳng tự động nâng hạ nhanh bằng tời điện ( Hình 12 - 18 ). Loại bể tháo có van phẳng yêu cầu phải có ngăn trống phía trước van do đó làm tăng thêm kích thước chiều dài bể tháo. Mở máy bơm phải đồng bộ với nâng cửa van, việc nâng van bắt đầu khi mực nước ở phần trước van ổn định. Tuy nhiên thường tốc độ kéo van chậm hơn tốc

độ dâng mực nước trước van, bởi vậy đỉnh tường ngực 2 phải vượt cao hơn mực nước cao nhất khoảng chừng 0,4 m và là ngưỡng để nước tràn qua khi sự cố cửa van hỏng. Tiết diện lỗ tràn phía trên tường ngực nên lấy bằng 0,7 lần tiết diện ống đẩy.

Ngoài ra bể tháo còn có thể dùng van cung, dùng lọai van này sẽ làm cho khối lượng bể tháo lớn và tăng kích thước bể, do vậy loại này chỉ dùng cho trạm bơm lớn.

Tính toán thủy lực bể tháo thẳng dòng

Nhiệm vụ tính toán thủy lực bể tháo là:

- Xác định độ sâu ngập của miệng ra ống đẩy dưới mực nước thấp nhất trong bể;

- Bảo đảm dòng chảy ra khỏi ống đẩy ở trạng thái ngập lặng;

- Xác định chiều dài giếng tiêu năng của bể tháo;

- Xác định hình dạng kích thước thềm ra từ giếng tiêu năng;

- Xác định chiều dài đoạn bảo vệ mái và đáy kênh tháo;

- Xác định các kích thước bể tháo hợp lý.

Qua thực tế tổng kết cho thấy việc thiết kế bể tháo có một số lời khuyên sau đây:

- Để tránh sinh các vùng xoáy gây xói lở mái kênh tháo sau bể tháo nên thiết kế phần ra ống đẩy làm việc đối xứng;

- Khi bể tháo không có trụ phân chia thì kích thước các xoáy sẽ tăng lên; trụ phân dòng còn giúp cho việc quản lý trạm bơm thuận lợi khi cần ngăn dòng sữa chữa;

- Mép trên cửa ra ống đẩy đặt dưới mực nước thấp nhất trong bể ít nhất một độ sâu bằng

thì điều kiện thủy lực trong bể tốt hơn, nhưng đừng sâu quá;

- Đoạn ống ra có miệng ra hình chữ nhật ( khi tiết diện ra lớn hơn 2 m² ) hoặc tròn

( khi tiết diện ra nhỏ hơn 2 m² ); miệng ra hình chữ nhật sẽ làm giảm chiều dài giếng tiêu năng 20 % so với miệng ra tròn.

- Thềm ra từ giếng tiêu năng có dạng thẳng đứng sẽ giảm được chiều dài của giếng tiêu năng, nhưng tổn thất thủy lực qua bể tháo tăng hơn khi có dạng nghiêng, nên làm mái nghiêng m = 0,5;

- Đoạn kênh tháo nối tiếp với bể tháo sẽ có vận tốc ở đáy và bờ tăng cao hơn hai lần vận tốc cho phép, do vậy cần phải bảo vệ mái và đáy kênh tháo chống xói lỡ. Thường lấy độ dài đoạn kênh cần bảo vệ ở ngoài bể tháo một đoạn dài bằng 5 lần độ sâu lớn nhất trong kênh để vận tốc dòng chảy ở trong kênh đều đặn hơn và xấp xỉ vận tốc cho phép.

* Độ ngập sâu nhỏ nhất của mép trên miệng ra ống đẩy để bảo đảm dòng chảy ra ngập lặng được xác định theo công thức sau:

Trong công thức:

thường trong khoảng từ 1,5 ... 2 m/s

D₀ = ( 1,1 ... 1,2 ) D - đường kính cửa ra ống, D- đường kính ống, ( m ).

* Độ sâu nhỏ nhất trong giếng tiêu năng của bể tháo tính theo công thức sau:

Trong đó p là khoảng cách từ mép dưới miệng ra ống đẩy đến đáy bể. Tùy theo cấu

tạo nắp ống đẩy của bể tháo, khi có vật chống rò thì lấy p = 0,2 ... 0,3 m.

* Chiều cao thềm ra của giếng tiêu năng được tính theo công thức:

* Độ sâu lớn nhất của giếng tiêu năng:

* Độ ngập sâu lớn nhất của mép trên miệng ra ống xả:

* Chiều cao phía trong tường bể tháo là:

Trong đó : a là độ cao an toàn, lấy theo bảng sau:

Lưu lượng trạm (m3/s)	1	1 ... 10	10 ... 30	> 30
a ( m )	0,3	0,4	0,5	0,6 hoặc hơn

* Chiều dài giếng tiêu năng tính theo công thức sau:

Trong đó : k là hệ số phụ thuộc vào dạng của thềm ra khỏi giếng tiêu năng, hình dạng tiết diện miệng ra ống đẩy, hình dạng và chiều cao của thềm, lấy theo bảng sau:

Hoặc có thể tra đồ thị bên cạnh để xác định k.

Các kết quả tra hệ số k ở trên và tính toán xác định chiều dài giếng tiêu năng trên là ứng với miệng ra hình tròn, khi miệng ra hình chữ nhật thì rút bớt 20%.

* Chiều dài đoạn kênh tháo ( sau bể tháo đối xứng ) cần bảo vệ mái và đáy :

* Khoảng cách giữa các tâm miệng ra ống đẩy:

Trong đó : b - khoảng cachs từ mép ống đẩy đến trụ pin, lấy như sau:

loại van tự đóng nhanh b = 0;

loại van nắp cánh bướm b = 0,5 m;

loại nắp ống đẩy có chốt bản lề phía trên b = 0,3 ... 0,4 m.

d - chiều dày trụ pin ở bể tháo lấy từ 0,6 ... 0,8 m;

n - số lượng đường ống đẩy nối với bể tháo.

Tính toán thủy lực xác định kích thước bể tháo xi phông

Những chỉ dẫn về bố trí và kích thước bể tháo xi phông như sau:

- Mép trên miệng ra của ống xi phông phải đặt ngập dưới mực nước thấp nhất trong bể một đoạn tối thiểu

và không nhỏ hơn 0,2 m, trong đó V_max là vận tốc lớn nhất chảy ra miệng xi phông ( xem Hình c ở trên );

- Đỉnh dưới họng xi phông phải cao hơn mực nước lớn nhất một khoảng $\delta$ = 0,2 ... 0,3 m. Khi trong bể có hiện tượng sóng lớn do gió thì có thể lấy lớn hơn;

- Tốc độ trung bình của dòng chảy qua họng xi phông làm bằng thép nhẵn hoặc bằng bê tông cốt thép nhẵn mặt phải lớn hơn trị số

Trong đó R_h là bán kính thủy lực ở họng xi phông, ( m ).Nếu lấy V < [ V ] mực nước và độ chân không ở họng xi phông sẽ giảm và tổn thất thủy lực sẽ tăng. Đây là một điều kiện để tính toán xác định kích thước họng xi phông;

- Tốc độ lớn nhất của dòng chảy trong xi phông trong điều kiện bình thường nên lấy giới hạn 2,5 m/s, có chú ý đến tốc độ tính toán van phá chân không.

Khi làm đường ống cong ở đỉnh xi phông ( Hình a trên ) có ma sát nhỏ nhất khi lấy:

Với ống ghép gãy khúc ( Hình b trên ) gồm hai đoạn có góc 45⁰ thì ma sát nhỏ nhất khi r/h = 1,5 ( r là bán kính cong của đường tim đoạn ống cong, thường lấy bằng r = ( 1,5 ... 1,2 ).h. Ống xi phông bằng bê tông cốt thép khi chuyển từ ống đẩy tròn sang ống xi phông hình chữ nhật, tiết diện chữ nhật có tỷ số giữa chiều cao h và bề rộng b nhỏ hơn 1 ( b/h < 1 ). Để dễ thi công đoạn chuyển tiếp này nên lấy b = D, h = 0,785D và đoạn dài chuyển tiếp từ hình tròn đường kính D sang chữ nhật nên lấy lớn hơn 1,5D.

Một vấn đề cần chú ý khi thi công lắp ráp xi phông là phải bảo đảm đường ống xi phông thật kín, vì nếu không khí lọt vào sẽ làm cho dòng chảy bị rối và tăng tổn thất thủy lực bể tháo. Lượng không khí trong nước càng tăng thì mực nước và độ chân không càng giảm làm cho xi phông làm việc như đập tràn, cột nước bơm tăng lên;

- Tốc độ miệng ra xi phông nên lấy 1 ... 1,5 m/s, miệng ra nên làm hình chữ nhật, từ họng xi phông đến miệng ra nên làm loe trên bình đồ với góc loe 10⁰;

- Ống nối với xi phông không nên đặt quá dốc, thường lấy 15 ... 18⁰để khỏi trượt

- Độ dốc nhánh lên và nhánh xuống của xi phông nếu lấy càng dốc thì tuy giảm khối lượng nhưng lại tăng tổn thất thủy lực, thường nhánh lên thoải hơn nhánh xuống. Độ dốc nhánh xuống thường lấy 1:1 hoặc nhỏ hơn;

- Khoảng cách từ miệng ra xi phông đến đáy bể tháo theo đường tim nên lấy bằng ( 0,5 ... 1,25 ) h ( hoặc D₀ ). Để tránh va đập dòng nước rơi xuống đáy nên nối tiếp với đáy một đoạn cong thuận;

- Chiều dài và bề rộng bể tiêu năng của bể tháo xi phông tính toán như bể tháo thông thường đã trình bày ở trên. Chiều dài đoạn kênh tháo cần bảo vệ nên lấy lớn gấp 1,5 ... 2 lần bể tháo thông thường vì sự phân bố vận tốc dòng chảy ở đây phức tạp hơn.

Các loại van phá chân không và nguyên lý làm việc

Van phá chân không là bộ phận bảo đảm cho xi phông cấp nước ( tích chân không ) khi bơm nước và ngắt dòng chảy ngược ( phá chân không ) từ bể tháo về ống đẩy khi ngừng máy, nếu không có van phá chân không sẽ không ngắt được dòng chảy ngược.

Yêu cầu đặt ra đối với van phá chân không:

- Làm việc bảo đảm, bền và thuận lợi;

- Có cấu tạo đơn giản, giá thành hạ;

- Bảo đảm mồi nước nhanh và phá chân không nhanh;

- Tổn thất thủy lực nhỏ nhất;

- Làm việc tự động;

- Đóng kín không cho không khí lọt vào họng xi phông khi đưa nước lên bể tháo

Van phá chân không về nguyên tắc tác động có thể chia ra: loại thủy lực và cơ khí. Mỗi van đều có lỗ để nạp khí vào xi phông ( khi phá chân không ) và tháo khí ra khỏi ống đẩy ( khi nạp chân không ). Sau đây trình bày hai loại van nói trên.