Giáo trình

Máy bơm và trạm bơm

Science and Technology

Nhà máy bơm kiểu buồng

Tác giả: Nguyễn Quang Đoàn

NHÀ MÁY BƠM KIỂU BUỒNG.

Nhà máy bơm kiểu buồng là nhà máy có móng đúc liền và các tổ máy bơm chính và gian máy nằm thấp hơn cao trình mặt bằng san ủi của khu nhà máy. Nhà máy bơm kiểu buồng thường dùng cho trạm bơm vừa và lớn, lấy nước từ nguồn nước hở đặt trên bờ ổn định khi giao động mực nước vượt quá 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 nầy 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,δ ; 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,a, δ ). 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 đây 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 âm. Trong một số trường hợp khi giao động mực nước trong buồng ướt

Nhà máy bơm loại buồng ướt máy đặt chìm.

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 δ ) . Loại nhà máy này đặt máy bơm trục hoặc li tâm 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.

Đặc điểm và cấu tạo nhà máy 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 kê 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 dáng 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 phần móng buồng ướt nhẹ, do vậy để chống trượt và lật cần phải tăng trọng lượng nhà máy và 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 sữa 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.

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 loai 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 tầng: 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 cồng kềnh ( 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. Tấm đáy buồng khô phải bảo đảm không thấm nước và có bố trí rãnh để tiêu nước rò rỉ, bề dày tấm móng đủ bảo đảm nhà máy ổn định và không thấm nước.

Hình 11 - 14 là nhà máy bơm kiểu 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 giàn kéo van 22 có đặt ray 23để móc cẩu 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.

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 bố 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 , phần 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, phòng tắm 15, hành lang thông thương 13, kho dụng cụ điện 16, phòng kỹ sư trưởng 20, phòng của trực ban 21, buồng MBA tự dùng 19, phòng điều khiển 17, phòng 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 ...

Sơ đồ bố trí cụm nhà máy bơm kiểu buồng khô.

Hình dạng và kích thước phần buồng hút của nhà máy kiểu buồng

Buồng hút là 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

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 tạo thành xoáy và chảy quẩn, làm giảm hiệu suất bơm, bơm được đặt sát vào tường sau 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.

Bố trí buồng hút máy bơm.

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 = h1 +h2

Căn cứ vào số liệu thí nghiệm và phân 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 khôngxác định đúng sẽ xẩy ra những trường hợp bất thường như ở Hình 11 - 17* Từ kinh nghiệm cho thấy: bốn

Kích thước buồng hút và sự phân bố dòng chảy khi h1 thay đối

dạng xoáy đầu là do h2 nhỏ, muốn khắc phục chỉ cần tăng h2 là được. Dạng xoáy I và II ánh 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

Trước miệng vào ống hút có đặt lưới chắn rác, vì vậy phải thường xuyên vớt rác để bảo đảm h2 không bị tụt và thiết kế vận tốc nước qua lưới khoảng từ ( 0,3 ... 0,5 ) m/s.

Sơ đồ các dạng xoáy ở miệng hút.

Cũng chú ý không nên lấy h2 lớn quá vì sẽ tăng vốn đầu tư xây dựng cơ bản.

Đối vơi máy bơm loại nhỏ hình dạng và kích thước bể hút cần có tỉ số h2 /D tăng lên , đường kính ồng hút D giảm để bảo đảm tránh xoáy nước và tạo bọt khí. Buồng hút tiêu chuẩn đối với máy bơm nhỏ có thể tra ở bảng sau đây:

Khi ống hút đặt nằm ngang hoặc xiên và miệng vào ống hút đặt thẳng đứng ( xem Hình 11 - 18 ) xác định độ ngập của miệng ống hút ( S ) như sau:

Trong đó: V là vận tốc trong ống hút, ( m/s );

D là đường kính ống hút, ( m );

a là độ vượt cao của 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 chữ nhật thì S ≥ ( 0,6 ... 0,8 ).hBX ≥ 0,4m

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 bố trí chung buồng 1,5 Dv ≤ Ltr ≤ 2Dv .

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:

Trong đó: Q là lưu lượng máy bơm, ( m3/s );

B là chiều rộng buồng hút, ( m );

k là hệ số dung lượng nước, lấy như sau:

khi Q < 0,5 m3/s thì k = 25 ... 30

khi Q > 0,5 m3/s thì k = 15 ... 20.

k lớn dùng cho bơm hướng trục, k nhỏ dùng cho bơm li tâm.

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 ).

Mục lục
Đánh giá:
0 dựa trên 0 đánh giá
Nội dung cùng tác giả
 
Nội dung tương tự