mạng lưới cấp nước và tính toán thủy lực ml cấp nước

Bài giảng cấp thoát nước CHƯƠNG 3: MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 3.1.1. Mạng lưới cấp nước và các yêu cầu của MLCN 3.1.2. Qúa trình phân bố tuyến ống của MLCN 3.1.3. Nội dung thiết kế mạng lưới thoát nước 3.1.4. Phân bố mạng lưới cấp nước 3.1.5. Các nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước 3.1.6. Phân cấp mạng lưới cấp nước 3.1.7 Tính toán mạng lưới cấp nước

3.1.1 Mạng lưới cấp nước và các yêu cầu của MLCN

3.1.2 Quá trình phân bố tuyến ống của MLCN

3.1.3 Nội dung thiết kế mạng lưới thoát nước

3.1.4 Phân loại mạng lưới cấp nước

3.1.5 Các nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước

3.1.6 Phân cấp mạng lưới cấp nước

3.1.7 Tính toán mạng lưới cấp nước

3.1.1 Mạng lưới cấp nước và các yêu cầu của MLCN

 MLCN là một bộ phận của hệ thống cấp nước, là tập hợp

các loại đường ống với các kích cỡ khác nhau, làm nhiệm

vụ vận chuyển và phân phối nước đến các nơi tiêu thụ.

 Giá thành xây dựng chiếm từ 50-70% tổng giá thành xây

dựng toàn bộ HTCN.

4

7SÔN

G

CH?T KH? TRÙNG ĐU? NG ? NG

đường ống chính, chủ yếu dùng để vận chuyển nước đi

xa và các đường ống nhánh làm nhiệm vụ phân phối

Đường ống chính Đường ống nhánh

3.1.1 Mạng lưới cấp nước và các yêu cầu của MLCN

MLCN phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây:

 Cấp đủ lưu lượng tới mọi đối tượng dùng nước dưới áp

lực yêu cầu và chất lượng tốt

 Cung cấp nước thường xuyên, liên tục và chắc chắn đến

mọi đối tượng dùng nước trong phạm vi thiết kế

 Thiết kế sao cho chi phí xây dựng và quản lý mạng lưới

cũng như mọi công trình liên quan tới nó (TBC II, đài

nước, bể chưa) là thấp nhất

• Lựa chọn hình dạng mạng lưới (vạch tuyến mạng lưới);

• Vật liệu làm ống;

• Xác định đường kính ống sao cho kinh tế nhất.

3.1.2 Quá trình phân bố tuyến ống của MLCN

Sự phân bố các tuyến ống của MLCN phụ thuộc vào:

 Đặc tính quy hoạch cấp nước của khu vực:

• Sự phân bố các đối tượng dùng nước riêng rẽ,

• Sự bố trí các tuyến đường;

• Hình thù, kích thước các khu nhà ở, công xưởng, cây xanh.

 Sự có mặt của các chướng ngại vật thiên nhiên hay nhân

tạo khi tiến hành đặt ống

 Địa hình của khu vực sẽ thiết kế HTCN

3.1.3 Nội dung thiết kế MLCN

Thiết kế MLCN gồm các bước cơ bản sau đây:

 Vạch tuyến MLCN;

 Lập sơ đồ phân bố lưu lượng cho ML:

• Xác định lưu lượng nước tính toán cho từng đoạn ống;

• Tính toán thủy lực MLCN: chọn đường kính ống, xác định tổn

thất áp lực trên các đoạn ống và toàn ML và cuối cùng là xác

định chiều cao đài nước và áp lực công tác máy bơm cấp II.

 Tính toán thiết kế và bố trí công trình trên MLCN;

 Bố trí đường ống cấp nước trên mặt cắt đường phố,

trình bày mặt cắt dọc (trắc dọc) của các tuyến ống thiết

kế

 Bản đồ địa hình khu vực: vị trí thành phố, nguồn nước,

các tuyến ống dẫn nước hiện hữu

 Bản đồ quy hoạch và số liệu quy hoạch của thành phố

 Bản đồ quy hoạch các công trình ngầm

 Mặt cắt ngang đường phố

 Tài liệu về địa chất công trình và địa chất thủy văn

3.1.4 Phân loại MLCN

Tùy theo quy mô và tính chất của các đối tượng dùng nước,

người ta phân ra:

Mạng lưới cụt

Mạng lưới vòng Mạng

lưới hỗn hợp

 Chỉ cho nước chảy đến điểm cấp nước theo một chiều nhất định và kết thúc ở đầu nút của các tuyến ống.

Mạng lưới vòng

 Là ML đường ống khép kín, nước được cung cấp nước tới một điểm nào đó bằng hai hay nhiều đường khác nhau.

3.1.4 Phân loại MLCN (tt)

 Nhược điểm:

• Khó xác định chiều nước chảy  khó tính toán

• Tổng chiều dài ML đường ống lớn  giá thành xây dựng và quản lý cao

 Ưu điểm: Đảm bảo

cung cấp nước an toàn

 Mạng lưới cụt: phân phối cho những điểm ít quan trọng hơn

Mạng

lưới hỗn

hợp

3.1.5 Nguyên tắc vạch tuyến MLCN

Khi vạch tuyến MLCN cần dựa trên các nguyên tắc sau:

ML phải bao trùm được các đối tượng dùng nước;

Tổng chiều dài toàn ML là nhỏ nhất;

Các tuyến ống chính phải đặt theo đường phố lớn, hướng về

phía cuối mạng lưới và các điểm dùng nước tập trung, cách

nhau 300-600mm và 1 ML phải có ít nhất 2 tuyến ống chính;

Các ống chính nối nhau bằng các ống nhánh, cách nhau

400-800mm và hạn chế việc bố trí đường ống đi qua sông, đê, đầm

lấy, đường xe hỏa, khu nghĩa địa, BCL;

Kết hợp chặt chẽ giữa hiện tại và phát triển trong tương lai

3.1.6 Phân cấp MLCN

Cấp 1 Cấp 2

Tùy thuộc vào quy mô mạng lưới

• ML hay tuyến ống cấp 1

o Làm nhiệm vụ truyền dẫn và điều hòa áp lực

o Đường kính ống ≥ 300mm

o Mật độ tuyến ống cấp 1 càng nhiều cấp nước càng an toàn.

o Khoảng cách giữa các tuyến ống cấp 1 từ 300-600mm

• Khi tính toán thủy lực ML có thể không tính đến

tuyến ống cấp 3, coi nước đi vào ML cấp 3 như

là phân phối đều trên dọc tuyến cấp 2;

• Có giá trị lưu lượng quy về 2 nút ở đầu và cuối

của mỗi đoạn ống cấp 2

3.1.6 Phân cấp MLCN (tt)

q trên từng đoạn ống:

q dđ , q ttr ,q nút

2 •Chọn đường

kính d ống cấp nước

•Xác định tổn thất áp lực trên đường ống

3

•Xác định chiều cao đài nước

4

•Tính toán

áp lực công tác của máy bơm, chọn bơm.

5

3.1.7 Tính toán MLCN (tt)

1 Xác định Q tính toán cho toàn mạng

o Phải xác định cho 3 trường hợp:

24

.

max max

Q K

24

.

min min

Q K

3.1.7 Tính toán MLCN (tt)

q vc : lưu lượng nước vận chuyển qua đoạn ống (l/s),

q vc = q ct + q ttr

+ q ttr : lưu lượng tập trung, lấy ra ở nút cuối của đoạn ống tính toán

+ q ct: lưu lượng nước chuyển tiếp tới các đoạn ống phía sau.

dđ ttr

ct dđ

α : hệ số tương đương kể tới sự thay đổi lưu lượng dọc đường của

đoạn ống, thường lấy bằng 0,5 (ở đầu đoạn ống qdd có giá trị lớn

3.1.7 Tính toán MLCN (tt)

2 Xác định lưu lượng q tính toán cho từng đoạn ống (tt):

L q

L

q q

 qđv: lưu lượng nước dọc đường đơn vị (l/s).

 L: chiều dài đoạn ống tính toán (m)

  qdđ: tổng lưu lượng nước phân bố theo dọc đường (l/s)

 qvào: lưu lượng tính toán cho toàn mạng lưới do TB 2, đài nước cấp, (l/s).

  L : tổng chiều dài tính toán, tức là tổng chiều dài MLCN, (m).

(l/s)

Để xác định qdđ cần xác định lưu lượng đơn vị (qđv), tức là lưu

lượng lấy ra trên 1m chiều dài của đoạn ống.

3.1.7 Tính toán MLCN (tt)

2 Xác định lưu lượng q tính toán cho từng đoạn ống (tt):

Để đơn giản hóa trong tính toán, người ta thường đưa lưu lượng

nước dọc đường về các nút, tức về điểm đầu và điểm cuối của

mỗi đoạn ống.

dđ dđ

(l/s)

q dđ

q ttr

q dđ

3.1.7 Tính toán MLCN (tt)

2 Xác định lưu lượng q tính toán cho từng đoạn ống (tt):

 Sau khi đã đưa tất cả các lưu lượng nước dọc đường và

lưu lượng nước tập trung về các nút

 Xác định được lưu lượng nước tính toán cho từng đoạn

ống của MLCN

dđ ttr

ct dđ



Q D

 Theo kinh nghiệm:

Bảng: tốc độ kinh tế cho các đường ống cấp nước

3 Xác định tổn thất áp lực trên các đường ống (tt):

3.1.7 Tính toán MLCN (tt)

 Tổn thất áp lực trên các đường ống cấp nước bao gồm:

• Tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài thành ống gây ra, h;

• Tổn thất cục bộ (h cb) ở những chỗ dòng nước thay đổi

hướng như: cút, tê, hay nước đi qua các thiết bị như van

khóa, đồng hồ do nước.

 Tổn thất cục bộ là rất nhỏ nên thường bỏ qua, hoặc lấy

từ 5-10% tổn thất theo chiều dài,

h

 ( 5 10 )%.

v L

i

2

i: tổn thất đơn vị, phụ thuộc vào loại ống

và vận tốc nước chảy trong ống.

: hệ số sức kháng ma sát theo chiều dài,

phụ thuộc vào vật liệu chế tạo ống, độ nhám thành ống và đường kính ống

d : đường kính trong của ống, mm

v : vận tốc nước chảy trong ống, m/s L: chiều dài đoạn ống tính toán, m

,

236 , 0 1 d 0144 , 0

,

684 , 0 1 d

0159 , 0

 Đối với ống gang mới

 Đối với ống thép mới

19 , 0 19

, 1

2

V 51 , 3 1 D

V 000561 , 0

774 , 1

d

V 000685 ,

0

 Đối với ống nhựa dẻo

 Đối với ống gang và thép cũ

3 , 0

d

021 , 0



d

V 00107 , 0

3 , 0 3

,

0 V

867 , 0 1 d

0179 , 0

V 000912 , 0

i   

o Khi v >1,2 m/s

o Khi v >1,2 m/s

Cho MLCN như hình vẽ, bình đồ và kích thước đã ghi trên

hình Từ trạm bơm cấp II cung cấp một lưu lượng nước là

40l/s Đài nước đặt ở đầu mạng, cung cấp một lưu lượng là

10l/s Tại nút 6 lấy ra một lưu lượng tập trung là 5l/s Tính:

1/ Lưu lượng nước tính toán cho từng đoạn ống

Thí dụ minh họa 1:

3.1.7 Tính toán MLCN (tt)

ct dđ

qdđ  đv.

L

q q

+ Theo đề bài, tạo nút 6 ta có: qtt= 5l/s

+ qct: qdđnằm trên đoạn 4-3 và 3-2 đến điểm cuối của mạng

Trình tự tính toán:

1 Tính tổng chiều dài mạng lưới:  L = 1.600m

2 Xác định lưu lượng đơn vị:

028 , 0 1600

5 ) 10 40 ( 1600

5 ) (

q q L

5 Xác định lưu lượng tính toán từng đoạn ống:

dđ ttr

ct dđ vc

Câu 2: Xác định h theo chiều dài cho từng đoạn ống tính toán

v L i

2

Ghi chú: Chọn trước đường kính ống d theo qtt,và các số liệu

khác: 1000i, v tra ở bảng tính thủy lực đối với ống bằng gang

3.2 TÍNH TOÁN THỦY LỰC

MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC

3.2.1 Những đặc điểm hình học của MLCN

3.2.2 Tổ chức nhiệm vụ tính toán MLCN

3.2.3 Tính toán thủy lực mạng lưới cụt

3.2.4 Tính toán thủy lục mạng lưới vòng

3.2.5 Xác định chiều cao đài nước

 Ở mạng lưới vòng: hai nút bất kỳ chỉ có thể nối với

nhau bằng hai hay nhiều đoạn ống khác nhau và tạo

thành vòng kín

 Ở mạng lưới cụt, mỗi đoạn ống không quan trọng bằng

mạng lưới vòng do không làm xáo trộn sự làm việc của

toàn bộ mạng lưới khi hư hỏng một đoạn ống bất kỳ, mà

chỉ ngăn không cho các phần sau của mạng lưới làm

việc

3.2.2 Tổ chức nhiệm vụ tính toán MLCN

 Mục đích của việc tính toán MLCN là:

1 Xác định đường kính ống kinh tế nhất

2 Tổn thất áp lực tối ưu cho tất cả các đoạn ống của ML

Dựa trên xem xét sự làm việc đồng thời của các công

 Muốn xác định đường kính cho các đoạn ống của ML

cần phải biết lưu lượng nước tính toán trong các đoạn

ống đó

 Trước khi tính toán MLCN, cần phải biết:

o Hình thù của ML;

o Chiều dài các đoạn ống tính toán;

o Lưu lượng lấy ra tại các nút một cách cụ thể

3.2.3 Tính toán thủy lực mạng lưới cụt

A- Nhận định bài toán:

 Bài toán này cho biết:

 Áp lực cần thiết: Hctlấy ra ở nút cuối

 Lưu lượng lấy ra ở các nút

3.2.3 Tính toán thủy lực mạng lưới cụt (tt)

B- Cách thực hiện:

 Bước 1:

Gồm 2 bước:

 Xác định lưu lượng tính toán toàn mạng lưới

 Vạch tuyến, chia đoạn tính toán, ghi chiều dài, qttr

Bảng tính toán và theo dõi kết quả

3.2.3 Tính toán thủy lực mạng lưới cụt (tt)

3.2.3 Tính toán thủy lực mạng lưới cụt (tt)

C- Thí dụ minh họa:

Cho MLCN như hình vẽ, bình đồ và kích thước đã ghi trên hình Từ

trạm bơm cấp II cung cấp một lưu lượng nước là 40l/s Đài nước đặt ở

đầu mạng, cung cấp một lưu lượng là 10l/s Tại nút 6 lấy ra một lưu

gang nước sạch Tổng tổn thất áp lực từ trạm bơm đến đài là 4m Tính:

1/ Lưu lượng nước tính toán cho từng đoạn ống

2/ Lập bảng tính thủy lực của MLCN

3/ Chiều cao xây dựng đài nước và áp lực công tác của máy bơm

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng

4 hay 1-8-7-6-4… tùy theo áp lực từng nhánh ống.

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

 Lưu lượng q và tổn thất áp lực h từng nhánh là hai đại

lượng không xác định, nó phụ thuộc vào đường kính

(d) và chiều dài (L) các đoạn ống, nếu q thay đổi thì d

cũng thay đổi theo

 Như vậy, mỗi đoạn ống sẽ có 2 ẩn số là q và d Nếu

mạng có p đoạn ống  2.p ẩn số

 Lưu lượng q và tổn thất áp lực h từng nhánh là hai đại

lượng không xác định, nó phụ thuộc vào đường kính

(d) và chiều dài (L) các đoạn ống, nếu q thay đổi thì d

cũng thay đổi theo

 Như vậy, mỗi đoạn ống sẽ có 2 ẩn số là q và d Nếu

mạng có p đoạn ống  2.p ẩn số

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

o ĐL 1: Tổng đại số của lưu lượng tại mỗi nút phải bằng

không Nếu ta quy ước các lưu lượng chảy đến nút là dương và

các lưu lượng đi ra khỏi nút là âm thì ta có phương trình tại nút

là:

o ĐL 2: Tổng đại số tổn thất áp lực của mỗi vòng sẽ bằng

không Nếu ta quy ước tổn thất áp lực trên nhánh có nước chảy

cùng chiều kim đồng hồ là dương và nhánh nước chảy ngược

chiều kim đồng hồ là âm thì:

 Để tính toán người ta thường đưa về việc giải gần

đúng các phương trình bậc 2 dựa vào các định lý sau:

  h hay  h < 0,5m đối với 1 vòng

  h hay  h < 1,5m đối với vòng bao lớn

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

o ĐL 1: Tổng đại số của lưu lượng tại mỗi nút phải bằng

không Nếu ta quy ước các lưu lượng chảy đến nút là dương và

các lưu lượng đi ra khỏi nút là âm thì ta có phương trình tại nút

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

 Trình tự tính toán:

 Vạch tuyến MLCN;

 Đánh số nút và xác định chiều dài từng đoạn ống  tổng

chiều dài của toàn mạng.

 Sơ bộ vạch hướng nước chảy.

 Xác định qđv, qdđ, qnútcủa từng đoạn ống.

 Từ lý thuyết  qnút = 0, tạm thời phân bố lưu lượng cho các

nhánh.

 Lập bảng tính thủy lực:

+ Chọn d cho từng đoạn ống theo vận tốc kinh tế;

+ Tính tổn thất áp lực theo chiều dài (hl) của các đoạn ống

o Nếu chưa thỏa mãn thì phải điều chỉnh lại lưu

lượng phân bố lúc đầu (giữ nguyên d đã chọn).

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

 Trình tự tính toán:

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

 Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng:

1 Xác định lưu lượng đúng cho các đoạn ống của mạng lưới

(giữ nguyên d đã chọn ban đầu);

2 Xác định áp lực cần thiết của điểm dùng nước, lưu lượng và

cột áp công tác của tất cả các trạm cấp nước hay các điểm

dùng nước không cố định trong mạng lưới.

Nhiệm vụ của tính toán điều chỉnh mạng lưới là gì?

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

 Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng:

Đường kính (chọn theo lưu lượng sơ bộ), chiều dài

và sức kháng của các đoạn ống trong mạng lưới

Vị trí và trị số lưu lượng lấy ra tại các điểm dùng nước cố định (tại các nút trong mạng lưới).

Cao trình mặt đất của tất cả các nút trong hệ thống.

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

 Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng:

Cột áp tại tất cả các nút của mạng lưới.

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

 Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng:

Phương pháp 1: Phương pháp Lobachep (Nga) và

Cross (Đức): tính cho 1 vòng

Trong đó:

- ∆h =  h: sai số áp lực của vòng đang tính

- hi, qi, Si: tổn thất áp lực, lưu lượng và sức kháng

thủy lực thuộc đoạn ống thứ i trong vòng đang tính

Nếu mạng có nhiều vòng thì  q đc xác định cho từng vòng một

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

 Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng:

Phương pháp 2: Phương pháp Andrayxep: tính cho

nhiều vòng cùng một lúc và thực hiện ngay trên sơ đồ

Trong đó:

- ∆h: sai số áp lực trên mỗi vòng

- ∑h: tổng tổn thất áp lực theo mỗi nhánh của vòng

- qtb: lưu lượng tính toán trung bình cho mỗi vòng

3.2.4 Tính toán thủy lực mạng lưới vòng (tt)

 Thí dụ minh họa:

Cho sơ đồ mạng lưới cóhai vòng I và II, chiềudài các đoạn ống tínhtoán được ghi trên hình

vẽ Từ TB cấp II cungcấp cho mạng một lưulượng là 100l/s Tại nút

5 có lấy ra một lưulượng tập trung là 10l/s

Yêu cầu tính toán thủylực mạng lưới