bài tập tiểu luận khảo sát và tính kiểm tra hệ thống bơm nước tòa nhà e tower,tân bình

1.1.2 Chức năng Chúng ta luôn bắt gặp những hệ thống bơm nước công nghiệp tuần hoàn trong các nhà máy công nghiệp hay các hệ thống cung cấp nước sinh hoạt trong các cao ốc chức năng như

BÀI TẬP TIỂU LUẬN

 GVHD : TS.BÙI TRUNG THÀNH

 LỚP : ĐHNL3TLT

 SVTH:

MỤC LỤC



Lời mở đầu 3

Nhận xét của giáo viên 4

Chương 1 Tổng quan về hệ thống bơm cấp nước cho tòa nhà cao tầng 5

1.1 Giới thiệu hệ thống bơm cấp nước cho nhà cao tầng 5

1.1.1 Các loại hệ thống bơm cấp nước cho nhà cao tầng 5

1.1.2 Chức năng 5

Chương 2 Tìm hiểu, mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống 6

2.1 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống 6

2.2 Các lưu ý trong thiết kế 7

2.3 Ứng dụng của hệ thống bơm cấp nước trong thực tế 8

2.4 Kết cấu, đặc điểm của máy bơm sử dụng trong hệ thống bơm cấp nước 9

2.4.1 Giới thiệu máy bơm 9

2.4.2 Các loại máy bơm 9

2.4.3 Các thông số năng lượng chính và vùng sử dụng bơm 11 Chương 3 Tính toán thiết kế hệ thống 13

Lời kết luận 17

Tài liệu tham khảo 18

LỜI MỞ ĐẦU



Ngày nay máy bơm được dùng rất rộng rãi trong đời sống và các ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp, máy bơm được dùng để cung cấp nước cho các lò cao, hầm

mỏ, nhà máy bơm dầu trong công nghiệp khai tác dầu mỏ Trong kỹ nghệ chế tạo máy bay, trong nhà máy điện nguyên tử đều dùng máy bơm Trong nông nghiệp, máy bơm dùng để bơm nước tưới và tiêu úng Trong đời sống máy bơm dùng cấp nước sạch cho nhu cầu ăn uống của con người, vật nuôi

Cùng với sự phát triển không ngưng về kỹ thuật và công nghệ, hiện nay đã ra đời của những máy bơm rất hiện đại, đồng thời chúng ta đã có một số nhà máy chế tạo bơm như: Công ty chế tạo bơm Hải Dương, Công ty cơ khí điện thủy lợi, Nhà máy cơ khí Duyên Hải sản xuất máy bơm phục vụ cho đất nước

Do đó, khi được giao đề tài: “KHẢO SÁT VÀ TÍNH KIỂM TRA HỆ THỐNG

BƠM NƯỚC TÒA NHÀ E TOWER, TÂN BÌNH”, tác giả đã dựa trên số liệu khảo sát

thực tế về số nhân viên, số nhà vệ sinh thực tế và dự kiến lượng nước sử dụng cùng lúc tối đa, đồng thời tìm hiểu bể cấp nước từ hệ thống nước thành phố đặt tại bể chìm tầng hầm, bể cấp nước cho các nhà vệ sinh đặt trên sân thượng…để hoàn thành bài tập tiểu luận này

Kết cấu tiểu luận gồm 03 chương:

 Chương 1: Tổng quan về hệ thống bơm cấp nước cho nhà cao tầng

 Chương 2: Tìm hiểu, mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống

 Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống

NHẬN XÉT CỦA GV:



TP.HCM, ngày… tháng… năm Người nhận xét

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BƠM CẤP NƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG

1.1 Giới thiệu hệ thống bơm cấp nước cho nhà cao tầng

1.1.1 Các loại hệ bơm cấp nước cho nhà cao tầng hiện nay

Các hệ bơm cấp nước nhà cao tầng:

- Bể ngầm->Trạm bơm-> Bể trung gian (có thể có)-> Trạm bơm trung gian-> Bể mái -> phân vùng cấp nước trọng lực và trạm bơm cho các tầng trên cùng

- Bể ngầm-> Trạm bơm -> phân vùng cấp nước tới các tầng

- Bể ngầm-> Trạm bơm-> Tới các tầng dưới và Bể trung gian-> Trạm bơm và phân vùng cấp nước tới các tầng

- Bể ngầm-> 2 bơm biến tần (1 duty, 1 stanby) + bình áp lực ->phân 3 vùng cấp nước (mỗi vùng 7 tầng), với 3 ống đứng từ ống gom header

Hệ thống đường ống với 3 van chống nước va, 3 van điều áp lắp trên 3 ống đứng chính

và đầy đủ van khóa khác

1.1.2 Chức năng

Chúng ta luôn bắt gặp những hệ thống bơm nước công nghiệp tuần hoàn trong các nhà máy công nghiệp hay các hệ thống cung cấp nước sinh hoạt trong các cao ốc chức năng như khách sạn, văn phòng, căn hộ cao cấp,… nơi cần thiết lượng nước sinh hoạt lớn với nhu cầu (lưu lượng) luôn thay đổi thường xuyên

Việc nghiên cứu sử dụng hiệu quả nguồn điện năng cung cấp cho một nhóm phụ tải công suất lớn và có đặc tính giao động như vậy đang được quan tâm rất nhiều, nhất là trong bối cảnh hiện nay khi tiêu chí tiết kiệm điện năng luôn được đề cập đến trong các dự án lớn

Để đáp ứng được những yêu cầu về cấp nước với áp suất không đổi trong công nghiệp, dân dụng, cũng như các hệ thống tưới tiêu tiết kiệm nước trong nông nghiệp

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU, MÔ TẢ NGUYÊN LÝ

HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG:

2.1 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Khi hệ thống cấp nước tự động hoạt động, sẽ có một cảm biến áp suất với độ nhạy cao gắn trên đường ống để phát hiện sự thay đổi của áp suất trên đường ống do nhu cầu tiêu thụ nước thay đổi gây ra, sau đó sẽ truyền tín hiệu thay đổi này về biến tần Sau khi tính toán và so sánh với giá trị áp suất đặt, biến tần sẽ gửi lệnh thay đổi tần số mới xuống

bộ điều khiển tốc độ quay của của động cơ cánh quạt của bơm và có thể đưa thêm hay cắt bớt các bơm trong hệ thống Do vậy ổn định được áp suất nước trên đường ống theo yêu cầu

 Hệ thống cấp nước sạch:

- Trên đường ống cấp nước chính đặt cảm biến đo áp suất Khi có sự thay đổi về

áp suất trong đường ống thì cảm biến sẽ truyền tín hiệu về biến tần (tín hiệu dạng tương tự) Tại biến tần tín hiệu này được so sánh với giá trị áp suất được đặt sẵn (tín hiệu dạng tương tự) Sau đó biến tần sẽ dựa vào giá trị so sánh đó và điều khiển tần số nguồn cấp cho động cơ bơm

- Ở bể chứa nước đặt cảm biến báo mức nước Nếu mức nước xuống quá thấp (không đủ mức nước cho bơm hoạt động), cảm biến báo mức sẽ truyền tín hiệu về biến tần để dừng bơm

 Hệ thống thoát nước thải:

- Tương tự hệ thống cấp nước, bể chứa nước thải cũng có đặt cảm biến báo mức bùn trong bể

Sơ đồ làm việc của hệ thống điều khiển nhiều bơm

2.2 Các lưu ý trong thiết kế:

 Các yêu cầu để bơm nước cho nhà cao tầng

- Khối lượng nước yêu cầu một ngày, với 8 giờ làm việc là 700 lít

- Nước cấp cho nhà được dùng vào việc: tắm, giặt,vệ sinh, phun sương …v.v

- Cột áp đẩy là 10 m

 Một số vấn đề có thể gặp

Hình ảnh máy bơm nước tại tòa nhà Etown- Tân Bình

Để đáp ứng nhu cầu áp lực nước trong hệ thống luôn đủ khi nhu cầu sử dụng nước thay đổi bất thường, các bơm trong hệ thống luôn làm việc liên tục ở chế độ đầy tải tương ứng với trường hợp nhu cầu sử dụng nước của hệ thống ở mức cực đại Tuy nhiên đều

này dẫn đến 1 số bất lợi sau:

- Áp lực nước trong hệ thống đôi khi tăng quá cao không cần thiết, do nhu cầu sử dụng nước giảm xuống nhưng hệ thống bơm vẫn chạy đầy tải

- Các bơm phải chạy liên tục dẫn đến giảm tuổi thọ cơ khí, hoặc chi phí đầu tư sẽ tăng lên (do tăng số lượng bơm) nếu muốn các bơm chạy luân phiên

- Tổn hao điện năng trên hệ thống do động cơ bơm vẫn chạy đầy tải trong khi nhu cầu sử dụng nước giảm xuống

2.3 Ứng dụng của hệ thống bơm cấp nước trong thực tế :

Hiện nay tại tòa nhà E tower-Tân Bình, sau đây là khảo sát cấu trúc của tòa nhà E (12

tầng) về các chỉ tiêu sau đây :

- Số lavapo/ tầng

- Số bồn tiểu/ tầng

- Số bồn cầu/ tầng

- Số vòi nước phụ/ tầng

- Số phòng/ tầng

- Số người / phòng/ tầng

- Chiều cao/ phòng/ tầng

- Các ghi chú khác

Tầng Lavapo Bồn

tiểu

Bồn cầu

Vòi nước phụ

Số phòng

Số Người

Chiều

Phòng máy Công cụ 4m Phòng làm việc

Tầng 10 3 6 3 1 11 100 4m Phòng làm việc

Bồn nước để trên tầng 12 có nghĩa là ở độ cao là tổng chiềi cao tòa nhà trừ ra 4m

Toàn bộ các đường ống nước dẫn vào thiết bị sử dụng ống phi 21 và có van

2.4 Kết cấu, đặc điểm của máy bơm sử dụng trong hệ thống bơm cấp nước

2.4.1 Giới thiệu máy bơm

Máy bơm là một loại máy thủy lực, nhận năng lượng từ bên ngoài ( cơ năng, điện năng, thủy năng ) và truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống

Hình ảnh máy bơm nước tại tòa nhà Etown- Tân Bình 2.4.2 Các loại máy bơm

Người ta chia máy bơm ra nhiều loại dựa vào những đặc điểm như: nguyên lý tác động của cánh bơm vào dòng nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy

bơm, mục đích bơm, loại chất lỏng cần bơm Trong đó thường dùng đặc điểm thứ nhất

để phân loại máy bơm; theo đặc điểm này máy bơm được chia làm hai nhóm: Bơm động

học và Bơm thể tích

Nhóm 1: Bơm động học: Trong buồng công tác của máy bơm động học, chất lỏng được

nhận năng lượng liên tục từ cánh bơm truyền cho nó suốt từ cửa vào đến cửa ra của bơm Loại máy bơm này gồm có những bơm sau :

- Bơm cánh quạt ( gồm bơm: li tâm, hướng trục, cánh chéo ): Trong loại

máy bơm này, các cánh quạt gắn trên bánh xe công tác ( BXCT ) sẽ truyền trực tiếp năng lượng lên chất lỏng để đẩy chất lỏng dịch chuyển Loại bơm này thường có lưu lượng lớn, cột áp thấp ( trong bơm nước gọi cụ thể là cột nước ) và hiệu suất tương đối cao, do vậy thường được

dùng trong nông nghiệp và các ngành cấp nước khác;

- Bơm xoắn: Chất lỏng qua các rãnh BXCT của máy bơm sẽ nhận được

năng lượng để tạo dòng chảy xoắn và được đẩy khỏi cửa ra BXCT Người ta dùng máy bơm này chủ yếu trong công tác hút nước hố thấm,

tiêu nước, cứu hỏa ;

- Bơm tia: Dùng một dòng tia chất lỏng hoặc dòng khí bên ngoài có động

năng lớn phun vào buồng công tác của bơm nhờ vậy hút và đẩy chất lỏng Loại bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dùng để hút

nước giếng và dùng trong thi công;

- Bơm rung: Cơ cấu công tác của bơm này là pít tông-van giao động qua

lại với tầng số cao gây nên tác động rung cơ học lên dòng chất lỏng để hút đẩy chất lỏng Loại bơm này có lưu lượng nhỏ, thường được dùng

bơm nước giếng và giếng mỏ;

- Bơm khi khí ép: Loại bơm này nhờ tạo hỗn hợp khí và nước có trọng

lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước để dâng nước cần bơm

lên cao Loại bơm này thường dùng để hút nước bẩn hoặc nước giếng;

- Bơm nước va ( bơm Taran ): Lợi dụng hiện tượng nước va thủy lực để

đưa nước lên cao Loại bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được

dùng cấp nưóc cho vùng nông thôn miền núi

Nhóm 2: Bơm thể tích: Nguyên lý làm việc của loại bơm này là thay đổi có chu kỳ thể

tích của buồng công tác truyền áp lực hút đẩy chất lỏng Bơm này có những loại sau:

- Bơm pít tông: Pít tông chuyển động tịnh tiến qua lại có chu kỳ trong buồng

công tác để hút và đẩy chất lỏng Loại bơm này tạo được cột áp cao, lưu lượng nhỏ nên trong nông nghiệp ít dùng, thường được dùng trong máy móc công

nghiệp;

- Bơm rô to: Dùng cơ cấu bánh răng hoặc bánh vít, cánh trượt đặt ở chu vi phần

quay của bơm để đẩy chất lỏng Bơm này gồm có: bơm răng khía, bơm pít tông quay, bơm tấm trượt, bơm vít, bơm pít tông quay, bơm chân không vòng nước Bơm rô to có lưu lương nhỏ thường được dùng trong công nghiệp;

2.4.3 Các thông số năng lượng chính và vùng sử dụng bơm

Thông số năng lượng chính của máy bơm là những số liệu chủ yếu biểu thị đặc tính cơ bản của máy bơm bao gồm: lưu lượng Q, cột nước H, công suất N, số vòng quay n và độ cao hút nước cho phép hs Những thông số này nhà máy chế tạo bơm đã ghi sẵn trên nhãn hiệu máy Sau đây là những thông số chính:

Hình ảnh Model máy bơm nước tại tòa nhà Etown- Tân Bình

 Lưu lượng Q

Lưu lượng là thể tích khối chất lỏng được máy bơm bơm lên trong một đơn vị thời

gian Q ( l/s, m3/s, m3/ h ) Thể tích có thể là m3 hoặc lit, còn thời gian có thể tính

là giây -thường đối với máy bơm lớn, hoặc giờ - thường dùng đối đối với máy bơm nhỏ hoặc thường dùng lưu lượng cho toàn trạm

 Cột nước H

Cột nước là năng lượng mà máy bơm truyền cho một đơn vị khối lượng chất lỏng qua nó Năng lượng đó bằng hiệu số năng lượng đơn vị của chất lỏng ở cửa ra và

cửa vào của bơm:

 Công suất N

Trên nhãn hiệu máy bơm thường ghi công suất trục máy bơm

 Hiệu suất h (%)

Máy bơm nhận công suất trục do động cơ truyền tới N

 Vòng quay n (v/p)

n là số vòng quay của máy bơm trong 1 phút

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Ở đây, tác giả chỉ tính toán thiết kế để kiểm nghiệm lại hệ thống của tòa nhà :

Các số liệu của hệ thống bơm của tòa nhà như sau:

 Công suất bơm: 15 HP

 Tần số: 50 Hz

 Lưu lượng: Q = 14 ÷ 34m /3 h

 Số vòng quay: 2900 vòng/ phút

 Voltage: 400 V

 Nhiệt độ nước đo được 200

C

 Đường kính ống đẩy 75mm, đường kính ống hút 90mm, có valve

 Chiều cao cần đưa nước lên là: 48m

 Bơm ly tâm đặt ở độ cao: 5m

 Trên đường ống hút ( chiều dài 15m) đặt hai valve một chiều và có hai khúc cong

0

90

 Trên đường ống đẩy ( chiều dài 58m) có hai khúc cong 0

90 và bốn khúc cong 0

110

 Áp kế trên ống đẩy từ bơm ra: 7bar

 Chân không kế trên ống hút: 12,94 mmHg

Bài làm:

a Vận tốc nước trong ống hút:

h

09 , 0 ).

4 / (

3600

34

Vận tốc nước trong ống đẩy:

d

075 , 0 )

4 / (

3600

34

b Tính tổn thất ma sát trong đường ống đẩy:

10 005 , 1

988 075 , 0 5 , 1









vd

= 110597

Do: 1.104

< Re = 110597 < 5.106

- đây là chế độ chảy rối

Tính tổn thất ma sát trong đường ống hút:

10 005 , 1

988 09 , 0 5 , 1









vd

= 132716 Do: 1.104

< Re = 132716 < 5.106

- đây là chế độ chảy rối

Độ nhám của ống dẫn ∆ = 0,2mm ( bảng phụ lục 17- page 311- bơm, quạt, máy nén – Bùi Trung Thành)

Độ nhám tương đối của ống đẩy: d/75/0,2= 375

Độ nhám tương đối của ống hút: d/   90 / 0 , 2= 450

Hệ số ma sát ống đẩy:  0,0125 +

075 , 0

0011 , 0 0125 , 0 0011 , 0





t

Bleccy)

t

d - đường kính ống

Hệ số ma sát ống hút:  0,0125 +

09 , 0

0011 , 0 0125 , 0 0011 , 0





t

Bleccy)

t

d - đường kính ống Tổng hệ số ma sát cục bộ trên đường ống hút:

3 2

1 2 3



Với: 1 = 0,5 – hệ số trở lực khi vào ống hút

2

 = 0,5 – hệ số trở lực van một chiều ( Re > 3.106

)

3

 = 0,11 – hệ số trở lực khúc cong 900

Khi đó:

2

485 , 1 998 83 , 1 09 , 0

15 0247 , 0 2

2 2

































  h h 

h

d

L

Tổn thất cột áp trên đường ống hút:

Hh=

81 , 9 998

6544





g

P h

Tổng hệ số ma sát cục bộ trên đường ống đẩy:

5 4 3 2



Với : 1 = 1 – hệ số trở lực khi ra khỏi ống đẩy

2

 = 0,11 – hệ số trở lực khúc cong 900

3

 = 0,12 – hệ số trở lực khúc cong 1100

4

 = 4,1 – hệ số trở lực của valve thường

5

 = 0,5 – hệ số trở lực van một chiều ( Re > 3.106

)

2

138 , 2 998 4 , 10 075 , 0

58 0272 , 0 2

2 2

































  d d 

d

d

L

Tổn thất cột áp trên đường ống đẩy:

Hd=

81 , 9 998

71701





g

P d

Tổng tổn thất cột áp:

d

H

c Chọn bơm:

Áp suất trong ống hút: P1= 760 - 12,94 = 747,06 mmHg = 10,16 m nước

Áp suất trong ống đẩy: P2= 7 + 0,98 = 7,98 bar = 81,43 m nước

Cột áp toàn phần do bơm tạo ra:

g

P P

H b

.

1 2





81 , 9 998

16 , 10 43 ,

81 

+ 48 + 7,99 = 55,9973 m nước Công suất có ích của bơm:

N = Q..g.Hb = 34 998 9,81 55,9973/ 3600 = 5178 W = 5,178 KW

Đối với bơm ly tâm có lưu lượng trung bình, chọn = 0,6 Khi đó công suất động

cơ của bơm:

Ndc= 5,178 / 0,6 = 8,63 KW = 12 HP ( 1HP = 736 W)

Ơ đây, người ta đã chọn bơm ly tâm hiệu: PCWM 151 – D13 có các thông số:

N = 15 HP, n = 2900 v/ph, = 0,55, Q = 14 ÷ 34m3/h

d Chiều cao hút tối đa của bơm:

Để tránh trường hợp xâm thực, chiều cao hút của bơm được xác định:

xt

2 2 3

2 2

3 , 48 00944 , 0 3 , 0 3

,

Chiều cao hút tối đa của bơm được tính như sau:

ht

H ≤ A - ht- Hh- H xt

A- Áp suất khí quyển: A = 1 at = 10 m nước

ht- Áp suất hơi bão hòa tương ứng với nhiệt độ của chất lỏng được bơm

ht= 0,24 m nước ở 200

C

Hh- Tổn thất áp suất trên đường ống hút

xt

H - Chiều cao đặt bơm để tránh hiện tượng xâm thực

ht

H ≤ 10 – 0,24 – 0,67 – 2,36 = 6,73

Vậy bơm đặt ở độ cao 5m so với mức nước ở bể hút là đạt yêu cầu

Nhận xét:

Qúa trình tính toán trên phù hợp với thực tế Sai số so với thực tế không nhiều