NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CẤP NƯỚC BẰNG NGUỒN NƯỚC NGẦM TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ VÀ CÔNG NGHỆ YYYY ZZZZ TRẦN HẢI PHỤNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CẤP NƯỚC BẰNG NGUỒN NƯỚC NGẦM TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TP. Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2007 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ VÀ CÔNG NGHỆ YYYY ZZZZ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CẤP NƯỚC BẰNG NGUỒN NƯỚC NGẦM TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành: Cơ Khí Nông Lâm Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: THS. VÕ VĂN THƯA TRẦN HẢI PHỤNG THS. THI HỒNG XUÂN TP. Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2007 ii MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY FACULTY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY YYYY ZZZZ STUDYING AND CALCULATING WATER SUPPLY SYSTEM BY UNDERGROUND WATER AT NONG LAM UNIVERSITY IN HO CHI MINH CITY Specially: Agricultural Engineering Supervisor: Student: THS. VÕ VĂN THƯA TRẦN HẢI PHỤNG THS. THI HỒNG XUÂN Ho Chi Minh, City August, 2007 iii CẢM TẠ Lời đầu tiên, cho phép Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến toàn thể quý Thầy (Cô) giáo Trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh nói chung và quý Thầy (Cô) giáo Khoa Cơ Khí Công Nghệ nói riêng, những người đã mang đến cho chúng em trí tuệ, niềm tin, đã dẫn dắt chúng em đi theo con đường của khoa học, đã tạo cho chúng em có một cái nhìn khoa học trước những sự vật và hiện tượng, đã tạo ra một xuất phát điểm đầy thuận lợi và trang bị cho chúng em những kiến thức bổ ích làm hành trang vững bước vào đời. Trong đó, Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Võ Văn Thưa và thầy Thi Hồng Xuân đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo để Em hoàn thành tốt đề tài này. Sau đó, Em xin gửi lời biết ơn đến những người thân sinh ra Em đã nuôi dạy Em khôn lớn, luôn bên Em những lúc khó khăn, chỉ bảo điều hay lẽ phải. Bên cạnh đó, Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn gần xa đã gửi tới những lời đóng góp, những lời động viên đầy bổ ích, những người Công nhân tổ điện nước Trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh đã tạo mọi thuận lợi cho quá trình thu thập những thông số cần thiết. Những tác giả của những cuốn sách với đầy tâm huyết nghề nghiệp, những nhà khoa học đã cống hiến cả cuộc đời cho khoa học, cho sự nghiệp giáo dục. Để bày tỏ lòng biết ơn đó Em xin gửi đến lời chúc cho những người Thầy (Cô), Cha Mẹ, bạn bè, những nhà khoa học một sức khỏe, hạnh phúc và thành công để cùng hướng tới một tương lai tươi sáng, đưa đất nước lên một vị thế mới, đưa nền khoa học nước nhà và thế giới đến những đỉnh cao mới. iv TÓM TẮT Đề tài: “Nghiên cứu hệ thống cấp nước bằng nguồn nước ngầm tại Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh” đã được thực hiện từ tháng 52007 đến tháng 82007, tại Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh. Đề tài đã tập trung nghiên cứu những hệ thống cấp nước bằng nguồn nước ngầm. Với mỗi hệ thống, lần lượt tiến hành theo những bước sau: Tìm hiểu nguồn nước ngầm. Tiến hành khảo nghiệm, thu thập các thông số thực tế của từng hệ thống. Tính toán rồi kiểm nghiệm lại các thông số như: lưu lượng và cột áp bơm, đường kính, tổn thất đường ống, cột áp cần thiết, thể tích các bể chứa. Tính toán hệ thống chữa cháy: . Trên cơ sở tính toán lý thuyết đưa ra những đề nghị chỉnh sửa và phương pháp để xây dựng những hệ thống mới. v SUMMARY Thesis: “Studying and calculating water supply system by underground water at Nong Lam University in Ho Chi Minh City”. The thesis was carried out from May 2007 to August 2007 at Nong Lam University in Ho Chi Minh City. The thesis concentrated searching the water supply systems by underground water. At the each system, we have carried out step to step such as: Searching underground water source. Testing, collection parameters of each system reality. Calculating and then testing again parameters such as: flow and column of pressure of pump, diameter of pipe, loss culumn of pressure water pipe, necessary column of pressure, volume of tank. Calculating extinguishable fire system. Based on calculating theory in order to recommend modificative systems and method builds new systems. vi MỤC LỤC Trang Trang tựa ................................................................................................................. i Cảm tạ ..................................................................................................................... iii Tóm tắt .................................................................................................................... iv Mục lục ................................................................................................................... vi Danh sách các hình .................................................................................................. ix Danh sách các bảng ................................................................................................. x Chương 1Mở đầu ..................................................................................................... 1 Chương 2 Tra cứu tài liệu, sách báo phục vụ trực tiếp đề tài .................................. 3 2.1 Phương trình Becnuli đối với dòng chảy thực: .................................................. 3 2.2 Tổn thất năng lượng của dòng chảy thực: ......................................................... 4 2.2.1 Tổn thất dọc đường: ....................................................................................... 4 2.2.2 Tổn thất cục bộ: .............................................................................................. 5 2.3 Hệ thống cấp nước trong nhà: .............................................................. 5 2.3.1 Xác định lưu lượng nước tính toán: ................................................. 5 2.3.2 Lưu lượng của bơm dùng cho hệ thống cấp nước trong nhà:......................... 6 2.3.3 Lưu lượng tính toán cho ngôi nhà trong một ngày đêm: ............................... 6 2.3.4 Áp lực trong mạng lưới cấp nước: .................................................................. 6 2.4 Tài liệu về các giếng khoan: .............................................................................. 7 2.5 Đài nước: ........................................................................................................... 7 2.5.1 Chức năng của đài nước: ................................................................................ 7 2.5.2 Xác định dung tích và chiều cao đặt đài nước: ............................................... 7 2.5.2.1 Xác định dung tích đài nước: ....................................................................... 7 2.5.2.2 Chiều cao đặt đài nước: ............................................................................... 7 2.5.2.3 Cấu tạo đài nước: ........................................................................................ 8 2.6 Hệ thống cấp nước chữa cháy bên trong nhà: ................................................... 8 vii 2.7 Lý thuyết cơ bản về bơm: .................................................................................. 9 2.7.1 Công dụng và phân loại: ................................................................................. 9 2.7.1.1 Công dụng: ................................................................................................... 9 2.7.1.2 Phân loại: .................................................................................................... 9 2.7.2 Các thông số cơ bản của bơm: ........................................................................ 10 2.7.2.1 Lưu lượng ................................................................................................... 10 2.7.2.2 Cột áp .......................................................................................................... 11 2.7.2.3 Công suất và hiệu suất: ................................................................................ 12 2.7.2.4 Cột áp hút và chiều cao hút cho phép của bơm: .......................................... 13 2.7.2.5 Đường đặc tính của bơm ly tâm: ................................................................. 13 2.7.3 Ghép bơm ly tâm: ........................................................................................... 14 Chương 3 Phương pháp và phương tiện .................................................................. 15 3.1 Phương pháp: ..................................................................................................... 15 3.1.1 Phương pháp xác định xác định lưu lượng tính toán cho từng đoạn ống và cho toàn ngôi nhà: ....................................................................................... 15 3.1.2 Phương pháp xác định lưu lượng và cột áp (chọn bơm) cho hệ thống ........... cấp nước: ................................................................................................................. 15 3.1.3 Phương pháp xác định dung tích của đài nước và bể trung chuyển: .............. 16 3.1.4 Phương pháp chọn nguồn nước cấp cho ngôi nhà: ........................................ 17 3.1.5 Phương pháp xác định lưu lượng bơm giếng ngầm: ...................................... 17 3.2 Phương tiện: ....................................................................................................... 17 Chương 4 Kết quả và thảo luận ............................................................................... 18 4.1 Giới thiệu chung: ............................................................................................... 18 4.2 Hệ thống điện: .................................................................................................... 18 4.3 Tìm hiểu giếng khoan và bơm giếng ngầm: ...................................................... 20 4.3.1 Nguồn nước ngầm: ......................................................................................... 21 4.3.2 Bơm chìm dùng cho giếng ngầm: ................................................................... 21 4.4 Hệ thống cấp nước khu nhà Phượng Vỹ: ........................................................... 23 4.4.1 Bộ phận phân phối – cung cấp nước: ............................................................. 23 4.4.1.1 Các thông số thực tế của hệ thống: ............................................................. 24 4.4.1.2 Lưu lượng tính toán cho từng điểm nút: ..................................................... 24 viii 4.4.1.3 Cột áp cần thiết và chiều cao đặt tháp nước: ............................................... 25 4.4.1.4 Tính toán lại các thông số đài nước: ............................................................ 27 4.4.2 Bộ phận tạo áp lực cần thiết: .......................................................................... 28 4.4.2.1 Tiến hành thu thập các thông số của hệ thống thực tế, như sau: ................ 28 4.4.2.2 Tính toán lý thuyết hệ thống: ....................................................................... 29 4.5 Hệ thống cấp nước khu nhà Cư Xá E: ............................................................... 31 4.5.1 Bộ phận phân phối – cung cấp nước: ............................................................. 31 4.5.1.1 Các thông số thực tế: ................................................................................... 31 4.5.1.2 Tính toán lý thuyết hệ thống: ....................................................................... 31 4.5.2 Bộ phận tạo áp lực cần thiết: .......................................................................... 35 4.5.2.1 Các thông số của hệ thống thực tế: ............................................................. 35 4.5.2.2 Tính toán lý thuyết hệ thống: ....................................................................... 36 4.5.3 Hệ thống cấp nước chữa cháy:........................................................................ 38 Chương 5 Kết luận và đề nghị ................................................................................ 41 5.1 Kết luận: ............................................................................................................. 41 5.1.1 Hệ thống cấp nước khu nhà Phượng Vỹ: ........................................................ 41 5.1.2 Hệ thống cấp nước khu nhà Cư Xá E: ............................................................ 41 5.2 Đề nghị: .............................................................................................................. 42 5.2.1 Đề nghị chỉnh sửa hệ thống đã xây dựng: ...................................................... 42 5.2.2 Đề xuất phương pháp tính toán, thiết kế lắp đặt hệ thống mới: ..................... 42 Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 44 Phụ lục ..................................................................................................................... 45 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH 1) Hình 2.1 sơ đồ dòng chảy thực. 2) Hình 2.2 cấu tạo đài nước. 3) Hình 2.3 sơ đồ làm việc hệ thống bơm ly tâm. 4) Hình 4.1 sơ đồ hệ thống điện sử dụng thực tế. 5) Hình 4.2 sơ đồ giếng khoan và bơm giếng ngầm. 6) Hình 4.3 sơ đồ cấu tạo bơm dùng cho giếng ngầm. 7) Hình 4.4 sơ đồ điểm nút và vị trí các mặt cắt của hệ thống cấp nước khu nhà Phượng Vỹ. 8) Hình 4.5 sơ đồ vị trí điểm nút bất lợi trong hệ thống cấp nước khu nhà Phượng Vỹ. 9) Hình 4.6 sơ đồ bộ phận tạo áp lực cần thiết cho hệ thống cấp nước khu nhà Phượng Vỹ. 10) Hình 4.7 sơ đồ điểm nút cấp nước khu nhà Cư Xá E. 11) Hình 4.8 sơ đồ điểm nút cấp nước bất lợi nhất của hệ thống cấp nước khu nhà Cư Xá E. 12) Hình 4.9 sơ đồ bộ phận tạo áp lực cần thiết cho hệ thống cấp nước cho khu nhà Cư Xá E. 13) Hình 4.10 sơ đồ hệ thống chữa cháy khu nhà Cư Xá E. x DANH SÁCH CÁC BẢNG 1) Bảng 4.1 thống kê các thiết bị sử dụng nước của khu nhà Phượng Vỹ. 2) Bảng 4.2 kết quả tính toán thủy lực tại những điểm nút. 3) Bảng 4.3 kết quả đo lưu lượng bơm trung chuyển khu nhà Phượng Vỹ. 4) Bảng 4.4 thống kê thiết bị sử dụng nước khu nhà Cư Xá E. 5) Bảng 4.5 kết quả đo lưu lượng bơm trung chuyển khu nhà Cư Xá E. 6) Bảng 4.6 các đại lượng thực tế và tính toán của hệ thống cấp nước khu nhà Phượng Vỹ. 7) Bảng 4.7 các đại lượng thực tế và tính toán của hệ thống cấp nước khu nhà Cư Xá E 1 Chương 1 MỞ ĐẦU Cùng với nhiều ngành khoa học hiện đại nhằm phục vụ cho lợi ích của con người, hệ thống cấp nước đóng một vai trò quan trọng. Cấp nước là một hệ thống những công trình, thiết bị và giải pháp kỹ thuật nhằm nhiệm vụ cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, trường học, bệnh viện… Không ai một ngày không dùng nước, vì thế hệ thống cấp nước trở nên vô cùng quan trọng là điều kiện để duy trì đời sống hàng ngày của con người, có thể nói ở đâu có sự hiện diện của con người là ở đó có hệ thống cấp nước tồn tại dưới những hình thức khác nhau. Nguồn gốc của việc ra đời những hệ thống cấp nước là do nước thường tồn tại ở dạng thế năng thấp, mặt khác nguồn nước phân bố không đều, với mỗi địa điểm tài nguyên nước thường là hữu hạn đặc biệt với nguồn nước ngầm. Như đã phân tích, ta thấy hệ thống cấp nước phải hoạt động liên tục và ổn định để đáp ứng nhu cầu hàng ngày của con người. Bên cạnh đó, vì nước thường tồn tại ở dạng thế năng thấp vì thế hệ thống cấp nước phải tiêu tốn năng lượng để tạo nên thế năng lớn hơn cho nguồn nước, để cấp nước đến nơi cần nước theo yêu cầu. Với điều kiện làm việc như vậy của hệ thống cấp nước, từ đó cần phải được xây dựng dựa trên lý thuyết tính toán khoa học, để giải quyết vấn đề về năng lượng (một vấn đề cả thế giới đang quan tâm và đặt lên hàng đầu) một cách triệt để để đảm bảo sự làm việc lâu dài và ổn định của hệ thống. Mặt khác, hiện trạng chung của những hệ thống cấp nước vừa và nhỏ tại Việt Nam đều phần lớn được xây dựng theo kinh nghiện không dựa trên lý thuyết tính toán. Vì vậy một yêu cầu được đưa ra đó là cần phải có phương pháp tính toán làm cơ sở cho việc thiết kế những hệ thống mới và sửa chữa những hệ thống đã xây dựng một cách khoa học. 2 Để giải quyết tất cả những vấn đề đã nêu trên đối với hệ những hệ thống cấp nước, đặc biệt với những hệ thống cấp nước bằng nguồn nước ngầm tại trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh vì thế đề tài “Nghiên cứu hệ thống cấp nước bằng nguồn nước ngầm tại Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh” được thực hiện nhằm những mục đích sau: Khảo nghiệm, đánh giá tình trạng hoạt động của những hệ thống đã được xây dựng và đưa vào sử dụng. Từ đó tìm ra những khuyết điểm của những hệ thống và những phương pháp sửa chữa, khắc phục với từng hệ thống. Đề nghị phương pháp, cơ sở tính toán thiết kế cho những hệ thống cấp nước sẽ xây dựng mới. Đặc biệt với những hệ thống cấp nước chữa cháy. 3 Chương 2 TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI 2.1 Phương trình Becnuli đối với dòng chảy thực: Theo Nguyễn Phước Hoàng và cộng tác viên (1996). Xét một đoạn dòng chất lỏng thực chuyển động ổn định giới hạn bởi hai mặt cắt 1 1 và 2 – 2 (Hình 2.1) Tại trọng tâm của hai mặt cắt ta có: Độ cao hình học Z1 và Z2(m). Áp suất thủy động p1 và p2(Nm2). Vận tốc v1 và v2(ms). Diện tích mặt cắt f1 và f2(m2). Hình 2.1 Phương trình Becnuli viết cho dòng nguyên tố chất lỏng thực chuyển động ổn định, như sau: + + = + + + ∑ (1−2) 22 2 2 21 1 1 Z p γ 2 vg Z p γ 2 vg hw (2 – 1) Trong đó: γ (Nm3) là trọng lượng riêng của chất lỏng. g (ms2) là gia tốc trọng trường. 4 ∑ hw(1−2) (m) là tổng tổn thất năng lượng của một đơn vị trọng lượng chất lỏng di chuyển từ mặt cắt 1 1 đến mặt cắt 2 – 2. 2.2 Tổn thất năng lượng của dòng chảy thực: Theo Nguyễn Phước Hoàng và cộng tác viên (1996). Khi chất lỏng thực chảy có tổn thất năng lượng do lực cản chuyển động. Căn cứ vào nguyên nhân phát sinh tổn thất năng lượng trong dòng chảy, người ta chia tổn thất đường ống ra làm hai loại sau: + Tổn thất dọc đường: ( ) hwd + Tổn thất cục bộ: ( ) hwc 2.2.1 Tổn thất dọc đường: Tổn thất năng lượng dọc đường là do lực cản tác dụng lên chất lỏng chảy do lực ma sát trong của chất lỏng gây nên, hay do lực cản theo chiều dài của bề mặt bao quanh dòng chảy. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất dọc đường, Darcy đã thiết lập công thức chung xác định tổn thất năng lượng dọc đường vào năm 1856, gọi là công thức Darcy: il g v ld h wd = = 2 2 λ (2 – 2) Trong đó: 2 5 2 2 . . 8 . 2 g d Q dg v i λ π = λ = là độ dốc thủy lực của ống (hay tổn thất trên một đơn vị dài của ống). λ hệ số cản theo chiều dài. Q – Lưu lượng dòng chảy trong ống (m3s). d đường kính trong của ống (m). v vận tốc dòng chảy trung bình trong ống (ms). g – gia tốc trọng trường (ms2). Tra tổn thất dọc đường trong tài liệu “Các bảng tính toán thủy lực”, tác giả Th.s Nguyễn Thị Hồng, NXB Xây Dựng, 2001. 5 2.2.2 Tổn thất cục bộ: Sức cản cục bộ sinh ra khi thay đổi đột ngột mặt cắt, hay hình dạng dòng chảy (trị số, phương, chiều của vận tốc). Ở chỗ có sức cản cục bộ có thể quan sát thấy hiện tượng va đập và chảy xoáy. Sự tương tác giữa dòng chảy và các chất điểm chảy xoáy. Đó là nguyên nhân phát sinh ra tổn thất năng lượng cục bộ. Thường dùng công thức Weisbach để tính tổn thất cục bộ: g v h wc 2 2 = ζ (2 – 3) Trong đó: v vận tốc trung bình dòng chảy thường lấy ở sau chỗ có sức cản cục bộ; ζ hệ số tổn thất cục bộ, thường được xác định bằng thực nghiệm. 2.3 Hệ thống cấp nước trong nhà: Theo Hoàng Huệ (2003). 2.3.1 Xác định lưu lượng nước tính toán: Để xác định lưu lượng nước tính toán sát với thực tế và bảo đảm cung cấp nước được đầy đủ, thì lưu lượng nước tính toán phải xác định theo số lượng các thiết bị sử dụng nước được bố trí trong ngôi nhà. Mỗi thiết bị tiêu thụ một lượng nước khác nhau, do đó để dễ dàng tính toán người ta thường đưa tất cả các lưu lượng nước của các thiết bị về dạng lưu lượng đơn vị tương đương gọi là đương lượng (N). Một đương lượng tương ứng với lưu lượng là 0,2 ls có đường kính φ15 mm. Lưu lượng nước tính toán và trị số đương lượng của các thiết bị lấy theo bảng (5 – 3). Trong thực tế không phải tất cả các thiết bị đều làm việc đồng thời, mà nó phụ thuộc vào chức năng của ngôi nhà, vào số lượng thiết bị và mức độ trang bị kỹ thuật cho ngôi nhà. Vì vậy để xác định lưu lượng nước tính toán người ta thường sử dụng các công thức có dạng phụ thuộc vào số lượng thiết bị và áp dụng cho từng loại nhà khác nhau. Các công thức này được thành lập trên cơ sở điều tra thực nghiệm về sự hoạt động đồng thời của các thiết bị dùng nước trong các ngôi nhà khác nhau. qtt = α 0,2 N (ls) (2 – 4) Trong đó: qtt là lưu lượng nước tính toán, α là hệ số phụ thuộc vào chức năng của ngôi nhà, lấy theo bảng (5 – 6). 6 2.3.2 Lưu lượng của bơm dùng cho hệ thống cấp nước trong nhà: Lưu lượng bơm dùng cho hệ thống cấp nước trong nhà phải chọn như sau: Qb = qtt max + qcc (2 – 5) Trong đó: qtt max là lưu lượng sử dụng tính toán lớn nhất, tính theo công thức (2 – 4); qcc là lưu lượng của bơm dùng cho chữa cháy. 2.3.3 Lưu lượng tính toán cho ngôi nhà trong một ngày đêm: Qmax. ngàyđêm= qtbP kng 1000 (m3ngày đêm) (2 – 6) Qmax.h= Q ng d kh 24 max. . (m3h) (2 – 7) 3600 .1000 max . max. h s Q q = (ls) (2 – 8) Trong đó: Qmax.ng.đ, Qmax.h, qmax.s lần lượt là lưu lượng lớn nhất ngày đêm, giờ và giây; k ng, kh – hệ số không điều hoà ngày đêm, giờ; qtb tiêu chuẩn dùng nước trung bình (lngười ngày đêm), tra bảng tiêu chuẩn; P Số người sử dụng tính toán (người). 2.3.4 Áp lực trong mạng lưới cấp nước: Muốn đưa nước tới các nơi tiêu dùng, thì tại mỗi điểm của mạng lưới cấp nước bên ngoài phải có một áp lực tự do dự trữ cần thiết. Áp lực này do bơm hoặc đài nước tạo ra. Muốn việc cấp nước được liên tục thì áp lực của máy bơm hoặc chiều cao của đài nước phải đủ lớn, để đảm bảo đưa nước tới những vị trí bất lợi nhất, tức là điểm đưa nước tới nằm ở vị trí cao nhất, xa nhất so với trạm bơm hay đài nước. Áp lực tự do cần thiết tại vị trí bất lợi nhất trên mạng lưới cấp nước bên ngoài, còn gọi là áp lực cần thiết của hệ thống, có thể lấy sơ bộ như sau: nhà một tầng 10m, hai tầng 12m, ba tầng 16m, bốn tầng 20m,…, cứ như vậy, khi tăng thêm một tầng thì áp lực cần thiết tăng thêm 4m. Áp lực tự do cần thiết ở những thiết bị hoặc máy móc dùng nước lấy theo Tiêu Chuẩn Việt Nam (TCVN) 18 64. 7 2.4 Tài liệu về các giếng khoan: Từ hồ sơ của các giếng khoan do các nhà thầu cung cấp, ta có các thông số về các giếng khoan và bơm giếng ngầm tương ứng với những hệ thống cấp nước ngầm. Cụ thể các thông số này xem thêm phần phụ lục. 2.5 Đài nước: 2.5.1 Chức năng của đài nước: Chức năng chính của đài nước là thực hiện nhiệm vụ điều hoà nước, tức là dự trữ nước khi thừa và cung cấp nước khi thiếu. Đồng thời két nước tạo áp lực để đưa nước tới các nơi tiêu dùng nước một cách ổn định và thường xuyên. Ngoài ra, đài nước còn dùng để lắng lọc tạp chất có trong nước, dự trữ nước lâu dài và sẵn sàng cung cấp cho hệ thống chữa cháy nếu cần. 2.5.2 Xác định dung tích và chiều cao đặt đài nước: 2.5.2.1 Xác định dung tích đài nước: Dung tích toàn phần của đài nước xác định theo công thức sau: Vdn = K.(Vđh+Vcc) (m3) (2 – 9) Trong đó: Vđh – dung tích điều hoà của đài nước (m3). Xác định như sau, khi dùng máy bơm theo kinh nghiệm Wđh không nhỏ hơn 5% lưu lượng nước cung cấp ngày đêm Qngày.đêm. V cc – dung tích nước chữa cháy (nếu có) lấy bằng lượng nước chữa cháy trong 10 phút khi vận hành tay và 5 phút khi vận hành tự động. K hệ số dự trữ kể đến chiều cao xây dựng và phần cặn lắng ở đáy đài nước. Thường lấy K = 1,2 đến 1,3. 2.5.2.2 Chiều cao đặt đài nước: Chiều cao đặt đài nước được xác định trên cơ sở bảo đảm tạo ra đủ áp lực để đưa nước tới những thiết bị dùng nước bất lợi nhất theo đúng lưu lượng yêu cầu. Như vậy đài nước phải có đáy cao hơn thiết bị bất lợi nhất một khoảng bằng tổng áp lực tự do tại những thiết bị bất lợi nhất và tổng tổn thất áp lực từ đài nước đến thiết bị bất lợi đó. 8 2.5.2.3 Cấu tạo đài nước: Hình 2.2 2.6 Hệ thống cấp nước chữa cháy bên trong nhà: Tùy theo chiều cao, chức năng và tính chất nguy hiểm về cháy của ngôi nhà mà người ta quy định phải thiết kế hệ thống cấp nước chữa cháy. Theo quy phạm TCVN 451388, hệ thống cấp nước chữa cháy bên trong nhà loại thông thường phải được bố trí trong các loại ngôi nhà sau đây: Các nhà ở gia đình cao từ bốn tầng trở lên, các nhà ở tập thể, khách sạn, cửa hàng ăn cao từ năm tầng trở lên. Các cơ quan hành chính, trường học cao từ ba tầng trở lên. Các nhà ga, kho hàng hoá, các công trình công cộng, các cơ quan khám bệnh, nhà giữ trẻ, mẫu giáo khi khối tích mỗi nhà từ 5000m3 trở lên. Các rạp hát, chiếu bóng, câu lạc bộ, nhà văn hóa mà phòng khán giả có từ 300 chỗ ngồi trở lên. Các phòng dưới khán giả của sân vận động có từ 5000 chỗ ngồi xem trở lên. Tiêu chuẩn chất lượng nước của mỗi vòi phun chữa cháy và số vòi phun chữa cháy hoạt động đồng thời trong nhà có thể tham khảo bảng phụ lục III, trang 171, sách “Giáo trình cấp thoát nước”, tác giả Hoàng Huệ, NXB Xây Dựng, 2003. Hệ thống cấp nước chữa cháy thông thường, thường được xây dựng rộng rãi và thường kết hợp với hệ thống cấp nước sinh hoạt hoặc sản xuất. 9 Với hệ thống cấp nước chữa cháy áp lực thấp, áp lực cần thiết ở các cột lấy nước chữa cháy bất lợi nhất tối thiểu là 10m, với hệ thống cấp nước chữa cháy áp lực cao, áp lực cần thiết của cột lấy nước chữa cháy bất lợi nhất phải đảm bảo đưa nước qua các ống vải gai chữa cháy (l= 50 đến 100m) đến vị trí bất lợi nhất có cháy và tại đó cũng phải có áp lực đủ lớn tối thiểu là 10m. 2.7 Lý thuyết cơ bản về bơm: Theo Nguyễn Phước Hoàng và cộng tác viên (1996). 2.7.1 Công dụng và phân loại: 2.7.1.1 Công dụng: Bơm là loại máy thủy lực biến đổi cơ năng của động cơ thành năng lượng để vận chuyển chất lỏng hoặc tạo nên áp suất cần thiết trong hệ thống truyền dẫn thủy lực. 2.7.1.2 Phân loại: Theo nguyên lý làm việc, bơm được chia thành hai loại chủ yếu: + Bơm cánh dẫn: bơm ly tâm, hướng trục. + Bơm thể tích: bơm piston, bơm rotor…. + Đặc biệt: nước va, phun tia…. Theo công dụng: + Bơm cấp nước nồi hơi (nhà máy nhiệt điện) + Bơm dầu (truyền động thủy lực) + Bơm nhiên liệu…. +Bơm cấp nước sinh hoạt. + Bơm cứu hoả + Bơm hóa chất… Theo phạm vi cột áp hoặc lưu lượng: bơm có cột áp cao, trung bình, thấp, lưu lượng lớn, trung bình, nhỏ. 10 2.7.2 Các thông số cơ bản của bơm: Xét một sơ đồ thiết bị của một bơm làm việc trong hệ thống đơn giản sau: Hình 2.3 Bơm có năm thông số làm việc cơ bản sau: Lưu lượng: Q (ls, m3s, m3h, Ns…) Cột áp: H (m) Công suất: N (kW, Hp….) Hiệu suất: η Cột áp hút cho phép: H ck (m) 2.7.2.1 Lưu lượng của bơm là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị thời gian. Lưu lượng được xác định bằng các dụng cụ đo tức thời lắp trên ống đẩy (ống Venturi, tấm chắn) hoặc các dụng cụ đo trung bình đặt ở cuối ống đẩy (thùng lường hoặc cân) 11 2.7.2.2 Cột áp của bơm chính là năng lượng đơn vị mà bơm truyền được cho chất lỏng (thường kí hiệu là H, đo bằng m cột chất lỏng). Từ sơ đồ hệ thống làm việc của bơm (hình 2.3). Viết phương trình Becnuli cho mặt cắt (2 2) và (3 3), mặt chuẩn đi qua tâm bơm, kết hợp với khái niệm về cột áp như đa nêu, ta có: y v g p p v Z g p v Z y g p v H e e ra vao h h + − + − ⎟ ⎟ = ⎞ ⎠ = − = ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ γ3 + 23 2 + + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ − ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ γ2 + 22 2 + 3 γ 2 3 22 2 2 (2 10) Trong công thức trên, p3, p2 là những áp suất tuyệt đối. Được đọc trực tiếp từ áp kế pak và chân không kế pck, nên ta có: γ γ ak ck a ak a ck p p p p p p p p p p + = − ⇒ ⎫⎬⎭ ⎧⎨⎩ = + = − 3 2 2 3 (2 – 11) Nếu đường kính ống đẩy và ống hút bằng nhau (v3 = v2), khoảng cách y nhỏ có thể bỏ qua thì cột áp yêu cầu của bơm được xác định như sau: γ pak pck H + = (2 – 12) Trong đó: era , evao ,γ , pa lần lượt là năng lượng đơn vị của chất lỏng ra và vào, trọng lượng riêng của chất lỏng, áp suất khí quyển. Đây chính là cơ sở cho việc xác định cột áp của bơm đang hoạt động trong một hệ thống nhất định, khảo nghiệm cột áp thực của bơm và vẽ đường đặc tính thực nghiệm cho bơm. Mặt khác, chúng ta có thể xác định cột áp yêu cầu của bơm dựa vào các thông số khác (p1, p2, Z…) như sau: Viết phương trình Becnuli cho mặt cắt 11 và 22, mặt chuẩn 11, ta có: + = h + + + ∑ hh g p v p Z g v 2 2 22 1 2 21 γ γ (2 13) ∑ hh là tổng tổn thất năng lượng ở ống hút. Viết phương trình Becnuli cho mặt cắt 33 và 44, mặt chuẩn 33, ta có: + = d + + + ∑ hd g p v Z p g v 2 2 24 3 4 23 γ γ (2 14) ∑ hd là tổng tổn thất năng lượng ở ống đẩy. 12 Từ (2 12), (2 13) và (2 14) suy ra: vg v H p p Z h Z d y hh hd 2 21 24 4 1 − + + + + + + − = ∑ ∑ γ (2 – 15) Đặt: ∑ h = ∑ hh + ∑ hd là tổng tổn thất năng lượng trong hệ thống mà bơm làm việc. Chiều cao hình học Z = Z h + Z d + y . Vậy: vg v H p p Z h 2 21 24 4 1 − + + + − = ∑ γ (2 16) Từ phương trình (2 16) ta thấy rõ cột áp yêu cầu của bơm nhằm khắc phục: Độ chênh mặt thoáng Z, hay độ cao dâng. Độ chênh áp suất trên mặt thoáng ở bể chứa và áp suất tại đầu ra của bơm. Độ chênh động năng giữa mặt thoáng của bể chứa và động năng của dòng chảy tại đầu ra của bơm . Tổn thất năng lượng trong ống đẩy và ống hút. Phương trình (2 16) cho ta biết cột áp của bơm làm việc trong một hệ thống. Đó cũng chính là cột áp của hệ thống. Ta nhận thấy ở vế phải có những đại lượng không đổi được gọi là cột áp tĩnh của hệ thống và các đại lương thay đổi gọi là cột áp động của hệ thống: t d t d H H H vg v H h H p p Z ⇒ = + ⎫⎪⎪⎬⎪⎪⎭ ⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩ − = + + − = ∑ 2 21 24 4 1 γ 2.7.2.3 Công suất và hiệu suất: Công suất thủy lực của bơm là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với bơm trong một đơn vị thời gian. Công suất thủy lực của bơm được cho bởi công thức: 1000 QH N tl γ = (kW) (2 – 17) Muốn tạo được một công suất thủy lực N tl , thì trục bơm phải có một công suất lớn hơn công suất này, vì trong khi làm việc bơm phải tiêu hao một phần năng lượng để bù vào các tổn thất thủy lực, tổn thất ma sát giữa các bộ phận làm việc của bơm… 13 η N tl N = (kW) (2 – 18) Trong đó: N là công suất làm việc tại trục của bơm, η là hiệu suất toàn phần của bơm. 2.7.2.4 Cột áp hút và chiều cao hút cho phép của bơm: Đối với bơm ly tâm, khả năng làm việc của bơm không chỉ phụ thuộc vào quá trình đẩy mà phụ thuộc vào cả quá trình hút. Trong quá trình hút chất lỏng, bánh công tác phải tạo được độ chênh áp nhất định giữa miệng hút của bơm và mặt thoáng của bể hút. Độ chênh áp này gọi là cột áp hút (nhờ nó mà chất lỏng chảy được từ bể hút vào bơm): h = − = h + +∑ hh g v H p p Z 2 22 1 2 γ (2 – 19) Trong trường hợp p1 = pa , thì khả năng hút tối đa của bơm ứng với p2 = 0 là: H pa m h max = = 10 γ cột nước. Trong thực tế thì cột áp hút lớn nhất của bơm (khi p1 = pa ) không bao giờ đạt đến 10m cột nước, vì áp suất tại miệng vào của bơm khi nhỏ đến một mức nào đó bằng áp suất hơi bão hòa của chất lỏng thì đã gây ra hiên tượng xâm thực trong bơm. Vậy điều kiên để bơm có thể làm việc được là: max 22 H h = Z h + 2 vg +∑ hh ≤ H h < H h , H h là cột áp hút cho phép. 2.7.2.5 Đường đặc tính của bơm ly tâm: + Các thông số Q, H, N, η thay đổi theo các chế độ làm việc của bơm với số vòng quay (n) không đổi hoặc thay đổi. + Các quan hệ H = f1(Q); N = f 2(Q);η = f3(Q), biểu thị đặc tính làm việc của bơm, được biểu diễn dưới dạng giải tích gọi là các phương trình đặc tính hoặc biểu diễn bằng các đồ thị gọi là các đường đặc tính của bơm. Trong thực tế kỹ thuật, thường chỉ hay dùng các đường đặc tính. 14 + Các đường đặc tính được xây dựng nên từ các số liệu tính toán gọi là đuờng đặc tính toán; nếu xây dựng từ các giá trị đo được qua thí nghiệm gọi là đường đặc tính thực nghiệm. Đường đặc tính ứng với số vòng quay làm việc không đổi (n= constant), gọi là đường đặc tính làm việc. + Công dụng của các đường đặc tính làm việc của bơm là: Qua các đường đặc tính HQ, η Q, NQ, thấy được khu vực làm việc có lợi nhất ứng với hiệu suất cao nhất của bơm. Vì vậy để nâng cao chỉ tiêu kinh tế sử dụng bơm, ta nên chọn chế độ làm việc của bơm ứng với điểm có η max , hoặc khu vực gần đấy sao cho có η = ( ) η max − 7% . Thường khu vực này có đánh dấu trên đường HQ. Qua hình dạng của các đường đặc tính, ta có thể biết được tính năng làm việc của bơm để sử dụng hợp lý. Bơm dùng trong hệ thống cấp nước có cột áp tương đối ổn định, bơm làm việc với số vòng quay của động cơ không đổi có thể điều chỉnh lưu lượng bằng khoá, nên chọn bơm có đường đặc tính (HQ) dạng thoải… Công dụng của đường đặc tính H ck = f (Q) để tính toán ống hút và xác định vị trí đặt bơm một cách hợp lý. 2.7.3 Ghép bơm ly tâm: Trong thực tế có trường hợp phải ghép nhiều bơm cùng làm việc trong một hệ thống, khi có yêu cầu về cột áp hoặc lưu lượng lớn hơn cột áp, lưu lượng của một bơm. Có hai cách ghép sau đây: Ghép song song: Dùng trong trường hợp hệ thống có yêu cầu lưu lượng lớn hơn lưu lượng của một bơm, cột áp của hệ thống không đổi. Điều kiện để các bơm ghép song song có thể làm việc được là khi làm việc, các bơm ghép phải có cùng cột áp. Ghép nối tiếp: Dùng trong trường hợp hệ thống có yêu cầu cột áp lớn hơn cột áp của một bơm, lưu lượng của hệ thống không đổi. Điều kiện để các bơm ghép nối tiếp có thể làm việc được bình thường là khi làm việc, các bơm ghép phải có cùng lưu lượng. Khi đó cột áp của bơm ghép nối tiếp bằng tổng cột áp của các bơm đem ghép: ∑= = n i H t H i 1 , i là thứ tự của bơm đem ghép. 15 Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 3.1 Phương pháp: Đề tài được thực hiện dựa trên những phương pháp khảo nghiệm và tính toán như sau: 3.1.1 Phương pháp xác định xác định lưu lượng tính toán cho từng đoạn ống và cho toàn ngôi nhà: Đây là cơ sở cho việc chọn đường kính từng đoạn ống lắt đặt cho hệ thống một cách kinh tế. Bằng cách, dựa vào công thức (2 – 4) và thống kê các thiết bị sử dụng tương ứng với đương lượng, xác định được lưu lượng tính toán cho từng đoạn ống, từ đó tra theo “Các bảng tính toán thủy lực”, tác giả Nguyễn Thị Hồng, NXB Xây Dựng 2001 ta có đường kính ống theo vận tốc kinh tế do tác giả này đề xuất. Cộng với đặc thù của ngôi nhà vạch ra những tuyến ống kinh tế nhất. Việc xác định lưu lượng tính toán cho toàn ngôi nhà cũng được tiến hành tương tự, bằng cách dựa vào công thức (2 – 4) và thống kê các thiết bị sử dụng và số đương lượng tương ứng ta có lưu lượng tính toán cho toàn ngôi nhà và lấy đây làm cơ sở cho việc chọn bơm cho hệ thống cấp nước. 3.1.2 Phương pháp xác định lưu lượng và cột áp (chọn bơm) cho hệ thống cấp nước: Để xác định lưu lượng bơm có thể sử dụng nhiều phương pháp như: xác định vận tốc dòng chảy bằng ống Ventury và đo đường kính trong của đường ống, xác định trực tiếp lưu lượng bằng lưu lượng kế, xác định bằng thùng lường và đồng hồ bấm giây. Với những hệ thống thực tế đang hoạt động, với chiều cao bơm nước hiện có của bơm ta tiến hành xác định lưu lượng thực tế trung bình của bơm bằng cách đo lưu lượng tại đầu ra của bơm bằng thùng lường và đồng hồ bấm giây, bằng việc đo lặp lại nhiều lần ta có được lưu lượng trung bình thực tế của bơm. 16 Mặt khác, từ việc xác định lưu lượng tính toán cho toàn ngôi nhà ta phải chọn bơm sao cho lưu lượng bơm ít nhất phải bằng lưu lượng tính toán của ngôi nhà. Từ đây ta kiểm nghiệm được sự hợp lý của lưu lượng bơm đang hoạt động của từng hệ thống. Để xác định cột áp hiện có của bơm ta có thể tiến hành theo hai cách như sau: xác định bằng phương pháp dùng dụng cụ đo và phương pháp xác định bằng chiều cao hình học bơm hiện có của mỗi hệ thống. Cụ thể như sau: Phương pháp xác định cột áp dùng dụng cụ đo dựa trên cơ sở của phương trình (2 – 12), chỉ cần xác định cột áp chân không và cột áp dư của bơm tại chân không kế và áp kế được lắp như hình 2.3. Phương pháp này cho phép xác định chính xác cột áp hiện có của bơm. Phương pháp xác định cột áp bằng cách xác định chiều cao hình học của hệ thống dựa trên cơ sở là phương trình (2 – 16), bằng cách đo chiều cao đẩy và chiều cao hút của bơm, rồi xác định tổng chiều dài của các đoạn ống kể cả ống hút và ống đẩy, thống kê các co nối. Xác định vận tốc của dòng chảy trong đường ống bằng cách xác định lưu lượng tại đầu ra của bơm như đã nói ở trên và xác định đường kính trong của ống, từ đó áp dụng nguyên lý về tính liên tục của dòng chảy ta có vận tốc của dòng chảy trong ống, từ đó ta xác định được các dạng tổn thất năng lượng trong ống. Từ cột áp và lưu lượng thực tế của bơm, ta đem so sánh với việc tính toán lý thuyết ta kiểm nghiệm được sự phù hợp của bơm đã chọn. Cũng từ số liệu thực tế này đem so sánh với những thông số của bơm do nhà chế tạo cung cấp ta kiểm nghiệm được tình trạng hoạt động của bơm đang hoạt động. 3.1.3 Phương pháp xác định dung tích của đài nước và bể trung chuyển: Dung tích đài nước: Dựa vào lượng nước cần thiết của ngôi nhà, theo công thức (2 – 9) để thiết kế đài nước. Theo đó cần thống kê số người sử dụng theo xác xuất thống kê đối với ngôi nhà là trường học có số người sử dụng biến động rất lớn, đối với khu nhà tập thể thì số người sử dụng hầu như không đổi nên có thể chọn chính xác. Cộng với đó cũng cần dựa vào TCXD 33 – 68 về tiêu chuẩn dùng nước bình quân đầu người. Cần xác định lượng nước để lắng cặn của đài nước. 17 Dung tích bể trung chuyển: Việc tính toán bể trung chuyển cần dựa vào lượng dự trữ nước chữa cháy cộng với lượng tiêu thụ hàng ngày của ngôi nhà. Thường được xác định theo đài nước và cộng thêm phần dự trữ cho hệ thống chữa cháy (nếu có) cộng với phần lắng cặn ở đáy bể. 3.1.4 Phương pháp chọn nguồn nước cấp cho ngôi nhà: Có hai nguồn nước cấp chính cho những công trình dân dụng là nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm. Việc chọn nguồn nước cấp phải dựa vào yêu cầu về chất lượng của nguồn nước cần cấp và khả năng cấp của nguồn nước. Mặt khác việc chọn nguồn nước phải dựa vào tính kinh tế và tối ưu nguồn năng lượng cần cung cấp cho hệ thống. 3.1.5 Phương pháp xác định lưu lượng bơm giếng ngầm: Việc xác định lưu lượng bơm giếng ngầm ứng với cột áp hiện có sẽ trở nên khó thực hiện bằng phương pháp đo lưu lượng thông thường, vì hệ thống bơm giếng ngầm và bể trung chuyển được xây dựng ngầm dưới mặt đất. Để xác định lưu lượng bơm giếng ngầm ta tiến hành đo thể tích bể trung chuyển ( đặc biệt xác định diện tích đáy bể này), đánh dấu mức nước hiện có rồi cho bơm hoạt động trong 5 phút rồi ngừng bơm và đánh dấu mức nước sau bơm từ đó ta tính toán được lưu lượng thực tế trung bình của bơm giếng ngầm. 3.2 Phương tiện: Để thực hiện những phương pháp trên ta cần có những dụng cụ để thu thập số liệu như sau: Dùng thùng lường có dung tích 20 lít và đồng hồ bấm giây. Dùng thước dây dài 50m, đo chiều cao đẩy và hút. Dùng thước lá dài 10m đo kích thước các bể chứa. Thước cây 2m đo chiều sâu các bể chứa. Thống kê các thiết bị sử dụng của từng điểm nút, từ đó có tổng số thiết bị dùng nước của ngôi nhà. 18 Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Giới thiệu chung: Theo quan điểm năng lượng, hệ thống cấp nước ngầm nói chung bao gồm hai bộ phận chính như sau: bộ phận tạo áp lực cần thiết cho hệ thống và bộ phận phân phối – cung cấp nước. Cụ thể, ở đây bộ phận tạo áp là hệ thống: nước ngầm được bơm ly tâm ghép tầng bơm lên bể trung chuyển, rồi từ bể trung chuyển nước được bơm ly tâm đơn cấp bơm lên đài nước. Bộ phận phân phối – cung cấp nước là hệ thống đường ống cấp nước, các van điều khiển và các thiết bị cấp nước. Đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống cấp nước khu nhà Phượng Vỹ, khu nhà cư xá E và hệ thống cấp nước chữa cháy dự phòng cho hai khu nhà này tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh. 4.2 Hệ thống điện: Hệ thống này dùng chung cho cả ba hệ thống, phương pháp điều khiển động cơ điện truyền động cho bơm ở đây là phương pháp khởi động trực tiếp bằng rơle và công tắc hành trình của van phao hoặc bằng tay. Phương pháp khởi động động cơ kiểu trực tiếp này có ưu điểm là đơn giản, dễ kiểm tra chăm sóc dùng ít thiết bị, nên ít hư hỏng, hiệu suất đầy tải cao, hiệu suất trượt tới hạn nhỏ (nhỏ hơn 20%). Nhưng dòng mở máy rất lớn (Imm lớn đến 500 – 800% dòng định mức) làm sụt áp của mạng lưới điện, làm hỏng nhanh các tiếp điểm của rơle, mômen khởi động nhỏ. Phương pháp này chỉ phát huy ưu điểm khi công suất mạng lưới điện rất lớn so với công suất động cơ. Ở đây, với phương pháp khởi động động cơ này là hợp lí. Vì mômen khởi động không cần lớn, mạng lưới điện dùng ở đây có công suất lớn. Mặt khác, động cơ làm việc trong điều kiện tần số đóng ngắt lớn và sử dụng lâu dài (hơn 10 lần trên ngày đêm), thường được điều khiển tự động bằng công tắc hành trình của van phao. Vì vậy không thích hợp cho những phương pháp khởi động động cơ khác với nhiều thiết bị tự động. 19 Hình 4.1 1) động cơ truyền động bơm; 2) rơle chính; 3) cầu dao; 4) van phao; 5) rơle điều khiển; 6) công tắc chọn chế độ điều khiển bằng tay hay tự động (xem thêm chú thích trong bản vẽ số 2). Bên cạnh đó, cả ba hệ thống đều không dùng tiếp điểm thường mở của công tắc hành trình van phao để điều khiển bơm trung chuyển, để phát hiện khi bể trung chuyển không đủ nước vì một lí do nào đó, đây là một thiếu sót của những hệ thống này. Nhằm tránh bơm làm việc không tải trong thời gian dài làm phát sinh nhiệt làm cháy bơm và tránh làm mất nước ở bơm trung chuyển làm tăng lượng công việc khi sửa chữa hệ thống. Để khắc phục lỗi này của cả ba hệ thống cần phải có thêm một van phao đặt tại bể trung chuyển, sở dĩ không lấy chung tín hiệu của van phao sẵn có là vì khoảng nước cần điều chỉnh là khác nhau, từ đó cần lấy thêm tín hiệu tiếp điểm thường mở của công tắc đặt tại bể trung chuyển cộng với (and) tín hiệu đầy của tháp nước để điều khiển bơm trung chuyển được an toàn và hiệu quả. Mọi thay đổi của hệ thống điện được trình bày rõ trong bản vẽ “Hệ thống điện”. 20 4.3 Tìm hiểu giếng khoan và bơm giếng ngầm: Hình 4.2 là cấu tạo của một giếng ngầm và bơm, sau khi giếng được khoan và lắp đặt các thiết bị thì mực nước chưa bơm của giếng là mực nước tĩnh, cho bơm hoạt động một khoảng thời gian thì mực nước tĩnh tụt dần đến mực nước động và ổn định tương đối tại đây. Sét chận mạch nhằm tránh sự thẩm thấu của nước mặt vào giếng, sạn bao giếng và lưới inox nhằm lọc sơ bộ nguồn nước ngầm. Hình 4.2 21 4.3.1 Nguồn nước ngầm: Nguồn nước ngầm: nước mưa, nước mặt và hơi nước trong không khí ngưng tụ lại thẩm thấu vào lòng đất tạo thành nước ngầm. Nước ngầm được giữ lại hoặc chuyển động trong các lỗ rỗng hay khe nứt của các tầng đất đá tạo nên tầng ngậm nước. Khả năng ngậm nước của các tầng đất đá phụ thuộc vào độ nứt nẻ, các loại đất sét, hoàng thổ không chứa nước. Trong quá trình thấm qua các lớp đất, các tạp chất, vi trùng được giữ lại, nên nước ngầm thường có chất lượng tốt, đặc biệt đối với nước ở địa tầng sâu. Mực nước tĩnh: mực nước trong giếng chưa bơm trùng với mực nước ngoài giếng. Mực nước động: nước trong giếng khi đang bơm hạ xuống và ổn định tương ứng với lưu lượng nước hút đi. Đường cong giảm áp: do bơm, mực nước tĩnh bên ngoài giếng giảm dần xuống đến mức nước động trong giếng tạo nên đường cong giảm áp. Bán kính giảm áp còn gọi là bán kính ảnh hưởng, là khoảng cách từ tâm giếng đến hết đường cong giảm áp. Theo áp lực nước ngầm được chia ra nước ngầm có áp và không có áp: + Nước ngầm không áp: là khi chứa không đầy tầng ngậm nước hoặc chứa đầy mà trên nó không có tầng mái không thấm nước. Áp lực trong tầng ngậm nước này bằng áp lực khí quyển. + Nước ngầm có áp: là khi chứa đầy tầng ngậm nước mà trên nó có tầng mái không thấm nước và có đường mực nước đi trong hay trên tầng mái. Áp lực trong tầng ngậm nước này lớn hơn áp lực khí quyển. Chất lượng nước ngầm dùng cho sinh hoạt cần đảm bảo theo đúng TCVN 5502: 2003. 4.3.2 Bơm chìm dùng cho giếng ngầm: Phần lớn bơm chìm dùng cho giếng ngầm là bơm ly tâm ghép tầng, loại bơm này có nhiều ưu điểm phù hợp với điều kiện làm việc của giếng ngầm như: Cột áp của bơm là tổng cột áp của các phần đem ghép, vì thế cột áp của bơm rất cao. Phù hợp với độ sâu của giếng khoan. 22 Đây là bơm cánh dẫn nên bộ phận làm việc là cánh bơm, rất thích hợp với điều kiện làm việc môi chất có lẫn cát, không được kiểm tra chăm sóc, cần thời gian làm việc lâu dài. Để tìm hiểu loại bơm này đề tài cũng tập trung tìm hiểu một loại bơm dùng cho giếng ngầm là TIPPO EBARA. Công việc thực hiện là tháo lắp tìm hiểu cấu tạo và tìm những nguyên nhân hư hỏng của loại bơm này. Cụ thể sơ đồ cấu tạo của loại bơm này được trình bày trong bản vẽ số 4 và hình vẽ 4.3, đây là loại bơm ly tâm ghép tầng. Nguyên lý làm việc của loại bơm này được mô tả như sau: những cánh bơm 10 và những bạc 20 đều được làm bằng nhựa Ebonit và hợp chất của chúng, được cố định trên trục bơm 18 bằng then hình vuông và đai ốc 15, những cánh xoắn cố định 11 được cố định trên vỏ bơm nhờ việc đúc liền với vỏ bơm thành từng cụm, biên dạng của cánh bơm và cánh cố định có dạng đặc biệt là một dạng đường cong phức tạp và có biên dạng gần giống nhau. Nước được hút vào từ cửa 8 được những cánh bơm 10 truyền cho một động năng nên khi nước đi qua cánh bơm đầu tiên dòng chảy có được cột áp H1 và lưu lượng Q1, dòng chảy trở nên ổn định vào tạo nên độ xoáy lốc cho dòng chảy khi đi qua những cánh cố định 11, sau đó nước được đẩy đến cấp bơm thứ 2 với nguyên lý như cấp bơm đầu rồi đến cấp bơm 17, cột áp lần lượt là H2 đến H17 và lưu lượng Q2 đến Q17 vì trục bơm quá dài và để tạo nên sự ổn định cho bơm nên có các ổ đỡ 13 và 19. Cột áp của bơm theo lý thuyết bằng tổng cột áp của 17 cấp bơm, nhưng lưu lượng của bơm này chỉ bằng lưu lượng của một cấp bơm. Hình 4.3 (Chú thích xem trong bản vẽ số 4) Trong quá trình tháo lắp nhận thấy những hao mòn hư hỏng như sau: mòn nhiều tại những ổ đỡ 13 và 19, cánh bơm mòn nhiều ở của vào làm khe hở giữa cánh bơm và hộp bơm tăng làm giảm hiệu suất bơm nhưng khe làm giảm khe hở này khi khởi động, tạo nên sự quá tải khi khởi động làm cháy động cơ. 23 Theo hồ sơ bơm giếng ngầm của khu nhà Phượng Vỹ và khu nhà Cư Xá E cùng sử dụng loại bơm này với quy trình lắp đặt như nhau, chi tiết các thông số của những bơm này xem thêm phụ lục. Với từng bơm giếng ngầm của mỗi hệ thống ta tiến hành khảo nghiệm lưu lượng ứng với cột áp hiện có bằng cách đo độ dâng mực nước tại bể trung chuyển khi cho bơm giếng ngầm hoạt động trong một khoảng thời gian. Kết quả sau khi đo đặc và tính toán như sau: lưu lượng bơm giếng ngầm của hai khu nhà bằng nhau bằng 4,6 ls. Như vậy ta thấy lưu lượng của bơm giếng ngầm thực tế nhỏ hơn lưu lượng bơm do nhà thầu cung cấp do một số nguyên nhân cơ bản như: hiệu suất bơm theo thời gian giảm do mòn do nhiệt độ làm việc thấp bôi trơn kém, nước thường có lẫn cát, tổn thất đường ống tăng… 4.4 Hệ thống cấp nước khu nhà Phượng Vỹ: 4.4.1 Bộ phận phân phối – cung cấp nước: Hình 4.4 A – A vị trí mặt cắt đi qua mặt thoáng đài nước; 1,2,3,4,5,6 vị trí các điểm nút cấp nước của khu nhà Phượng Vỹ. 24 4.4.1.1 Các thông số thực tế của hệ thống: Đo đạc rồi tính thể tích toàn phần hai bể chứa của đài nước: Vdn = 20 m3 Số lượng các thiết bị sử dụng nước được thống kê và tra bảng (53) (Nguồn: Theo Hoàng Huệ, 2003), trị số đương lượng, lưu lượng tính toán và ống nối tương ứng: Bảng 4.1 Thống kê các thiết bị sử dụng nước của khu nhà Phượng Vỹ. Loại thiết bị dùng nước Trị số đương lượng Lưu lượng tính toán (ls) Đường kính ống nối, mm Vòi nước phòng thí nghiệm Vòi xả tự do Vòi rửa mặt Vòi bồn xả tự động Vòi xả liên tục 1 2 0,33 0,5 0,17 0,2 0,4 0,07 0,1 0,035 15 1520 1015 1015 1015 Ở đây không đi sâu tính toán chi tiết từng đoạn ống, chỉ tính lưu lượng và cột áp cần thiết tại các điểm nút. 4.4.1.2 Lưu lượng tính toán cho từng điểm nút: (dựa trên giả thiết là tổng lưu lượng chảy đến nút bằng tổng lưu lượng chảy ra khỏi nút) theo bảng 4.2 và hình 4.3, ta có: + Lưu lượng tính toán tại điểm nút 1 (phòng vệ sinh chính) Theo công thức (2 – 4) ta có lưu lượng tại các điểm nút 1: qtt1 = α0,2 N . Vì đây là trường học nên chọn: α = 1,8 Tổng số đương lượng: N = 50,17 + 20,03 + 70,5 + 22 = 8,41 ⇒ qtt1 = 1,80,2 8,41 = 1,04 (ls) (4 – 1) + Lưu lượng tại điểm nút 2 (1 phòng thí nghiệm vật lý và 1 phòng vật tư) với N = 2 ⇒ qtt 2 = 1,80,2 2 = 0,5 (ls) (4 – 2) + Lưu lượng tại điểm nút 3 (2 phòng làm việc), bằng với điểm nút 2: qtt3 = 0,5 (ls). (4 – 3) + Lưu lượng tại điểm nút 4 và 5 (2 phòng vệ sinh đơn) với N = 40,33 + 40,5 = 3,32 ⇒ qtt 4,5 = 1,80,2 3,32 = 0,65 (ls). (4 – 4) 25 + Lưu lượng tại điểm nút 6 (phòng thí nghiệm hóa sinh) với N = 31 = 3 ⇒ qtt6 = 1,80,2 3 = 0,62l s (4 – 5) Từ những số liệu tính toán trên ta có bảng tính toán thủy lực cho từng đoạn ống lắp đến điểm nút tương ứng như sau: Bảng 4.2 Bảng tính toán thủy lực tại những điểm nút. Điểm nút ∑ N qtt (l s) v(m s) D (mm) 1000i 1 8,41 1,04 0,83 40 50,03 2 2 0,5 1,02 25 181 3 2 0,5 1,02 25 181 4 3,32 0,65 1,32 25 181 5 3,32 0,65 1,32 25 181 6 3 0,62 1,26 25 181 Từ các lưu lượng tính toán tại các điểm nút này, tra bảng tính toán thủy lực phù hợp với các đường kính tiêu chuẩn của ngành nước. Từ đó ta có phương án lắp đặt hệ thống cấp nước một cách kinh tế. Từ bảng 4.2 và hình 4.3 ta có lưu lượng tính toán lớn nhất cho hệ thống cấp nước khu nhà Phượng Vỹ, như sau: Ta có tổng số đương lượng: ∑ N = 8,416 + 2 + 2 + 3,32 + 3,32 + 37 = 82,1 ⇒ qtt max = 1,80,2 82,1 = 3,26 (ls) (4 – 6) 4.4.1.3 Cột áp cần thiết và chiều cao đặt tháp nước: Nếu coi tổn thất áp lực cấp nước là nhỏ thì áp lực tại tất cả các điểm nút là bằng nhau. Nhưng lưu lượng tại các điểm nút có mức tiêu thụ như nhau lại khác nhau, nguyên nhân được giải thích như sau: Viết phương trình Becnuli cho mặt cắt A – A (mặt cắt đi qua mặt thoáng của hai bể chứa của đài nước có cao độ Z dn ) và một mặt cặt bất kì đi qua một điểm nút có cao độ là Z n , lấy mặt chuẩn tại mặt đất, ta có: sn + A + A = n + n + n + ∑ hw ⇒ vn = g Z dn − Z n − ∑ hw g p v Z g p v Z 2 ( ) 2 2 2 2 γ γ (4 – 7) 26 Trong đó: vì coi rằng trong một khoảng thời gian ngắn độ tụt v A của mặt thoáng là rất nhỏ so với vận tốc vn tại điểm nút, p A, pn là áp suất tại mặt cắt tương ứng, ở đây hai áp suất này bằng nhau và bằng áp suất khí quyển, ∑ hw là tổng tổn thấp áp lực trên đường dẫn từ bể chứa đến nút tương ứng. Như vậy, ta thấy ngay đối với những điểm nút càng gần mặt đất thì khoảng chênh cao độ càng lớn nên vận tốc dòng chảy lớn, từ đó dẫn đến lưu lượng là khác nhau đối với những điểm nút giống nhau. Nhưng ở đây giả thiết rằng tiêu chuẩn sử dụng nước là như nhau tính trên một đầu người. Cột áp cần thiết là cột áp cấp cần phải có của đài nước để đưa nước tới thiết bị dùng nước bất lợi nhất theo đúng lưu lượng yêu cầu. Từ chiều cao hiện có của đài nước ta kiểm nghiệm lại lưu lượng tại thiết bị bất lợi nhất như sau: Thiết bị dùng nước bất lợi nhất là phòng thí nghiệm đặt tại tầng 4 với lưu lượng yêu cầu bằng với lưu lượng tại điểm nút 6 là Qct = 0,62 ls, ống nối 25 mm, đường kính vòi xả 15 mm. Hình 4.5 27 Từ hình 4.4, ta có: − = 16100 −12500 = 3600 Z dn Z n mm (4 – 8) Tổn thất dọc đường, ở đây coi như đường ống chảy từ đài nước đến điểm nút 6 là đường ống có đường kính 25mm, chiều dài ống 10 m, từ đó tra bảng IV (Nguồn: theo Nguyễn Thị Hồng, 2001) ta có: ∑ hw = 0,23810 = 2,38 m. (4 – 9) Thay (4 – 8) và (4 – 9) vào (4 – 7), ta có: ⇒ vn = 2g Z th − Z n − ∑ hw = 29,81(3,6 − 2,38) = 4,89 ms. Từ đó ta có lưu lượng tại vòi xả tương ứng: 0,86 4 3,14 (0,015) 4,89 1000 4 2 2 ⇒ = = = d Qv v π ls > Qct = 0,62 ls Như vậy chiều cao đặt đài nước là hợp lý. 4.4.1.4 Tính toán lại các thông số đài nước: Thể tích toàn phần của đài nước được xác định theo công thức (2 – 9): Vdn = K(Vdh +Vcc ) ; m3 Ở đây, hệ thống cấp nước sinh hoạt được thiết kế độc lập với hệ thống chữa cháy. Nên, Vcc = 0 từ đó ta có: Vdn = kVdh ; m3 Công thức xác định lưu lượng dùng nước một ngày mà đài nước cần cung cấp: 1000 q P Q t ngay = ; m3ngày Trong đó: qt là tiêu chuẩn dùng nước (đối với trường học qt = 20; lngười.ngày) P là số người sử dụng nước mà đài nước phục vụ ( P = 1500 người) Vậy lưu lượng nước tiêu thụ một