Bài giảng cấp nước (đại học thủy lợi)

TỔNG HỢP PHÂN BỔ THỜI LƯỢNG CHO MÔN HỌC Nội dung LT BT Giới thiệu môn học Chương Nhu cầu dùng nước Chương Hệ thống cấp nước Chương Mạng lưới đường ống cấp nước Chương Cấu tạo mạng lưới cấp nước Chương Nguồn nước cơng trình thu nước Chương Xử lý nước cấp Chương Cơng trình điều tiết Tổng kết môn học Cộng: 37 Cộng: TN - 45 Tổng cộng: 45 CHƯƠNG NHU CẦU DÙNG NƯỚC 1.1 NHU CẦU DÙNG NƯỚC Nước dùng cho sinh hoạt Là loại nước phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt người nước dùng để ăn uống, tắm rửa, chuẩn bị nấu ăn, cho khu vệ sinh, tưới đường, tưới … Nước dùng cho sản xuất Có nhiều ngành cơng nghiệp dùng nước với yêu cầu lưu lượng chất lượng khác Có ngành yêu cầu chất lượng nước cao lưu lượng lại cơng nghiệp dệt, nước dùng cho nồi hơi, ngược lại có ngành địi hỏi chất lượng không cao lưu lượng lại nhiều cơng nghiệp luyện kim, hố chất Nước dùng cho chữa cháy Dù khu vực dân cư hay cơng nghiệp có khả xảy cháy Vì hệ thống cấp nước sinh hoạt hay sản xuất phải tính đến trường hợp có cháy Nhu cầu giao thông, du lịch 1.2 TIÊU CHUẨN DÙNG NƯỚC Là thông số thiết kế hệ thống cấp nước • Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt: tính l/ng/ngđ Phụ thuộc vào: Mức độ trang thiết bị vệ sinh nhà Điều kiện khí hậu thời tiết vùng Số lượng cơng trình cơng cộng • Tiêu chuẩn dùng nước cho sản xuất Được tính m3/đơn vị sản phẩm VD: Nước khai thác than q = 0,2 - 0,5 m3/tấn Nước dùng cho sản xuất thép - 20 m3/tấn - Phụ thuộc vào loại ngành sản xuất - Phụ thuộc vào điều kiện làm việc phân xưởng - Phụ thuộc dây truyền công nghệ sản xuất - Phụ thuộc vào điều kiện cục khác (kinh tế, sở vật chất…) - Phụ thuộc vào hệ thống kỹ thuật hạ tầng Bảng Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt (trong TCXD 33 -2006) TT Trang thiết bị vệ sinh nhà Qtb(l/ng/ngđ) TB năm Loại I: Các nhà bên khơng có hệ thơng cấp thoát nước dụng cụ vệ sinh, nước dùng hàng ngày lấy từ vịi nước cơng cộng ngồi phố 40 – 60 Loại II: Các nhà bên có vịi nước khơng có dụng cụ vệ sinh 60 - 100 Loại III: Các nhà bên có hệ thống cấp nước có dụng cụ vệ sinh có thiết bị tắm hoa sen 100 - 150 Loại IV: Các nhà bên có hệ thống cấp nước có dụng cụ vệ sinh có bồn tắm 150 - 250 Loại V: Các nhà bên có hệ thống cấp nước có dụng cụ vệ sinh, có bồn tắm hệ thống cấp nước nóng cục 200 - 300 1.2 TIÊU CHUẨN DÙNG NƯỚC Tiêu chuẩn dùng nước tưới cây, rửa đường - Phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, xứ nóng, hay lạnh - Cấu tạo, mặt phủ đường phố, quảng trường - Cây xanh loại hàng trồng tiêu chuẩn tưới dao động khoảng từ 1,5 đến l/m2ngđ Còn mặt đường thường dao động 1,0ữ1,5l/m2ng (TCVN-33-2006) ã ã Tiờu chun dựng nc cho cụng nhân thời gian làm việc nhà máy, xí nghiệp - Phụ thuộc vào điều kiện làm việc, mức độ độc hại công việc điều kiện kinh tế cho phép cơng trình - Phụ thuộc vào loại phân xưởng khác (phân xưởng nóng, lạnh) • Tiêu chuẩn dùng nước chữa cháy số đám cháy đồng thời - Đối với khu dân cư dựa vào + Dân số tính tốn + Bậc chịu lửa cơng trình + Số tầng nhà 1.2 TIÊU CHUẨN DÙNG NƯỚC • Tiêu chuẩn dùng nước cho đối tượng khác Bệnh viện: 250÷300l/ng ngđ Trường học: xem tiêu chuẩn quy phạm TXD 33-2006 • Tiêu chuẩn dùng nước cho phát triển công nghiệp địa phương - Tuỳ điều kiện lấy 5-10% nhu cầu sinh hoạt khu dân cư - Lượng nước dùng hệ thống cấp nước VD: Thau rửa bể, cơng trình thu, ống dẫn nước - Lượng nước lấy 5-10%Qngđ Tiêu chuẩn dùng nước tính tốn lượng nước tiêu thụ trung bình người ngày đêm ngày dùng nước lớn theo giai đoạn xây dựng Tỷ số lượng nước tiêu thụ ngày dùng nước lớn nhỏ so với ngày dùng nước trung bình năm gọi hệ số khơng điều hồ ngày lớn Kngđ max nhỏ Kngđ Tiêu chuẩn dùng nước tưới đường, tưới lấy 0.5-1.0 (l/m2.ngđ) 1.3 LƯU LƯỢNG NƯỚC TÍNH TỐN VÀ CƠNG SUẤT TRẠM CẤP NƯỚC Nước dùng cho sinh hoạt khu dân cư: n Q = Σ∑ q tb N i / 1000 tb ngđ (m / ngđ ) i =1 đó: qtb: tiêu chuẩn dùng nước trung bình khu dân cư thứ i Ni : Số dân cư khu thứ i Qtbsh lượng nước cần dùng ngày trung bình tính năm Q Max ngd : lượng nước cần dùng dùng nước lớn n Q =∑ Max ngd i =1 n Q Min ngd =∑ i =1 (k Maxngđ k Max,Min) Min ngđ q oi N i Max k ng.d (m / ng.d ) 1000 q tb N i Min k ng.d (m / ng.d ) 1000 hệ số dùng nước khơng điều hịa ngày 1.3 LƯU LƯỢNG NƯỚC TÍNH TỐN VÀ CƠNG SUẤT TRẠM CẤP NƯỚC Tương tự có Qtbh, QMaxh thơng số tính tốn cho mạng lưới cấp nước, trạm bơm cấp II cơng trình điều hịa áp nước mạng lưới (đài điều hòa áp lực, bể chứa áp lực) QshhMax Q hMin sh QshMax Max = Kh 24 QshMin Min = Kh 24 K hMax K hMin :được quy định tiêu chuẩn ngành k Maxngđ = 1,35 ÷ 1,5, k Minngđ = 0,7 ÷ 0,9 k Maxh = 1,4 ÷ 3,0; k Minh = 0,04 ÷ 0,6 1.3 LƯU LƯỢNG NƯỚC TÍNH TỐN VÀ CÔNG SUẤT TRẠM CẤP NƯỚC Lưu lượng nước dùng cho tưới cây, rửa đường Tùy loại trồng, cấu tạo mặt đường n q đó: tuoi ngđ =∑ q tđ i Fđi + q tcxi Fcxi 1000 i −1 (m3/ngđ) qi: lưu lượng nước tưới khu vực i Fđi, Fcxi: diện tích đường diện tích xanh khu vực thứ i Nước dùng cho sản xuất n Q sx ca ( ngd ) = ∑ Mi mi i =1 đó: Mi: số lượng sản phẩm, hay số tổ máy, hay số lượng dây chuyền cơng nghệ sản xuất có xí nghiệp thứ i mi: T/c dùng nước cho sản phẩm, tổ máy, hay xí nghiệp thứ i Lưu lượng lấy theo số liệu chuyên gia công nghệ sản xuất 10 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.1 Xác định đường kính ống Theo thuỷ lực: πD Q = v.ω = v D= 4Q v.π Đường kính ống phụ thuộc vào vận tốc nước chảy ống D = f(v) Vận tốc thường dao động lớn vmax = 2,5 ÷ (m/s) Người ta xác định vận tốc theo điều kiện kinh tế Đường kính D chọn dựa vào vận tốc kinh tế, lưu lượng ổn định tăng vận tốc tổn thất hms lớn đường kính ống giảm từ chi phí vật liệu xây dựng mạng lưới giảm Tuy nhiên, tổng thất áp lực tăng cột nước máy bơm Hb tăng Mà cơng suất lượng tình theo cơng thức: γ Q.H b N= (kw) η E = N.t (KW/h) Do chọn vận tốc lớn thì: đường kính ống nhỏ, tốn nhiều điện năng, chi phí quản lý lớn Ngược lại chọn vận tốc nhỏ thì: đường kính ống lớn, chi phí xây dựng ban đầu lớn, chi phí quản lý nhỏ Chọn vận tốc cho chi phí xây dựng ban đầu chi phí quản lý nhỏ (Cban đầu + Cquản lý) nhỏ 13 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.1 Xác định đường kính ống Nhiều nhà nghiên cứu đưa cơng thức xác định đường kính (D) theo đường kính kinh tế DKT = Kx.Q3x : x - số mũ, phụ thuộc vào chi phí xây dựng, thường lấy x = 0,14 k - hệ số kinh tế, phụ thuộc vào nhiều yếu tố vật liệu làm ống, phương pháp sản xuất ống Từ DKT = Kx.Q3x người ta thành lập biểu đồ dùng để xác định đường kính ta biết lưu lượng 14 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.2 Xác định tổn thất thuỷ lực đoạn ống * Tổn thất áp lực ống cấp nước gồm loại: Tổng thất áp lực dọc đường ma sát thành ống gây nên thành phần chiếm tỷ trọng lớn Tổn thất cục chỗ dòng nước thay đổi phương hướng (ở cút, tê, thập …) Xong tổn thất cục bổ chiếm tỷ lệ nhỏ nên tính tốn thường bỏ qua lấy tỷ lệ so với tổn thất áp lực dọc đường hcb = 10 ÷ 15%hdd dùng nước lớn hcb = ÷ 10%hdd có cháy xảy dùng nước lớn Vì vậy, nhiều ta tính tổn thất dọc đường ống mà bỏ qua tổn thất cục Tổn thất dọc đường xác định theo cơng thức Darxi: hdd l v2 (m) = J = λ d 2g 15 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TOÁN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.2 Xác định tổn thất thuỷ lực đoạn ống Xác định λ: + Đối với ống thép mới: + Đối với ống gang mới: 0,0159  0,684  λ = 0, 226 1 + v  d  , 226 0,0144  0,236  λ = 0, 284 1 + v  d  , 284 + Đối với ống gang ống thép cũ: - Khi v > 1,2 (m/s) khu vực sức cản bình phương 0,021 d 0,3 - Khi v < 1,2 (m/s) chế độ chảy độ: λ= 0,0179  0,867  λ= 1+ v  d 0,3  0,3 λ phụ thuộc: + Độ nhám + Chế độ chảy + Độ nhớt, 16 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.2 Xác định tổn thất thuỷ lực đoạn ống * Trong thực tế tính tốn mạng lưới cấp nước, để xác định tổn thất dọc đường ống thường sử dụng công thức sau : hms = S.Q2 = hdđ S = k.Sol : - S: Sức kháng đường ống - k :là hệ số ma sát đường ống - So: hệ số sức kháng đơn vị ống (trên 1m dài), sức cản đơn vị /1m dài - l: chiều dài đoạn ống Trong công thức lưu lượng Q lấy theo đơn vị (m3/s), chiều dài ống L lấy theo (m) 17 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.3 Tính tốn thuỷ lực mạng lưới hở Trình tự tính tốn thuỷ lực mạng lưới hở Theo bước sau: • Xác định lưu lượng tính tốn tồn mạng lưới theo trường hợp tính tốn • Qttmax; Qttmin; Qcc dùng nước lớn nhất, xác định từ biểu đồ dùng nước • Quy hoạch mạng lưới: chia mạng lưới thành đoạn tính tốn, ghi chiều dài, ghi lưu lượng tập trung đánh số điểm nút lên sơ đồ, đoạn ống tính tốn đoạn ống nằm nút có đường kính khơng đổi • Xác định lưu lượng dọc đường đơn vị, lưu lượng dọc đường đoạn ống Quy lưu lượng dọc đường nút • Xác định lưu lượng tính tốn đoạn ống ghi lên sơ đồ • Chọn tuyến tính tốn tuyến dài điểm cuối vị trí cao có cột nước u cầu cao (vị trí bất lợi nhất) 18 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.3 Tính tốn thuỷ lực mạng lưới hở Tính tốn thủy lực tuyến •Chọn đường kính ống theo vận tốc kinh tế (Vkt) theo lưu lượng kinh tế (qkt) •Tính tốn tổn thất thủy lực đoạn ống tính tổng tổn thất tuyến •Từ cột nước yêu cầu điểm cuối tuyến Xác định cột nước yêu cầu điểm đầu tuyến (đầu hệ thống) •Vẽ cắt dọc đường mực nước dọc tuyến chính, ghi cốt địa hình, đường mực nước từ xác định cột nước bơm (Hb) chiều cao đài nước (Hđ) áp lực nút tuyến 19 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.3 Tính tốn thuỷ lực mạng lưới hở Tính tốn thủy lực tuyến phụ (nhánh) • Xác định tổn thất thủy lực cho phép ∆H (chênh lệch áp lực điểm đầu điểm cuối tuyến phụ; xác định độ dốc thủy lực) • Σl: tổng chiều dài đoạn ống tuyến phụ • Từ lưu lượng tính tốn (Qtt), độ dốc thuỷ lực trung bình (jTB) chọn đường kính D đoạn ống • Tính toán kiểm tra tổn thất thủy lực tuyến phụ Σhms tuyến phụ so sánh tổng tổn thất áp lực (Σhms) tuyến phụ lớn tổn thất cho phép [∆H] ta phải tăng đường kính (D) số đoạn • Nếu Σhms tuyến phụ nhỏ [∆H] ta phải giảm đường kính D 20 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.3 Tính tốn thuỷ lực mạng lưới hở Để tính tốn thuận tiện ta lập bảng tính theo mẫu sau Bảng 4.5 Bảng tính toán thuỷ lực mạng lưới đường ống Đoạn ống L2 tính tốn Qtt Đ.Kính ống D (mm) Chiều dài đoạn ống L(m) Tốc độ V (m/s) Hệ số K So S= k.So.L 1000i Tổng tổn thất thủy lực hms =S.Q2(m) - 2 - 3 - 21 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.4 Tính tốn thủy lực mạng lưới kín Đặt vấn đề Mạng lưới kín có nhiều ưu điểm tính tốn phức tạp nước đến điểm từ hai phía q1, q2, tỉ lệ thuận với đường kính ống tỉ lệ nghịch với chiều dài ống Mỗi đoạn ống có 2P ẩn lưu lượng (Q) đường kính (D) Một mạng lưới có p đoạn ống, có 2P ẩn để giải tốn ta phải có 2P phương trình q1, h1 ∆q>0 q4, h4 ∆h>0 q2, h2 q3, h3 22 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.4 Tính tốn thủy lực mạng lưới kín Hai phương trình bản: a) Phương trình cân lưu lượng Tại nút đoạn ống lưu lượng vào phải lưu lượng ra: Qvào = Qra Nếu quy ước vào (+) (-) ΣQnút = b) Phương trình cân áp lực Khi tính tổn thất cột nước từ điểm đầu đến điểm cuối vịng theo hai chiều kết tính tốn phải h1-2-3 = h1-4-3 H3 = H1 - h123 = H1 - h143 Nếu quy ước nước chảy thuận chiều kim đồng hồ có tổn thất áp lực mang dấu dương ngược chiều mang dấu âm ta có phương trình: Σhvịng = h1-2 + h23 - h43 - h14 = Một nút có phương trình cân lưu lượng nước 23 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.4 Tính tốn thủy lực mạng lưới kín Xét mạng lưới n vịng, m nút, có m-1 phương trình cân lưu lượng n phương trình cân áp lực Vậy có tất n + m - phương trình Nếu P số đoạn ống mạng lưới, P = n + m - P đoạn ống có P phương trình có 2P ẩn số nên số ẩn nhiều số phương trình để giải hệ ta phải giải phương pháp thử dần Nguyên lý: Hoặc giả định đường kính D tất đoạn ống để số ẩn số phương trình lưu lượng xác định tương ứng với D sau điều chỉnh dần lưu lượng để đảm bảo Σhvịng = Trong thực tế khó xác định Q để Σhvòng = mà người ta yêu cầu Σhvòng ≤ ±0,5m vòng nhỏ Σhvòng ≤ ±1,5m vòng lớn 24 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.4 Tính tốn thủy lực mạng lưới kín • • • • • • • • • • Trình tự tính tốn thủy lực mạng lưới kín Xác định lưu lượng tính tốn tồn mạng lưới theo trường hợp cần tính Qttmax, Qttmin, Qchmax Quy hoạch mạng lưới chia mạng lưới thành vịng khơng nên chia thành nhiều Chia đoạn ống tính tốn ghi chiều dài, lưu lượng tập trung, đánh số vòng, số nút lên sơ đồ Xác định lưu lượng dọc đường đơn vị, lưu lượng dẫn dòng ống, quy lưu lượng dẫn dòng nút Nhận xét lưu lượng nút sơ vạch hướng nước chảy để theo hướng ngắn đánh mũi tên chiều nước chảy lên đoạn Xác định tuyến đường ống chính, sơ phân bố lưu lượng đoạn ống cho thoả mãn phương trình cân nút Nước chảy đường ống lớn lưu lượng ống nối ống phụ Các tuyến song song có lưu lượng tương đương Xác định đường kính ống theo vận tốc thực tế lưu lượng kinh tế Tính tổn thất áp lực đoạn ống kiểm tra theo phương trình cân áp lực cho vịng Nếu tính Σhvịng khơng thoả mãn điều kiện cho phép nhỏ 0,5m vòng nhỏ nhỏ 1,5m vịng lớn lúc điều chỉnh lưu lượng vòng mạng lưới cho thoả mãn điều kiện cho phép 25 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.4 Tính tốn thủy lực mạng lưới kín Phương pháp điều chỉnh lưu lượng mạng lưới kín Lobachev Xét vịng hình vẽ Giả thiết dịng chảy chế độ bình phương sức kháng Nếu phân bố lưu lượng thì: Σh = S1Q12 + S2 Q 22 − S3 Q 32 − S Q 24 = Nếu Σhvòng I > tức q1, q2 >q1, q2 thực tế Còn q3, q4 < q3, q4 thực tế Do cần giảm q1, q2 tăng q3, q4 Giả sử gọi lưu lượng cần thay đổi ∆Q Sau điều chỉnh: ΣhvòngI > (I) 1c Σh < (II) S1 (Q1 − ΔQ) + S (Q − ΔQ) − S3 (Q + ΔQ) − S (Q + ΔQ) = S1 (Q12 − 2Q1ΔQ + ΔQ ) + S (Q12 − 2Q ΔQ + ΔQ ) = 26 4.3 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG VÀ TÍNH TỐN THUỶ LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 4.3.4 Tính tốn thủy lực mạng lưới kín Bỏ qua giá trị vơ bé ∆Q2: (S1Q12 + S2 Q 22 − S3 Q 32 − S Q 24 ) − 2ΔQ(S1Q + S Q + S3 Q + S Q ) = ΔQ = Σh 2ΣSi Q i Trường hợp tổng quát Qimới = Qicũ± Q (đối với ống riêng) Qimới = Qicũ ± Qbthân ± ∆Qbên cạnh (đối với ống chung) Ví dụ: Q23mới = Q23cũ - ∆Q Q1-4mới = Q1-4cũ + ∆Q(I) + ∆Q(II) 27 ... nước làm nhiệm vụ dự trữ điều hoà lượng nước hệ thống cấp nước Sơ đồ hệ thống cấp nước sử dụng nguồn nước sông Hỡnh 3.2 Sơ đồ hệ thống cấp nước dựng nguồn nước sụng 1- Trạm bơm cấp I CT thu nước; ... hệ thống cấp nước Hệ thống cấp nước tổ hợp công trình làm nhiệm vụ thu nước, làm nước, điều hoà dự trữ nước, vận chuyển nước xa để cung cấp cho nơi tiêu dùng, nhằm thoả mãn nhu cầu dùng nước số... nước xây dựng theo phát triển nhu cầu dùng nước Hệ thống gọi hệ thống cấp nước có nhiều nguồn Hình 1.3 Hệ thống cấp nước có nhiều cung cấp Hình 1-3 nguồn cung cấp 2.3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG CẤP NƯỚC