TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ THỦY LỰC V.1.Tính toán cho bể điều hòa
V.1.1.Hệ thống cấp khí
Lượng khí cần cấp cho bể điều hòa
Lkhí = Q.a [4]
Với: Q – Lưu lượng nước thải, Q = 41,7m3/h
a - Lưu lượng khí cung cấp trong 1 giờ, chọn a = 2 m3/h → Lkhí = 41,7×2 = 83,4 (m3/h)
Khí được cấp vào bể nhờ các ống thép có đục lỗ. Sử dụng một ống chính phân phối khí cho 3 ống nhánh mỗi ống cách nhau 2m chạy dọc chiều dài bể.
- Thiết kế ống dẫn khí chính Đường kính ống dẫn khí:
Với vống= 10 ÷ 15m/s là vận tốc khí đi trong ống, chọn vống =10m/s
dống = = = 0,055 m = 55mm [10]
- Thiết kế đường ống nhánh
Vận tốc khí đi trong ống nhánh, vnhánh = 15m/s Lượng khí cấp cho mỗi ống nhánh
Lnhánh = = = 27,8 (m3/h) Đường kính ống nhánh:
Trên các ống nhánh có đục lỗ. Đường kính các lỗ dlỗ = 2 ÷ 5mm, chọn dlỗ = 4mm. Vận tốc khí qua các lỗ, chọn vlỗ = 25m/s Lượng khí qua một lỗ: Llỗ = vlõ × × 3600= 25 × × 3600 = 1,13 (m3/h) Số lỗ trên 1 ống nhánh n = = = 25 (lỗ) V.1.2. Tính bơm
Chọn bơm ly tâm để bơm nước thải từ bể điều hòa sang công trình xử lý phía sau. Dùng 2 bơm với 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự trữ
Lưu lượng nước thải qua mỗi bơm:
V = Q = 41,7 (m3/h)
Công suất yêu cầu trên trục bơm
N = (kW) [10] Trong đó:
Q - Năng suất bơm (m3/s)
ρ - Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) g - Gia tốc trọng trường (m/s2)
H - áp suất toàn phần của bơm (m) η - Hiệu suất của bơm.
H = + ho [10] P1 - Áp suất tại đầu ống hút, P1 = Pkk = 1 at (N/m2)
P2 - Áp suất tại đầu ống đẩy, P2 = PLV = 1 at (N/m2) hm - Áp suất tiêu tốn để thắng trở lực
Tính ho :
ho = [10] Với:
∆P - Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực
ΔP= ΔPđ + ΔPm +ΔPH +ΔPt +ΔPk+ ΔPc (N/m2) [10]
ΔPđ - Áp suất cần thiết để tạo vận tốc cho dòng chảy ra khỏi ống đẩy (N/m2)
ΔPm - Áp suất để khắc phục trở lực ma sát trên đường ống dẫn (N/m2) ΔPH - Áp suất để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh (N/m2)
ΔPc- Áp suất để thắng trở lực cục bộ (N/m2)
ΔPt - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong (N/m2) ΔPk - Áp suất bổ sung cuối đường ống dẫn (N/m2)
Với:
∆Pđ = [10] ρ - Khối lượng riêng của nước thải ở 25oC, ρ = 1004,6 kg/m3
→ ∆Pđ = = 1130,2 (N/m2) Xác định đường kính tương đương của ống dẫn.
dtd = = = 0,1m = 100mm [10]
ΔPm(N/m2):
∆Pm = λ [10]
Với:
L - chiều dài toàn bộ hệ thống ống dẫn lỏng, chọn L = 10 m λ: Hệ số ma sát phụ thuộc chuẩn số Re
Re = = = 168.103 > 4000 [10]
Với: µ - độ nhớt của nước thải ở 25oC, µ = 0,897.10-3 (Ns/m2) → λ được tính theo công thức sau:
= - 2lg + ] [10]
ξ - độ nhám tuyệt đối, chọn loại ống thép mới không hàn ξ = 0,06 ÷ 0,1 mm
chọn ξ = 0,1 m m = 0,1.10-3 m
Vậy:
=> λ = 0,0213
∆Pm = 0,0213× × = 2407 (N/m2)
ΔPc: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ
ΔPc = ξ ρ [10]
ξ: Hệ số trở lực cục bộ cuả toàn bộ đường ống, ξ = Σξi
- Chọn ống thép mới tốt, ξ1 = 0,5
- Chọn 2 van tiêu chuẩn ξ2 = 4,1
- Hệ số trở lực khuỷu: 2 khuỷu 450 tạo thành sao cho a/b =1
→ α =1 → ξ3 = 0,38 → ξ=ξ1 + 2ξ2 + 2ξ3 =0,5+ 2.4,1 + 2.0,38=9,46 Vậy: ΔPc = 9,46 × × 1004,6 = 10691 (N/m2) ΔPH = H.ρ.g (N/m2)
H - chiều cao từ đầu ống hút đến điểm cao nhất, chọn chiều cao H = 4 m
→ ∆PH = 4×1004,6×9,81= 39420 (N/m2)
Δ Pt =0 Δ Pk=0
Áp suất toàn phần do bơm tạo ra là:
∆P = 1130 + 2407 + 10691 + 39420 = 53648 (N/m2)
ho = = 5,44 m
Công suất yêu cầu trên trục bơm
N = (kW) [10] Q - Năng suất của bơm,
- Hiệu suất bơm, gồm 3 phần :
- η0: Hiệu suất thể tích có tính đến hao hụt chất lỏng do rò rỉ, chọn
η0 = 0,9
- ηtl: Hiệu suất thuỷ lực do ma sát và tạo dòng xoáy, chọn ηtl = 0,85 - ηck: Hiệu suất cơ khí, ma sát ở ổ bi, ổ lót trục; chọn ηck = 0,95 Vậy : η = 0,9.0,85.0,95 = 0,726
Thay vào ta có:
N = = 0,85 kW
Công suất của động cơ điện
Ndc = (kW) [10] Trong đó:
ηtr - Hiệu suất truyền động, chọn ηtr= 0,95 ηdc- Hiệu suất của động cơ, chọn ηdc= 0,85
Ndc = = 1,05 kW
Trên thực tế ta phải chọn động cơ điện có công suất thực tế lớn hơn để đề phòng khi bơm quá tải
Nc
dc=β.Ndc [10] Trong đó:
β: hệ số dự trữ công suất
Nđc = 0,93 < 1 thì β = 2÷1,5; chọn β = 2 Công suất thực tế của bơm:
Nc
đc= 2×1,05 = 2,1 (kW)