6.1 .Cơng trình thu nước mặt
6.1.3 .Tính tốn cơng trình thu nước
Cơng suất là 125 000 (m3/ngđ)
Cơng trình thu nước mặt bao gồm : Song, lưới chắn rác, ngăn thu và ngăn hút 6.1.3.1.Tính tốn song chắn rác
Song chắn rác được đặt ở cửa thu nước của cơng trình, cấu tạo nó gồm các thanh thép tiết diện tròn cỡ Ø8 đặt song song với nhau và được hàn vảo một khung thép. Khoảng cách giữa các thanh thép là a= 45(mm).
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 97 Ngành Cấp Thốt Nước
Hình 6.2 Song chắn rác a. Diện tích cơng tác của song chắn rác
(m2) Trong đó:
Q: Lưu lượng tính tốn của trạm bơm, Q = 125000 (m3/ngđ) = 5 208,33 (m3/h) = 1,447 (m3/s)
V: Vận tốc nước chảy qua song chắn rác, theo mục 5.83 – TCXDVN 33 – 2006 Có v = 0,2 0,6 (m/s) → Chọn v = 0,3 (m/s)
n: Số cửa thu nước, chọn n = 4 cửa
K1: Hệ số co hẹp do các thanh thép, tính theo cơng thức: = =1,18
Với a là khoảng cách giữa các thanh thép, a = 45 (mm) d là đường kính thanh thép, d = 8 (mm)
K2: Hệ số co hẹp do rác bám vào song. Thường lấy K2 = 1,25
K3: Hệ số ảnh hưởng đến hình dạng của thanh thép tiết diện trịn, K3 = 1,1 Vậy diện tích cơng tác của song chắn rác là:
= = 1,96 (m2)
Chọn kích thước của song chắn rác là: B × L = 1400 × 1500 (mm) Cửa thu nước có kích thước là: B × L = 1400 × 1500 (mm)
Với khoảng cách giữa các thanh là 45 (mm) và đường kính mỗi thanh là 8 (mm) thì số lượng các thanh thép đặt trên song chắn rác tính từ tim của 2 thanh là:
= 24 (thanh) b. Tổn thất qua song chắn rác:
Tổn thất qua song chắn rác được xác định theo công thức: (m) Trong đó: hs: Tổn thất cục bộ qua song chắn (m) K: Hệ số dự trữ , K = 3 g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) v: vận tốc qua song chắn rác, v = 0,3 (m/s)
ξ : Hệ số tổn thất cục bộ qua song chắn (m), tính theo cơng thức: Với : d: Đường kính thanh thép, d = 8 (mm)
= 1,79 = 0,49 Vậy tổn thất cục bộ qua song chắn rác là :
= 0,49 = 7 (m) 6.1.3.2.Tính tốn lưới chắn rác
Sử dụng lưới chắn rác phẳng đặt ở cửa thông giữa ngăn thu và ngăn hút, được đan bằng dây thép khơng gỉ có d = 1,5 (mm), thành các mắt lưới có 5× 5 (mm). Mặt ngồi tấm lưới có đặt thêm một tấm lưới nữa có kích thước mắt lưới là 25 × 25 (mm) đan bằng dây thép có d = 3 (mm) để tăng cường khả năng chịu lực của lưới.
Hình 6.3 Lưới chắn rác a. Diện tích cơng tác của lưới chắn rác
(m2) Trong đó:
Q: Lưu lượng tính tốn của cơng trình, Q = 1,447 (m3) n: Số lượng cửa đặt lưới, n = 4 cửa
v: Vận tốc nước chảy qua lưới chắn phẳng, theo Giáo trình Xử lý nước cấp – trang 78 – Nguyễn Ngọc Dung , v = 0,2 ÷ 0,4 (m/s). Chọn v = 0,3 (m/s)
K1 : Hệ số co hẹp xác định theo cơng thức: Với:
a: Kích thước mắt lưới, a = 5 (mm)s d: Đường kính dây đan lưới, d = 1,5 (mm)
p: Tỉ lệ giữa phần diện tích bị khung và các kết cấu khác chiếm so với diện tích cơng tác của lưới, lấy p = 0,05
= = 1,775
K2 là hệ số co hẹp do ảnh hưởng của rác bám vào lưới K2 = 1,5 K3 là hệ số ảnh hưởng của hình dạng lấy K3 =1,15
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 99 Ngành Cấp Thốt Nước
(Theo giáo trình xử lý nước cấp trang 78- Nguyễn Ngọc Dung) Vậy diện tích cơng tác của lưới chắn rác là:
= 3,69 (m) Chọn kích thước của lưới chắn rác là : B = 1900 (mm) Chọn kích thước của cửa chắn rác là : B = 1900 1700 (mm) Số thanh thép theo chiều thẳng đứng là = 307 (thanh) Mỗi thanh đứng dài 1,8 (m)
Số thanh thép theo chiều ngang là : -1 = 276 (thanh) Mỗi thanh ngang dài 2(m).
b. Tổn thất qua lưới chắn rác
Tổn thất qua lưới chắn rác được xác định theo cơng thức: (m)
Trong đó:
v: Vận tốc nước chảy qua lưới chắn, v = 0,3 (m/s) g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2)
K: Hệ số dự trữ, K = 3.
: Hệ số tổn thất cục bộ qua lưới chắn
= 1,79 = 0,73 Với d: Đường kính dây đan lưới,d = 1,5 (mm) a: Chiều rộng mắt lưới, a = 5 (mm)
: Hệ số phụ thuộc vào tiết diện thanh với thanh tròn = 1,79
Vậy tổn thất áp lực qua lưới chắn rác là:
= 0,733 =0,01 (m) 6.1.3.3.Tính tốn ngăn thu, ngăn hút
Kích thước của cong trình thu phải đảm bảo thu đủ lưu lượng yêu cầu, chất lượng nước thu vào tốt , đảm bảo thuận tiện cho việc bố trí trang thiết bị.
Chọn 2 ngăn thu, 2 ngăn hút để đảm bảo an tồn, độ tin cậy làm việc của cơng trình - Ngăn thu: bố trí song chắn rác, thang lên xuống, thiết bị tẩy rửa
- Ngăn hút: bố trí lưới chắn rác ống hút của máy bơm cấp I, thang lên xuống, thiết bị tẩy rửa.
Gian quản lý: bố trí thiết bị nâng, thiết bị điều khiển, tẩy rửa, thiết bị vớt rác, có thể có cả song chắn rác và lưới chắn rác dự trữ.
Ngăn thu
Theo Giáo trình Xử lý nước cấp – trang 83 – Nguyễn Ngọc Dung, ta có: Chiều dài: L1 = 1,6 ÷ 3 (m) → Chọn L1 = 3 (m)
Trong đó:
BL: Chiều rộng của lưới chắn rác, BL = 3 (m) e = 0,4÷ 0,6 (m), chọn e = 0,45 (m)
Chọn ngăn thu hình chữ nhật nên kích thước của ngăn thu là: =4 (m) Ngăn hút
Theo Giáo trình Xử lý nước cấp – trang 83 – Nguyễn Ngọc Dung, ta có: Chiều rộng của ngăn hút : B2 ≥ 3Df = 3×1,17= 3,51(m)
Trong đó:
Df : Đường kính phễu hút, Df = (1,3 ÷ 1,5)Dh. Chọn Df = 1,3Dh Dh: Đường kính ống hút
Do có 2 ngăn hút nên mỗi ngăn bố trí 2 ống hút → Lưu lượng qua 1 ống hút là:
= 0,723 (m3/s) Dùng ống thép có đường kính Dh:
=> Dh = = = 0,87 (m) Trong đó:
v: Là vận tốc cho phép chảy trong đường ống hút lấy từ 1,2 ÷ 2,0 (m/s) với đường kính ống >800 mm (theo bảng 7.3 - TCXDVN 33 - 2006 ) chọn V = 1,2 m/s.
Chọn đường kính của ống hút là Dh = 900(mm) = 0,9 (m) Df = 1,3Dh = 1,30,9 = 1,17( m )
Chọn B2 = 4 (m)
Chiều dài của ngăn hút: L2 = 1,5÷ 3 (m). Chọn chiều dài ngăn hút bằng chiều dài ngăn thu L2 =L1 =3(m)
Kích thước 1 ngăn hút là: B2 = 43 (m) 6.1.3.4.Chiều cao của cơng trình thu
Theo Giáo trình Xử lý nước cấp – trang 83 – Nguyễn Ngọc Dung, ta có: Khoảng cách từ mép dưới cửa thu nước đến đáy sông:
h1 = 0,7 ÷1 (m). Chọn h1 = 1 (m)
Khoảng cách từ mép dưới cửa đặt lưới chắn rác đến đáy cơng trình thu: h2 = 0,5 ÷1 (m). Chọn h2 = 0,6 (m)
Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến mép trên cửa: h3 ≥ 0,5 (m). Chọn h3 = 1 (m)
Khoảng cách từ mực nước cao nhất đến sàn công tác: h4 ≥ 0,5 (m). Chọn h4 = 1,5 (m)
Khoảng cách từ đáy ngăn hút đến miệng vào phễu hút: h5 ≥ 0,5 (m). Chọn h5 = 0, 5 (m)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 101 Ngành Cấp Thoát Nước
Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến miệng vào phễu hút: h6 ≥ 1,5Df = 1,5 × 1,17 = 1,8(m) Chọn h6 = 2,5 (m)
6.1.3.5.Tính tốn cao trình ngăn thu, ngăn hút:
Cao trình mặt nước tại Biền Hồ, vị trí đặt cơng trình thu lựa chọn: Mực nước cao nhất: 779,5 (m)
Mực nước thấp nhất: 776,5 (m)
Tổn thất mực nước qua khe hở song và lưới chắn rác lấy là 7×10-3 m và 0,01m Cao trình mặt nước trong ngăn thu:
Cao trình mặt nước trong ngăn hút:
6.1.4.Cao trình của cơng trình thu
Do độ chênh lệch mực nước giữa mùa khô và mùa mưa là 3 (m), cơng trình thu kiểu kết hợp, có 1 cửa thu nước vào
Cốt sàn cơng tác của cơng trình thu: Trong đó:
Zmax: Cốt mực nước sơng cao nhất, Zmax = 779,5 (m)
h4: Khoảng cách từ mặt nước cao nhất đến sàn công tác, h4 = 1 (m) Vậy, cốt sàn công tác cơng trình thu là:
= 779,5 + 1,5 = 781 (m) Cốt đáy cơng trình thu:
Trong đó:
là Cốt mực nước thấp nhất ở ngăn hút , = 776,483 (m)
h6: Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến miệng vào phễu hút, h6 = 2,5 (m) h5: Khoảng cách từ đáy ngăn hút đến miệng vào phễu hút, h5 = 0,5(m)
Vậy cốt cao độ đáy cơng trình thu là: = 776,483 - (2,5+0,5) = 773,483(m)
6.2.Trạm bơm cấp I6.2.1.Khái niệm cơ bản 6.2.1.Khái niệm cơ bản
trình có thể kết hợp cơng trình thu hoặc kết hợp với các cơng trình khác như: trạm xử lý, bơm nâng bậc, bơm cục bộ, giếng.
6.2.2.Lưu lượng thiết kế trạm bơm
Trong ngăn hút ta đặt các bơm ly tâm ngang để đưa nước vào trạm xử lý.Do đây là trạm bơm cấp I nên lưu lượng bơm thiết kế cũng chính là Qngàymax của trạm xử lý. Lưu lượng của trạm xử lý nước là: 125 000 (m3/ngđ) = 1,447 (m3/s)
Vì trạm bơm cấp I hoạt động điều hịa liên tục cấp nước cho cơng trình xử lý nên công suất giờ của trạm bơm là:
(m3/h)
Ta bố trí 3 máy bơm: 2 máy bơm làm việc, 1 máy bơm dự phịng Với = 5208,3 (m3/h) nên cơng suất của 1 máy bơm là:
(m3/h) = 0,804(m3/s) Với: n: Số máy bơm làm việc, n = 2 (máy)
α : Hệ số giảm lưu lượng khi các bơm làm việc song song, α = 0,9 (hai bơm làm việc song song)
6.2.3.Các đường ống của trạm bơm cấp I
6.2.3.1. Đường ống hút dẫn nước từ cơng trình thu về trạm bơm (ống hút chung)Chọn 2 ống hút tương ứng với 2 ngăn hút, lưu lượng của mỗi ống hút là: Chọn 2 ống hút tương ứng với 2 ngăn hút, lưu lượng của mỗi ống hút là:
(m3/s) = 804 (l/s)
Theo Bảng 7.3 – TCXDVN 33 – 2006, chọn đường ống hút D >800 (mm) ta có vận tốc nước trong ống v = 1,2 ÷ 3 (m/s), chọn v = 1,2 (m/s). Chất liệu làm ống là ống thép. Đường kính của mỗi ống hút được xác định là:
(m)
Vậy ta chọn đường kính ống hút là: D = 900 (mm) Kiểm tra vận tốc thực tế:
(m/s)
Thỏa mãn vận tốc cho phép v = 1,2 ÷ 3 (m/s)
Theo mục 7.16 – TCXDVN 33 – 2006, ống hút phải đảm bảo có sự cố xảy ra cho 1 ống bất ky thì các ống cịn lại phải bảo đảm cung cấp 70% lượng nước thiết kế cho trạm bơm cấp I.
Khi đó ta có:
Lưu lượng yêu cầu khi một ống hút bị sự cố: (m3/s)
Vận tốc của ống còn lại: (m/s)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 103 Ngành Cấp Thoát Nước
Chọn chiều dài ống hút chung là: L = 8 (m)
Tổn thất theo chiều dài của ống hút chung
Tra bảng tra thủy lực của Ths.Nguyễn Thị Hồng với D = 900 (mm), q = 804 (l/s). Ta
có: v = 1,254 (m/s), 1000i = 1,916
Ta có tổn thất theo chiều dài của ống hút chung là:
Tổn thất cục bộ của các thiết bị trong ống hút chung
Các thiết bị được liệt kê trong bảng sau:
Bảng 6.1. Tổn thất các thiết bị trên đường ống hút chung
STT Danh mục Đơn vị tính Số lượng ξ
1 Phễu hút Cái 1 0,15 0,15
2 Cút 90o Cái 1 0,5 0,5
3 Khóa Cái 2 1 2
4 Côn thu Cái 1 1 1
5 Tê Cái 1 1,5 1,5 Tổng 5,15 Tổn thất cục bộ do các phụ tùng đó tính theo cơng thức: (m) Trong đó: ξ : Hệ số sức cản cục bộ, ξ = 5,15 V: vận tốc trong ống hút chung (m/s), v =1,254 (m/s) Ta có: (m)
6.2.3.2. Đường ống hút riêng phân phối về các máy bơm
Chọn 2 ống hút riêng , chiều dài mỗi ống là 2,5 (m). Mỗi ống có lưu lượng là: qr = Q1b = 0,804 (m3/s). Chiều dài mỗi ống là 2,5 (m)
Theo Bảng 7.3 – TCXDVN 33 – 2006, chọn D = 900 (mm) Kiểm tra lại vận tốc thực tế:
Thỏa mãn vận tốc cho phép v = 1,2 ÷ 2 (m/s)
Tổn thất theo chiều dài của ống hút riêng
Dùng bảng tra thủy lực của Ths Nguyễn Thị Hồng với D = 900 (mm),q = 0,804 (m3/s) ta được v = 1,254 (m/s), 1000i = 1,916
Ta có tổn thất theo chiều dài của ống hút riêng là:
Các thiết bị thể hiện như bảng sau:
Bảng 6.2. Tổn thất các thiết bị trên đường ống hút riêng
STT Danh mục Đơn vị tính Số lượng ξ
1 Khóa 2 chiều Cái 1 1 1
2 Tê Cái 1 1,5 1,5
3 Côn thu Cái 1 1 1
Tổng 3,5
Tổn thất cục bộ do các phụ tùng đó tính theo cơng thức:
6.2.3.3. Đường ống đẩy đưa nước từ trạm bơm cấp I đến trạm xử lý (ống đẩy chung)Chọn 2 ống đẩy chung, mỗi ống có lưu lượng là: q = 0,804 (m3/s) = 804 (l/s) Chọn 2 ống đẩy chung, mỗi ống có lưu lượng là: q = 0,804 (m3/s) = 804 (l/s)
Theo Bảng 7.3 – TCXDVN 33 – 2006, chọn đường ống đẩy D = 300 ÷ 800 (mm) ta có vận tốc nước trong ống v = 1 ÷ 3 (m/s), chọn v = 2 (m/s). Chất liệu làm ống là ống thép.
Đường kính của mỗi ống đẩy được xác định là: Vậy ta chọn đường kính ống đẩy là: D = 700 (mm) Kiểm tra vận tốc thực tế:
Thỏa mãn vận tốc cho phép v = 1 ÷ 3 (m/s)
Theo mục 7.16 – TCXDVN 33 – 2006, ống đẩy phải đảm bảo có sự cố xảy ra cho 1 ống bất ky thì các ống cịn lại phải bảo đảm cung cấp 70% lượng nước thiết kế cho trạm bơm cấp I.
Khi đó ta có:
Lưu lượng yêu cầu khi một ống đẩy bị sự cố: (m3/s) Vận tốc của ống còn lại:
Đảm bảo vận tốc: v = 1÷ 3 (m/s)
Chọn chiều dài ống đẩy chung là: L = 5 (m)
Tổn thất theo chều dài ống đẩy chung
Tra bảng tra thủy lực của Ths. Nguyễn Thị Hồng với D = 700 (mm), q = 804 (l/s)
ta có v = 2,052 (m/s), 1000i = 7,026
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 105 Ngành Cấp Thoát Nước
Tổn thất cục bộ của các thiết bị trong ống đẩy chung
Các thiết bị thể hiện như bảng sau:
Bảng 6.3. Tổn thất các thiết bị trên đường ống đẩy chung
STT Danh mục Đơn vị tính Số lượng ξ
1 Khóa 2 chiều Cái 1 1 1
2 Tê Cái 1 1,5 1,5
Tổng 2,5
Tổn thất cục bộ do các phụ tung tính theo cơng thức: Trong đó:
ξ : Hệ số sức cản cục bộ, ξ = 2,5
V: vận tốc trong ống đẩy chung (m/s), v = 1,66 (m/s) Ta có: 6.2.3.4. Đường ống đẩy riêng
Chọn 2 ống đẩy riêng, lưu lượng mỗi ống đẩy riêng là: qr = 0,804 (m3/s). Chiều dài của ống đẩy riêng là: 2,5 (m)
Theo Bảng 7.3 – TCXDVN 33 – 2006, chọn ống đẩy riêng D = 300 ÷ 800 (mm), vận tốc nước trong ống v = 1 ÷ 3 (m/s). Ta chọn v = 2 (m/s)
Đường kính của ống đẩy riêng là: (m)
Chọn đường kính là: D = 700 (mm) Kiểm tra lại vận tốc thực tế: (m/s)
Thỏa mãn vận tốc cho phép v = 1 ÷ 3 (m/s)
Tổn thất theo chiều dài ống đẩy riêng
Dùng bảng tra thủy lực của Ths.Nguyễn Thị Hồng với D = 700 (mm), q = 804 (l/s) ta
có v = 2,052 (m/s) , 1000i = 7,026
Ta có tổn thất theo chiều dài của ống đẩy riêng là:
Tổn thất cục bộ của các thiết bị trong ống đẩy riêng
Các thiết bị thể hiện như bảng sau:
Bảng 6.4. Tổn thất các thiết bị trên đường ống đẩy riêng
STT Danh mục Đơn vị tính Số lượng ξ
3 Cơn mở Cái 1 0,1 0,1
4 Van 1 chiều Cái 2 1,7 3,4
Tổng 6
Tổn thất cục bộ do các phụ tùng đó tính theo công thức: (m)
Vậy tổng tổn thất trên cả đường ống hút và ống đẩy là:
( 0,015 + 0,413 + + 0,281) + (0,035 + 0,537 + 0,018 + 1,288) = 2,59 (m)
6.2.4.Cột áp toàn phần của trạm bơm cấp I
Xác định theo cơng thức: (m)
Trong đó:
Hđh: Là chiều cao địa hình, chính là hiệu cao trình giữa mực nước trên của ngăn tiếp nhận và mực nước thấp nhất trong bể hút
(m)
ΣH: Tổng tổn thất áp lực trên đường ống hút và ống đẩy, ΣH = 2,59 (m) hdp: Áp lực dự phòng, kể đến độ khúc khuỷu của ống đẩy, lấy hdp = 1 (m) Vậy ta có:
(m)
6.2.5.Chọn bơm cho trạm bơm cấp IChọn loại máy bơm Chọn loại máy bơm
Sau khi tính được cột nước thiết kế HTK và lưu lượng thiết kế của một máy QTK, dựa vào biểu đồ sản phẩm Q= f(H) của các loại trạm bơm ta tiến hành chọn loại máy bơm phù hợp. Máy bơm chọn được phải thoã mãn các yêu cầu sau:
Đảm bảo cung cấp đúng theo lưu lượng thiết kế và cột nước thiết kế (điểm công tác nằm trên đường đặc tính (Q ~ H)).
Làm việc ở khu vực có hiệu suất cao nhất.
Tránh hiện tượng khí thực xảy ra trong phạm vi chiều cao hút nước cho phép do nhà máy sản xuất máy bơm đảm bảo.
Có chất lượng tốt (lắp ráp thuận lợi, ổ bi, vòng đệm chống rò, thiết bị chống phản lực dọc trục … hồn hảo).
Số vịng quay lớn như vậy sẽ giảm bớt trọng lượng của động cơ và vỏ máy Vốn đầu tư xây dựng trạm ít nhất (kích thước máy bơm gọn nhẹ)
Tiền quản lý hàng năm ít nhất (dễ sữa chữa, cơng suất nhỏ). Được chế tạo hàng loạt (giá tiền mua máy sẽ giảm).
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 107 Ngành Cấp Thoát Nước
Cột áp của máy bơm là: 14,51 (m)
Lưu lượng của một máy bơm: Q1b = 804 (l/s)= 2894 (m3/h) tra phần mềm grundfos của