THỐNG CẤP NƯỚC THỊ XÃ CỬA LÒ
2.1.1 Tính toán thủy lực mạng lưới nước cấp
2.1.2.1. Khái niệm về mạng lưới cấp nước
Mạng lưới đường ống cấp nước là một hệ thống bao gồm các đường ống chính, nhánh và ống phân phối nối với nhau làm nhiệm vụ vận chuyển và phân phối nước từ hệ thống cấp nước đến nơi tiêu thụ.Theo hình dạng và phương pháp vận chuyển nước người ta chia làm 2 loại:
- Sơ đồ mạng lưới phân nhánh. - Sơ đồ mạng lưới vòng.
a. Mạng lưới phân nhánh
Gồm các đoạn ống liên kết với nhau tại những nút tạo ra mạng lưới giống nhành cây. Hình dạng mạng lưới phụ thuộc vào địa hình khu vực và sự phân bố dân cư của khu vực. Đặc điểm của mạng lưới phân nhánh là nước cung cấp đến một điểm nào đó bằng một hướng nhất định. Nên tổng chiều dài mạng lưới nhỏ so với mạng lưới khác và mức độ an toàn cấp nước thấp, dùng cho mạng lưới nhỏ và có yêu cầu không cao cả về lưu lượng và thời gian.
Hình 4: Sơ đồ mạng lưới phân nhánh
b. Mạng lưới vòng
Mạng lưới vòng các đoạn ống liên kết với nhau tại các nút tạo thành vòng khép kín liên tục. Đặc điểm của mạng lưới vòng là nước vận chuyển đến nút nào đó theo hai chiều khác nhau nên nếu một đường ống bị hỏng thì tại nút đó vẫn có nước do vậy mức độ an toàn cấp nước cao.
Hình 5: Sơ đồ mạng lưới vòng
2.1.2.2. Chế độ áp lực của hệ thống
a. Cơ sở chung
Hệ thống cấp nước phải đảm bảo cung cấp nước tới mọi đối tượng dùng nước với áp lực cần thiết do trạm bơm cấp II và đài nước tạo ra để thắng được:
+ Tổng tổn thất áp lực trong hệ thống
+ Độ chênh lệch hình học giữa nơi đặt đài, với các vị trí dùng nước. + Tạo ra áp lực cần thiết tại các điểm dùng.
Áp lực cần thiết của đối tượng dùng nước
Hình 6: Sơ đồ áp lực cần thiết của công trình
Áp lực cần thiết của công trình được tính theo công thức:
hh ml td
nh
CT H h h
Hhh: chiều cao hình học của mạng lưới cấp nước ngoài phố đến miệng vòi cao nhất trong nhà.
Σhms: tổng tổn thất áp lực của hệ thống cấp nước bên trong công trình gồm tổn thất theo chiều dài và tổng tổn thất cục bộ.
htd: áp lực tự do cần thiết tại miệng vòi của thiết bị vệ sinh ở vị trí bất lợi nhất. nh
CT
H : áp lực cần thiết của công trình (nhà). Có thể chọn áp lực cần tính theo số tầng nhà.
+ Nhà 1 tầng thì cột nước cần thiết là HnhCT = 8 đến 12m + Nhà 2 tầng thì cột nước cần thiết là HnhCT = 12m
Khi số tầng nhà lớn hơn 2 tầng ta dùng công thức tính sau:
nh CT
H = 12 + (n - 2).4 (m) n : số tầng của ngôi nhà.
2.1.2.3. Tinh toán thủy lực mạng lưới cấp nước
a. Tính toán thủy lực mạng lưới phân nhánh
Trình tự tính toán thủy lực mạng lưới hở theo các bước như sau:
Xác định lưu lượng tính toán của toàn mạng lưới theo các trường hợp tính toán. Qttmax; Qtmin; Qcc trong giờ dùng nước lớn nhất, xác định từ biểu đồ dùng nước.
Quy hoạch mạng lưới: chia mạng lưới thành các đoạn tính toán, ghi chiều dài, ghi các lưu lượng tập trung và đánh số các điểm nút lên sơ đồ, đoạn ống tính toán là đoạn ống nằm giữa các nút có đường kính không đổi.
Xác định lưu lượng dọc đường đơn vị, lưu lượng dọc đường của các đoạn ống. Quy lưu lượng dọc đường về các nút.
Xác định lưu lượng tính toán của các đoạn ống và ghi lên sơ đồ.
Chọn tuyến tính toán chính là tuyến dài nhất và điểm cuối ở vị trí cao nhất và có cột nước yêu cầu cao nhất (vị trí bất lợi nhất).
Chọn đường kính ống theo vận tốc kinh tế (Vkt) hoặc theo lưu lượng kinh tế (qkt).
Tính toán tổn thất thủy lực trên các đoạn ống và tính tổng tổn thất trên tuyến chính.
Từ cột nước yêu cầu ở điểm cuối trên tuyến chính. Xác định cột nước yêu cầu tại điểm đầu tuyến chính (đầu hệ thống).
Vẽ cắt dọc đường mực nước dọc tuyến chính, trên đó ghi cốt địa hình, đường mực nước từ đó xác định được cột nước bơm (Hb) chiều cao đài nước (Hđ) và áp lực tại các nút trên tuyến chính.
Tính toán thủy lực tuyến phụ (nhánh).
Xác định tổn thất thủy lực cho phép ∆H (chênh lệch áp lực giữa điểm đầu và điểm cuối trong tuyến phụ, xác định độ dốc thủy lực).
tuyênphu TB l H i Σ ∆ =
Σl: tổng chiều dài các đoạn ống trên tuyến phụ.
Từ lưu lượng tính toán (Qtt), và độ dốc thủy lực trung bình (jTB) chọn đường kính D của các đoạn ống.
Tính toán kiểm tra tổn thất thủy lực trên tuyến phụ Σhms tuyến phụ so sánh nếu tổng tổn thất áp lực (Σhms) trên tuyến phụ lớn hơn tổn thất cho phép [∆H] thì ta phải tăng đường kính (D) của một số đoạn.
Nếu ΣhRmsRtuyến phụ nhỏ hơn [∆H] thì ta phải giảm đường kính D đi.
b. Tính toán thủy lực mạng lưới vòng
Đặt vấn đề
Mạng lưới vàng có nhiều ưu điểm nhưng tính toán phức tạp vì nước đến 1 điểm từ hai phía.
41 1 3 2 q1, h1 q2, h2 q3, h3 q4, h4 ∆q>0 ∆h>0
q1, q2 tỉ lệ thuận với đường kính ống và tỉ lệ nghịch với chiều dài ống. Mỗi một đoạn ống có 2 ẩn là lưu lượng (Q) và đường kính (D).
Một mạng lưới có p đoạn ống, có 2p ẩn để giải bài toán này ta phải có 2p phương trình.
Hai phương trình cơ bản:
+) Phương trình cân bằng lưu lượng. Tại một nút của đoạn ống lưu lượng vào phải bằng lưu lượng ra: QRvàoR = QRra
Nếu quy ước vào (+) ra (-) thì ΣQRnútR = 0
+) Phương trình cân bằng áp lực. Khi tính tổn thất cột nước từ điểm đầu đến điểm cuối của 1 vòng theo hai chiều thì kết quả tính toán phải bằng nhau.
hR1-2-3R = hR1-4-3
HR3R = HR1R - hR123R = HR1R - hR143
Nếu quy ước nước chảy thuận chiều kim đồng hồ có tổn thất áp lực mang dấu dương và ngược chiều mang dấu âm thì ta có phương trình:
ΣhRvòngR = 0
hR1-2R + hR23 - hR R43R - hR14R = 0
Một nút có một phương trình cân bằng lưu lượng nước.
Xét một mạng lưới n vòng, m nút, thì có m-1 phương trình cân bằng lưu lượng và n phương trình cân bằng áp lực.
Vậy có tất cả n + m - 1 phương trình.
P đoạn ống có P phương trình nhưng có 2P ẩn số nên số ẩn nhiều hơn số phương trình do vậy để giải được hệ trên ta phải giải bằng phương pháp thử dần.
Nguyên lý: Hoặc là giả định đường kính D của tất cả các đoạn ống để số ẩn bằng số phương trình và lưu lượng được xác định tương ứng với D sau đó điều chỉnh dần lưu lượng để đảm bảo ΣhRvòngR = 0.
Trong thực tế rất khó xác định Q để ΣhRvòngR = 0 mà người ta yêu cầu ΣhRvòngR ≤ ±0,5m đối với vòng nhỏ và ΣhRvòngR≤±1,5m đối với vòng lớn.
Trình tự tính toán thủy lực mạng lưới vòng
- Xác định lưu lượng tính toán của toàn mạng lưới theo các trường hợp cần tính. QP tt PRmaxR, QP tt PRminR, QP cc PRmaxR.
- Quy hoạch mạng lưới chia mạng lưới thành các vòng không nên chia thành quá nhiều hoặc quá ít.
- Chia đoạn ống tính toán 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 của các ống, quy lưu lượng dẫn dòng về các nút.
- Nhận xét lưu lượng ở các nút rồi sơ bộ vạch hướng nước chảy để bao giờ cũng theo hướng ngắn nhất và đánh mũi tên chiều nước chảy lên các đoạn.
- Xác định tuyến đường ống chính, sơ bộ phân bố lưu lượng từng đoạn ống sao cho thoả mãn phương trình cân bằng tại nút. Nước chảy trong đường ống chính lớn hơn lưu lượng trong ống nối và ống phụ.
- Các tuyến song song thì có lưu lượng tương đương.
- Xác định đường kính ống theo vận tốc thực tế và lưu lượng kinh tế.
- Tính tổn thất áp lực trên mỗi đoạn ống và kiểm tra theo phương trình cân bằng áp lực cho mỗi vòng.
- Nếu tính Σhvòng không thoả mãn điều kiện cho phép nhỏ hơn 0,5m đối với vòng nhỏ và nhỏ hơn 1,5m đối với vòng lớn thì lúc này điều chỉnh lưu lượng trên từng vòng và trên cả mạng lưới sao cho thoả mãn điều kiện cho phép