PHẦN II: THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG CẤP NƯỚC
CHƯƠNG 5. MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG ỐNG CẤP NƯỚC
5.2. TÍNH TOÁN THỦY LỰC MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC 2 PHƯƠNG ÁN
- Trường hợp giờ dùng nước max.
- Trường hợp có cháy trong giờ dùng nước max.
Dựa trên hai định luật cơ bản để tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước đối với mạng lưới ống khép kín:
- Định luật 1: Tổng lưu lượng tại một nút bất kỳ bằng không, Qn = 0 (tức lưu lượng vào và ra khỏi nút bằng nhau, trong đó: vào nút mang dấu dương, ra nút mang dấu âm).
- Định luật 2: Tổng tổn thất trong một vòng khép kín bằng không, hw1v = 0 (theo chiều kim đồng hồ mang dấu dương, ngược chiều kim đồng hồ mang dấu âm).
Đối với các đoạn ống hở (mạng cụt), chỉ cần áp dụng định luật 1, tổn thất trên các đoạn nối tiếp được tính cộng dồn từ cuối tuyến ống tới đầu tuyến theo hướng nước chảy.
5.2.1. Giới thiệu phần mềm tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước
Để tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước cho khu kinh tế, sử dụng phần mềm Watercad, đây là phần mềm do hãng Bentley cung cấp.
Việc vạch tuyến cấp nước và chạy mô hình trên phần mềm Watercad sẽ giúp tiết kiệm không ít thời gian, phần mềm cho phép làm việc trên giao diện của phần mềm Autocad, giúp cho các thao tác thiết kế, chỉnh sửa, điều chỉnh thủy lực mạng lưới trở nên nhanh chóng hơn nhiều so với các phần mềm khác. Watercad giúp cho người thiết kế có thể tạo nhiều kịch bản với nhiều tình huống khác nhau nhằm giúp cho người thiết kế có thể phân tích, so sánh và lựa chọn ra phương án tối ưu nhất cho hệ thống.
Watercad là một phần mềm tương đối mới lạ với phần lớn người làm nhiệm vụ thiết kế mạng lưới cấp nước, tuy nhiên vì những ưu điểm nổi trội của phần mềm so với
các phần mềm khác mà trong phạm vi đồ án này xin được sử dụng phần mềm Watercad để tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước.
5.2.2. Tính toán thuỷ lực giờ dùng nước max
5.2.2.1. Tính toán lưu lượng đơn vị dọc đường các đoạn ống cấp nước, lưu lượng nước nút.
Tính toán lưu lượng đơn vị dọc đường: (Qđvdđ).
Lưu lượng đơn vị dọc đường có thể xác định theo công thức:
Qđvdđ =
QddLtt
�
� (l/s.m) Trong đó:
+ Qđvdđ : Lưu lượng đợn vị dọc đường, l/s.m.
+ Qdđ : Tổng số lưu lượng dọc đường của toàn bộ mạng lưới, l/s.
Qdđ = Qv - QTTr (l/s) Trong đó:
+ Qv : Tổng lưu lượng cấp vào mạng lưới từ trạm bơm cấp II trong giờ dùng nước lớn nhất, Qv= 2400,1m3/h = 666,7 (l/s).
+ QTTr : Tổng số lưu lượng lấy ra từ các điểm lấy nước tập trung, l/s.
QTTr= QRĐ + QTH + QCN + QBV + QCCK
= 101,56 + 2,89 + 17,36 + 8,67 + 18,58 = 149,06 (l/s) + Ltt : Tổng số chiều dài tính toán các đoạn ống của mạng lưới, m.
Ltt = lth.t × m (m) Trong đó:
+ Ltht: Chiều dài thực tế của đoạn ống (m).
+ m: Hệ số kể đến mức độ phục vụ của đoạn ống.
- m = 1: Khi lấy nước từ 2 phía.
- m = 0,5: Khi lấy nước từ 1 phía.
- m = 0: Khi đoạn ống chỉ thực hiện chức năng truyền tải.
Vậy: Qdđ = 666,7 – 149,06 = 517,64 (l/s).
Sau khi lập bảng thống kê được chiều dài tính toán các đoạn ống ta có:
Ltt= 41083,5(m)
Qđvdđ =
517,64 0,013 41083,5
(l/s.m)
Từ kết quả tính lưu lượng đơn vị dọc đường ta tính được lưu lượng dọc đường các đoạn ống theo công thức:
Qdđ = Qđvdđ Ltt (l/s)
Kết quả tính toán được lập trong bảng xác định lưu lượng đơn vị dọc đường các đoạn ống hai phương án được thể hiện tại phần “Phụ Lục 1”.
Lưu lượng tại các nút được xác định theo công thức : Qnút =
1
2 Qdđ (l/s) Trong đó: + Qdđ: Lưu lượng dọc đường đi qua nút.
+ Lưu lượng tập trung:
QCN được phân phối cho 1 nút, khu công nghiệp đấu nối lấy nước từ nút này:
Nút số J-28: qCN = 17,36(l/s)
QRĐ được phân phối cho 4 nút, nước rửa đường được lấy nước từ 4 nút tính tính toán:
Nút số J-24: qCN = 25,39(l/s) Nút số J-46: qCN = 25,39(l/s) Nút số J-51: qCN = 25,39(l/s) Nút số J-56: qCN = 25,39(l/s)
QBV được phân phối cho 1 nút, bệnh viện lấy nước từ 1 nút tính tính toán:
Nút số J-18: qCN = 8,67(l/s)
QCCK được phân phối cho 4 nút, các công trình công cộng khác lấy nước từ 4 nút tính tính toán:
Nút số J-3: qCN = 4,65(l/s) Nút số J-4: qCN = 4,65(l/s) Nút số J-31: qCN = 4,65(l/s) Nút số J-40: qCN = 4,65(l/s) QTH được phân phối cho 2 nút tính toán:
Nút số J-4: qCN = 1,46 (l/s) Nút số J-49: qCN = 1,46(l/s)
Kết quả tính toán lưu lượng tại các nút hai phương án được thể hiện tại phần
“Phụ Lục 2”.
5.2.2.2. Xác định sơ bộ đường kính, vận tốc và tổn thất áp lực trên các đoạn ống tính toán.
a) Xác định lưu lượng tính toán từng đoạn ống (Qtt)
Đối với các đoạn ống có lấy nước dọc đường thì luôn có 2 loại lưu lượng đó là:
lưu lượng chuyển qua toàn bộ chiều dài đoạn ống đang xét tới đoạn ống phía sau và lưu lượng dọc đường phân bố đều theo chiều dài đoạn ống đó.
Ta có: Qtt = Qvc + Qdđ, (l/s) Trong đó:
+ Qdđ: Lưu lượng dọc đường của đoạn ống đang xét, (l/s).
+ Qvc: Lưu lượng chuyển qua đoạn ống đó tới đoạn ống phía sau, (l/s).
+ : Hệ số phân phối lưu lượng dọc đường = 0,5 0,58. Thực tế khi Số điểm lấy nước n = 20 50 thì lấy = 0,5.
Khi quy lưu lượng dọc đường về lưu lượng nút Qnút thì khi đó lưu lượng tính toán mỗi đoạn ống sẽ bằng tổng của 3 đại lượng:
+ Lưu lượng của các đoạn ống kề ngay sau nó.
+ Lưu lượng tập trung lấy ra ở nút cuối của đoạn ống đang xét.
+ Lưu lượng nút của nút cuối đoạn ống tính toán.
Qtt = Qvc + Qtt + Qn (l/s)
b) Xác định sơ bộ đường kính, vận tốc nước chảy trong ống khi biết lưu lượng từng đoạn ống
- Theo giáo trình “Thuỷ lực đại cương” GS.TSKH Nguyễn Tài thì mối liên hệ giữa lưu lượng (Q) diện tích tiết diện ướt (s), vận tốc nước chảy trong ống có áp (v):
Q = s.v =
2 3
D v,(m / s) 4
� � Trong đó:
+ D: Đường kính trong của ống, (m).
+ V: Vận tốc trung bình nước chảy trong ống, (m/s).
4 Q( )
D m
v
�
� �
Khi Q đã biết thì đường kính ống phụ thuộc vào vận tốc nước chảy trong ống.
Vậy đường kính ống chọn theo vận tốc kinh tế nhất sẽ là đường kính kinh tế nhất.
5.2.2.3. Xác định tổn thất áp lực trong ống cấp nước
Tổn thất áp lực trong ống cấp nước bao gồm: tổn thất dọc đường do ma sát thành ống gây nên và tổn thất cục bộ ở những chổ dòng nước thay đổi phương hướng (ở tê, cút, thập…) hay các thiết bị như van khóa…
- Đối với trường hợp dùng nước lớn nhất thì:
Tổng tổn thất áp lực theo chiều dài ống:
hdd
� = i L (m) Trong đó:
+ i : Tổn thất dọc đường cục bộ.
+ L: Chiều dài đoạn ống, m.
Tổng tổn thất áp lực cục bộ: hcb =(10 15)% hdđ , (m).
+ Áp lực cung cấp cho các ngôi nhà phải đảm bảo lớn hơn hoặc bằng áp lực cần thiết của ngôi nhà 2 tầng của khu đô thị, H =12 (m).CTnhà
Dựa và những thông số trên, tiến hành tính toán thủy lực cho mạng lưới cấp nước.
5.2.3. Tính toán thuỷ lực giờ dùng nước max có cháy
Giả thiết cháy xảy ra trong ba giờ liên tiếp vào các giờ dùng nước lớn nhất. Sau khi chạy thuỷ lực mạng lưới bằng phần mềm WaterCad ta sẽ tìm được hai điểm bất lợi nhất (do đối với khu đô thị ta chọn hai đám cháy xảy ra đồng thời với tiêu chuẩn một đám cháy là 30(l/s)). Tuy nhiên họng cứu hoả chỉ đặt ở trên mạng vòng với đường kính D 100mm nên khi điểm bất lợi nhất rơi vào các nút ở mạng cụt hoặc khi
D < 100mm thì ta sẽ chuyển lưu lượng chữa cháy vào nút gần nhất trên mạng vòng thoả mãn yêu cầu trên.
+ Áp lực tại ngôi nhà bất lợi nhất vào giờ dùng nước lớn nhất và có cháy đảm bảo lớn hơn hoặc bằng 10 (m) để phục vụ công tác chữa cháy áp lực thấp. Các ngôi
nhà nằm ở vị trí gần sông khi có cháy thì xe chữa cháy sẽ bơm nước từ sông để chữa cháy cho ngôi nhà (theo Điều 10.7 TCVN 2622:1995).
+ Trong phương án 1, tại giờ max có cháy, giả thiết có 2 đám cháy xảy ra tại 2 điểm được coi là bất lợi nhất, đó là cháy tại nút số 11 và số 51.
+ Trong phương án 2, tại giờ max có cháy, giả thiết có 2 đám cháy xảy ra tại 2 điểm được coi là bất lợi nhất, đó là cháy tại nút số 20 và số 51, lưu lượng chữa cháy lấy ra tại mỗi nút là 30 (l/s).
Kết quả tính toán thủy lực hai phương án được thể hiện tại phần “Phụ Lục 3” và
“ Phụ Lục 4”.