CẤP THOÁT NƯỚC - CHƯƠNG 3 MẠNG LƯỚI CẤP THOÁT KHU VỰC pot

ƯU KHUYẾT ĐIỂM MẠNG LƯỚI VÒNG Ưu điểm: Bảo đảm an toàn cấp lưu lượng đến các điểm lấy nước khi có sự cố xảy ra trên đường ống mạng lưới.. tính thủy lực đơn giản.Khuyết điểm: KHÔNG bảo đ

Trang 1

NỘI DUNG MÔN HỌC

CH ƯƠ NG 1: T ổ ng quan v ề c ấ p n ướ c

CH ƯƠ NG 2: Ngu ồ n n ướ c & Công trình thu n ướ c.

CH ƯƠ NG 3: M ạ ng l l ư ướ i c ấ p n n ướ ư c khu v ự c c.

CH ƯƠ NG 4: M ạ ng l ướ i c ấ p n ướ c bên trong.

CH ƯƠ NG 5: M ạ ng l ướ i thoát n ướ c bên trong.

CH ƯƠ NG 6: M ạ ng l ướ i thoát n ướ c khu v ự c.

CH ƯƠ NG 7: T ổ ng quan v ề x ử lý n ướ c th ả i.

Là hê th ố ng ñườ ng ố ng & các h ạ ng

m ụ c c/trình liên quan xây d ự ng theo

hê th ố ng trụ c giao thông chí nh củ a khu v ự c c ấ p n ướ c.

Trang 2

Ch ươ ng 3: Mạng lưới cấp nước khu vực.

PGS TS Nguy ễ n Th ố ng

M Ộ T S Ố ðỊ NH NGH Ĩ A

Đoạn ống: Giới hạn bởi 2 nút kề nhau với quy

ước là d=hs và không có lưu lượng vào, ra

dọc đoạn ống (trong trường hợp có lưu

lượng dọc tuyến biến đổi lưu lươ ng

“tương đương” về nút 2 đầu đoạn ống).

11 10

11

C Ấ P THỐT N ƯỚ C

Nhận xét: Nước từ nguồn đến điểm lấy

nước có thể đi bằng nhiều tuyến khác

nhau.

ƯU KHUYẾT ĐIỂM

MẠNG LƯỚI VÒNG

Ưu điểm: Bảo đảm an toàn cấp lưu lượng

đến các điểm lấy nước khi có sự cố xảy

ra trên đường ống mạng lưới.

Khuyết điểm: Giá thành cao.

Trang 3

tính thủy lực đơn giản.

Khuyết điểm: KHÔNG bảo đảm an toàn cấp lưu lượng đến các điểm lấy nước khi có sự cố xảy

ra trên đường ống mạng lưới.

17

Nhận xét: Phát huy được ưu

điểm của 2 loại mạng lưới

và khắc phục một phần các

khuyết điểm của hai loại

LƯỚI CẤP NƯỚC KHU VỰC

Trang 4

CÁ C NGUYÊN T Ắ C & LƯU Ý

Cột nước tự do h (áp lực nước tự do) :

- ðối với nhà dân cư:

hmin tù y theo yêu cầu khu vực (10m

Khảo sát c/t hiện hữu:

- mạng lưới thóat nước

- mạng lưới phân phối gaz

- mạng lưới phân phối điện

- mạng luới điện thọai

Trang 8

NỐI ỐNGC Ấ P THOÁT N ƯỚ C

Trang 9

n ă ng l ượ ng trên đ o ạ n ố ng dài L(m); Q(m 3 /s)

l ư u l ượ ng qua ố ng; m=1 (c tầng)2 ( c rối).

4.87 1.85HW

10.68L(m) dh(m) Q

d(m) C

=

140-150 140-150 120-140

100-140 50-120

C HW

Ống thép

Ống nhựa

Ống b/tông

Ống sắt cũ Ống cũ

λ Hệ số tổn thất năng lượng đường

dài (biểu đồ Moody or Nicurade)

L chiều dài ống

d đường kính ống

V vận tốc trung bình mặt cắt

) O mH ( g 2

V d

L

2λ

L Ư U L ƯỢNG DỌC ð C ð OẠN ỐNG

Trang 10

l ướ i c ấ p n ướ c khu v ự c N ế u

cĩ l ư u l ượ ng phân b ố trên các

- Nguyên lý bảo toàn khối lượng vật chất

Phương trình liên tục tại nút.

N số đường ống hội tụ vào nút i của mạng lưới.

C Ấ P NƯ P N Ư Ớ C

Trang 11

B Q

AB B B A

g

p Z g

p

ρ +

= ρ +

pA

M ặ t chu ẩ n

Mất năng lượng

mang d ấ u âm ho ặ c d ươ ng tùy theo chi ề u d ươ ng quy

Trang 12

B /γ

dh AB Đường cột

nước đo áp H

B A

Bước 1 : Xác định lưu lượng trong mỗi đoạn ống d i Bắt đầu từ ống nhánh trước và từ cuối mạng tiến dần về hướng nguồn Dùng p/t điều kiện cân bằng về lưu lượng tại nút “sau” Ví dụ cho sơ đồ trên:

Tính Q CD : Xét cân bằng l/lượng nút D:

qD

D CD j

) j ( i

) i (

q Q Q

Q

D D

Tính QBCvà QAB: Xét cân bằng

l/lượng lần lượt nút C và B:

ho ặ c +).

Sau B ướ c 1, vect ơ l ư u l ượ ng trong các đ o ạ n ố ng PH Ả I bi ể u di ễ n

ð ÚNG v ớ i chi ề u th ự c t ế

Trang 13

* 679 10

Q C d

L dh

HW

i

i =

i i

đ i ể m l ấ y n ướ c “XA NGU Ồ N”

Bước 4 :Tính chiều cao đài H đài

Để tính H đài, ta sẽ tính H A và

từ đó suy ra H đài

Chiều cao đài nước: H đài = p A /γ

A (có áp suất pA)

H đài = p A / ρρρρ g

ÁP SUẤT TỈNH TẠI A (p A ) DO H đài TẠO RA

Trang 14

XÉT TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG ỐNG CHÍNH

ABCD (GỈA THIẾT):

Bước 5 : Có 2 trường hợp (từ bước 2):

5a Trường hợp diống nhánh đã có: Cột nước đo áp tại cuối các ống nhánh sẽ là (ví dụ nhánh BE):

HE= HB– dhBE p E/γ

So sánh pE/γ và (pE/γ)min Có 2 khả năng:

(i) Nếu pE/γ >= (pE/γ)min(tương tự tại tất cả các ống nhánh khác còn lại) Ok

B A

Trang 15

5b: Trường hợp diống nhánh chưa có:

Đối với các đoạn ống nhánh (ví dụ BE), với

HBvà HEđã biết, do đó tổn thất cột nước sẽ là: dhBE= HB-HE

Với HElấy theo cột nước yêu cầu.

• Từ đó, ta sẽ xác định đường kính đường

- Tuy ế n đườ ng ố ng chính : Là tuy ế n

n ố i ngu ồ n n ướ c và đ i ể m l ấ y n ướ c cĩ

p/ γγγγ =hmin & c ộ t n ướ c đ o áp t ạ i các

89

Bài t ậ p 1 Lấy sơ đồ ví dụ trên với các số liệu như

qD=0.1m3/s; qF=0.1m3/s; qE=0.2m3/s Cao trình

mặt đất tự nhiên là như nhau tại mọi vị trí trên

mạng lưới (zi=z0), ngoại trừ A có cao độ

ZA=7m+z0 Yêu cầu cột nước tự do (p/ γγγγ )min tại

các điểm lấy nước ít nhất là 14 mH2O Quy luật

tổn thất năng lượng dòng chảy:

85.1i87.4i

ii

120

Q d

L 68 10 ) m (

a Giả thiết ABCD là tuyến đường ống chính

áp tại các điểm lấy nước còn lại E, F.

b Trở lại Bước 5, xét trường hợp cột nước yêu cầu tại F là 16m, cao độ của F bây giờ là z0+1m.

42.0

* 8

0 Q

Trang 16

B A

áp yêu cầu tối thiểu tại 3,4,6 là (p/γ) min =14m và tại 5

là (p/γ) min =18m (a) Xác định lưu lượng trong các ống và cột nước cần có tại nút 1 Tổn thất năng lượng theo Hazen-Williams có C HW =120 Cao độ các nút là như nhau (z 0 ) ngoại trừ nút 1 là (z 0 +8m)

Số liệu đường ống

Giả thiết tuyến đường ống chính là 1-2-4-5.

(b) Tr ở l ạ i B ướ c 5, gi ả thi ế t bây gi ờ c ộ t

n ướ c yêu c ầ u t ạ i nút 6 là 18m Hãy gi ả i

quy ế t v ấ n đề n ế u cĩ.

200 200 200 200 250

d(mm)

400 400 400 400 400

L(m)

4-6 4-5 2-4 2-3 1-2

94

yêu cầu tối thiểu tại nút 4,6,7 là p/γ=14m, tại 5 là p/γ=18m, tại 3 là p/γ=20m Xác định lưu lượng trong các ống và áp lực nước cần có tại nút 1 vào giờ cao điểm Tổn thất có C HW =120 Cao độ các nút là như nhau (z 0 ) ngoại trừ nút 1 là (z 0 +2m)

(Tuyến ống chính đúng 1-2-3 !!!)

200 200 200 250 200 250

d(mm)

400 400 400 400 400 400

L(m)

2-7 4-6 4-5 2-4 2-3 1-2

96

sau Cột nước đo áp yêu cầu tối thiểu tại nút 3 là p/γ=18m và tại nút 4, 5, 6 là p/γ=20m Tổn thất năng lượng theo Hazen-Williams có C HW =120 Cao độ các nút là như nhau (z 0 ) ngoại trừ nút 1 là (z 0 +6m)

Trang 17

200 200 200 200 250

d(mm)

400 400 400 400 400

L(m)

4-6 4-5 2-4 2-3 1-2

Trang 18

• Gọi Q i là lưu lượng ước lượng (biết) trong đường

ống thứ i và∆∆∆∆Q là lưu lượng hiệu chỉnh cho vòng

kín tương ứng này; lưu lượng trong đường ống sau

lần lặp sẽ là:

Q = Q i + ∆∆∆∆Q

Q lưu lượng cần tìm.

Quy luật thủy lực:

mi

imi

] 0 [ Q

Q 1 Q K dh

m

i

m i i

Q m 1 ( Q K dh

i

miii

∆ +

Q m 1 ( Q K dh

miii

mi

Q

Q K Q

dh m dh

Q

Q K m

Q K Q

i i i i i

i

m i i i i

m i i

Trang 19

Trong thực hành việc giả thiết các giá trị q trong

K nut

• Gọi M là số đọan ống và N là số nút trong mạng lưới,

số giá trị lưu lượng THỰC SỰ được giả thiết trong

mạng lưới chỉ là (M-N+1) giá trị.

3 4

• Các giá trị lưu lượng trong các ống

còn lại sẽ xác định bằng các phương trình cân bằng lưu lượng tại nút

Nên bắt đầu từ các nút “ đơn giản ” trước (nút đơn giản là nút mà tất cả các đoạn ống hội tụ về nút xét, chỉ còn 1 đoạn ống chưa biết lưu lượng).

Trang 20

CÁC BƯỚC ÁP DỤNG P/P HARDY-CROSS

Bước 3: Xác định các vòng khép kín, chọn

chiều dương quy ước theo chiều kim đồng

Xét vịng khép kín 1-3-4:

khảo trong tài liệu)

Chú ý : Mỗi vòng khép kín sẽ

Tổng

60,33

-3,02

1000 0,305

-0,05

YZ

.

705,42

+35,27

1500 0,200

+0,05

XY

(s/m 2 ) (m)

(m) (m) (m 3 /s)

dh/Q dh

L D Lưu lượng, Q Đoạn

Lặp lần n: Vòng XYZ

Trang 21

Tính tổn thất cột nước cho các đường ống

dẫn nhờ vào quan hệ theo Hazen-Williams:

( Chú ý : Lấy dấu của dhLiluôn luôn cùng dấu với

Qi)

Tính giá trị lưu lượng hiệu chỉnh ∆∆∆∆ Q cho từng

vòng khép kín nhờ vào công thức sau đây:

Kiểm tra điều kiện sai số cho phép

• sai số cho phép, theo yêu cầu bài toán

1 Trường hợp (1) không thỏa Bổ sung lưu lượng hiệu chỉnh vào các ống của từng vòng khép kín Nguyên tắc áp dụng hiệu chỉnh lưu

lượng như sau :

[ ] Q Q

i

m i i i i

m i i

Q

dh m dh

Q

Q K m

Q K Q

Trường hợp ống chung :

∆∆∆∆ Q1, ∆∆∆∆ Q2 : lưu lượng hiệu chỉnh lần lượt cho vòng khép kín 1 và 2.

1

cui

moi

2 1

cu i

Sau khi bổ sung lưu lượng hiệu chỉnh vào

các ống, lập bảng tính mới cho dhi của

các vòng khép kín ∆∆∆∆ Qimới.

Chú ý: Mỗi lần lặp phải tính lại cho tất cả

các vòng khép kín (kể cả vòng khép kín

đã có < ).

Trở lại các bước (4).

2 Nếu (1) thỏa KẾT THÚC Giá trị

lưu lượng các ống trong bảng lặp cuối

Giá tr ị qij trong đườ ng “chung” luơn

B Ằ NG NHAU & TRÁI D Ấ U trong 2 vịng khép kín mà nĩ là thành viên !

Trang 22

60,33

-3,02

1000 0,305

-0,05

YZ

.

705,42

+35,27

1500 0,200

+0,05

XY

(s/m 2 ) (m)

(m) (m) (m 3 /s)

dh/Q dh

L D Lưu lượng, Q Đoạn

Lặp lần n: Vòng XYZ

Dùng để tính l/l hiệu chỉnh∆∆∆∆Q i

Bài tập 1 : Cho một mạng lưới cấp nước như sau:

Đặc trưng các đường ống như sau:

1000 1000

1500 L(m)

300 200

200 D(mm)

AC BC

AB

Đoạn ống

Q B =40l/s B

s / 35

trong đó Q chỉ lưu lượng (m3/s) và d đường kính ống (m) và L chỉ chiều dài đoạn ống (m).

Trang 23

Q1

0,5 1 1 1 0,5

L (km)

250 250 250 250 300 D(mm)

4-5 3-4 2-4 2-3 1-2 Ống

134

• Quy luật thủy lực theo H-W:

L(m) chiều dài, d(m) đ/kính Cột nước tự do yêu cầu tối thiểu tại nút 5 là 14m , tại nút 3 là 16m

a Quy đổi lưu lượng phân bố qlthành lưu lượng nút.

b Xét cân bằng lưu lượng vĩ mô mạng lưới Q1

Lưu lượng trong đường ống 1-2 tại nút 2

85 , 1 87

,

4 120

Q d

L 68 , 10 ) m (

• Xét cân bằng lưu lượng đoạn ống 4-5 tính

lưu lượng trong đoạn ống 4-5 tại nút 4.

LOẠI các đoạn 1-2 & 4-5 ra khỏi mạng lưới

và thay vào các giá trị qi tương ứng.

Tính lưu lượng vào, ra khỏi mạng vòng 2-3-4.

c Giả thiết q2-4 0=40 l/s, tính phân phối lưu lượng

trong mạng 2-3-4 với sai số 0,15 l/s bằng p/p

Hardy Cross.

d Tính cột nước áp suất cần thiết tại nút 1 Cho

biết cao độ của 1 là 17m, các điểm còn lại là

Bài tập 3 : Cho một mạng lưới cấp nước như sau:

Đặc trưng các đường ống như sau:

750 750

750 L(m)

300 200

200 D(mm)

AC BC

AB

Đoạn ống

Q B =30l/s B

A

C

s / 25

q0

AB=

Khu dân c ư cĩ 12000dân, k ng đ =1.2

• Cho biết tổn thất năng lượng cột nước

dh do ma sát đường dài:

trong đó Q chỉ lưu lượng (m3/s) và d

đường kính ống (m) và L chỉ chiều dài

10.68L Q dh(m)

Trang 24

d Sử dụng phương pháp Hardy-Cross để

xác định lưu lượng trong các đường ống

Sai số tối đa cho phép 0.25 l/s

e Giả thiết áp lực nước tự do yêu cầu tại

điểm lấy nước khu dân cư C là 16m

Tính áp lực nước tại O Cho cao độ tất

cả các điểm như nhau Z0, ngoại trừ O là

l ượ ng dh(m) tính theo cơng th ứ c:

L(m) chi ề u dài ố ng, d(m) là đườ ng kính ố ng và Q(m3/s) l ư u l ượ ng ch ả y qua ố ng.

85 1 87

4

140

Q d

L 68 10 ) m (

0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 0.3 d(m)

GC FG BF EA DE CD BC AB

20 20 20 30 10 20

q (l/s)

G F E D C B Nút

A

B

C

D E

-38.1 DE

-8.1 CD

17.3 BC

61.9 AB

Q (l/s)

ð o ạ n

ABCDE

-17.3 CB

-15.4 GC

4.6 FG

24.6 BF

Trang 25

D(m)

1000 500 1000 500 1000 500

1000

L(m)

DF BD EB CA FC EF

l/s 0.02 delQ =

0.014 -0.031

500 0.200

-2.1

EF

0.072 -4.549

1000 0.300

-63.3

FC

0.021 0.242

500 0.250

11.7

CA

0.070 4.332

1000 0.300

61.7

AE

m/(l/s) (m)

(m) (m) l/s

h/Q h

L D Q Đoạn

0.132 0.003

l/s -0.01 delQ =

0.014 0.031

500 0.200 2.1

FE

0.039 -1.228

1000 0.300 -31.2 DF

0.036 -0.223

500 0.200 -6.21 BD

0.042 1.423

1000 0.300 33.8

EB

m/(l/s) (m)

(m) (m) l/s

h/Q h

L D Q Đoạn

147

Bài tập 6 : Mạng lưới cấp nước như sau Cho biết:

với D(m) là đường kính ống Q (m 3 /s) lưu lượng Xác

định lưu lượng với độ chính xác ±0.3 (l/s).

Q A

B

C D

85 , 1 87 , 4120

Q d L 68 , 10 ) m (

200 350 200 350 350 D(mm)

BD DA CD BC AB

414.929 -0.366

57.472 -2.762

3000 0.350 -0.0481

DA

275.575 -1.858

5000 0.200 -0.0067

BD

81.882 4.254

4000 0.350 0.0519

AB

m/m**3/s m

m m m**3/s

dh/Q dh

L D Q

Đoạn

0.4 l/s del BCD =

III

766.946 -0.511

275.575 1.858

5000 0.200 0.0067

DB

427.628 -4.835

5000 0.200 -0.0113

CD

63.743 2.466

4000 0.350 0.0387

BC

m/m**3/s m

m m m**3/s

dh/Q dh

L D Q

Bà i t ậ p 7: Cho mạ ng lu ớ i sau Tí nh phân

ph ố i l ư u l ượ ng trong cá c đoạ n ố ng sau

2 l ầ n l ặ p (CHW=100) A

Trang 26

15 25 20 40 30 70

Q (l/s)

F E D C B A

Nút

150 200 200 150 250 250 200

D(mm)

250 250 250 250 250 250 250

L(m)

EF CF DE CD BC AD AB

?

D(m)

1000 1000 600 500 1500 1500 1000 L(m)

DF EA DE CD BC AB OA

100l/s

50l/s 0.04l/s/m

D (m)

1000 2000 1000 900 2800 1500

L (m)

EF AD ED BE AB OA

Trang 27

a-29,49 b-21,89 c-25,43 d- khác 6/ N ế u đườ ng ố ng DE h ỏ ng thì c ộ t áp (m) t ạ i F là :

ĐỒNG THỜI CÁC CÔNG

η =

maxη

η <

Q tk

H tk

ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT BƠM

ηηηηChỉ hiệu suất của bơm

Tổn thất năng lượng trong đường ống có áp

(do ma sát đường dài giữa ống và nước)

Trang 28

Trường hợp 1 Cho hệ thống có :

Bơm sử dụng đã được xác định ( biết đường

cong đặc tính bơm ).

Đọan đường ống (ij) cho trước ( chiều dài,

đường kính, hệ số nhám, quy luật tổn thất

năng lượng )

Cuối đường ống dẫn đưa nước đến một cao

trình hjđã biết

X Mặt chuẩn

h i

V x ? (Q)

• Gọi Qx là lưu lượng giả định qua ống Từ

đường cong quan hệ tổn thất năng lượng xác

định được tổn thất năng lượng trong đường

ống dh

• Ngòai ra, khi bơm họat động với lưu lượng

Qx, từ đường cong đặc tính bơm xác định

được cột nước bơm h

• Do đó, cột nước hiệu ích thực còn lại của

• So sánh giá trị hxvà cột nước địa hình hi:

- nếu hx< hilưu lượng Qxsẽ giảm đến khi nào

• Từ phân tích này ta nhận thấy lưu

lượng bơm không phải là giá trị áp

đặt “chủ quan” vào hệ thống

nó là kết quả từ sự cân bằng làm

việc phối hợp giữa đặc tính đường

ống, bơm và điều kiện “biên”.

• Xác định cột nước hi?.

Trang 29

Giải : Khi đường ống tải qua lưu lượng

Q0, từ đường cong quan hệ tổn thất

năng lượng xác định được dh tương

ứng

Ngòai ra, khi bơm họat động với lưu

lượng Q0, từ đường cong đặc tính bơm

xác định được cột nước bơm h.

170

Do đó, cột nước bơm mà bơm có thể

làm việc là:

hj= h – (dh+V0/2g) với V0=Q0/S

trong đó S là tiết diện đường ống.

• Trên cơ sở lý luận này cho phép khảo sát sự thay đổi cột nước bơm có thể làm việc khi lưu lượng lấy qua ống thay đổi.

171

• Trường hợp 3: Khảo sát một hệ thống đơn

giản gồm bơm X, đài nước Nối liền bơm và

đài nước là một đường ống với các thông số

đã biết

• Giả thiết tại một thời điểm khảo sát mực

nước trong đài đã xác định Hđ và lưu lượng

dùng tại B đã biết Qx

• Xác định trạng thái nước ra (vào) đài nước

và lưu lượng bơm Qb?.

Nếu HA>HA(*) tăng giá trị giả thiết Qb và

ngược lại Chọn giá trị Qbkhi: HA= HA(*)

Lưu lượng nước đi vào đài là : Qđ=Qb–Qx.

Nếu HA (*) < Hđ nước đi ra khỏi đài với lưu

luợng Qđxác định như sau:

So sánh H A (*) và H đ có 2 khả năng xảy ra:

- Nếu H A (*) > H đ nước đi vào đài với lưu luợng Q đ xác định như sau:

Giả thiết giá trị lưu lượng bơm Q b (với Q b > Q x ) Từ quan hệ đường đặc tính bơm xác định cột nước bơm

h và từ quan hệ tổn thất năng lượng xác định tổn thất năng lượng trong đoạn ống từ X đến A là dh XA

Từ đó:

H A =h - dh XA

Tiêu đề	Mạng lưới cấp nước khu vực
Tác giả	PGS. TS. Nguyễn Thống
Người hướng dẫn	PGS. TS. Nguyễn Thống
Trường học	Trường Đại Học Thoát Bách Khoa Nước TP. HCM
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Xây Dựng
Thể loại	Chương
Thành phố	TP. HCM

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	2,32 MB