Thiết kế trạm bơm điều tiết cho khu dân cư sử dụng PLC biến tần động cơ xoay chiều

Chất lỏng qua bơm, thu được động lượng nhờ va đậpcủa các cánh quạt bơm li tâm, bơm hướng trục hoặc nhờ ma sát của tác nhânlàm việc bơm xoáy lốc, bơm tia, bơm chấn động, bơm xoắn, bơm sục

Lời nói đầu

Nước là một nhu cầu vô cùng cấp thiết trong đời sống con người vàtrong mọi nghành công nghiệp Hằng ngày chúng ta dùng nước vào việc ănuống, tắm giặt, làm vệ sinh nhà cửa đường phố, tưới vườn hao cây cảnh, chữacháy

Tùy theo mức sống và trang thiết bị vệ sinh trong nhà, mỗi ngày mỗingười có thể dùng từ 50 – 500 lít nước hay hơn nữa ,nhất là ở những vùng thuộcnhiệt đới như nước ta Chất lượng nước dùng cho sinh hoạt có nhu cầu cao hơn,nước phải trong, sạch, vô trùng và có thành phần hóa học phù hợp với nhu cầusinh hoạt con người, nước dùng để truyền nhiệt, truyền năng lượng, làm vệ sinhcông nghiệp Chất lượng nước yêu cầu cũng muôn màu muôn vẻ, nồi hơi thìdùng nước có độ cứng thấp, công nghiệp thực phẩm, thì chất lượng nước nhưnước sinh hoạt, một số dây chuyền công nghệ khác lại có thể dùng nước thô,thậm chí nước mặn

Dân số của thành phố ngày một đông hơn, trang thiết bị ngày càng hiệnđại: công nghiệp phát triển, đời sống cải thiện, thì nhu cầu về nước ngày càngcao về lượng lẫn chất Do đó việc xây dựng hệ thống cấp thoát nước sẽ trở thànhmột yêu cầu cấp thiết nhằm đáp ứng phục vụ tốt cho nhu cầu đời sống con người

và bảo vệ môi trường

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM ĐIỀU TIẾT NƯỚC

KHU DÂN CƯ

1.1.Giới thiệu về động cơ bơm

1.1.1 Cấu tạo

Bơm là máy thuỷ lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơikhác Chất lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất chấtlỏng ở đầu đường ống để thắng trở lực trên đường ống và thắng hiệu áp suất ở 2đầu đường ống Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động cơ điện hoặc từcác nguồn động lực khác (máy nổ, máy hơi nước…)

Điều kiện làm việc của bơm rất khác nhau (trong nhà, ngoài trời, độ ẩm,nhiệt độ v.v…) và bơm phải chịu được tính chất lý hoá của chất lỏng cần vậnchuyển

1.1.2 Phân loại

Phân loại bơm có nhiều cách:

a Theo nguyên lí làm việc hay cách cấp năng lượng, có hai loại bơm:

Bơm thể tích: Loại bơm này khi làm việc thì không gian thể tích làm việcthay đổi nhờ chuyển động tịnh tiến của pittong (bơm pittong) hay nhờ chuyểnđộng quay của roto (bơm roto) Kết quả thế năng và áp suất chất lỏng tăng lênnghĩa là bơm cung cấp áp năng cho chất lỏng

Bơm động học: trong bơm này chất lỏng được cung cấp động năng từbơm và áp suất tăng lên Chất lỏng qua bơm, thu được động lượng nhờ va đậpcủa các cánh quạt (bơm li tâm, bơm hướng trục) hoặc nhờ ma sát của tác nhânlàm việc (bơm xoáy lốc, bơm tia, bơm chấn động, bơm xoắn, bơm sục khí), hoặcnhờ tác động của trường điện từ (bơm điện từ) hay các trường lực khác

b Theo cấu tạo:

- Bơm cánh quạt: trong loại này bơm li tâm chiếm đa số và hay gặp nhất (bơmnước)

- Bơm pittong ( bơm nước, bơm dầu)

- Bơm roto (bơm dầu, hóa chất, bùn )

Thuộc loại này có bơm bánh răng, bơm cách trượt (lá gạt)

Ngoài ra còn có các loại đặc biệt như bơm màng cánh (Bơm xăng trong ôtô),bơm phun tia (tạo chân không trong các bơm lớn nhà máy nhiệt điện)

1.1.3 Một số loại bơm

a Bơm ly tâm

Bơm ly tâm là loại bơm cánh dẫn, làm việc theo nguyên lý của máy thuỷlực cánh dẫn Cơ cấu truyền năng lượng chính là hệ thống bánh cánh công tác

* Cấu tạo của bơm ly tâm

Ngày nay bơm li tâm có nhiều loại và kết cấu rất đa dạng song chúng bao gồmcác bộ phận chính như: Vỏ bơm, bánh cánh, ống góp hình xoắn ốc và thiết bịlàm kín Kết cấu của một bơm điển hình được thể hiện trên (Hình 1.2) Đây làbơm li tâm một cấp đặt đứng cửa hút quay xuống dưới và có khoan lỗ cân bằngtrên cánh để khử lực dọc trục

Hình 1.1: Cấu tạo bơm li tâmTrong đó:

1 Bánh cánh; 2 Nắp vỏ bơm; 3 Bộ làm kín đầu trục; 4 Bệ đỡ động cơ

5 Ống bao trục; 6 Vành làm kín đầu mút cánh

- Vỏ bơm:

Vỏ bơm có thể có kết cấu theo kiểu ghép ngang hay ghép dọc Có thểđược chế tạo thành nhiều phần và sau đó ghép liên kết với nhau Chúng thườngchế tạo bằng gang đúc, đồng đúc hoặc hợp kim Chất liệu chế tạo và kiểu cáchtuỳ vào điều kiện công tác của bơm

Thân vỏ bơm có thể được chia thành nhiều khoang riêng biệt với nhau vớinhiều mục đích Nó cũng còn có ý nghĩa trong việc tạo khung để bố trí các ổ đỡtrục, bộ làm kín, định hướng bánh cánh và các chi tiết khác…

Khi tháo lắp, sửa chữa hoặc bảo dưỡng nên chú ý các chốt định vị, độ dàycác gioăng và thứ tự lắp ghép để đảm bảo trạng kỹ thuật của bơm

Lối dẫn chất lỏng vào bánh cánh tạo thành cửa hút Phần góp chất lỏng ratheo phương tiếp tuyến ngoài của bánh cánh công tác có hình xoắn ốc Bầu gópnày có nhiệm vụ biến một phần cột áp động thành cột áp tĩnh nhằm giảm tổnthất năng lương dưới dạng động năng

- Bánh cánh công tác:

Bánh cánh công tác của bơm li tâm hình tròn gồm nhiều cánh cong haythẳng (Số lượng từ 5 - 9 cánh) gắn trên mâm tròn xoay và được quay nhờ gắnchặt trên trục quay của bơm.Bánh cánh được chế tạo từ các loại vật liệu khácnhau song trong lĩnh vực tàu thuỷ thường được chế tạo từ đồng đúc hoặc ghép

Bánh cánh bơm li tâm có 3 loại chính là kín hai phía, hở một phía (phíacòn lại kín) và hai phía đều hở ra tuỳ thuộc vào chế độ công tác và ưu tiên chứcnăng chính của bơm cần cột áp hay cần lưu lượng mà kết cấu có dạng cánh cong

ít hay cong nhiều

Cánh cong nhiều và dài (β2 nhỏ) để bơm chủ yếu tạo ra cột áp lớn Ngượclại cánh cong ít và ngắn (β2 lớn) thì bơm chủ yếu tạo ra sản lượng cao

- Thiết bị làm kín:

Trong bơm li tâm thiết bị làm kín có nhiệm vụ ngăn cách giữa các khoangcông tác với nhau, không cho rò rỉ chất lỏng qua lại để đảm bảo chức năng củabơm Đồng thời có nhiệm vụ cách biệt trong bơm với bên ngoài môi trường, hạnchế sự rò lọt của chất lỏng công tác ra ngoài môi trường, hoặc ngăn chặn khôngkhí bên ngoài lọt vào bơm.(Hình 1.3) thể hiện các vị trí cần làm kín trong bơm

Đó là các vị trí lắp các bộ làm kín (Vị trí A, B, C) Chúng có tác dụng làm cáchbiệt các vùng công tác có áp suất cao và vùng áp suất thấp, tránh sự qua lại củachất lỏng Tuy nhiên trong thực tế sự qua lại của chất lỏng vẫn tồn tại và vì thếkhông tránh khỏi tổn thất lưu lượng của bơm

Hình 1.2: Vị trí và một số dạng làm kín trong bơm li tâmTrước khi bơm làm việc cần phải làm cho cánh công tác tiếp xúc với chấtlỏng Khi bánh cánh công tác quay với một vận tốc nào đó thì chất lỏng tiếp xúcvới bánh cánh cũng quay theo, như vậy bánh cánh đã truyền năng lượng chochất lỏng Do chuyển động quay của bánh cánh mà các hạt chất lỏng chuyểnđộng có xu hướng văng ra xa khỏi tâm Để bù vào chỗ trống mà hạt chất lỏngvừa văng ra thì hàng loạt các hạt chất lỏng khác chuyển động tới và quá trìnhtrao đổi năng lượng lại diễn ra như các hạt trước nó Quá trình trao đổi nănglượng diễn ra liên tục tạo thành đường dòng liên tục chuyển động qua bơm.

Tốc độ chuyển động của hạt chất lỏng khi ra khỏi bánh cánh công tác lớn

sẽ làm tăng tổn thất của đường dòng, bởi vậy cần phải giảm tốc độ này bằngcách biến một phần động năng của hạt chất lỏng chuyển động thành áp năng Đểgiải quyết điều này, chất lỏng sau khi ra khỏi bánh cánh công tác sẽ được dẫnvào buồng có tiết diện lớn dần dạng xoắn ốc nên gọi là bầu góp xoắn ốc Do sựquay đều của bánh cánh công tác nên trong đường ống chất lỏng chuyển độngliên tục

* Phân loại bơm

+ Theo lưu lượng của bơm:

- Bơm có lưu lượng thấp : Q < 20m3/h

- Bơm có lưu lượng trung bình : Q < 60m3/h

- Bơm có lưu lượng cao: Q > 60m3/h

+ Phân loại theo cột áp của bơm:

-Bơm cột áp thấp H < 20 mH2O

-Bơm cột áp trung bình H = 20 ÷ 60 mH2O

-Bơm cột áp cao H > 60 mH2O.

+ Theo trị số bánh cánh và cách lắp ghép của các chi tiết:

-Bơm có một bánh cánh và một cấp áp lực

-Bơm có nhiều cấp là các cánh của bánh công tác được lắp ghép nối tiếp

-Bơm có nhiều bánh cánh, bánh cánh được nối ghép song song

+ Theo cách dẫn chất lỏng vào bánh công tác:

-Bơm có bánh công tác hút chất lỏng từ một phía được gọi là bơm một miệnghút

-Bơm có hai miệng hút

+ Theo kết cấu của vỏ:

-Bơm một vỏ là bơm có một mặt phẳng chia vỏ ra làm hai phần qua tâm trục.-Bơm vỏ rời là bơm mà vỏ cấu tạo thành từ các phần riêng, mỗi phần ứng vớimột bánh công tác tạo thành một cấp của bơm

+ Theo cách đặt bánh công tác:

-Bơm đặt thẳng đứng

-Bơm đặt nằm ngang

+ Theo loại chất lỏng được chuyển bằng bơm :

-Bơm để bơm nước

-Bơm để bơm sản phẩm dầu hoả

+ Theo cách hút của bơm:

- Các bơm tự hút là các bơm có thiết bị để tạo ra chân không trong đường ốnghút trong thời kỳ khởi động

- Các bơm không tự hút là các bơm không có thiết bị để tạo ra độ chân khôngtrong đường ống hút trong thời kỳ khởi động

* Các thông số cơ bản của bơm ly tâm

- Cột áp H (hay áp suất bơm) Đó là lượng tăng năng lượng riêng cho một đơn vịtrọng lượng của chất lỏng chảy qua bơm (từ miệng hút đến miệng đẩy của bơm).Cột áp H thường được tính bằng mét cột chất lỏng ( hay mét cột nước) hoặc tínhđổi ra áp suất của bơm

gH

H

P= γ = ρ

Trong đó:

- γ : trọng lượng riêng của chất lỏng được bơm (N/m3)

- ρ : Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3)

- g : Gia tốc trọng trường

Cột áp H của bơm dùng để khắc phục:

- Độ chênh mức chất lỏng giữa bể chứa và bể hút Hh + Hd [m]

- Độ chênh áp suất tại hai mặt thoáng ở bể hút (p1) và bể chứa (p2)

g

p p

1

2 − = −

- Trở tùy lực (tổn thất năng lượng đơn vị ) trong ống hút ∑h h và ống đẩy ∑h d

- Độ chênh lệch áp suất động học(động năng) giữa hai mặt thoáng

g

p p H

H

2 )

(

2 1

2 2 1

+ +

) (

h

d

l g

d

l g

v

Trong đó: - vh, vd : vận tốc chất lỏng trong ống hút và ống đẩy (m/s)

- λh, λd : hệ số trở lực ma sát trong ống hút và ống đẩy

- lh, ld, dh, dd : các chiều dài và đường kính ống hút ống đẩy (m)

-∑ξh ,∑ξd : tổng hệ số trỏe lực cục bộ trong ống hút và ống đẩy

Bơm li tâm khi làm việc với hệ thống đường ống sẽ có cột áp xác định, cột ápnày bằng cột áp cản của đường ống Ta gọi cột áp đó là cột áp làm việc của bơm

li tâm và được xác định theo công thức sau:

2

2 1

2

2 −

Trong đó: P1,P2 – Là áp suất đo được tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;

v1, v2 – Là giá trị tốc độ dòng tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;

z1, z2 - Độ chênh hình học của hai vị trí đo áp suất P1 và P2;

Đối với bơm li tâm, ứng với mỗi vòng quay nhất định thì chỉ có một giá trị cột

áp mà tại đó bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, ta gọi là cột áp định mức Giátrị cột áp này được chỉ dẫn trên tài liệu kỹ thuật của bơm

- Lưu lượng (năng suất) bơm: đó là thể tích chất lỏng do bơm cung cấp vào ốngđẩy trong một đơn vị thời gian Giá trị sản lượng này thường được xác địnhbằng các cách đo trực tiếp dòng chất lỏng mà bơm cung cấp được

Lưu lượng thường được ký hiệu là Q, thứ nguyên là m3/giờ, m3/giây, lít/phút

- Công suất bơm ( P hay N )

Trong một số tổ máy bơm cần phải phân biệt 3 loại công suất:

+ Công suất làm việc

Công suất làm việc (công suất hữu ích) là công suất tiêu tốn trên trục động cơ laibơm, là công để đưa một lượng Q chất lỏng lên độ cao H và sản lượng Q, γ làkhối lượng riêng của chất lỏng trong một đơn vị thời gian(s) Ví dụ bơm đượclai bằng động cơ điện thì:

NLV = Nđ/cơ điện lai.ηđ/cơ điện lai

3 10

đc

H Q k

N

k

N

η η

Cũng có thể lấy hệ số dự phòng khi:

Q < 100 m /3 h thì k = 1,2 ÷ 1,3

Q > 100 m /3 h thì k = 1,1 ÷ 1,15

tđ

η - hiệu suất bộ truyền Với bộ truyền đai (cu roa) thì ηtđ < 1 Còn khi động cơ

nối trực tiếp với bơm thì ηtđ ≈ 1

- Hiệu suất bơm ( ηb ) là tỉ số giữa công suất hữu ích N i và công suất tai trụcbơm N

- Lưu lượng (m3/h) tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, Q1/Q2 = n1/n2 ;

- Áp suất (Pa) tỷ lệ bình phương tốc độ, H1/H2 = (n1/ n2)2

- Công suất điện tiêu thụ (kW) tỷ lệ lập phương với tốc độ, P1/P2 = (n1/ n2)3

Ở đây: Q1, H1, P1 - lưu lượng, áp suất và công suất điện tương ứng với số vòngquay định mức của động cơ ( n1= 2960, 1.460 vg/ph )

Q2, H2, P2 - lưu lượng, áp suất, công suất điện ứng với tốc độ vòng quay đượcđiều chỉnh n2

b Bơm pittông

Bơm pittông là loại bơm thể tích với nguyên lí làm việc đơn giản (hình 1.4) Khi động cơ quay quanh trục O, kéo theo hệ thống biên - maniven 3,4 vàchuyển động quay biến thành chuyển động tịnh tiến qua lại của pittông 2 trong

xilanh 1 với hành trình S = 2R (R là chiều dài maniven) Hai vị trí giới hạnhành trình của pittông A1 và A2 tương ứng với 2 điểm chết C1 và C2 Khipittông dịch sang trái thì thể tích buồng làm việc 5 tăng lên, áp suất tuyệt đốichất lỏng trong xilanh giảm nhỏ hơn áp suất trên bề mặt thoáng bể hút Lúc đóvan đẩy 7 đóng lại, van hút 6 bị đẩy mở ra và chất lỏng qua ống hút vào xilanh.

Đó là giai đoạn hút Khi pittông dịch sang phải thì thể tích buồng làm việc giảm

đi áp suất chất lỏng trong xilanh tăng cao Lúc này van hút 6 bị đóng lại, van đẩy

7 bị đẩy mở ra và chất lỏng từ xilanh dồn vào ống đẩy Đó là giai đoạn đẩy Qua cách làm việc của bơm pittông, ta thấy :

- Ống hút luôn ngăn cách bởi ống đẩy

- Chuyển động của chất lỏng không đều, lưu lượng bị dao động và hầu nhưkhông phụ thuộc vào áp suất bơm

- Áp suất bơm (cột áp H) có thể rất cao (tương ứng với độ bền bơm và công suấtđộng cơ kéo bơm)

Hình 1.3: Cấu tạo của bơm pittongVới cùng lưu lượng như nhau thì bơm pittông cồng kềnh và khó chế tạo(kín, khít) hơn so với bơm li tâm Do vậy, ở vùng áp suất thấp và trung bìnhngười ta ít dùng bơm pittông, nhưng ở vùng áp suất cao và rất cao (trên 200 at)thì hiện tại bơm pittông chiếm ưu thế tuyệt đối ( như trong hệ truyền động bằngdầu, trong vòi phun nhiên liệu động cơ điêzen, trong hệ thuỷ lực điều khiển trênmáy bay…)

1.1.4 Đặc tính của bơm

- Là mối quan hệ giữa áp suất và lưu lượng Họ đặc tính của bơm khi tốc độbơm thay đổi

Hình 1.4 Đặc tính làm việc chung của tải bơm quạtĐiểm làm việc của bơm là giao điểm của đường cong của bơm và đườngcong của hệ thống Ta xét động cơ có tốc độ định mức là n= 1480 RPM

Hình 1.5 Dùng van tiết lưu thay đổi lưu lượng

Do bơm được lai bởi động cơ điện nên ở đây ta xét đặc tính của bơm nhưmột đối tượng mà động cơ điện phải truyền động Qua đó thấy những đáp ứngcần phải có khi động cơ kéo bơm Lí thuyết và thực nghiệm cho thấy: khi tốc độquay n của động cơ giữ nguyên thì cột áp H, công suất N và hiệu suất η là hàm

số của lưu lượng Q Quan hệ H=H(Q); N=N(Q); η= η(Q) gọi là các đặc tínhriêng của bơm Đường cong H=H(Q) hoặc Q=Q(H) cho biết khả năng làm việccủa bơm nên còn gọi là đặc tính làm việc của bơm

Hình 1.4: Các đặc tính công tác của bơm li tâmNhận xét đặc tính N(Q) ta thấy: Công suất N có trị số cực tiểu khi lưulượng bằng 0 Lúc này động cơ truyền động mở máy dễ dàng Do vậy, động táchợp lí khi mở máy là khi khóa van 7 trên ống đẩy để cho Q = 0 Sau đó một hayhai phút thì mở van ngay để tránh bơm và chất lỏng bị quá nóng do công suấtđộng cơ chuyển hoàn toàn thành nhiệt năng Hơn nữa, lúc mở máy, dòng động

cơ lại lớn nên Q ≠ 0 sẽ làm dòng khởi động quá lớn có thể gây nguy hiểm chođộng cơ điện

1.2 Hệ thống cấp nước cho khu dân cư

1.2.1 Giới thiệu

Hệ thống cấp nước là một tổ hợp các công trình, làm nhiệm vụ thu nhận nước từnguồn, làm sạch nước, điều hịa, dự trữ, vận chuyển và phân phối nước đến cácnơi tiêu thụ

Một hệ thống cấp nước gồm các công trình sau:

- Công trình thu nước và Trạm bơm cấp I

- Trạm xử lý nước

a Công trình thu và trạm bơm cấp I

Công trình thu nước có nhiệm vụ thu nước từ nguồn Nguồn có thể là nước mặthoặc nước ngầm Các nguồn nước được sử dụng phổ biến nhất là nước sông,nước ngầm mạch sâu dùng để cấp nước cho sinh hoạt và ăn uống

Chọn công trình thu nước dựa trên cơ sở đảm bảo lưu lượng, chất lượng, độ ổnđịnh, tuổi thọ của công trình và thuận tiện cho việc bảo vệ vệ sinh nguồn nước.Trạm bơm cấp I: Là trạm bơm nước thô dùng để đưa nước từ công trình thô lẫncông trình làm sạch Đối với bơm nước mặt, trạm bơm có thể đặt kết hợp vớicông trình thu hoặc riêng biệt Đối với công trình nước ngầm, trạm bơm cấp Ithường là các máy bơm chìm có áp lực cao, bơm nước từ giếng khoan đến trạm

Các loại bể chứa: Bể chứa có thể lm bằng bê tông cốt thép, gạch xây códạng hình chữ nhật hoặc tròn trên mặt bằng Bể có thể xây nữa nổi, nữa chìmhoặc nổi Khi đặt nổi cần có lớp đất phủ dày 0.5m Nước trong bể chứa nướcsạch thường cao hơn mặt đất tự nhiên Khi dung tích bể lớn thường xây dạnghình vuông

Bể chứa nước sạch về mặt kết cấu phải vững chắc, chịu được tác dụng củatải trọng đất và nước, không được rò rỉ và chống được ô nhiễm cho nước trongbể.

Bể chứa thường được xây làm nhiều ngăn để đảm bảo đủ thời gian tiếpxúc giữa nước với chất khử trùng thường là 30 phút

Bể chứa phải có độ dốc đáy về phía hố thu nơi đặt ống hút của máy bơm

để thuận tiện cho việc tháo rửa

Bể chứa cần được bố trí:

 Ống đưa nước sạch vào bể, ống dẫn nước ra

 Ống trên

 Ống xả kiệt

 Thiết bị thông gió

 Lỗ thăm bậc lên xuống hoặc thang cho người lên xuống và vận chuyển trangthiết bị

d Trạm bơm cấp II

Trạm bơm nước sạch từ bể chứa nước sạch vào mạng lưới cấp nước đôthị Chế độ làm việc của trạm bơm cấp II phải bám sát chế độ tiêu thụ nước đểđảm bảo yêu cầu dùng nước

e Đài nước

Xác định vị trí đặt đài nước:

Căn cứ vào địa hình thực tế của khu dân cư trên bảng đồ tổng thể, căn cứvào biểu đồ dùng nước từng giờ trong ngày Ta chọn phương án thiết kế tối ưunhất để có thể cấp nước đầy đủ và liên tục đảm bảo áp lực vận chuyển nước đếnđiểm xa nhất, cao nhất trong khu vực, vừa đảm bảo kinh tế xây dựng công trình,vừa đảm bảo kế hoạch phát triển và quy hoạch đô thị trong tương lai

Các phương án xây dựng đài:

- Mạng lưới cấp nước có đài đặt đầu mạng

- Mạng lưới cấp nước có đài đặt giữa mạng

- Mạng lưới cấp nước có đài đặt cuối mạng

- Khi xây dựng đài cần bố trí các đặc điểm sau:

+ Cầu thang để lên xuống thăm nom, kiểm tra.

+ Thu lõi chống sét

+ Đường ống dẫn nước vào và ra đài trên có bố trí các van khóa 2 chiều và 1chiều

+ Đường ống tràn và ống xả cặn được nối chung với nhau Ống xả cặn để phục

vụ cho việc tháo rửa bể theo định kỳ Ống tràn và ống xả cặn được nối với mạnglưới thoát nước

+ Thước báo hiệu mực nước có thể dùng hệ thống phao nối với dây và hệ thốngtruyền động để thể hiện mực nước trong đài để có thể quan sát từ xa phục vụ choviệc quản lý trạm bơm cấp II

f Mạng lưới đường ống phân phối nước

Bao gồm các đường ống truyền dẫn và các đường ống phân phối nước cho cácđiểm dân cư và xí nghiệp công nghiệp trong đô thị Mạng lưới cấp nước là mộttrong những thành phần cơ bản của hệ thống cấp nước, nó liên hệ trực tiếp vớicác ống dẫn, trạm bơm cấp II, các công trình điều hòa dự trữ Giá thành xâydựng mạng lưới chiếm 50 - 80% giá thành xây dựng toàn bộ hệ thống cấp nước

Vì vậy cần phải nghiên cứu và thiết kế chính xác trước khi xây dựng

Sự phân bố các tuyến ống của mạng lưới phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Đặc tính quy hoạch cấp nước của khu vực sự phân bố các đối tượng dùng nướcriêng rẽ, sự bố trí các tuyến đường, hình thái kích thước các khu nhà ở, câyxanh…

- Sự có mặt của các chướng ngại vật thiên nhiên hay nhân tạo như sông, rạch,đướng sắt, …

- Mạng lưới nước cấp có thể chia làm 2 loại đó là: mạng lưới cụt và mạng lướivòng

- Phân loại theo chức năng phục vụ gồm có:

+ Hệ thống cấp nước sinh hoạt: phục vụ nhu cầu của người dân trong các đô thịnhư cấp nước ăn uống, tắm rửa, giặt giũ

+ Hệ thống cấp nước sản xuất: dùng để cung cấp nước cho các dây chuyền côngnghệ sản xuất trong các nhà máy

+ Hệ thống cấp nước chữa cháy: dùng để cung cấp lượng nước cần thiết để dậptắt đám cháy khi có cháy xảy ra.

+ Hệ thống cấp nước kết hợp: là sự kết hợp giữa 2 hay nhiều hệ thống riêngbiệt thành một hệ thống cấp nước

- Phân loại theo phương pháp sử dụng:

+ Hệ thống cấp nước chảy thẳng: nước chỉ cấp cho một mục đích sử dụng nào

đó, sau đó thải vào mạng lưới thoát nước đô thị Hệ thống này thường dùng cho

hệ thống cấp nước sinh hoạt

+ Hệ thống cấp nước tuần hoàn: nước được sử dụng theo chu trình khp kín Hệthống này tiết kiệm nước vì bổ sung một lượng nước hao hụt trong quá trìnhtuần hoàn Hệ thống này thường dùng cho các khu công nghiệp

+ Hệ thống cấp nước dùng lại: hệ thống này thường dùng khi chất lượng nướcthải ra của đối tượng dùng nước trước vẫn đảm bảo cấp nước cho đối tượngdùng nước sau Thường dùng cho khu công nghiệp

- Phân loại theo phương pháp chữa cháy:

+ Hệ thống chữa cháy áp lực cao: có áp lực tự do cần thiết của vòi phun chữacháy đặt tại điểm cao nhất của ngôi nhà cao nhất không nhỏ hơn 10m với lưulượng tính toán vòi 5l/s

+ Hệ thống chữa cháy áp lực thấp: là hệ thống cấp nước được thiết kế với áp lựcnước của mạng lưới chỉ đủ đưa nước lên xe chữa cháy Bơm trên xe chữa cháy

có nhiệm vụ tạo ra áp lực cần thiết để dập tắt đám cháy

1.2.3 Sơ đồ các phần tử của một hệ thống bơm

Các phần tử cơ bản trong một hệ thống bơm được giới thiệu trên hình 1.5:

Hình 1.5 : Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống bơmBơm hút chất lỏng từ bể hút 4 qua bộ lọc 3, qua ống hút 5, qua van 6, van 7 vàđẩy chất lỏng qua ống đẩy 8 vào bể chứa 9 Động cơ lai 1 dùng để quay bơm 2,

11 là đồng hồ chỉ thị ở cửa hút còn 12 là đồng hồ chỉ thị ở cửa đẩy

- Hệ thống bơm chất lỏng tăng áp 2 cấp

Hình 1.6 Giới thiệu hệ thống bơm chất lỏng bình kín

- Lưu đồ PI&D

Hình 1.7: Lưu đồ công nghệ hệ thống bơm chất lỏng bình kín

* Giải thích lưu đồ công nghệ

Với yêu cầu của đề bài ra là điều khiển tự động cho trạm có nhiều bơmnên ta lựa chọn trạm gồm 3 bơm P1, P2, P3 Bơm sử dụng là bơm ly tâm đượclai bởi động cơ không đồng rotor lồng sóc, các động cơ lai đều có các Rơle nhiệtbảo vệ quá tải Mức chất lỏng trong bình kín được giám sát bằng các cảm biếnmức để phục vụ việc giám sát Còn chương trình điều khiển sẽ sử dụng biếntương tự do cảm biến TLV thực hiện Áp suất trong bơm bình kín được giám sát

và khi nào áp suất nhỏ hơn yêu cầu ta sẽ tăng áp suất nhờ hệ thống khí nén Ápsuất trước và sau bơm được kiểm tra, tại các vị trí này đều có các van tay nhằmmục đích kiểm tra và sửa chữa

- Xây dựng mạch động lực cho trạm có nhiều bơm

Hình 1.8: Mạch động lực cho trạm có nhiều bơm

Từ hình 1.8 ta nhận thấy trạm có 3 bơm chính M1, M2, M3 Các bơmđược bảo vệ chế độ quá tải bởi Rơle nhiệt, đồng thời mỗi bơm được được điềukhiển bởi hệ thống tiếp điểm hính của contactor K1, K2, K3

Tín hiệu đầu ra từ PLC điều khiển các bơm được thực hiện qua các rơletrung gian, các rơle này cho phép các contator hoạt động cấp nguồn đưa cácbơm vào hoạt động Ngoài ra ta bố trí các đèn báo chế độ hoạt động cũng nhưquá tải của các bơm trong các chế độ công tác

+) Xây dựng mạch điều khiển tự động cho trạm có nhiều bơm

Hiện nay do yêu cầu kích thước gọn nhẹ, độ tin cậy cao nên tự động hóa là xuhướng phát triển chung trong thực tế chế tạo và vận hành các hệ thống Trongcác hệ thống bơm chất lỏng bình kín, tự động hóa nhằm đạt được các mục đích

và yêu cầu sau đây:

- Giảm bớt hoặc giảm hẳn sự phục vụ của con người đối với sự hoạt động của hệthống

- Nâng cao tính kinh tế, tính an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống

- Nâng cao hiệu suất công việc

Dựa trên các tiêu chí trên ta sẽ tiến hành xây dựng một trạm bơm chấtlỏng bình kín gồm có 3 bơm li tâm với yêu cầu duy trì mức nước đủ cung cấpcho các hộ tiêu thụ khi nhu cầu sử dụng của các hộ luôn có sự thay đổi Trướckhi đi vào xây dựng mạch điều khiển, mạch động lực cho hệ thống ta sẽ làm rõthuật toán điều khiển mà hệ thống cần thực hiện như sau:

Tại thời điểm ban đầu khi ấn nút Start, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động.Trạng thái của các cảm biến mức sẽ được đọc về và xử lí theo thuật toán sau:

- Mức nước trong bình dưới vị trí a: Bật đồng thời cả 3 bơm số 1, số 2, số 3 hoạtđộng

- Mức nước trong bình trong khoảng từ vị trí a đến vị trí b: Bật chạy bơm số 1

và bơm số 2

- Mức nước trong bình trong khoảng từ vị trí b đến vị trí c: Bật chạy bơm số 1

- Mức nước trong bình trên vị trí c: Tắt hết các bơm

- Trong quá trình cung cấp cho các hộ tiêu thụ nếu áp suất trong bình kín khôngđược giữ ở một giá trị yêu cầu thì đòi hỏi phải khởi động bơm áp suất để tăng ápsuất cho bình kín Vấn đề đảm bảo áp suất trong mọi quá trình hoạt động củabình kín đóng một vai trò quan trọng của hệ thống

Với sự hoạt động của hệ thống như đã phân tích ở trên, ta sẽ chọn thiết bịđiều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống đó là PLC với một số lí do sau đây:

Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạtcho các hệ thống công nghiệp Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC,quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn và quan trọng nhất là hiệu quảhơn PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơle hay máy tính tiêu chuẩn

- Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩnhay tủ điều khiển rơle để thực hiện cùng một chức năng

- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả cácmáy tính thông thường

- Giá thành thấp: Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơle, nhưng nó có khảnăng thay thế hàng trăm rơle

- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từcác vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rungđộng và nhiễu Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.

- Giao diện trực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để

có thể giao tiếp với môi trường công nghiệp Trong khi đó các PLC có thể giaotiếp trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O đã được chế tạo sẵn theo chuẩn côngnghiệp

- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ hìnhthang, tương tự như sơ đồ đấu nối của các hệ thống điều khiển rơle thôngthường

- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanhchóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng

bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, hoặc bằng truyền tải qua mạng

Cùng với những ưu thế về phần cứng, dưới đây cũng là các ưu thế về phần mềm:

- PLC có nhiều công cụ lập trình dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3

- Sử dụng ngôn ngữ lập trình bậc cao tạo ra khả năng viết những chương trìnhlớn và phức tạp khi giao tiếp với các thiết bị ngoại vi hay truy cập dữ liệuchương trình

- Cấu trúc các khối chức năng được sử dụng cho các bộ lập trình Ladder làmtăng khả năng lập trình bằng những lệnh đơn giản

- Cho phép xác định các lỗi của bộ điều khiển cũng như các lỗi của thiết bị trongquá trình sản xuất

- Cung cấp các phép toán với số thực dấu phẩy động tạo ra khả năng tính toáncác bài toán phức tạp

1.4 Yêu cầu công nghệ về trang bị điện cho trạm bơm

Như đã nêu, bơm có rất nhiều kiểu loại, đa dạng và giải công suất cũng rấtrộng Truyền động cho bơm phổ biến là tryuền động điện Tuỳ theo tốc độ bơm,nối giữa động cơ và bơm có thể là trực tiếp (đồng trục) hoặc gián tiếp qua hộptốc, đai truyền ly hợp thay đổi tốc độ, hệ thống biên maniven, trục khuỷu… Dovậy, khi chọn công suất động cơ, cần lưu ý tới hiệu suất của các khâu truyền lực

trung gian Các bơm hầu như không đòi hỏi thay đổi tốc độ nên phổ biến kéobơm là dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc, mở máytrực tiếp (nếu công suất nhỏ) hay gián tiếp qua điện trở, cuộn kháng ở mạchstator (nếu công suất trung bình) Với bơm có công suất trung bình và lớn, cũngthường dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn, mở máybằng điện trở hạn chế ở mạch rotor để giảm dòng mở máy hoặc kết hợp thêmvới các phần tử hạn chế ở mạch stator Trường hợp công suất lớn và rất lớn,dùng động cơ không đồng bộ để cải thiện cosΦ.

Vì bơm hoạt động ở môi trường ẩm ướt (nước, chất lỏng khác) hoặc ởmôi trường độc hại (axit, kiềm…) hoặc ở môI trường dễ nổ, cháy (dầu, axit)hoặc ở môi trường bẩn (bùn) nên các trang bị điện cũng phải đáp ứng được cácđiều kiện đó

Một số chú ý về thiết kế trang bị điện cho tạm nhiều máy bơm:

- Trước hết ta cần chú ý loại tạm bơm, nếu là bơm nước thường trạm bơm cho

hệ thống bình kín hoặc tạm bơm cho hệ thống bình hở Dù là lọai này hay loạikia thì việc vận tải chất lỏng đi xa với lưu lượng cần thiết dòng chất lỏng cũngphải dự trữ một áp năng nào đó

- Trong các loại hệ thống dùng để bơm chuyển vật liệu hoá chất, vật liệu côngnghệ, trạm thường được thiết kế nhiều bơm Trong trạm nhiều bơm thì vấn đề tựđộng hoá trạm nhằm và các vấn đề cần giải quyết sau:

(i) Duy trì mức chất lỏng cần thiết trong bình chứa;

(ii) Lựa chọn số lượng bơm hoạt động cần thiết;

(iii) Thứ tự tự động khởi động các bơm trong trạm;

(iiii) Thứ tự dừng tự động các bơm trong trạm bơm

- Thiết kế bảo vệ động cơ truyền động, bảo vệ bơm và sự làm việc bền vững của

hệ thống

- Hệ thống đảm bảo báo động, tín hiệu hoá, tự động dừng và tự động khởi độngkhi có yêu cầu

- Những hệ thống bơm đặc biệt như bơm dầu, hoá chất nhất thiết phải có nhiều

vị trí dừng khi có sự cố, hoả hoạn…

Chương 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ

2.1 Lựa chọn động cơ

2.1.1 Chọn động cơ bơm

Khi tính toán hệ thống trạm bơm cần hiểu rõ điều kiện tự nhiên và kinh tếcủa khu vực đó hoặc đặc thù của nơi cần xây dựng cấp nước Cơ bản nhất là cácyếu tố sau:

- Điều kiện tự nhiên

- Đặc Điểm Khí hậu: nhiệt độ, độ ẩm không khí, lượng mưa, cường độ bức xạ,lượng bốc hơi, chế độ gió và giông bão

- Địa chất Thủy văn công trình

- Cảnh quan thiên nhiên

- Đặc điểm kinh tế- xã hội

- Hiện trạng giao thông

a Cơ sở tính toán mạng lưới cấp nước

Để nâng cao tính xác thực của để tài ta đi xét 1 khu vực dân cư cụ thể Đó

là tính toán thiết kế mạng lưới cấp nước cho khu dân cư phường Cam Nghĩa thị

xã Cam Ranh tỉnh Khánh Hòa với qui mô 150 ha

- Xây dựng mạng lưới cấp nước khả thi và phù hợp về kinh tế kỹ thuật Trong

đó bao gồm vạch tuyến, tính toán mạng lưới cấp

- Đánh giá các ảnh hưởng đối với môi trường và kinh tế xã hội của hệ thống cấpnước đề xuất

Thống kê số liệu ban đầu

Dự án cấp nước Huyện Nhơn Trạch –Tỉnh Đồng Nai

∗Diện tích khu đô thị : 62 ha

∗Mật độ dân số 350 người / ha

∗Tỉ lệ gia tăng dân số :1 5%

∗Niên hạn thiết kế : t = 15 năm

∗Tiêu chuẩn dùng nước :150 l/ người ngđ

∗Trường mầm non:200 bé và 20 giáo viên

∗Trường THPT:1500 (hs) và 45 giáo viên

∗Trung Tâm YTế :50 giường

∗Nhà Máy Chế Biến Thủy Sản: 50 công nhân xí nghiệp nóng và 250 công nhân

xí nghiệp không nóng.nước sản xuất l :20 m3/h

∗Nhu cầu xây dựng nhà máy cấp nước ngầm:

Với những đều kiện sinh hoạt sản xuất và phát triển trên nhu cầu cấp nước mặtcho sản xuất và cho sinh hoạt của nhân dân là rất cần thiết và cấp bách

b Tính toán số dân của khu quy hoạch

- Số dân hiện tại của khu đô thị: N0 = F x P

Trong đó : F = 62 ha là diện tích khu đô thị

P = 350 người /ha mật độ dân số của khu đô thị

N0 = 62 x 350 =21700 (người )

Với niên hạn thiết kế của công trình là : 15 năm

- Dân số của khu đô thị sau 15 năm : N =N0 ( 1 + r )t

Trong đó :

N0 : số dân hiện tại cuả khu đô thị N0 = 21700 (người )

t : niên hạn thiết kế của công trình , t = 15 năm

r : tốc độ gia tăng dân số ; r = 1.5 %

N15 = 21700 (1 + 1.5%)15 = 27130(người)

c Lưu lượng nước cho khu dân cư

+ Lưu lượng nước sinh hoạt

- Lưu lượng nước sinh hoạt trung bình :

Trong đó : qtc Tiêu chuẩn dùng nước là 150 (l /người.ngày); N15 Số dân tính tốnứng với tiêu chuẩn dùng nước: 27130 (người)

Lưu lượng nước dùng trong ngày lớn nhất :

- Hệ số không điều hòa ngày phải kể đến cách tổ chức đời sống xã hội,điều kiệnlàm việc,mức độ tiện nghi,sự thay đổi nhu cầu sử dụng nước theo mùa vì thế nên

hệ số K cũng thay đổi theo

Theo TCXD – 33 - 2006, hệ số K ngaymax= 1.1 - 1.2 ; ta chọn Kngy max = 1.2

max : Hệ số kể đến mức độ tiện nghi của công trình , chế độ làm việc của các cơ

sở sản xuất và các đều kiện địa phương như sau :

3255 ×

= 28.22 (m3/h)

+) Lưu lượng nước tưới cây , tưới đường

Do không đủ các số liệu cụ thể về diện tích đường và cây xanh cần tưới nên

ta chọn lưu lượng nước tưới bằng 8% - 12% lưu lượng sinh hoạt Ở đây ta chọnlưu lượng nước tưới = 10%Qsh

ngđ m Q

Q T = 10 % ngaymax = 488 34 ( 3 / )

Lưu lượng tưới cây chiếm 40% lưu lượng tưới: 195 3 ( / )

100

34 488

Q tc = × =

Chỉ tưới cây trong 8 giờ ( sáng từ 4h_8h và chiều từ 16h_19h )

Vậy lưu lượng tưới cây trong 1giờ là : 24 41 ( / ) 6 78 ( / )

8

3

s l h

8

s l h

m

nhs :số học sinh trường mầm non: nhs =200(học sinh)

ngv :số giáo viên trường mầm non: nhs =20 (giáo viên)

qhs:tiêu chuẩn cấp nước cho trường mầm non , qhs = 75 (l/ng.đ)

Vậy:

1000

75 ) 20 200 ( + ×

=

MN

+) Lưu lượng nước sinh hoạt của trường THPT

Tiêu chuẩn dùng nước của 1 học sinh là: qhs=15-20 (l/hs.ngđ),(theo “ tiêuchuẩn việt nam 4513:1988 cấp nước bên trong công trình “), chọn qhs

=

Trong đó: nhs :số học sinh trường THPT: nhs =1500(học sinh)

ngv :số giáo viên trường THPT: ngv =45 (gio vin)

Vậy

1000

20 ) 45 1500 ( + ×

+) Lưu lượng nước cấp cho nhà máy chế biến thủy sản

- Lưu lượng nước sinh hoạt của công nhân;

45 × + ×

=8.5 (m3/ngđ) =2.36(l/s)

- Lưu lượng nước tắm của công nhân

Do nhà máy trong quá trình sản xuất có làm bẩn quần áo và tay chân nên tachọn số người sử dụng tính cho một nhóm hương sen là 14(người)

=

CN

tamngd

Q Q tam CN ×C=7.875 (m3/ngđ)

- Lưu Lượng Nước Sản Xuất Qsx = 20(m3/h) ×24 = 480 (m3/ngđ)

- Tổng Lưu Lượng Nước Sử Dụng Của Nhà Máy:

QNM = Qsh

ngđ + CN

tamngd

Q + Qsx =8.5+7.875+480 = 496.38 (m3/ngđ)

Ta có bảng thống kê nhu cầu dùng nước của khu dân cư theo giờ (với hệ

số không điều hịa giờ l K =1.4 thì ta có được % chế độ dùng nước theo từng giờcủa dân cư như trong bản thống kê )

 Vậy tổng nhu cầu nước dùng để sử dụng là:

QYC = Qng.max + Qtuĩi + QMN + QTHPT + QMN + QTTYT

- Nước cho bản thân trạm xử lý l: