chuẩn bị và tính toán lưu lượng

trình bày về chuẩn bị và tính toán lưu lượng

Phần thứ nhất chuẩn bị và tính toán lu lợng

I mô tả những điều kiện tự nhiên , địa hình trong phạm vi thiết kế

Dựa vào bản đồ quy hoạch của thành phố tỷ lệ 1/10.000 và các số liệu đã cho, ta thấy thành phố có địa hình dốc đều và có hớng dốc về phía triền sông, sông chảy ven thành phố

-Mức độ trang bị các thiết bị vệ sinh: Loại 3

• Đối với các xí nghiệp công nghiệp

- Các xí nghịệp công nghiệp có khối tích nhà lớn nhất 4000 m3

- Hãng sản xuất: A, B

-Bậc chịu lửa: II, III

I I phân tích nhiệm vụ thiết kế

Qua các tài liệu và số liệu đã cho ta thấy đây là thành phố có quy mô nhỏ, với yêu cầu cấp nớc cho các khu dân c và các xí nghiệp ở mức độ độ tiện nghi trung bình, số tầng nhà

trong khu dân c từ 3ữ5 tầng Vì vậy nhiệm vụ thiết kế của chúng ta phải đảm bảo sao cho vừa có thể cung cấp nớc đầy đủ đến những điểm bất lợi nhất trong thành phố vừa phải đảm bảo hệ thống cấp nớc phù hợp với quy mô thành phố tránh lãng phí và tránh tình trạng thiếu nớc.

III Xác Định Quy Mô Dùng N ớc Và công suất của trạm bơm cấp n ớc

1.Tính diện tích các khu vực xây, đờng phố, quảng trờng, công viên cây xanh

Với bình đồ đã cho tỷ lệ 1:10.000 ta có :

Diện tích chung của các khu vực nh sau:

• Khu vực I là S1= 510ha

• Khu vực 2 là S2= 412 ha

=> Vậy tổng diện tích của thành phố là S = 922 ha

- Diện tích xí nghiệp công nghiệp I : S1

- Mức độ trang bị các thiết bị vệ sinh : Loại 4

Tra tiêu chuẩn cấp nớc ta có tiêu chuẩn dùng nớc trung bình

q= 200  300 (l/ngời ngđ)

Ta chọn : q= 250 (l/ngời ngđ)

- Hệ số dùng nớc không điều hòa giờ : kgiờ max= αmaxβmax

αmax : Hệ số kể đến mức độ tiện nghi của ngôi nhà, chế độ làm việc của các xí nghiệp công nghiệp và các điều kiện địa phơng khác αmax= 1,4-1,5 chọn αmax=1,4

βmax : Hệ số kể đến số dân trong khu dân c, tra bảng và nội suy ta có

βmax= 1,113

kgiờ max= αmaxβmax=1,4.1,136 = 1,559 (ta chọn (kgiờ max=1,5)

- Hệ số dùng nớc không điều hòa ngày đêm: kngđ= 1,25 -1,5

1 N k ngd q

=

1000

5 , 1 86562

250

=32460,75 (m3/ngđ)Khu vực 2:

- Mật độ dân số P2 : 150 ngời /ha

- Dân số của khu vực 2 là N2: N2= P2 SII

XD= 150.456,17= 68876 (ngời)

- Số tầng nhà : 3 - 4 tầng

- Mức độ trang bị các thiết bị vệ sinh : Loại 5

Tra tiêu chuẩn cấp nớc ta có tiêu chuẩn dùng nớc trung bình

q= 300  400 (l/ngời ngđ)

Ta chọn : q = 300 (l/ngời ngđ)

ta chọn αmax=1,45 và tra bảng có βmax=1,131

-Hệ số dùng nớc không điều hòa giờ : kgiờ max= αmaxβmax= 1,697

2 N k ngd q

=

1000

5 , 1 68876

*)68876

*30086562

*250

= 63454,96 (m3/ngđ)

3 Lợng tới cây tới đờng

Do điều kiện khí hậu:

+Nhiệt độ trong năm :100ữ350C

+Hớng gió chính : Đông nam

+Lợng ma trung bìng năm : 1930 mm

Theo quy phạm 20 TNC: 33-85 (Tới cây thủ công 3 ữ 6 l/m2 cho một lần tới, tới rửa đờng bằng cơ giới 0.5 ữ1.5) l/m2 cho một lần tới

Nên ta chọn nh sau:

 Lu lợng nớc tới cây qt = 4 (l/m2 cho một lần tới)

 Lu lợng nớc rửa đờng qr = 1(l/m2 cho một lần rửa)

a)Nớc tới cây :

Lu lợng nớc tới tính theo công thức:

Q t = q t F t (m 3 / ngđ).

Trong đó: + q t là tiêu chuẩn nớc tới

Tới thủ công q t = 4 (l/m2 cho một lần tới)

+ F t là diện tích cây xanh đợc tới.

Đờng đợc tới cơ giới vào các giờ 8 đến 18 giờ Với lu lợng của 1 giờ là 156,84 (m3/h)

4 Lu lợng nớc dùng cho các xí nghiệp công nghiệp

Bảng 1 : Phân tích số công nhân làm việc trong các xí nghiệp công nghiệp

Tên Tổng số

CN

Công nhân trong phân xởng

a Nớc cho nhu cầu sinh hoạt của công nhẩn trong thời gian làm việc ở nhà máy, xí nghiệp :

Qsh=

1000

2 25 1

( m3/ngày)Trong đó 45, 25 - Tiêu chuẩn nớc cấp cho nhu cầu sinh hoạt, của công nhân trong phân xởng nóng, phân xởng nguội; tính bằng l/ngời.ca

1000

4 40 3

=(m3/ca)Trong đó :

+ 60, 40 - Tiêu chuẩn nớc tắm cho công nhân ở phân xởng nóng, phân xởng nguội+ n: Số ca trong một ngày

QItắm = 52 , 56

2 1000

975 40 1105

.

QIItắm = 44 , 6

3 1000

1452 40 1262

Tổng lợng nớc tắm trong một ngày đêm của cả hai XN là :

52,56 x 2 + 44,6 x 3 = 238,92 (m3/ngđ)

c Nớc cho nhu cầu sản xuất

Đối với xí nghiệp I: Q1sx= 20 (l/s) = 72 (m3/h)

Đối với xí nghiệp II: Q2sx= 18 (l/s) = 64,8 (m3/h)

Vậy tổng lợng nớc dùng cho sản xuất của cả hai XN trong một ngày đêm là : 72 x 2

x 8 + 64,8 x 3 x 8 = 2707,2 (m3/ngđ)

Bảng 2: Tổng hợp lu lợng nớc cấp cho các xí nghiệp công nghiệp

Tên XN Lu lợng cấp cho các xí nghiệp tính bằng (m3/ca)

Nớc chosinh hoạt

Bảng thống kê lu lợng nớc dùng cho thành phố phải lập theo từng giờ ,nghĩa là phải phân phối nớc đáp ứng cho nhu cầu của các đối tợng dùng nớc theo từng giờ trong 1 ngày đêm.

- Nớc rửa đờng và quảng trờng bằng cơ giới từ 8 đến 18 giờ với lu lợng phân bố đều 156,84

(m3/h)

- Nớc tới cây xanh tới thủ công vào các giờ 5,6,7 và 17,18,19 giờ trong ngày với lu ợng phân bố đều 522,8 (m3/h)

l Nớc tắm cho công nhân đợc tiêu thụ vào 45 phút kéo dài sau khi tan ca

- Nớc sản xuất ở đây để đơn giản có thể phân bố điều hoà theo các giờ trong ca

- Nớc sinh hoạt trong thành phố đợc tính theo hệ số sử dụng nớc không điều hoà giờ

- Nớc sinh hoạt trong xí nghiệp theo ca và tùy theo từng phân xởng đợc tính theo bảng sau

Bảng 3:Phân bố nớc cho nhu cầu sinh hoạt của công nhân trong

thời gian làm việc ở xí nghiệpLoại

Bảng 4: Thống kê lu lợng tiêu dùng cho toàn thành phố theo từng giờ

trong 1 ngày đêm (trang sau)

Chọn lu lợng dập tắt các đám cháy.

• Đối với khu vực I

*Khu công nghiệp:

- Xí nghiệp 1 có S < 150 ha nên coi xí nghiệp có 1 đám cháy

-Các xí nghiệp có khối tích nhà lớn nhất 37000 m3, hạng sản xuất A,B,C và có bậc chịu lửa

II, III, IV tra bảng ta có lu lợng dập tắt đám cháy là:

qccxn= 30 (l/s)

* Khu dân c

Vì dân c khu vựcI là :N1 = 86562 (ngời)

Nhà xây dựng từ 4 ữ 5 tầng không phụ thuộc bậc chịu lửa tra bảng ta thấy có 2 đám cháy

đồng thời với lu lợng của mỗi đám: qccdc= 35 (l/s)

Do khu dân c và khu công nghiệp có chung hệ thống cấp nớc nên ta chọn số đám cháy

đồng thời trong thành phố là 2 đám với lu lợng của mỗi đám cháy là:

qcc=30+35/2=47,5 (l/s)

Tổng lợng nớc chữa cháy khu vực I Là : 47,5*2= 95 (l/s)

• Đối với khu vực II

*Khu công nghiệp:

- Xí nghiệp 2 có S < 150 ha nên coi xí nghiệp có 1 đám cháy

-Các xí nghiệp có khối tích nhà lớn nhất 37000 m3, hãng sản xuất A,B,C và có bậc chịu lửa

II, III, IV tra bảng ta có lu lợng đạp tắt đám cháy là: qccxn= 30 (l/s)

* Khu dân c

Vì dân c khu vựcII là :N2=68876 (ngời)

Nhà xây dựng từ 3 ữ 4 tầng không phụ thuộc bậc chịu lửa tra bảng ta thấy có 2 đám cháy

đồng thời với lu lợng của mỗi đám: qccdc= 35 (l/s)

Do khu dân c và khu công nghiệp có chung hệ thống cấp nớc nên ta chọn số đám cháy

đồng thời trong thành phố là 2 đám với lu lợng của mỗi đám cháy là:

qcc=30+35/2=47,5 (l/s)Tổng lợng nớc chữa cháy khu vực II Là : 47,5*2= 95(l/s)

Nh vậy tổng lợng nớc chữa cháy cho toàn thành phố là: 190 (l/s)

6.236.11 5.68

5.12

4.45 4.37 2.89 2.11 1.21 0

-Vì trạm bơm cấp I hoạt động điều hoà cấp nớc vào công trình xử lí nên công suất giờ của trạm bơm cấp I là :=

+Bậc I: thời gian hoạt động từ 22h-4h (với 1 bơm công tác)

+Bậc II: thời gian hoạt động từ 4h-6h và 21h 22h (với 2 bơm công tác)–

+ Bậc III : thời gian hoạt động từ 19h 21h ( với 3 bơm công tác )–

+ Bậc IV : thời gian hoạt động từ 6h 19h (với 4 bơm công tác)–

Khi ta gọi công suất cxủa 1 bơm là x(m3/h)(%Qngđ)

Ta có phơng trình: 6.x +2.x.0,9.3 + 3.x.0,88.2 + 13.4.0,85x=100 (%Qngđ)

x=1,6426 (%Qngđ)

Vậy

bậc I, có 1 bơm hoạt động với công suất Qh=1,6426%Qngđ

bậc II, có 2bơm hoạt động với công suất Qh=1,6426.2.0.9 = 2,9576 % Qngđ

bậc III, có 3 bơm hoạt động với công suất Qh=1,6426.3.0.88 = 4,336%Qngđ

bậc IV, có 4 bơm hoạt động với công suất Qh=1,6426.4.0,85 = 5,585%Qngđ

2.Tính toán dung tích của đài nớc và bể chứa.

-Xác định dung tích của đài nớc và bể chứa bằng phơng pháp lập bảng dựa vào chế độ bơm cấp I,II và chế độ dùng nớc của thành phố trong các giờ

*Thể tích thiết kế của đài n ớc

-Thể tích điều hoà của đài nớc là

-ThÓ tÝch ®iÒu hoµ cña bÓ chøa W®hb= 18,73(%Qng®)

-ThÓ tÝch thiÕt kÕ cña bÓ chøa Wtb= W®hb+Wcc+Wbt

Tổng hợp lại ta có Wtb= 17453,73 m3+ 7605,9 + 4659,3 = 29718,93 (m3)

Phần thứ hai tính toán và thiết kế mạng lới cấp nớc

Hệ thống cấp nớc là tập hợp của các công trình làm nhiệm vụ , khai thác nớc, vận chuyển , xử lý, điều hoà, dự trữ và phân phối nớc cho các đối tợng tiêu dùng nhằm thỏa mãn mọi nhu cầu dùng nớc cả về số lợng và chất lợng trong phạm vi thiết kế

Các công trình của hệ thống cấp nớc bao gồm :

7 Mạng lới đờng ống cấp nớc

Do địa hình thiết kế là có độ dốc đều là 1 m có sông chảy qua ven thành phố nhng lại ở nơi trũng nhất của địa bàn khu vực thành phố nên ta chọn phơng án đặt trạm xử lý ở nơi cao

nhất ven thành phố và dùng giếng khoan làm nguồn cung cấp nớc cho trạm bơm cấp I.Ta xét mặt cắt địa chất của khu vực này

Đây là vùng có sét và cát khó thấm nớc Hệ số phóng thích à = 0.19 Mực nớc ngầm cách mặt đất 2,3 m, dễ bị ô nhiễm là nớc ngầm không áp Do đó ta không chọn khai thác nớc ngầm không áp mà ta sẽ lấy nớc ngầm có áp ở các tầng dới

I.Vạch tuyến mạng l ới cấp n ớc

Vì đây là thiết kế mạng lới cấp nớc cho 1 thành phố nên phải đảm bảo cấp nớc liên tục tránh xảy ra sự cố hỏng hóc gây mất nớc trong thành phố Vì vậy ta không sử dụng mạng l-

ới cụt mà sử dụng mạng lới vòng cho các tuyến ống tới các khu dân c tập trung và các xí nghiệp công nghiệp để đảm bảo cấp nớc liên tục an toàn Còn nớc dẫn từ mạng lới thành phố đến các tiểu khu, các công trình nhỏ là mạng lới cụt, ở đây thành phố nằm trên khu vực dốc đều với khoảng cách các đờng đồng mức là 1m Mà ta đặt trạm xử lý ở nơi vị trí khá cao so với mặt bằng thành phố, nên ta chọn đài ở đầu mạng lới để tận dụng chiều cao địa hình.

II.xác định các tr ờng hợp tính toán cần thiết cho mạng l ới cấp n ớc

Vì chọn đài ở đầu mạng lới nên ta phải tính toán mạng lới cấp nớc thành phố trong 2 ờng hợp

-Tính toán mạng lới cho giờ dùng nớc nhiều nhất Đây là trờng hợp tính toán cơ bản -Tính toán kiểm tra mạng lới khi phải đảm bảo cấp nớc dập tắt các đám cháy trong giờ dùng nớc nhiều nhất

III.Xác định chiều dài tính toán ,l u l ợng dọc đ ờng của các đoạn ống, lập sơ

đồ tính toán mạng l ới cho các tr ờng hợp

1.Xác định chiều dài tính toán của các đoạn ống

Mỗi đoạn ống làm nhiệm vụ phân phối nớc theo yêu cầu của các đối tợng dùng nớc khác nhau đòi hỏi khả năng phục vụ khác nhau Để kể đến khả năng phục vụ của các đoạn ống ngời ta đa ra công thức tính chiều dài tính toán

l tt =l thựcì m (m)

♦ m: Hệ số kể đến mức độ phục vụ của đoạn ống

♦ lthực: Chiều dài thực của đoạn ống tính toán

♦ ltt: Chiề dài tính toán đoạn ống

b¶ng tÝnh to¸n chiÒu dµi cho c¸c ®o¹n èng

§o¹n èng dµi thùcChiÒu m ChiÒu dµi tt §o¹n èng dµi thùcChiÒu m ChiÒu dµi tt

a Lập sơ đồ tính toán mạng lới có đài ở đầu khi dùng nớc lớn nhất Qua bảng phân

phối lu lợng sử dụng, lu lợng bơm cấp II, lu lợng đài nớc theo các giờ trong ngày ta thấy

*Giờ dùng nớc lớn nhất là:17-18 h với

37 , 278 79 , 188

+

+

= Σ +

Σ

+

Σ

ttII ttI

dp t

l l

Q Q

đờng tính cho từng khu vực là:

Bảng: Lu lợng dọc đờng cho các đoạn ống

bảng tính toán lu lợng dọc đờng cho các đoạn ống

Số TT

Đoạn ống Chiều dài tt qdvI qdd(ik)I Đoạn ống Chiều dài tt qdvI qdd(ik)I

Vậy ∑ Qnút = ∑Qvào-∑Qtập trung =>1628,26 –1628,32 ≈ 0 (l/s)

Từ bảng lu lợng dọc đờng ta tính cho tất cả các nút của mạng lới bằng cách phân đôi lu ợng về các hai đầu nút của mỗi đoạn ống, và cộng tất cả các trị số lu lợng đợc phân

l-nh vậy tại các nút, ta có bảng sau

IV:Tính toán thủy lực đoạn ống

1.Phân phối sơ bộ trong mạng l ới

a Tr ờng hợp 1: Phân phối sơ bộ cho giờ dùng n ớc max

Từ biểu đồ dùng nớc và dựa vào bảng phân phối lu lợng cho toàn thành phố ta thấy thành phố dùng nớc nhiều nhất vào lúc 17-18 giờ chiếm 6,45 % lợng nớc dùng của cả ngày đêm tức 6012,727 (m3/h) = 1670,2(l/s)

Vào giờ này :

- Bơm cấp II cấp vào mạng lới 5,585% lợng nớc dùng của cả ngày đêm tức là 5209,44 m3/h

- Đài nớc cung cấp cho mạng lới 0,86% lợng nớc dùng của cả ngày đêm tức 802,14m3/h hay 222,8 (l/s)

vào giờ dùng nớc lớn nhất trong ngày lu lợng của các điểm này nh sau:

-Xí nghiệp I - Chúng ta xem các xí nghiệp là những điểm lấy nớc tập trung (đặt tại các

điểm 11, 5) : 4,68 + 3,09 + 72 = 79,77 m3/h = 22,16 (l/s)

-Xí nghiệp II : 3,56 + 2,87 + 64,8 = 71,23 m3/h = 19,79 (l/s)

b Trờng hợp 2 : Phân phối sơ bộ cho trờng hợp có cháy xảy ra trong giờ dùng nớc max

Ta bố trí các đám cháy ở các vị trí bất lợi nhất, tại các vị trí xa trạm bơm nhất và ở địa hình cao Cụ thể ta bố trí 4 đám cháy tại các vị trí 3,4,8,11

Trong trờng hợp có cháy, lu lợng chữa cháy sẽ do trạm bơm cấp II đảm nhiệm

Hai trờng hợp phân phối sơ bộ đợc thể hiện trong các hình ở trang sau :

2 Chọn đ ờng kính cho các đoạn ống trong mạng l ới :

Chọn đòng kính cho các đoạn ống đợc chọn theo tiêu chuẩn và dựa vào bảng tính toán thuỷ lực, bảng giới hạn vận tốc kinh tế của mỗi loại đờng kính

Đối với mạng lới cấp nớc bên ngoài nhà đòng kính tối thiểu là 100mm Các đờng kính ống

đã chọn đựơc thể hiện trrong bảng điều chỉnh mạng lới theo phơng pháp Lôbatrep

3 Kiểm tra sai số áp lực theo các vòng kín của mạng lới :

Sau khi kiểm tra sai số áp lực của các vòng kín ta thấy có một số vòng không thoả mãn

điều kiện về sai số (∑h i−k )≤0,5m Do vậy ta đi đến công đoạn điều chỉnh mạng lới

4 Điều chỉnh mạng lới vòng theo phơng pháp Lôbatrep

Quá trình điều chỉnh mạng lới đợc trình bày trong bảng sau :

V.tính toán hệ thống vận chuyển n ớc từ trạm xử lý đến đầu mạng l ới và từ mạng l ới đến đài n ớc

1.Tính toán hệ thống vận chuyển từ trạm bơm cấp II đến mạng l ới

Thông thờng để đảm bảo cấp nớc an toàn ,những hệ thống vận chuyển nớc cần phải tính toán với số tuyến ống tối thiểu là 2 và phải đảm bảo làm việc trong điều kiện xảy ra h hỏng trên một đoạn ống nào của một tuyến

Lu lợng vận chuyển qua ống khi không có sự cố

S0 = 0,01098 i= 0.005749

L= 600 ( m)

Tổn thất khi bơm nớc từ trạm bơm tới đầu mạng lới là :

h= So.k.l.q2 = 0,01098.1.600.723,72.10-6 =3,45 m

Trong trờng hợp có cháy lu lợng mà bơm phải tải là 100% Qsh trong giừo dùng nớc max và

lu lợng chữa cháy là 190l/s tức là bằng : 190 + 1670,2 = 1860.2 (l/s), vậy lu lợng mỗi ống

là : 1870,2/2 = 930,1

Vậy tổn thất qua tuyến ống là : h= So.k.l.q2 = 0,01098.1.600.930,12.10-6 = 5,7 m

Theo quy định của quy phạm thiết kế hiên hành thì lu lợng cần vận chuyển khi có sự cố xảy ra trên một đoạn nào đó của một tuyến là :

2.Tính toán số đoạn ống (n) của hệ thống vận chuyển n ớc từ trạm bơm đến mạng l ới

Khi không có sự h hỏng hóc tổn thất áp lực của hệ thống vận chuyển đợc tíng bằng:

h= 2

4

Q n

S i−k

=S.Q2

Trong đó :Si-k Sức kháng của một đoạn ống Si-k=So.li-k

S :Sức kháng của hệ thống ống dẫn khi làm việc bình thờng

Q:Lu lợng của hệ thống ống dẫn từ trạm bơm đến đầu mạng lới khi làm việc bình thờngKhi có h hỏng tại 1 đoạn nào đó , tổn thất áp lực của hệ thống đợc xác định nh sau

hh= 2

4

)3.(

h k

4 , 1447

= 2,86 =

n

n 3+

→ n= 1,6 Lấy n = 2 (đoạn)Kiểm tra trờng hợp có cháy

Q = 299,45 +Q /2= 299.45+120 = 359,49 (l/s)