Thiết kế thiết bị cho trạm bơm cấp nước sạch

Trạm bơm được phân loại theo những đặc điểm: Theo công dụng của trạm bơm, theo vị trí tương đối so với nguồn lấy nước lấy nước bờ, lấy nước lòng sông, lấy nước kênh chính, theo đặc điểm

1 MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI.

1.1 Sơ lược về trạm bơm cấp nước

Trạm bơm là tập hợp các công trình và thiết bị bơm tạo thành Các thiết bị chính bao gồm: máy bơm, động cơ, các đường ống hút, ống đẩy, van khóa… Ngoài ra, còn có các thiết bị khác như: thiết bị nâng (palăng, cần trục) phục vụ thay thế sửa chữa bơm, các thiết bị điện phục vụ cho công tác đóng mở, điều chỉnh và chiếu sáng trạm bơm

Trạm bơm được phân loại theo những đặc điểm: Theo công dụng của trạm bơm, theo vị trí tương đối so với nguồn lấy nước (lấy nước bờ, lấy nước lòng sông, lấy nước kênh chính), theo đặc điểm công trình (lấy nước dưới sâu, lấy nước mặt, kết hợp hoặc không kết hợp giữa công trình lấy nước và công trình sử dụng nước).v.v…

Trong hệ thống công trình cấp nước sạch thì trạm bơm là một công chính của hệ thống Tùy theo vị trí và công dụng của nó trong hệ thống mà được phân thành:

Trạm bơm cấp 1: (trạm bơm nước thô): Đưa nước từ công trình thu lên công trình xử lý

Trạm bơm cấp 2: Bơm nước đã xử lý từ bể chứa để cung cấp cho các nơi tiêu thụ

Trạm bơm trung chuyển: Để bơm chuyển tiếp nước, tránh cho áp lực trên đường ống quá cao làm vỡ ống nhằm hạn chế việc dùng đường ống áp lực cao không kinh tế khi vận chuyển nước lên quá cao hoặc quá xa

Trong giới hạn của đề tài, ta chỉ xét đến trạm bơm cấp 1 và các thiết bị lắp đặt trong hệ thống trạm

1.2 Mục đích ý nghĩa kinh tế kỹ thuật

Trong giai đoạn phát triển đất nước hiện nay, tốc độ đô thị hóa đang diễn

ra quá nhanh làm nảy sinh nhiều vấn đề bức thiết, nan giải Một trong những vấn

đề đó là: Nguồn nước sạch cung cấp cho các khu công nghiệp, các khu dân cư

hiện đang thiếu hụt nghiêm trọng Do đó, nhu cầu cung cấp nước sạch đảm bảo cho quá trình sản xuất và đời sống sinh hoạt của nhân dân ngày càng trở nên cấp bách.

Từ yêu cầu trên, nhiều trạm bơm cung cấp nước sạch được xây dựng đi đôi với việc "Thiết kế các thiết bị cho trạm bơm cấp nước sạch" nhằm tăng lưu lượng nước sạch đảm bảo nhu cầu sử dụng trong hoạt động sản xuất công, nông nghiệp và sinh hoạt hằng ngày người dân

2 CƠ SỞ LÝ VỀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHO TRẠM BƠM

2.1 Các phương trình cơ bản sử dụng trong tính toán thiết kế

2.1.1 Phương trình liên tục

Điều kiện cơ bản bảo đảm sự tồn tại của dòng chất lỏng là tính liên tục của

sự thay đổi của các thông số dòng chảy theo tọa độ và thời gian Điều đó có nghĩa là khi chuyển động, chất lỏng phải tuân thủ điều kiện liên tục Chất lỏng phải chuyển động trong các lòng dẫn tương ứng như là một môi trường liên tục, không có sự gián đoạn

Quan sát trong không gian bảo lưu chất lỏng chuyển động qua khối hình hộp chữ nhật có các cạnh là dx, dy, dz

dy dx

dz C B

A

D

A' D'

C' B' z

x

y O

m2

m1

m1 – khối lượng chất lỏng vào mặt (ABCD) trong thời gian dt theo phương x.

dt dz dy v

m1 =ρ x

Khối lượng chất lỏng ra mặt (A’B’C’D’) là:

dydzdt dx

x

v v

2

ρρ

Khối lượng chất lỏng còn lại trong hộp

dydzdt v

m m

x x

x

)(

2 1

ρρ

ρ

dxdydzdt x

v y

v x

v dm

dm dm

z y

∂

∂+

∂

∂

−

=++

V dm

dxdydzdt z

v y

v x

∂

∂+

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂

z

u y

u x

u t

z y

ρρ

(2.1)

2.1.2 Phương trình Becnuli

Phương trình Ơle thủy động cho dòng nguyên tố chất lỏng lý tưởng chuyển động ổn định theo 3 phương x, y, z:

dv z

p R

dt

dv y

p R

dt

dv x

p R

z z

y y

x x

.1

.1

=

−

⇔

++

∂

∂+

∂

∂

−+

+

⇒

2221

.1

2 2 2

z y x

z z y y x x z

y x

v v v d dp dU

dv v dv v dv v dz z

p dy y

p dx x

p dz

R dy R dx

ρ

const U

p v

U p v d

dU dp

v d

=

−+

⇔

=

−+

2

02

0

12

2

2 2

Lực khối chỉ có trọng lực thì Rz = -g và U = -gz

const gz

dz t

v dz

dt

dv

dy

v y

dy t

v dy

dt

dv

dx

v x

dx t

v dx

dt

dv

z z

y y

x x

∂

∂

=

222

2 2 2







+

∂

∂+

∂

∂+

22

21

2

2 2

2

v d l d t

v dp dU

dz

v z dy

v y dx

v x

dz t

v dy t

v dx t

v dp

ρρ

02

⇔

=

−

∂+







+

v U p v d

dU p v

d l d t v

v g h

const l

t

v g

z g

p g

v

const l

t

v gz p v

qt

1

12

2

ρρ

Vậy phương trình Becnuli cho 2 tiết diện (1-1) và (2-2) của dòng nguyên

tố chất lỏng lý tưởng chuyển động không ổn định

2 1 2 1

2 2 2 2

2 1 1 1

p z g

v g

p

z

ρρ

- Phương trình Becnuli cho 2 tiết diện (1-1) và (2-2) của dòng nguyên tố chất lỏng thực:

2 1 2 1

2 2 2 2

2 1 1 1

p z g

v g

p

z

ρρ

- Phương trình Becnuli cho 2 tiết diện (1-1) và (2-2) của toàn dòng:

2 1 2 1

2 2 2 2 2

2 1 1 1 1

p z g

v g

p

ρ

αρ

h d

2

1

l,d – Chiều dài và đường kính trong của đoạn ống đang xét, (m)

v – Vận tốc trung bình trên tiết diện ướt, (m/s)

- Cách xác định λ:

Theo đồ thị của Nicuarad thì ta có thể chia ra

2,8 3,0 3,4 3,8 4,2 4,6 5,00,2

Hình 2.2 Quan hệ giữa lg(100λ) và lgRe (theo Nicuarad)`

I – Đường chuyển động tầng

II – Đường chuyển động rối trong ống thủy lực

III – Đường chuyển động trong ống nhám hoàn toàn

Theo công thức Râynôn:

υ

d v

+ Tiêu chuẩn xác định các khu vực chảy rối:

Căn cứ vào việc phân tích các biểu đồ thí nghiệm =  ∆0 

Re,

r f

λ , trong trạng thái

chảy rối, khu vực chảy rối thành trơn được giới hạn bởi số Râynôn

Re < Regh.trơn

7 8

Re

10046

,11,

+ Đối với chảy rối thành nhám:

Công thức Frenken dùng cho ống kim loại: 3,7 2

lg

25,0

2 1

1

2

v h

đm

đm đm

2 2 '

1

2

v h

đm

đm đm

ζζ

Đường ống tăng đột ngột+ Đột thu:

v

h đt ζđt ζđt

Đường kính ống giảm đột ngột+ Dòng qua màn chắn:

2 1 2 1 2

2 2

1

1

707 , 0 1

+ Đoạn uốn cong đều

g

v

h c

2

2 2

ζ

- Đối với thiết diện ống là tròn thì:

90

163,0

131

,

0

5 , 3

αζ

=

R

- Đối với thiết diện là hình chữ nhật thì:

90

.2

.104,3124,0

5 , 3

αζ

=

h

R b

ζ

α

87

ζ 0,00 0,07 0,26 0,81 2,06 5,52 17,0 97,82.2 Cơ sở về máy bơm

2.2.1 Các loại máy bơm sử dụng trong cấp nước

Máy bơm là một loại máy thủy lực, biến đổi cơ năng thành năng lượng chất lỏng, đưa chất lỏng lên độ cao hoặc vận chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống

Các loại máy bơm được sử dụng nhiều trong cấp nước là:

Bơm li tâm, bơm hướng trục và bơm cánh chéo Ba loại máy bơm này các cánh quạt gắn trên bánh xe công tác sẽ truyền trực tiếp năng lượng lên chất lỏng

để đẩy chất lỏng Loại máy bơm này có lưu lượng lớn, cột áp phù hợp và hiệu suất tương đối cao

Để chọn máy bơm ta cần dựa vào:

Các tài liệu về máy bơm

Các tài liệu địa hình tại nơi cần cung cấp nước

Các thông số yêu cầu cho bơm: lưu lượng, cột áp, cách xử lý nước

Máy bơm được chọn cần phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Đảm bảo cấp đủ lưu lượng nước theo biểu đồ đã định trong suốt mùa với mức an toàn và kinh tế cao

- Làm việc với hiệu suất cao trong mọi chế độ làm việc

- Có kích thước và khối lượng nhỏ nhất

- Có khả năng phòng chống khí thực tốt nhất để cao trình đặt máy bơm cho phép việc xây dựng trạm bơm với chi phí nhỏ nhất

- Tiện lợi trong lắp đặt và vận hành, dễ sửa chữa

- Có khả năng chống được nước xâm thực

- Máy bơm được sử dụng hàng loạt nhằm giá rẽ và tiến độ lắp ráp nhanh.2.2.3 Các đường đặc tính của bơm

Các thông số Q, H, η thay đổi theo chế độ làm việc của bơm ứng với số vòng quay không đổi

Các quan hệ H = f1(Q), N = f2(Q), η = f3(Q) biểu thị đặc tính làm việc của bơm Khi mối quan hệ này biểu diển dưới dạng đồ thị thì được gọi là đường đặc tính của bơm

2.2.3.1 Đường đặc tính Q ~ H

Đường đặc tính Q ~ H biểu thị quan hệ giữa lưu lượng và cột nước của máy bơm Đối với bơm ly tâm, đường đặc tính này biến đổi theo chiều hướng giảm đều, còn đối với bơm hướng trục đường quan hệ biến đổi đột ngột, biến thiên phức tạp ở khoảng giữa trục hoành, có một đoạn H biến đổi không đáng kể nhưng lại không ổn định, dễ có sự cố nên không cho máy làm việc ở vùng này Bơm hướng chéo có đường đặc tính ở trạng thái chuyển tiếp giữa bơm ly tâm và bơm hướng trục, song có chiều hướng giống bơm ly tâm hơn

Hình 2.3 Đường đặc tính các loại bơm.

1 Đặc tính Q ~ H 2 Đặc tính N ~ Q 3 Đường hiệu suất η ~ Q

a) Bơm ly tâm b) Bơm hướng chéo c) Bơm hướng trục

Đối với bơm hướng trục, quan hệ N ~ Q tỉ lệ nghịch Khi lưu lượng bằng không, công suất bằng 1,2 ÷ 2 lần công suất định mức, do đó thường vượt tải khi cột nước quá cột nước định mức

Bơm hỗn lưu ở giữa trạng thái hai bơm trên nhưng đặc tính N ~ Q hơi lệch giống bơm hướng trục

Q(l/s) Q(l/s)

Q(l/s)

H(m) H(m)

1 1

2 2

3 3

Bơm ly tâm có đường đặc tính η ~ Q phát triển đều, khu vực hiệu suất cao tương đối rộng Ngược lại, bơm hướng trục có phạm vi rất hẹp, trước và sau điểm cực đại tụt rất nhanh Bơm hỗn lưu ở giữa trạng thái của bơm ly tâm và bơm hướng trục.

2.2.3.4 Đặc tính làm việc:

Hình 2.4 Đường đặc tính làm việc của bơm ly tâm

Tại mỗi điểm làm việc từ các số liệu của Q, H, ta tính được công suất thủy lực của bơm So sánh công suất thủy lực với công suất đo được trên trục bơm, ta suy ra được hiệu suất của bơm

Hình 2.5 Đường đặc tính tổng hợp của bơm ly tâmĐường đặc tính tổng hợp của bơm chính là đường biểu diễn quan hệ Q~H với các thông số vòng quay làm việc của bơm khác nhau, trên đó các điểm làm việc cùng hiệu suất được nối với nhau thành những đường cong gọi là đường cùng hiệu suất Để xây dựng đường đặc tính tổng hợp, cần phải có các đường đặc tính làm việc ứng với nhiều số vòng quay của bơm.

Ta thấy rằng với một số vòng quay làm việc ni nào đó, trị số lớn nhất của hiệu suất ứng với một trị số lưu lượng nào đó Qi Khi lưu lượng của bơm thay đổi Q>Qi hay Q<Qi, thì có thể có hai trị số lưu lượng có cùng hiệu suất như nhau Dóng các điểm có cùng hiệu suất lên đường đặc tính Q~H và nối lại bằng những đường cong, ta có đường cong cùng hiệu suất

2.2.3.6 Đặc tính vùng

0 5 10 15

10 20 30

75%

79 % 81%

Q(l/s)

Q(m 3 /h)

N~n=2925

N~n=2520

25 30 40 50 100 200 300 400 500 1000 1200 5

150-250B

150-430B

150-430A 150-500B 150-500A 200-620B

200-620A

250-620B 250-620A

200-500A 200-500B 250-500B

150-400B

150-340B 150-340A

150-280A 150-250A

200-280B

150-250B

200-280B 300-280A

400-390B 400-390A

400-440A 400-440B

300-340A 150-250B

250-340A 300-340B 200-280A

250-340B

250 -280A

200-340A 200-340B

400-480A 400-480B

Hình 2.6 Đường đặc tính vùng của bơm RDL, số vòng quay n=1450 v/ph

Đường đặc tính vùng giúp chúng ta chọn được loại máy bơm có lưu lượng

và cột áp thích hợp

2.2.4 Cách ghép bơm

Trong thực tế có trường hợp phải ghép nhiều bơm làm việc trong cùng một hệ thống, khi trong hệ thống có yêu cầu cột áp hoặc lưu lượng lớn hơn cột áp lưu lượng của một bơm

2.2.4.1 Ghép nối tiếp

Do địa hình của mỗi nơi làm việc khác nhau, nếu dùng một bơm thì đã cung cấp đủ lưu lượng cho nơi tiêu thụ nhưng lại không đáp ứng đủ về cột áp cho chúng Nhưng chọn một bơm có cột áp đáp ứng được thì không có lợi về mặc kinh tế Để giải quyết vấn đề này một cách có hiệu quả thì chúng ta phải tiến hành ghép hai hay nhiều bơm nối tiếp với nhau để tăng cột áp cho hệ thống.

Các phương án ghép bơm nối tiếp nhau:

Hình 2.7 Phương án ghép bơm nối tiếp

Ghép nối tiếp là đem ống xả bơm thứ nhất nối với miệng hút của bơm thứ hai, dùng trong trường hợp hệ thống có yêu cầu cột áp lớn hơn cột áp của một bơm Điều kiện để các bơm nối tiếp làm việc được bình thường được trong hệ thống là các bơm ghép phải cùng một lưu lượng: Q1 = Q2 = … = Qi

Cột áp làm việc của hệ thống ghép nối tiếp bơm khi Q = const bằng tổng cột áp của các bơm ghép: Hc = H1 + H2 +…+ Hi

Xây dựng đường đặc tính chung của bơm ghép từ các bơm đơn 1, 2 có đặc tính khác nhau bằng cách cộng các cột áp riêng từng bơm ghép với cùng lưu lượng

Điểm làm việc của bơm ghép là giao điểm của đường đặc tính chung của bơm ghép Hc ~ Q và đường đặc tính lưới Hlưới ~ Q

2

1

Hình 2.8 Ghép nối tiếp hai bơm ly tâm không cùng đặc tính.

* Một số điểm chú ý khi ghép bơm ly tâm:

Chọn bơm và hệ thống có đặc tính dốc nhiều mới có hiệu quả, vì thay đổi lưu lượng ít đã thay đổi lưu lượng theo yêu cầu

Đối với hai bơm nối tiếp liền kề nhau, do bơm 2 phải làm việc với áp suất cao hơn nên nó sẽ bị hỏng nếu không đủ sức bền Vì vậy, phải chọn trên đường ống đẩy của bơm 1 một điểm nào đấy có áp suất không gây nguy hiểm cho bơm

2 để ghép Việc ghép nối tiếp phức tạp và không kinh tế bằng chọn bơm khác có

đủ cột áp yêu cầu để làm việc trong hệ thống

2.2.4.2 Ghép song song

Tại mỗi nơi tiêu thụ cần một lượng cung cấp khác nhau, khi chúng ta dùng một bơm thì không cung cấp đủ cho nơi đó Để tăng lưu lượng cho hệ thống ta có thể chọn bơm có lưu lượng lớn hơn Nhưng làm như vậy thì hiệu quả không cao không sử dụng triệt để công suất của bơm Bằng cách ghép các bơm song song với nhau thì hiệu quả sẽ cao hơn

Hình 2.9 Phương án ghép bơm song song.

Điều kiện để các bơm ghép song song có thể làm việc được là khi làm việc các bơm phải có cùng một cột áp:

H1 = H2 = H3 =…= Hi

Để xác định được tổng lưu lượng của bơm ghép song song làm việc trong cùng một hệ thống, ta cần xây dựng đường đặc tính chung của bơm ghép (H ~ Q)

và biết được đặc tính ống (Hlưới ~ Q)

Khảo sát hai bơm có đường đặc tính khác nhau (H1~Q) và (H2~Q) ghép song song (hình 2.10) Đường đặc tính chung của các bơm ghép song song (H~Qt) trong hệ thống được xây dựng bằng cách cộng các lưu lượng của riêng từng bơm ghép với cùng một cột áp (cộng các hoành độ trên cùng một tung độ)

Điểm A (giao điểm của đường đặc tính chung của các bơm ghép (H~Qt)

và đường đặc tính lưới (H~Qlưới) là điểm làm việc của các bơm ghép trong hệ thống

Khi ghép song song các máy bơm với 3, 4, …, n đường ống ta cũng làm tương tự Nếu các máy bơm không giống nhau ta cộng hoành độ các đường đặc tính của các máy thành phần tương ứng với các cột nước giống nhau để vẽ ra đường đặc tính chung Nếu số đường ống lớn hơn hai, mỗi ống có đường đặc tính khác nhau, ta cũng cộng các hoành độ của chúng tương ứng với các cột nước giống nhau để vẽ đường đặc tính ống chung Việc xác định điểm công tác chung

và các lưu lượng mỗi ống, mỗi bơm cũng tiến hành như trên

2

Hình 2.10 Sơ đồ và đặc tính làm việc của 2 bơm ghép song song với nhau.

* Một số đặc điểm khi ghép song song các bơm:

Sự điều chỉnh của hệ thống các bơm ghép song song tương đối phức tạp khi các bơm ghép có đặc tính khác nhau nhiều Vì vậy, người ta thường ghép các bơm có đường đặc tính gần giống nhau hoặc như nhau để điều chỉnh được thuận lợi

Ghép song song chỉ có hiệu quả lớn khi đường đặc tính của các bơm ghép thoải (có độ dốc nhỏ) và đường đặc tính của lưới không dốc lắm Cách ghép này ứng dụng trong hệ thống bơm cần có cột áp H ít thay đổi, khi lưu lượng Q thay đổi nhiều

Số lượng bơm ghép song song để tăng lưu lượng trong hệ thống có giới hạn nhất định, xác định bởi đường đặc tính chung của bơm ghép và đường đặc tính lưới Ghép song nhiều bơm quá hiệu quả thấp, không kinh tế Trong trường hợp cần thiết nên chọn loại bơm khác có lưu lượng lớn phù hợp với yêu cầu làm việc của hệ thống sẽ có lợi hơn

Q1

Q2

Q

2 1

3 THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHO TRẠM BƠM.

3.1 Số liệu đầu vào

Lượng nước yêu cầu của trạm bơm: Q = 25 000 (m3/ngày)

Theo bản đồ trắc dọc và trắc ngang, các thông số về tuyến đường ống được trình bày trong (Hình 3.1); các cột tọa độ vị trí theo bảng 3

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống trạm bơm

5 6 7 8 9

10 11 2

300 ÷ 800 mm

Trên 800 mm

0,7 ÷ 1

1 ÷ 1,31,3 ÷ 2

1 ÷ 1,51,2 ÷ 1,81,8 ÷ 3Đường kính ống d được xác định theo công thức sau:

v

Q v

v – Vận tốc nước chảy trong ống, (m/s)

Q – Lưu lượng nước tính toán chảy qua tiết diện ống của máy, (m3/s)

Đối với đường ống hút, chọn sơ bộ v = 1,5 (m/s)

)(49,05,1

29,0.4

m

π Chọn ống thép mới có dh = 600 (mm) Vận tốc vh:

)/(03,16,0.14,3

29,0.4

14,3

.4

2

d

Q v

h

Đối với đường ống đẩy, chọn v = 3 (m/s)

)(35,03

29,0.4

m

π Chọn ống thép mới có dd =0,5 (m), vận tốc vd:

29,0.4

14,3

.4

2

d

Q v

Ống bê tông cốt thép có ưu điểm là cứng, chịu lực tốt, chịu được áp lực khi

có chân không trong ống do hiện tượng nước va gây ra nhưng có nhược điểm là nặng, vận chuyển và lắp đặt khó khăn, phải bảo vệ chống xói mòn bề mặt và chống xâm thực trong ống

* Ống gang dẻo: Có ưu điểm là cứng dai, không bị dòn như gang thường và chịu tải trọng cao từ bên ngoài, ít bị tác động bởi dòng điện cảm ứng hơn ống thép

Tuy vậy, loại ống này có nhược điểm là bị ăn mòn hơn ống thép, khó thay đổi tuyến theo chiều đứng cũng như trên mặt bằng nếu khi thi công gặp chướng ngại phải thay đổi quá 20

* Ống nhựa gia nhiệt có sợi thủy tinh tăng cường: Có ưu điểm là nhẹ, cứng, cứng có khả có khả năng chống ăn mòn, có đặc tính thủy lực tốt nhờ bề mặt rất nhẵn, có thể uốn được Nối ống bằng khớp nối có roăng cao su Khớp nối được chế tạo tại nhà máy, lắp đặt nhẹ nhàng, nhanh Nhược điểm chính là không chịu được áp lực chân không trong ống, giá thành đắt

* Ống PVC: Được sử dụng nhiều cho ống dẫn nước tiểu khu và dẫn nước trong nhà Ống nhựa có độ dai, mềm dễ uốn, chịu ăn mòn, đặc tính thủy lực cao Loại này có nhược điểm là dễ bị mòn, mủn, lão hóa khi chịu tác động của mưa nắng

So với các loại ống trên thì ống thép có nhiều ưu điểm là: loại ống mềm dẻo,

vì có ứng lực cao nên thành ống thép thường mỏng, điều đó cho phép giảm được khối lượng và giá thành của ống Do khối lượng không lớn nên việc thi công dễ dàng, dễ dàng điều chỉnh khi phải thay đổi tuyến ống Ống có thể gia công tại công trường nên giảm chi phí vận chuyển và lắp đặt

Căn cứ vào các ưu điểm trên, các tiêu chuẩn chọn ống dẫn nước và điều kiện địa hình thực tế của trạm bơm ta chọn loại ống thép để lắp đường ống đẩy Các nhược điểm còn tồn tại đối với loại ống này có thể khắc phục bằng cách: lắp đặt các thiết bị chống va để giảm va đập thủy lực, tổ chức bảo vệ mặt thành trong

và mặt ngoài của ống

3.3.2 Bảo vệ đường ống

Có hai hiên tượng gây tác động xấu đến bề mặt phía trong ống là:

 Hiện tượng bào mòn do vận tốc nước chuyển động bên trong quá lớn và trong nước có các hạt cặn cứng Để tránh hiện tượng mài mòn đối với ống dẫn nước sạch, vận tốc trong ống đạt tối đa 2 ÷ 4 m/s

 Hiện tượng ăn mòn và gỉ sét: Nước trong ống có các ion ăn mòn kim loại

Để chống ăn mòn kim loại phải xử lý ổn định nước Để chống gỉ sét phải có lớp bảo vệ cách ly không cho nước tiếp xúc với bề mặt trong ống Lớp cách ly là: Nhựa dán polyurethane phun lên mặt trong (và mặt ngoài) của thành ống, khi khô tạo thành màng cứng chắc, cách ly tốt và chịu được va đập Đối với mặt ngoài ống cũng làm tương tự

Ngoài việc sơn cách ly còn cần phải bảo vệ bằng âm điện cực, vì nếu lớp bảo

vệ có một chỗ hở, chỗ này sẽ là tâm ăn mòn cường độ lớn và thời gian phá hoại nhanh, cho nên phải bảo vệ ống, biến ống thành một điện cực âm không bị ăn mòn và chống lại các dòng điện hóa học, điện cảm ứng

- Nguyên tắc như sau: Dòng điện cực từ anod của ắc quy hay máy phát điện một chiều 1 theo cáp dẫn 2 qua các cực anod 5 chôn trong đất, tiếp tục chuyển động trong đất đến đường ống 3 bằng cách chui qua các lớp bảo vệ 6 theo ống dẫn về điểm tập trung 4 lại theo cáp dẫn 2 về nguồn Như vậy anode 5 chịu sự phá hoại, cathode 3 ống là nơi nhận ion dương bị ăn mòn

- Chiều dài của trạm bảo vệ cathode là 400 m Khi quản lý phải thường xuyên xem công suất trạm 1 và độ dày của anode 5 Nếu thấy điện yếu và anode đã bị

ăn mòn nhiều thì phải thay kịp thời

`

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ ống thép bằng cathode1- Trạm bảo vệ; 2- Cáp dẫn; 3- Đường ống;

4- Điểm tập trung; 5- Anode; 6- Lớp bảo vệ

3.4 Tính sơ bộ tổn thất thủy lực đường ống

3.4.1 Chọn sơ bộ chiều cao hút và chiều dài ống hút

Chiều cao hút phải phòng tránh khí thực và thỏa mãn yêu cầu kinh tế là khối đào đắp phải không lớn Chọn hh = 2 (m)

Chiều dài toàn bộ ống hút lh = 7 (m)

3.4.2 Tính tổn thất thủy lực trên đường ống.

11

Hình 3.3 Mô hình các thiết bị lắp trên đường ống

1- Lưới chắn rác; 2- Van một chiều lắp ở cửa hút; 3- Đường ống hút;

4- Bơm; 5- Van một chiều lắp trên ống đẩy; 6- Khóa trên đường ống đẩy; 7- Bình điều áp; 8,10- Mố ôm; 9- Khớp dãn nỡ nhiệt; 11- Bể chứa

Tổn thất thủy lực trên đường ống bao gồm tổn thất dọc đường hd và tổn thất cục bộ hc trên đường ống hút và ống đẩy

* Đối với đường ống hút:

+ Tổn thất dọc đường

)(.2

g

v d

l h

h h

Trong đó:

L – Chiều dài ống hút (m), chọn sơ bộ l = 9 (m)

λ – Hệ số ma sát dọc đường phụ thuộc vào hệ số Râynôn, đường kính ống

Re= (3.2)

Với: t = 200C, theo tài liệu [1] giá trị độ nhớt ν = 0,01004.10-4 (m2/s) thay vào ta

được: 4 6,2.105

10.01004,0

6,0.03,1

Vậy: Re > 3210 , suy ra dòng chảy trong ống là dòng chảy rối

Để xác định được khu vực chảy rối ta tính các hệ số giới hạn thành trơn Rgh trơn

Đối với ống thép ta đã chọn ở trên theo tài liệu [4] thì giá trị độ nhám tuyệt đối Δ = 0,0005 (m)

6,0

10.7,6

1006

,0

0005,0.46,1.1,0Re

10046

,1

25 , 0 5

25 , 0

6,0

Thay giá trị λ vừa tìm được vào (3.1) ta được:

)(015,081,9.2

03,1.6,0

9.0193,0.2

2 2

m g

v d

l h

h h

+ Tổn thất cục bộ:

Đường ống hút bố trí van một chiều, ta có ζ van = 1,7 (góc mở α = 700); ζ ống hút

=1; tổn thất qua cút 900 (cong đều với bán kính cong r = 1,5d) có ζcút = 0,17; ζvan đáy = 0,5

81,9.2

03,1.5,017,07,112

2

m g

v d

l h

d d

5,0.48,1

ν

d v

> 2320

Vậy: Re > 3210 , suy ra dòng chảy trong ống là dòng chảy rối

Để xác định được khu vực chảy rối ta tính các hệ số giới hạn thành trơn Rgh trơn Đối với ống thép theo tài liệu [4] thì giá trị độ nhám tuyệt đối Δ = 0,0005 (m)

5,

10.4,7

1005

,0

0005,0.46,1.1,0

10046

,1

25 , 0 5

25 , 0

Với λ = 0,02 ta tính được Rgh nhám:

Rgh nhám = 191 1,35.106

02,00005,0

5,0

Thay giá trị λ vừa tìm được vào (3.3) ta được:

)(76,081,9.2

48,1.5,0

170.02,0.2

2

m g

2 1

81,9.2

48,1.1,3

48,1.1,

Vậy: Tổng tổn thất trên đường ống đẩy là:

htd1 = 0,76 + 0,35 = 1,11 (m)

htd2 = 0,76 + 0,46 = 1,22 (m)Đối với hai tổn thất này ta dựa vào hth2 = 1,22 (m) để chọn bơm cho trạm

3.5 Tính sơ bộ cột nước yêu cầu

Cột nước yêu cầu của máy bơm cũng chính là cột nước yêu cầu của trạm bơm, nó được xác định bằng tổng chiều cao bơm nước địa hình (Hdh) và tổn thất cột nước từ bể hút đến bể chứa nước: Htk = Hdh + Htt (3.4)

Trong đó:

Hdh – Cột nước địa hình Ở đây, Hdh được tính bằng tổng chiều cao cột

áp hút và đẩy của trạm bơm

3.6.1 Chọn kiểu loại bơm

Chọn kiểu máy bơm tùy thuộc vào lưu lượng, cột nước thiết kế (Qtk, Htk)

và loại chất lỏng cần bơm, ở đây chất lỏng cần bơm là nước sạch Bơm được chọn làm việc ổn định, hiệu suất cao trong mọi chế độ làm việc, với dao động lưu lượng từ nhỏ đến lớn mà không phát sinh khí thực

Loại bơm ly tâm trục ngang hai cửa được chế tạo và ứng dụng rất rộng rãi trong các công trình bơm chất lỏng sạch dùng trong ăn uống, sinh hoạt, cấp nước nóng với nhiệt độ nước cho phép đến 1050C.

Hình 3.2 Hình dạng của bơm RDL 300 - 400A

Để chọn một máy bơm song hướng đáp ứng được lưu lượng Q = 1041,67 (m3/h) và cột áp H = 54,217 (m) ta tra đường đặc tính vùng của loại bơm RDL chọn được bơm loại RDL 300 - 400A, có số vòng quay trên trục là n =1450 (v/ph)

Với việc chọn loại máy bơm này thì ta chỉ dùng một bơm là đã đáp ứng được lưu lượng và cột áp ta cần thiết kế nên chúng ta không cần tiến hành ghép bơm Ngoài ra, cần phải chọn thêm một máy bơm dự phòng để khi gặp sự cố hoặc sửa chữa thì vẫn đảm bảo được sự làm việc ổn định của hệ thống

3.6.2 Kết cấu bơm.

3

9 10

20

Hình 3.3 Kết cấu bơm

1- Lỗ tháo nước rò rỉ; 2- Đệm cao su; 3- Vòng chặn ổ; 4- Nắp ổ; 5- Ổ lăn; 6- Trục bơm; 7- Đệm chống thấm dọc trục; 8- Vỏ bơm; 9- Ống dẫn làm mát dọc trục; 10- Khóa; 11- Đệm chống thấm; 12- Nút mồi bơm; 13- Bánh xe công tác; 14- Buồng dẫn nước ra; 15- Bạc; 16- Chốt nối đàn hồi; 17- Vòng đàn hồi; 18- Ống nối; 19- Trục động cơ; 20- Buồng dẫn nước ra; 21- Chân đế; 22- Nút xả

khô

việc như hai bơm đơn Bánh xe công tác 13 được gắn trên trục bơm 6 có bạc bảo

vệ 15 Trục 6 có chiều quay ngược chiều kim đồng hồ, nếu nhìn từ phía truyền động Ống hút nằm bên trái ống đẩy nằm bên phải Cả hai đoạn ống có phương nằm ngang và nằm dưới trục của bơm Ở cửa vào, bánh công tác 13 được gắn vòng làm chặt và bảo vệ 11 làm giảm nước rò và bảo vệ thân máy và vơ bơm 8 khỏi bị mòn Việc làm giảm nước rò từ máy bơm và ngăn ngừa cuốn không khí

từ ngoài vào nhờ các đệm chống thấm dọc trục 7 cộng với nước có áp dẫn từ ống

9 để làm mát nhiệt do ma sát sinh ra Khối liền giữa thân máy 21 và giá chìa tạo chỗ tựa cho ổ lăn 5

Lực dọc trục tác dụng lên đối xứng từ hai phía bánh xe công tác 13 nên bị tiêu diệt lẫn nhau Do đó, tải trọng hướng trục không lớn Các lực không cân bằng còn lại tác dụng lên ổ 5 Vỏ bơm, nắp 4 và bánh xe công tác 13 làm bằng gang, trục bơm làm bằng thép

Như vậy, so với kết cấu của loại bơm ly tâm một cấp thì bơm hai cửa vào

có nhiều ưu điểm: cân bằng được lực dọc trục tác dụng lên trục, có hiệu suất cao, bánh công tác đặt ở giữa trục do đó có độ dịch hướng kính nhỏ nên việc tháo rất

dễ dàng mà không cần phải tách vỏ bơm với ống hút, hay ống đẩy Điều này làm giảm khối lượng công việc bảo hành và sửa chữa

3.6.3 Các kích thước lắp đặt bơm

l 1

5B

8B 8B

Hình 3.3 Các kích thước của bơm RDL 300 – 400A

Các kích thước lắp đặt bơm được trình bày trong bảng 5:

3.6.4 Đường đặc tính bơm.

Ứng với cột áp H = 54,217 (m), lưu lượng Q = 290 (l/s) và căn cứ vào đồ thị các đặc tính của bơm RDL 300 - 400A ta xác định các thông số làm việc của máy bơm như sau:

8

2

i i

i

d g g

v

πζ

.2

1

i i

i i i

i

i i

d

l g

v d

l g

πλ

Thay hc, hd vào công thức (3.5) trên, sau khi biến đổi và rút gọn ta được:

4 5

4 5

8

Q d

d

l d

d

l g

h

d

d d

d d h

h h

λi – Hệ số ma sát dọc đường của từng đoạn ống

ζΣ – Tổng tổn thất cục bộ của các đoạn ống, d là đường kính ống

Q – Lưu lượng tổng cộng chảy qua hệ thống ống

Qi – Lưu lượng chảy qua các đoạn ống

Thay các giá trị: λh = 0,0196; λd = 0,02; lh = 9 (m); ld = 170 (m); Σζh = 3,37; Σζd = 4,1; vào (3.6) ta được:

4 5

4 5

5,0

1,45

,0

170.02,06

,0

37,36

,0

9.0193,081,9.14

,

3

8

Q Q

Vậy phương trình đường cong đặc tính ống có dạng:

0,100,05

+ Dễ tự động hóa khi khởi động máy hoặc dừng máy

+ Chi phí vận hành thấp, điều kiện làm việc tốt nhất, gian máy sạch sẽ.Máy bơm RDL có:

N K N

+ Kiểu vỏ đặt nằm ngang, kích thích từ chế tạo liền với động cơ

* Kiểm tra quá tải động cơ:

+ Chênh lệch số vòng quay giữa máy bơm và động cơ:

∆ = − =14751475−1450=0,017=1,7%<5%

đc

mb đc

n

n n

phép

+ Kiểm tra công suất động cơ:

)(1,1901

85,0

07,54.29,0.05,1.81,9

KW H

Q K N

td mb

tk mb

tk mb đ yc

Khi bơm làm việc với hiệu suất lớn nhất, công suất của động cơ Nđc = 190,1(KW) nhỏ hơn công suất định mức Nđm = 250(KW) Vậy động cơ được chọn thỏa mãn yêu cầu