Download pdf - Chuong 3 mang luoi cap nuoc

10/22/2014

1

Chương 3Mạng Lưới Cấp Nước

Chương 3: Mạng Lưới Cấp Nước

NỘI DUNG

3.1. SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN TẮC VẠCH TUYẾN MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC (MLCN)

3.2. TÍNH TOÁN MẠNG LƯỚI

3.3. CẤU TẠO MẠNG LƯỚI

3.1.1. Sơ đồ mạng lưới

3.1.2. Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước

3.2.1. Lưu lượng

3.2.2. Thuỷ lực

3.3.1. Các loại ống dùng trong mạng lưới cấp nước

3.3.2. Nguyên tắc bố trí đường ống cấp nước

3.3.3. Các thiết bị và công trình trên mạng lưới cấp nước

3.1. SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN TẮC VẠCH TUYẾN MẠNG LƯỚI

CẤP NƯỚC (MLCN)


• MLCN là 1 bộ phận của HTCN: Chiếm giá xây dựng thành từ 50 – 70% toàn hệ

thống

• Sơ đồ mạng lưới là sơ đồ hình học trên mặt bằng quy hoạch kiến trúc, gồm

ống chính, ống nhánh và đường kính của chúng.

Đường

ống

chính

Đường ống

nhánh cấp 1

Đường ống

nhánh cấp 2

10/22/2014

2




Phân loại MLCN: gồm 3 loại Mạng lưới cụt, Mạng lưới vòng và Mạng lưới vòng

và cụt kết hợp

Tr¹m b¬m

§µi níc

• Mạng Lưới Cụt: chỉ có thể cấp nước theo 1 hướng

Đặc điểmMức độ an toàn cấp nước thấp, nhưng giá thành xây dựng mạng

lưới rẻ, tổng chiều dài toàn mạng lưới ngắn

Áp dụngThiết kế các thị trấn, khu dân cư nhỏ, những đối tượng dùng nước

tạm thời (ví dụ công trường xây dựng)




Mạng lưới vòng (mạng lưới khép kín): Trên đó, tại mỗi điểm có thể cấp nước từ

2 hay nhiều phía.

Đặc điểm

ML vòng đảm bảo cấp nước an toàn, nhưng tốn nhiều đường

ống và giá thành xây dựng cao, ngoài ra mạng lưới còn có ưu

điểm giảm đáng kể hiện tượng nước va.

Áp dụng Rộng rãi để cấp nước cho các thành phố, khu công nghiệp

Tr¹m b¬m

§µi níc

qtt

qtt

nótq

Q




• Mạng lưới vòng và cụt kết hợp

• Lựa chọn sơ đồ mạng lưới: căn cứ vào quy mô thành phố

hay khu vực cấp nước, mức độ yêu cầu cấp nước liên tục,

hình dạng và địa hình phạm vi thiết kế, sự phân bố các đối

tượng dùng nước, vị trí điểm lấy nước tập trung có công

suất lớn, vị trí nguồn nước,…

10/22/2014

3




• Tổng số chiều dài ống là nhỏ nhất

• Mạng lưới phải bao trùm được các điểm tiêu thụ nước

• Hướng vận chuyển chính của nước đi về phía cuối mạng lưới và các điểm dùng

nước tập trung

• Hạn chế việc bố trí đường ồng đi qua sông, đê, đầm lầy, đường xe lửa...

• Các tuyến chính đặt song song theo hướng chuyển nước chính

• Các tuyến chính được nối với nhau bằng các tuyến nhánh với khoảng cách 400

– 900 mm

• Trên mặt cắt ngang đường phố, các ống có thể đặt dưới phần vỉa hè, dưới lòng

đường với độ sâu đảm bảo kỹ thuật và cách xa các công trình ngầm khác

• Khi ống chính có đường kính lớn nên đặt thêm 1 ống phân phối nước song

song




Ngoài ra, khi quy hoạch mạng lưới cần chú ý:

• Quy hoạch mạng lưới hiện tại phải quan tâm đến khả

năng phát triển của thành phố và mạng lưới trong tương

lai.

• Đài nước có thể đặt ở đầu, cuối hay giữa mạng lưới.

• Nên có nhiều phương án vạch tuyến mạng lưới sau đó so

sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật để có mạng lưới tối ưu

và hợp lý.

3.2. TÍNH TOÁN MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC (MLCN)


Lưu lượng tính toán cho từng đoạn ống với 3 trường hợp

tính toán cơ bản:

• Mạng lưới làm việc với lưu lượng tối đa, nước do trạm bơm

và đài cấp

• Mạng lưới làm việc với lưu lượng tối thiểu, đài nước ở cuối

mạng lưới, mạng lưới có thêm chức năng vận chuyển nước

lên đài.

• Mạng lưới làm việc với lưu lượng tối đa, có thêm lưu lượng

chữa cháy (Trường hợp này dùng để kiểm tra mạng lưới đã

tính cho 2 trường hợp trên)

10/22/2014

4



A B

QA-B = Qv + .Qdđ (l/s)

Trong đó

• Qv: lưu lượng nước vận chuyển qua đoạn ống, gồm lưu lượng tập trung

lấy ra ở nút cuối của đoạn ống và lưu lượng nước vận chuyển tới các

đoạn ống phía sau, l/s.

• Qdđ: lưu lượng nước dọc đường, là lượng nước phân phối theo dọc

đường của đoạn ống, l/s.

• : hệ số tương đương kể tới sự thay đổi lưu lượng dọc đường của đoạn

ống, thường lấy bằng 0,5 (ở đầu đoạn ống Q có giá trị lớn nhất, ở cuối

đoạn ống Q có giá trị = 0).

Đối tượng

dùng nước

trực tiếp

Mạng lưới

đường ống

phía sau



A B

Lưu lượng nước dọc đường được xác định theo công thức sau

Qdđ = q0.l (l/s)

l

Qq

d

0

Trong đó

• q0: lưu lượng nước dọc đường đơn vị, l/s

• l: chiều dài tính toán của đoạn ống, m

• Qd: tổng lưu lượng nước phân phối theo dọc đường bao gồm

nước sinh hoạt, tưới cây, tưới đường, rò rỉ..., l/s

• l: tổng chiều dài tính toán, tức là tổng chiều dài các đoạn ống có

phân phối nước theo dọc đường của mạng lưới cấp nước, m


3.2.2. Thuỷ lực

A B

Đường kính:

v

qD

Dvvq

.

.4

4

...

2

Đường Kính D của đoạn

AB ?

Trong đó:

q: lưu lượng tính toán của từng đoạn ống

v: vận tốc nước chảy trong ống

: diện tích mặt cắt ướt nước chảy trong ống

10/22/2014

5


3.2.2. Thuỷ lực

A B

Đường Kính D của đoạn

AB ?

Tổn thất

lig

v

d

lh .

.2..

2

Trong đó:

: hệ số kháng ma sát theo chiều dài

l: chiều dài đoạn ống (m)

d: đường kính trong của ống (mm)

i: độ dốc thuỷ lực

h: tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài (m)

(Chú ý: coi tổn thất áp lực cục bộ bỏ qua)

3.3. CẤU TẠO MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC (MLCN)

3.3.1. Các loại ống dùng trong mạng lưới cấp nước

Hiện có các loại ống phổ biến sau: ống BTCT, xi măng

amiăng, ống nhựa, ống gang, ống thép,…

Mạng lưới cấp nước phổ biến dùng ống gang (1 phần ống

nhựa), ống thép thường dùng trong trạm bơm khi áp suất

cao, qua các đầm lầy, chướng ngại có nền móng không ổn

định.

Ống gang từ 100 – 800, l = 6 - 8m có miệng loe, thường

nối bằng xảm đay.


3.3.2. Nguyên tắc bố trí đường ống cấp nước

Độ sâu chôn ống từ mặt đất đến đỉnh ống: 0,8 – 1m, không

nông quá để tránh tác động cơ học và ảnh hưởng của thời

tiết.

Không sâu quá để tránh đào đắp đất nhiều, thi công khó

khăn. Chiều sâu tối thiểu đặt ống cấp nước thường lấy

bằng 0,7m kể từ mặt đất đến đỉnh ống.

Ống cách móng nhà và cây xanh tối thiểu 3 – 5m

Ống cấp nước thường đặt trên ống thoát, khoảng cách so

với các ống khác theo chiều ngang 1,5 – 3m, chiều đứng

0,1m

Khi ống qua sông phải có điu ke và qua đường ô tô, xe lửa

phải đặt ống trong ống lồng.

10/22/2014

6


3.3.3. Các thiết bị và công trình trên mạng lưới cấp nước

Khoá: Để đóng mở nước trong từng đoạn ống, khoá thường

đặt trước và sau mỗi nút của mạng lưới, trước và sau bơm,

đường kính khoá lấy bằng đường kính ống.

Van 1 chiều: Cho nước chảy theo 1 chiều, thường đặt sau

bơm, trên đường ống dẫn nước vào nhà, ống dẫn nước từ

đài xuống.

Van xả khí, họng chữa cháy, vòi lấy nước công cộng, gối

tựa, giếng thăm…

3.4 Tổn thất cột nước trong đường ống và đường kính

ống kinh tế

Tổn thất toàn bộ hw trong đoạn ống là:

hw = hd + hc

Trong đó:

hd : Tổn thất dọc đường

hc : Tổn thất cục bộ

hw = k hd

Với: k = 1,15 1,2: Đối với hệ thống cấp nước cho khu vực.

k = 1,2 1,3: Đối với hệ thống cấp nước trong nhà.

Tổn thất toàn bộ hw trong đoạn ống được tính gần đúng theo hd

là:

3.4 Tổn thất cột nước trong đường ống

Tổn thất dọc đường hd:

Công thức xác định tổn thất cột nước dọc đường hd được tìm

bằng thực nghiệm, hiện nay có rất nhiều công thức tính hd,

nhưng trong lĩnh vực cấp thoát nước thường dùng công thức

sau:

Dạng tổng quát: hd = L [Q/K]x

Theo Hazen-Williams: x = 1,85

K = 0,2787 CH D2,63

Theo Manning: x = 2

K = 0,3117. D2,667 /n

10/22/2014

7


Trong đó:

hd - Tổn thất dọc đường (m)

L - Chiều dài ống (m)

D - Đường kính trong của ống (m)

Q - Lưu lượng chảy qua ống (m3/s)

CH - Hệ số cản

n - Hệ số nhám


Vật liệu làm ống n CH

Gạch 0,014 100

Bê tông, bê tông cốt thép 0,013 130

Nhựa (PVC, PE, ...) 0,009 140

Gang mới 0,011 130

5 năm 120

10 năm 110

20 năm 0,015 100

40 năm 80

Thép tán 110

hàn 120Chú ý: Công thức Hazen-Williams thường dùng trong tính toán

cấp nước, còn công thức Manning thường dùng trong tính toán

thoát nước.

3.4 Tổn thất cột nước trong đường ống và đường kính

ống kinh tế

2. 4.. .

4 .

D QQ v v D

v

Xác định đường kính ống

Một số công thức tính DKT dùng để tham khảo:

- Theo V.G. Lobachev (Liên Xô cũ): DKTi = (0,8 1,2) Qi0,42

- Theo CT Bình Minh (ống nhựa): DKTi = (0,65 1,13) Qi0,5

- Theo một số dự án cấp nước đã xây dựng ở Miền Nam (N.V.

Đăng): DKTi = (0,69 1,23) Qi0,49

Trong các công thức trên: Q (m3/s), DKT (m)

10/22/2014

8

Bài Tập

Bài Tập

Bài Tập 1: Hai bồn chứa nước A và B cách nhau L = 450m,

nối nhau bằng ống nhựa (CH = 140) có đường kính D =

114mm. Mực nước trong bồn A và bồn B được giữ không đổi

là: ZA = +16m, ZB = +13,5m. Hỏi lưu lượng chảy trong ống là

bao nhiêu? Với k = 1,2.

L, D, CH

Bồn ABồn B

ZA

ZB

Bài Tập

Theo Hazen-Williams:

K = 0,2787 CH D2,63

= 0,2787 x 140 x 0,1142,63 = 0,129

Tổn thất dọc đường:

hw = ZA - ZB = 16 - 13,5 = 2,5 m

hd = hw/k = 2,5/1,2 = 2,083 m

Lưu lượng chảy qua ống:

Q = K [hd/L]1/x

= 0,129 [2,083/450]1/1,85 = 0,0071 m3/s

Theo Manning:

K = 0,3117/n D2,667

= 0,3117/0,009 x 0,1142,667 = 0,106

Lưu lượng chảy qua ống:

Q = K [hd/L]1/x

= 0,106 [2,083/450]1/2 = 0,0072 m3/s

10/22/2014

9

Bài Tập

Bài tập 2: Xác định cao trình đài nước tại A. Biết đài nước cấp

nước cho một nhà máy tại B với lưu lượng và mực áp yêu cầu

là: QB = 50 l/s, ZB = +16m; đài nước nối với nhà máy B bằng

đường ống thép dài 850m có đường kính D = 250mm. Hệ số

kể đến tổn thất cục bộ trong đường ống k = 1,2.

Bài Tập

Theo Hazen-Williams:

K = 0,2787 CH D2,63

= 0,2787 x 120 x 0,2502,63 = 0,873

Tổn thất dọc đường:

hd = L [Q/K]x

= 850 x [0,05/0,873]1,85 = 4,282m

Tổn thất cột nước:

hw = k hd

= 1,2 x 4,282 = 5,138 m

Cao trình đài nước tại A:

ZA = ZB + hw = 16 + 5,138 = 21,138 m

Bài Tập

Bài tập 3: Xác định đường kính ống nối đài nước A cấp nước

cho một nhà máy tại B với lưu lượng và mực áp yêu cầu là: QB

= 250 l/s, ZB = +26m; cao trình đài nước ZA= +27,5m; đường

ống bằng gang mới dài 1850m có các loại đường kính D = 0,1

0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,6 0,8m. Hệ số kể

đến tổn thất cục bộ trong đường ống là k = 1,2.

Giải:

Tổn thất cột nước trong đường ống:

hw = ZA - ZB = 27,5 - 26 = 1,5m hd = hw/k=1,5/1,2 = 1,25m

K = Q [L/hd]1/x= 0,25 x [1850/1,25]1/1,85 = 12,93

Dtt = [K/(0,2787CH)]1/2,63= [12,93/(0,2787 x 130)]1/2,63 = 0,676m

Căn cứ vào Dtt và các đường kính ống hiện có, chọn: D= 0,8m

10/22/2014

10

Bài Tập

Bài tập 4: Chọn đường kính ống và chiều cao đài nước tại O của 1

mạng lưới cấp nước cho khu công nghiệp sau:

Với:

Ống OA AB BC CD AA1 AA2 CC1

L (m) 640 560 380 420 320 480 120

Bài Tập

Biết: Ống bằng nhựa (CH = 140), hệ số ma sát cục bộ k = 1,2 ,

Có các đường kính trong D (m) = 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,6

0,8 .

Đường kính kinh tế: DKT = 0,89 Q0,5 .

Lưu lượng và mực áp yêu cầu tại các nút:

Nút A1 A2 B C1 D

Q (m3/s) 0,022 0,042 0,018 0,016 0,025

Z (m) +23 +24,2 +25 +25,4 +26

Bài Tập

Giải:

- Lưu lượng và mực áp yêu cầu tại các nút: Đầu đề đã cho

- Lưu lượng trong các đoạn ống:

Ống CD CC1 BC AB AA1 AA2 OA

Q

(m3/s)0,025 0,016 0,041 0,059 0,022 0,042 0,123

- Tuyến ống chính: OA-AB-BC-CD (D xa nhất so với O và có mực áp

yêu cầu cao nhất nên là ngôi nhà bất lợi nhất). Các tuyến ống nhánh:

AA1, AA2, CC1.

- Lập bảng tính cho tuyến ống chính và các tuyến ống nhánh:

10/22/2014

11

Bài Tập

Ống L (m) Q (m3/s) Dtt (m) D (m) hw (m) Nút Z (m)

Ống

chínhCD 420 0.025 D

BC 380 0.041 C

AB 560 0.059 B

OA 640 0.123 A

O

Ống

nhánhAA1 320 0.022 A1

AA2 480 0.042 A2

CC1 120 0.016 C1

Bài Tập


Ống

chínhCD 420 0.025 0.140721 0.15 6.360735 D 26

BC 380 0.041 0.180211 0.2 3.544976 C 32.36073

AB 560 0.059 0.21618 0.25 3.458821 B 35.90571

OA 640 0.123 0.312135 0.35 2.993521 A 39.36453

O 42.35805

Ống

nhánhAA1 320 0.022 0.111266 0.15 16.36453 A1 23

AA2 480 0.042 0.157083 0.15 15.16453 A2 24.2

CC1 120 0.016 0.096057 0.1 6.960735 C1 25.4

Bài Tập

Mực áp cần có tại đài nước O: ZO = +42, 358 m

Chiều cao đài nước tại O:Hđ = ZO – ZđấtO = 42, 358 – 24 = 18,358 m

Chọn: Hđ = 18,5 m

10/22/2014

12

Bài Tập

Bài tập 5: Chọn đường kính ống và chiều cao đài nước tại O của 1 mạng

lưới cấp nước cho khu vực sau:

Bài Tập

Với:

Ống OA AB BC AA1 AA2 BB1 BB2

L (m) 320 430 680 420 240 280 220

Biết: Ống bằng nhựa (CH = 140), hệ số ma sát cục bộ k = 1,2 , có các

đường kính trong D (m) = 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 .

Đường kính kinh tế: DKT = 0,89 Q0,5 .

Bài Tập

Lưu lượng, số tầng nhà và cao trình mặt đất tại các nút:

Nút O A B C A1 A2 B1 B2

Q

(m3/s)0,064 0,024 0,032 0,04 0,08

n 2 1 2 1 2

Zđất

(m)+12 +12 +12,2 +12 +10,5 +11,4 +11 +12

Dọc theo BC là khu dân cư: N = 5600 dân, qsh = 120 l/người-ngày,

Kng = 1,5 , Kh = 1,3 , a = 1,1 , b = 1,15 , c = 1 , n = 3 tầng.

Nếu tại O là trạm bơm nước ngầm (nước không cần xử lý, bơm trực

tiếp vào mạng không qua đài nước) với mực nước ngầm thấp nhất là

ZngầmO = -24,6m. Chọn máy bơm (Qb, Hb) cho trạm bơm O.

10/22/2014

13

Bài Tập

Giải:

- Lưu lượng nước cấp cho khu dân cư (BC):

Qshn = 1/1000 .N.qsh. Kng = 1/1000 x 5600 x 120 x 1,5 = 1008 m3/ngày

Qhmax = abc Qshn Kh/24 = 1,1 x 1,15 x 1 x 1008 x 1,3 /24 = 69,069 m3/h

= 0,0192 m3/s.

Lưu lượng này được xem như lấy tại B: 0,0096 m3/s

và tại C: 0,0096 m3/s

- Lưu lượng và mực áp yêu cầu tại các nút:

Mực áp yêu cầu tại các nút: Z = Zđất + HCTnh = Zđất + (4n + 4)

= Zđất + 10 (khi n = 1)

Bài Tập

Nút O A B C A1 A2 B1 B2

Q

(m3/s)0,0096

0,064 +

0,0096 =

0,0736

0,024 0,032 0,04 0,08

n 3 2 và 3 1 2 1 2

Zđất

(m)+12 +12 +12,2 +12 +10,5 +11,4 +11 +12

Z (m) 28,2 28 20,5 23,4 21 24

Ghi chú: Tại C có 2 mực áp yêu cầu, một của nhà máy và một của

khu dân cư, chọn mực áp lớn nhất làm trị số tính toán.

Bài Tập

Sơ đồ tính toán của mạng đường ống:

10/22/2014

14

Bài Tập

- Lưu lượng trong các đoạn ống:

Ống BC BB1 BB2 AB AA1 AA2 OA

Q

(m3/s)0,0736 0,04 0,08 0,2032 0,024 0,032 0,2592

- Tuyến ống chính: OA-AB-BC,

- Các tuyến ống nhánh: AA1, AA2, BB1, BB2

- Lập bảng tính cho tuyến ống chính và các ống nhánh:

Bài Tập


Ống

chínhBC 680 0.0736 C

AB 430 0.2032 B

OA 320 0.2592 A

O

Ống

nhánhAA1 420 0.024 A1

AA2 240 0.032 A2

BB1 280 0.04 B1

BB2 220 0.08 B2

Bài Tập


Ống

chínhBC 680 0.0736 0.241451 0.25 6.322615 C 28

AB 430 0.2032 0.401192 0.4 2.658554 B 34.32262

OA 320 0.2592 0.453114 0.5 1.048038 A 36.98117

O 38.02921

Ống

nhánhAA1 420 0.024 0.121442 0.15 16.48117 A1 20.5

AA2 240 0.032 0.12566 0.15 13.58117 A2 23.4

BB1 280 0.04 0.141749 0.15 13.32262 B1 21

BB2 220 0.08 0.185023 0.2 10.32262 B2 24

10/22/2014

15

Bài Tập

Mực áp cần có tại đài nước O: ZO = +38,029 m

Chiều cao đài nước tại O: Hđ = ZO – ZđấtO = 38,029 – 12 = 26,029 m

Chọn: Hđ = 26 m

• Nếu tại O là trạm bơm nước ngầm, máy bơm cần có:

Lưu lượng bơm: Qb = QOA = 0,2592 m3/s = 933 m3/h

Cột nước bơm: Hb = ZO – ZngầmO = 38,029 – (– 24,6) = 62,629 m

Bài Tập

Bài Tập

10/22/2014

16

Bài Tập

Bài Tập