Tính toán tổn áp trong mạng lưới cấp nước

Trong hệ thống cấp nước thì tổn áp là một sự tổn thất về áp suất mà cụ thể ở đây là nước ở điểm đầu và điểm nào đó trong hệ thống mạng lưới cấp nước. Tổn hao áp suất thường xảy ra ở 2 dạng cơ bản là tổn hao theo chiều dọc và tổn hao cục bộ. Việc xác định tính toán tổn áp trong hệ thống cấp nước là căn cứ để xác định lưu lượng nước sao cho đảm bảo khi đã biết đường kính của ống nước. Đồng thời cũng xác định được áp lực làm việc của điểm dùng nước, lưu lượng nước, cột áp công tác của tất cả các trạm cấp nước và điểm dùng nước không cố định trong mạng lưới. Vậy tổn áp được tính toán theo công thức nào?

Công thức tính tổn áp trong mạng lưới cấp nước

Việc tính toán mức tổn áp trong mạng lưới đường ống cấp nước sẽ được xác định theo công thức cụ thể như: H = Hdđ + Hcb (mét)

Trong đó: H là tổng giá trị tổn thất áp suất

Hdđ là tổn thất áp suất hình thành theo chiều dọc đường ống.

Hcb là tổn thất áp suất cục bộ

Như vậy chúng ta cần xác định mức độ tổn thất áp suất theo chiều dọc đường ống và tổn áp theo cục bộ. 

Công thức tính tổn áp dọc đường ống

Công thức tính tổn áp theo dọc đường ống là sự mất đi áp suất trong quá trình di chuyển lưu chất từ vị trí đầu nguồn cấp nước đến vị trí cần tính toán. Sự tổn áp này là do sự ma sát trực tiếp giữa lưu chất với đường ống. Các yếu tố dẫn chính quyết định đến lực ma sát và lực cản, độ nhớt của lưu chất. Vì thế biện pháp đơn giản nhất để giảm ma sát là làm chậm tốc độ di chuyển của dòng lưu chất lại. Hơn nữa chúng ta có thể mở rộng đường ống nhằm giảm vận tốc di chuyển của lưu chất bên trong hệ thống cấp nước.

Công thức tính tổn áp dọc đường: Hdđ = (F×L×V2)/(D×2×g) (mét)

Trong đó ký hiệu từng thông số như sau:

F là hệ số ma sát của đường ống và thông thường F = 0.01 đến 0.03 tùy theo cấu tạo chất liệu, bề mặt đường ống.

L là chiều dài đường ống giữa các vị trí nguồn và vị trí cần xác định đặt đường ống.

V là vận tốc dòng chảy lưu chất bên trong đường ống.

D là đường kính ống dẫn khi lắp đặt.

G trọng lực thường bằng 9.81

Công thức tính tổn áp cục bộ

Tổn áp cục bộ nói chung là mức tổn thất về mặt áp suất tại vị trí trong mạng lưới và hệ thống đường ống dẫn. Nguyên nhân của sự tổn thất này là do lực cản của van hình thành nên. Một số loại van có ảnh hưởng trực tiếp gây tổn thất áp suất như: Van bướm, van 1 chiều,… Thông thường mức tổn thất áp suất cục bộ này không xảy ra và xảy ra ở tỷ lệ rất nhỏ có thể bỏ qua được.

Theo đó công thức tính tổn áp cục bộ là: Hcb = i × Hdđ

Trong đó các thông số ký hiệu là: 

i là tỷ lệ phần trăm, thường được lấy bằng 5 đến 15% tùy theo mức dùng nước của hệ thống.

Công thức tính tổn áp trong mạng lưới cấp nước thực tiễn

Trong thực tiễn thì người dùng đang sử dụng 2 mô hình mạng lưới cấp nước gồm mạng lưới cấp nước cụt và mạng lưới cấp nước vòng. Như vậy phương pháp tính toán tổn áp trong từng mạng lưới cũng khác nhau hoàn toàn.

Cách tính tổn áp trong mạng lưới cấp nước cụt

Để xác định được tổn áp xuất hiện trong mạng lưới cấp nước cụt là bao nhiêu thì mọi người cần làm rõ một số vấn đề sau:

Xác định tổng lưu lượng nước vào hệ thống cấp nước là bao nhiêu.

Phân chia mạng lưới cấp nước cụt thành các đoạn tính toán khác nhau và đo chiều dài từng đoạn ống. Các đoạn này là đoạn ống giữa 2 nút hoặc giữa các giao điểm với nút lấy nước tập trung. Lưu ý trong 1 đoạn kích cỡ đường ống là không hề thay đổi.

Tính toán tổng chiều dài đường ống từ đầu nguồn đến vị trí cần tính toán là bao nhiêu.

Xác định lưu lượng dòng chảy lưu chất của các đoạn và xác định lưu lượng cần tính toán.

Chọn tuyến đường chính để lưu chất di chuyển có điểm đầu và điểm cuối của mạng lưới.

Tính thủy lực cho tuyến đường chính lưu chất đang vận hành.

Tính thủy lực cho các tuyến đường nhánh khi vận hành.

Các tính tổn áp trong mạng lưới cấp nước vòng

Mạng lưới cấp nước dạng vòng có nhiều ưu điểm nổi bật nhất, tuy nhiên để tính toán tổn áp lại có điểm khó khăn hơn mạng lưới cụt. Khó xác định được phương hướng di chuyển của nước đến điểm cung cấp nào đó trên mạng lưới một cách chính xác nhất. Thêm vào đó là do lưu lượng, mức tổn thất áp lực sẽ không thể xác định được bởi chiều dài và đường kính ống. Do vậy tình tự tính toán tổn áp mạng lưới cấp nước vòng như sau:

Công thức 1: Tổng đại số tổn áp của mỗi vòng là 0 nếu ta quy ước lưu lượng dòng chảy theo chiều kim đồng hồ là dương và ngược lại thì ∑h = 0

Trong thực tiễn thì điều này khó đạt được nên ta sẽ quy ước như sau:

∑h = ∆h ≤ 0,5m đối với đường vòng nước di chuyển nhỏ

∑h = ∆h ≤ 1,5m đối với vòng nước di chuyển bao lớn.

Công thức 2: Tổng đại số của lưu lượng nước tại mỗi nút phải bằng không nếu quy ước lưu lượng đến điểm nút đó có giá trị dương và đi ra khỏi nút âm. Tức ∑qn = 0.

Như vậy mạng lưới cấp nước đường vòng có

Nếu trong vòng chảy có n vòng thì có n có dạng ∑qn = 0

Nếu có m nút thì có m-1 phương trình tổng quát là ∑qn = 0 và số đoạn ống của mạng lưới vận chuyển nước đường vòng là p = n + m-1

Xác định tuyến đường đi của nước trong mạng lưới cấp nước. Đánh dấu số nút và điểm xác định chiều dài các đoạn ống.

Tính toán lưu lượng nước dọc đường ống hoặc của từng đoạn ống. Đánh dấu các nút trên đường ống.

Phân bố Qtt trên từng đoạn ống theo đúng phương trình ∑qn = 0.

Xác định đường kính ống tại từng đoạn bằng các tra bảng tính toán thủy lực theo vận tốc dòng nước khi vận hành.

Tính tổn áp lực tại từng đoạn ống trong mạng lưới phân bổ nước. Kiểm tra tổn thất áp lực nước trong mỗi vòng theo phương trình bậc 2 là  ∆h = 0. Nếu 

Nếu trường hợp phương trình thỏa mãn thủy lực như đã tính toán thì hợp lý và không cần điều chỉnh lại.

Điều chỉnh mạng lưới người ta thường sử dụng 2 phương pháp điều chỉnh khác nhau là phương pháp Lobachep – Cross, và phương pháp Andray Xep.

Như vậy thông tin trong bài viết này đã giúp các bạn hiểu hơn về cách tính tổn áp trong mạng lưới cấp nước như thế nào. Từ đó xác định được tổn áp là bao nhiêu, cần điều chỉnh mạng lưới cấp nước thế nào sao cho đảm bảo hoạt động ổn định nhất.