III. Trạm bơm cấp II

1. Nhiêm vụ và nguyên tắc hoạt động Nhiệm vụ: Bơm nước đã xử lý từ bể chứa nước sạch vào mạng lưới cấp

nước hoặc bơm lên bể chứa áp lực. Nguyên tắc hoạt động: Biến cơ năng nhận được từ động cơ điện thành năng

lượng của dòng chất lỏng.2. Chế độ làm việc Do trực tiếp bơm nước cấp cho các hộ dùng nước nê trạm bơm cấp II thường

làm việc theo chế độ thay đổi. Trạm bơm cấp II có thể làm việc theo chế độ điều hòa hoặc chế độ thay đổi

theo đường bậc thang.3. Lưu lượng của trạm bơm cấp IIa. Hệ thống cấp nước có đài Nếu làm việc theo chế độ bậc thang, chế độ làm việc được lựa chọn phụ

thuộc vào chế độ dùng nước

→ những giờ khác nhau trong ngày sẽ có số lượng bơm làm việc khác nhau.

Các phương pháp áp dụng để xác định chế độ làm việc của trạm bơm cấp II và dung tích đài điều hòa:

Phương pháp thống kê Phương pháp biểu đồ bậc thang Phương pháp biểu đồ tích lũy nước ngày

] Phương pháp thống kê Cơ sở xác định chế độ làm việc và dung tích đài điều hòa: Thành lập các

bảng thống kê lượng nước tiêu thụ, lượng nước bơm, lượng nước vào đài, ra đài và còn lại trong đài.

Chế độ làm việc Điều hòa: Lưu lượng trạm bơm và số lượng bơm làm việc ở từng giờ trong

ngày là như nhau. Thay đổi theo đường bậc thang: Lưu lượng trạm bơm và số lượng bơm làm

việc ở các bậc thì khác nhau.

Dung tích đài điều hòa

Các bước xác định:

Bảng giới thiệu ví dụ cụ thể xác định chế độ làm việc của trạm bơm cấp hai và thể tích điều hòa của đài với chế độ dùng nước không điều hòa giờ Kh = 1,35

Giờ trong ngày

Chế độ bơm theo đường bậc thang Chế độ bơm điều hòa

Lượng nước TT

%Qng

Lượng nước bơm%Qng

Lượng nước vào đài%Qng

Lượng nước ra đài%Qng

Lượng nước còn lại trong đài%Qng

Số bơm làm việc

Lượng nước bơm%Qng

Lượng nước vào đài%Qng

Lượng nước ra đài%Qng

Lượng nước còn lại trong đài%Qng

0-1 3 2,5 - 0,5 1,9 1 4,17 1,17 - 2,03

1-2 3,2 2,5 - 0,7 1,2 1 4,17 0,97 - 3,0

2-3 2,5 2,5 - - 1,2 1 4,17 1,67 - 4,67

3-4 2,6 2,5 - 0,1 1,1 1 4,17 1,57 - 6,24

4-5 3,5 4,5 1 - 2,1 2 4,17 0,67 - 6,91

5-6 4,1 4,5 0,4 - 2,5 2 4,17 0,07 - 6,98

6-7 4,5 4,5 - - 2,5 2 4,17 - 0,33 6,65

1Thống kê lưu lượng nước tiêu dùng và lưu lượng trạm bơm cấp vào mạng lưới.

2Giờ nào lưu lượng bơm vào thừa so với nhu cầu tiêu dùng sẽ có nước vào đài, ngược lại sẽ có nước ra đài.

3Chọn một giờ nào đó đài dốc sạch nước.

4Lượng nước lớn nhất còn lại trong đài chính là thể tích điều hòa cần thiết.

7-8 4,9 4,5 - 0,4 2,1 2 4,17 - 0,73 5,92

8-9 4,9 4,5 - 0,4 1,7 2 4,17 - 0,73 5,19

9-10 5,6 4,5 - 1,1 0,6 2 4,17 - 0,53 3,76

10-11 4,9 4,5 - 0,4 0,2 2 4,17 - 0,23 3,03

11-12 4,7 4,5 - 0,2 0 2 4,17 - 0,53 2,5

12-13 4,4 4,5 0,1 - 0,1 2 4,17 - 0,23 2,27

13-14 4,1 4,5 0,4 - 0,5 2 4,17 0,07 - 2,34

14-15 4,1 4,5 0,4 - 0,9 2 4,17 0,07 - 2,41

15-16 4,4 4,5 0,1 - 1,0 2 4,17 - 0,23 2,18

16-17 4,3 4,5 0,2 - 1,2 2 4,16 - 0,14 2,04

17-18 4,1 4,5 0,4 - 1,6 2 4,16 0,06 - 2,1

18-19 4,5 4,5 - - 1,6 2 4,16 - 0,34 1,76

19-20 4,5 4,5 - - 1,6 2 4,16 - 0,34 1,42

20-21 4,5 4,5 - - 1,6 2 4,16 - 0,34 1,08

21-22 4,8 4,5 - 0,3 1,3 2 4,16 - 0,64 0,44

22-23 4,6 4,5 - 0,1 1,2 2 4,16 - 0,44 0

23-24 3,3 4,5 1,2 - 2,4 2 4,16 0,86 - 0,86

Trường hợp trạm bơm làm việc theo chế độ bậc thang:

Với:

Qtr – lưu lượng trạm bơm

Qb – lưu lượng máy bơm

Qng – lưu lượng nước tiêu dùng trong 1 ngày ở chế độ tính toán của khu vực dùng

nước K – hệ số giảm lưu lượng khi các bơm làm việc song song

n – số bơm cùng làm việcTa có:

Từ 0 – 4 giờ có một trạm bơm làm việc. Lưu lượng do trạm bơm cấp bằng lưu lượng của một bơm:

Qtr = Qb = 2,5%Qng 20 giờ còn lại trạm bơm có 2 bơm làm việc. Lưu lượng của trạm bơm lúc

này là:

Qtr = K.n.Qb = 0,9.2.2,5%Qng = 4.5 %QngChọn giờ đài cạn nước là lúc 11 – 12 giờ ta có:Thể tích điều hòa của đài = Lượng nước lớn nhất còn lại trong đài

V ddh = 2,5Qng

Trường hợp trạm bơm làm việc theo chế độ điều hòa:

Do số lượng bơm làm việc ở từng giờ trong ngày là như nhau nên ta có thể tích điều hòa của đài:

V ddh = 6,98Qng

] Phương pháp biểu đồ bậc thang

Ví dụ phương pháp biểu đồ bậc thang xác định chế độ làm việc của trạm bơm và thể tích điều hòa của đài ( trong trường hợp Kh = 1,35)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240

1

2

3

4

5

6

BIỂU ĐỒ TIÊU THỤ NƯỚC VÀ CHẾ ĐỘ BƠM ĐIỀU HÒA

Vd = ∑ l ư ợ ng nư ớ c vàođài = ∑ l ư ợ ng nư ớ cra đài

Chế độ bậc thang: Từ giờ 7-8 đến giờ 11-12, lượng nước ra khỏi đài lớn nhất.

Vd = 2,4% Qng

Chế độ điều hòa: Từ giờ 23-24 đến giờ 5-6, lượng nước vào đài lớn nhất.

Vd = 6,99% Qng

] Phương pháp biểu đồ tích lũy nước ngàyVí dụ tính toán cho trạm bơm cấp II làm việc theo chế độ bậc thang

y

Đường chế độ làm việc của bơm theo chế độ bậc thang

Đường chế độ làm việc của bơm theo chế độ điều hòa

Chế độ tiêu thụ nước Nước vào đài Nước ra đài

Bậc 1: 0 – 4 giờ, bơm với lưu lượng 2,5%Qng.

Lượng nước tích lũy trong 4h = 10%Qng

Bậc 2: 4 – 24 giờ, bơm với lưu lượng 4,5%Qng

Lượng nước tích lũy trong 20h = 90%Qng

• Nếu hai đường không cắt nhau

V ddh = |y2− y1|max

• Nếu hai đường cắt nhau

V ddh=∑|y2− y1|max

Theo biểu đồ trên:

V ddh = 2,5%Qng

Biểu đồ tích lũy nước ngày

1. Đường tích lũy nước tiêu dùng trong ngày

2. Đường tích lũy lượng nước bơm trong ngày

Thể tích thiết kế của đài:

Vd = V ddh + Vcc

Vcc – tổng lượng nước chữa cháy của toàn bộ khu vực dùng nước tính trong 10’

Nhận xét: Cả ba phương pháp đã trình bày ở trên đều cho cùng một kết quả. Chế độ làm việc của bơm vạch ra theo tính toán chỉ gần đúng do:

Chế độ dùng nước biến động từng giây, từng phút không trùng khít với chế độ tính toán.

Tổn thất áp lực trên hệ thống ống biến đổi theo lưu lượng, tình trạng đường ống.

Mức độ ảnh hưởng lẫn nhau giữa các bơm ghép song song, phụ thuộc vào loại bơm cụ thể và tổn thất trên đường ống.

Lưu lượng, áp lực của bơm bị biến động.

So sánh hai chế độ làm việc của bơm

Chế độ điều hòa Chế độ bậc thang

Trang bị và vận hành đơn giản

Thể tích đài lớn

Thể tích đài nhỏ Chế độ quản lí phức tạp Số bơm công tác tăng lên Diện tích nhà trạm tăng Thể tích bể chứa nước sạch tăng Tăng đường kính ống đẩy của

trạm bơm

Tất cả những bất lợi trong chế độ bậc thang so với việc giảm thể tích đài thì vẫn có lợi hơn về kinh tế

Trong thực tế thường ứng dụng chế độ làm việc theo đường bậc thang.

Một số phương án thường áp dụng

Hệ thống cấp nước cỡ nhỏ: Chế độ điều hòa Nước từ trạm bơm cấp II → bình điều áp → mạng lưới cấp nước. Bình điều áp thay thế cho đài .

Hệ thống cấp nước cỡ trung bình: Chế độ bậc thang Không nên chọn nhiều bậc làm việc → tránh phức tạp trong bố trí trang

thiết bị và quản lý. Chọn ít bơm công tác → tăng hiệu suất chung của trạm.

b. Trạm điều chỉnh lưu lượng Trang bị bộ biến tần thay cho đài nước. Mục đích: điều chỉnh để cho lưu lượng do trạm bơm cấp vào mạng lưới hoàn

toàn thõa mãn nhu cầu dùng nước. Lưu lượng trạm bơm cấp II

Lưu lượng của máy bơm phải chọn bằng lưu lượng của giờ dùng nước lớn nhất.

Vào các giờ khác, số vòng quay trên trục bơm sẽ tự động giảm để lưu lượng máy bơm đáp ứng đúng bằng lưu lượng yêu cầu.

Tuy nhiên, số vòng quay không nên giảm quá 50% so với số vòng quay định mức.

4. Áp lực bơma. Đài ở đầu mạng lưới

1 – Bể chứa nước sạch 4 – Máy bơm

2 – Ống hút 5 – Ống đẩy

3 – Nhà trạm 6 – Đài nước

Áp lực của bơm được xác định đảm bảo bơm có thể đưa nước lên đến mực nước cao nhất trên đài.

Áp lực toàn phần của máy bơm:

H = Hhh + hh + hd

Hhh – chiều cao bơm nước hình học = hiệu cao trình mực nước cao nhất trên đài và mực nước thấp nhất trong bể chứa.

Hhh = Hhhh + Hz + Hd + H0

Hhhh – Chiều cao hút hình học, tính bằng hiệu cao trình trục bơm và cao trình

mực nước thấp nhất trong bể chứa (m).

Hz – Độ chênh giữa cao trình mặt đất nơi đặt đài và trục bơm (m).

Hd – Chiều cao xây dựng đài (m).

hh – Tổng tổn thất áp lực trên ống hút (m).

hd – Tổng tổn thất áp lực trên ống đẩy kể từ máy bơm đến đài (m).

b. Đài ở cuối mạng lưới

1 – Bể chứa 5 – Ống đẩy

2 – Ống hút 6 – Mạng lưới cấp nước

3 – Trạm bơm 7 – Ống dẫn nước

4 – Máy bơm 8 – Đài nước

A – Điểm tính toán

Áp lực toàn phần của máy bơm được tính toán cho giờ dùng nước lớn nhất và giờ vận chuyển lớn nhất.

{ Giờ dùng nước lớn nhất : cả trạm bơm và đài đều cấp vào mạng lưới → biên giới cấp nước giữa khu vực do trạm bơm cấp và do đài cấp.

Điểm tính toán là điểm bất lợi nằm trên biên giới cấp nước, áp lực toàn phần của bơm cấp II

H = Hhh + Htđ + hh + hđ

Hhh – Chiều cao bơm nước hình học, xác định bằng hiệu cao trình mặt đất tại

điểm tính toán và cao trình mực nước thấp nhất tại bể chứa (m).

Htđ – Áp lực tự do yêu cầu tại điểm tính toán (m).

hh – Tổng tổn thất áp lực trên đường ống hút (m).

hđ – Tổng tổn thất áp lực trên ống đẩy và mạng lưới kể từ máy bơm đến điểm

tính toán (m).{ Giờ vận chuyển nước lớn nhất: lượng nước do trạm bơm cấp phần lớn tiêu

thụ trên mạng lưới, còn lại chuyển qua đài.

Áp lực toàn phần của máy bơm: H’ = H’hh + h’h + h’đ

H’hh – chiều cao bơm nước hình học, xác định bằng hiệu cao trình mực nước cao nhất trên đài và cao trình mực nước thấp nhất trong bể chứa (m).

h’đ – tổng tổn thất áp lực trên ống đẩy và toàn bộ mạng lưới kể từ máy bơm đến đài, ứng giờ vận chuyển lớn nhất (m).

Ta xác định được 2 giá trị áp lực toàn phần yêu cầu của bơm cấp II.

Giá trị lớn hơn là giá trị áp lực dùng để chọn máy bơm.

1 – Bể chứa 5 – Ống đẩy

2 – Ống hút 6 – Mạng lưới cấp nước

3 – Trạm bơm 7 – Ống dẫn nước

4 – Máy bơm 8 – Đài nước

A – Điểm tính toán

Trường hợp một số trạm bơm cấp II cùng cấp vào mạng lưới → một biên giới cấp nước phức tạp.

Cần xác định điểm tính toán cho từng trạm bơm và áp lực toàn phần của bơm cấp II trong từng trạm.

c. Bơm cấp II cấp nước vào thẳng mạng lưới

Áp lực toàn phần của bơm cấp II được xác định ứng với giờ dùng nước lớn nhất do trang bị biến tần.

Áp lực của bơm cấp II:

H = Hhh + Htđ + hh + hđ (m)

Hhh – Hiệu cao độ mặt đất tại điểm tính toán trên mạng lưới và cao độ mực nước thấp nhất trong bể chứa nước sạch.

Htđ – Áp lực tự do yêu cầu tại điểm tính toán (m).

hh – Tổng tổn thất áp lực trên đường ống hút (m).

hđ – Tổng tổn thất áp lực trên ống đẩy và mạng lưới kể từ máy bơm đến điểm tính toán (m).

5. Cách chọn bơm cấp II

Yêu cầu khi chọn bơm cấp II: đảm bảo lưu lượng, áp lực yêu cầu và làm việc với hiệu suất cao.

Trạm bơm kiểu nổi: Bơm trục ngang Trạm bơm kiểu nửa chìm: Bơm trục đứng

Hạn chế được chiều cao ống hút. Không phải đặt thêm thiết bị mồi bơm. Tiết kiệm diện tích mặt bằng nhà trạm.

Trạm bơm kiểu chìm: Bơm giếng khoan Không cần xây dựng nhà trạm. Bơm đặt trực tiếp trong bể chứa nước sạch. Van khóa, các thiết bị kiểm tra, đo lường bố trí bên ngoài bể.