Tổn áp là sự tổn thất về áp suất của lưu chất, mà cụ thể ở đây là nước giữa điểm đầu và một điểm nào đó trong mạng lưới – hệ thống đường ống. Tổn hao áp suất xảy ra ở hai dạng: tổn hao theo chiều dài(dọc đường) và tổn hao cục bộ. Việc xác định – tính toán tổn thất áp suất là giữa điểm đầu nguồn và các điểm cấp trong một mạng lưới cấp nước là cần thiết để xác định lưu lượng đúng cho các đoạn ống của mạng lưới khi đã biết đường kính của chúng. Đồng thời cũng xác định áp lực cần thiết của điểm dùng nước, lưu lượng, cột áp công tác của tất cả các trạm cấp nước và dùng nước không cố định trong mạng lưới. Vậy xác định tổn áp như thế nào?
Tính toán tổn áp trong mạng lưới cấp nước
Việc tính toán mức tổn thất về áp suất trong mạng lưới đường ống cấp nước nói chung được xác định bằng công thức:
H = Hdđ + Hcb (mét)
Trong đó:
- H là tổng tổn thất áp suất
- Hdđ là tổn thất áp suất dọc đường(tổn thất theo chiều dài đường ống)
- Hcb là tổn thất áp suất cục bộ
Như vậy, chúng ta phải xác định được mức độ tổn thất áp suất dọc đường và cục bộ trước. Vậy tính toán tổn áp dọc đường và cục bộ như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu nhé!
Tính toán tổn áp dọc đường
Tổn áp dọc đường là sự mất đi áp suất trong suốt quá trình di chuyển của lưu chất từ vị trí đầu nguồn đến vị trí cần tính toán. Sự tổn thất này là do sự ma sát giữa lưu chất với đường ống. Các yếu tố dẫn chính quyết định đến lực ma sát(lực cản) này là tốc độ dòng chảy, độ nhớt của lưu chất. Vì vậy, biện pháp chúng ta có thể thực hiện để giảm ma sát là làm chậm lại tốc độ di chuyển của dòng lưu chất trong đường ống. Cụ thể, chúng ta có thể tăng kích cỡ đường ống nhằm giảm vận tốc di chuyển của lưu chất.
Việc xác định tổn áp dọc đường có thể tính toán theo công thức sau:
Hdđ = (F×L×V2)/(D×2×g) (mét)
Trong đó:
- F là hệ số ma sát của đường ống. Thông thường F = 0.01 đến 0.03 tùy theo chất liệu, bề mặt đường ống.
- L là chiều dài đường ống giữa vị trí nguồn và vị trí cần xác định
- V là vận tốc dòng chảy trong đường ống
- D là đường kính ống dẫn
- G là trọng lực, thường lấy bằng 9.81
Tính toán tổn thất áp suất cục bộ
Tổn áp cục bộ nói chung là mức tổn thất về áp suất tại vị trí nào đó trong mạng lưới, hệ thống đường ống. Nguyên nhân của sự tổn thất này là do lực cản của van(van bướm khí , van 1 chiều có đĩa van nằm trên đường đi của lưu chất); vị trí thay đổi hướng dòng chảy(cút, tê, co,…). Thông thường, mức tổn thất áp suất cục bộ chỉ chiếm tỷ lệ rất nhỏ, và có thể bỏ qua, hoặc lấy một tỷ lệ nào đó của mức tổn thất dọc đường. Theo đó, công thức tính tổn áp cục bộ như sau:
Hcb = i × Hdđ
Trong đó: i là tỷ lệ phần trăm, thường được lấy bằng 5 đến 15 phần trăm tùy theo mức dùng nước.
Áp dụng tính toán tổn thất áp suất trong mạng lưới cấp nước thực tế
Trong thực tế, người ta 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 thất áp suất trong từng mạng lưới như thế nào?
Tính toán tổn áp trong mạng lưới cấp nước cụt
- Xác định tổng lưu lượng nước vào mạng lưới
- Phân chia mạng lưới thành các đoạn tính toán và đo chiều dài ống từng đoạn. Các đoạn này là đoạn đường ống giữa hai nút hoặc giữa giao điểm với nút lấy nước tập trung. Lưu ý: trong 1 đoạn kích cỡ đường ống không thay đổi.
- Tính toán tổng chiều dài đường ống từ đầu nguồn đến vị trí cần tính toán.
- Xác định lưu lượng của các đoạn, và xác định lưu lượng tính toán
- Chọn tuyến đường chính(tuyến đường dài nhất, có điểm cuối cao nhất so với điểm đầu mạng lưới.
- Tính thủy lực cho tuyến đường chính
- Tính thủy lực tuyến nhánh
Tính toán tổn áp trong mạng lưới cấp nước vòng
Mạng lưới cấp nước dạng vòng có những ưu điểm không thể chối cãi. Tuy nhiên để tính toán tổn thất áp suất lại khó hơn mạng lưới cụt: Khó xác định phương hướng di chuyển của nước đến 1 điểm cung cấp nào đó trên mạng lới một cách chính xác. Và do lưu lượng, mức tổn thất áp lực không được xác định bởi chiều dài và đường kính ống. Do vậy, việc tính toán tổn thất áp lực nước mạng lưới vòng sẽ được thực hiện theo cách giải gần đúng các phương trình bậc 2 theo các định lý cơ bản:
Định lý 1: Tổng đại số tổn thất áp lực của mỗi vòng sẽ bằng không. Nếu ta qui ước
nước chảy theo chiều kim đồng hồ là dương và ngược lại là âm thì ∑h = 0.Thực tế điều này khó đạt nên qui ước
∑h = ∆h ≤ 0,5m đối với vòng con
∑h = ∆h ≤ 1,5m đối với vòng bao lớn
Định lý 2: Tổng đại số của lưu lượng tại mỗi nút phải bằng không, nếu qui ước lưu
lượng đến nút đó là dương và đi ra khỏi nút là âm: Tức ∑qn = 0Như vậy nếu mạng có:
n vòng thì có n phương trình dạng ∑qn = 0
m nút thì có m-1 phương trình dạng ∑qn = 0
và số đoạn ống của mạng p = n + m-1
Trình tự tính toán tổn áp mạng lưới cấp nước dạng vòng cụ thể như sau:
- Xác định tuyến đường trong mạng lưới cấp nước. Đánh dấu số nút và xác định chiều dài các đoạn ống. Vạch tuyến hướng nước chảy sơ bộ.
- Tính toán lưu lượng đơn vị(Qđv) và lưu lượng dọc đường(Qdđ) của từng đoạn ống. Đánh dấu Qdđ về các nút.
- Phân bố Qtt (lưu lượng tính toán) trên từng đoạn đống theo phương trình ∑qn = 0.
- Xác định đường kính ống tại từng đoạn bằng cách tra bảng tính thủy lực theo vận tốc dòng nước.
- Tính tổn thất áp lực tại từng đoạn đống trên mạng lưới. Kiểm tra tổn thất áp lực trong mỗi vòng theo phương trình bậc 2: ∆h = 0. Nếu phương trình thỏa mãn thì thủy lực như đã tính toán là hợp lý. Nếu không thỏa mãn phương trình, thì cần phải điều chỉnh lại.
- Điều chỉnh mạng lưới. Người ta thường sử dụng 2 phương pháp điều chỉnh đó là: phương pháp Lobachep – Cross, và phương pháp Andray Xep.
Như vậy, chúng ta đã tìm hiểu các về các cách tính toán tổn thất áp suất trong mạng lưới cung cấp nước. Từ việc xác định được mức tổn áp thì chúng ta có thể tính toán và có phương thức điều chỉnh mạng lưới phù hợp sao cho các điểm sử dụng nước có mức áp suất và lưu lượng phù hợp. Điều này cực quan trong trong một mạng lưới cấp nước cỡ lớn bởi bao hàm trong đó là các vị trí cung cấp nước cho nhu cầu thiết yếu, yêu cầu chi tiết về áp suất, lưu lượng. Có thể kể đến như: vị trí cấp nước cho trụ cứu hỏa cần phải có lưu lượng lớn, áp suất đủ mạnh để có thể chữa cháy. Rất mong đây sẽ là một nguồn tài liệu tham khảo giá trị cho Quý Vị. Để tham khảo thêm các bài viết có chủ đề liên quan, vui lòng click xem: “Tìm hiểu hệ thống cấp nước”.
