Giáo trình

Máy bơm và trạm bơm

Science and Technology

Ống đẩy

Tác giả: Nguyễn Quang Đoàn

ỐNG ĐẨY ( ỐNG ÁP LỰC )

Ống đẩy trong trạm bơm dùng để chuyển nước có áp từ thấp lên cao, nó là công trình nối máy bơm với bể tháo của trạm.Người ta phân loại đường ống đẩy theo các cách sau:

- Theo vật liệu làm ống: ống thép, ống bê tông cốt thép, ống gang, ống nhựa ...;

- Theo cột nước: ống cột nước thấp ( H < 20 m ), ống cột nước trung bình ( 20 ≤ H < 60 m ) , ống cột nước cao ( H ≥ 60 m );

- Theo cách đặt ống: ống đặt lộ thiên, ống chôn dưới đất.

Trong xây dựng trạm bơm thường hay dùng ống bê tông cốt thép đúc tại chỗ hoặc đúc sẵn có cột nước thấp và ống bằng thép có cột nước cao hơn.

Nội dung các bước thiết kế đường ống đẩy gồm những bước sau:

a - Chọn tuyến đường ống và vị trí đặt các mố đỡ và mố néo;

b - Chọn vật liệu làm ống;

c - Xác định đường kính ống kinh tế và chọn số đường ống ;

d - Tính toán và kiểm tra áp lực nước va trong ống;

e - Thiết kế mố ống và chỗ nối ống, rẽ ống.

Lựa chọn tuyến đặt ống, số ống và vật liệu làm ống

Chọn tuyến đặt đường ống

Chiều dài đường ống cố gắng chọn ngắn nhất, muốn vậy nên chọn tuyến thẳng, tuy nhiên do bề mặt địa hình thay đổi, nếu chọn tuyến thẳng thì phải đào nhiều, do vậy tuyến ống tập hợp những đoạn nghiêng khác nhau theo độ nghiêng của địa hình ( ngay trên bình đồ cũng vậy ).

Đường ống áp lực hợp lý nhất thường tăng dần độ cao từ nhà máy đến bể tháo để dễ tháo nước khi sữa chữa, tuy nhiên cũng có trường hợp tuyến ống có những đoạn có độ dốc nghịch. Ở những nơi thay đổi độ dốc giữa thuận và nghịch cần lắp lổ thông khí để tháo khí khi tích nước và vận hành ; ở điểm hạ thấp của chỗ gập ống cần đặt ống tháo để tháo nước khi súc ống. Cần hạn chế số lượng các điểm gập ống và độ dốc giữa các đoạn,

không được thay đổi độ dốc quá đột ngột. Những nơi phương đường ống thay đổi phải xây mố néo và dưới đường ống cần xây mố đỡ để đỡ ống khỏi võng.

Độ dốc đặt ống khi không có bệ néo phải nhỏ hơn góc ma sát trong của đất nền ( ϕ size 12{ϕ} {} ); nghĩa là:

Trong đó: f - hệ số ma sát giữa ống và đất nền ướt;

k - hệ số ổn định trượt, thường lấy k = 1,25 ... 1,35.

Đường ống áp lực cần được bảo vệ khỏi bị mưa rào làm xói lở, do vậy dọc tuyến đặt ống cần có rãnh thoát nước. Cần tránh đặt ống ở vùng đất sạt lở để tránh trôi và vỡ ống, nếu không tránh được thì phải có biện pháp xử lý. Hào đặt ống cũng cần có độ rộng đủ để lắp ráp đường ống và bậc thang đi dọc theo tuyến ống.

Chọn số đường ống.

Khi chiều dài ống nhỏ hơn 100 m thì số lượng ống ( Z )thường lấy bằng số máy bơm ( ZB ); khi chiều dài ống từ 100 ... 300 m thì phải qua tính toán kinh tế - kỹ thuật để xác định số ống; khi chiều dài tuyến ống lớn hơn 300 m thì số ống lấy nhỏ hơn số máy bơm. Nếu trạm bơm cung cấp nước vào bể hở thì mỗi ống chỉ được nối nhiều nhất với 3 máy, nghĩa là ZÔ ≥ ZB/3; khi cấp nước cho mạng ống kín thì mỗi ống có thể nối hơn 3 máy bơm.

Trạm bơm có tổng lưu lượng không quá 5 m3/s và hệ thống cho phép cấp nước gián đoạn khi sự cố thì có thể dùng một ống đẩy chung cho cả trạm.

Khoảng trống giữa các đường ống đặt song song thường chừa 0,7 ... 2,2 m .

Đối với các trạm bơm tiêu và trạm bơm tưới thì các đường ống bố trí song song không cần phải đặt hệ thống thiết bị đổi nối.

Chọn vật liệu làm ống

Chọn vật liệu làm đường ống đẩy dựa trên cơ sở tính toán tĩnh lực với điều kiện làm việc thực tế có thể xảy ra của ống. Cần tính đến tổ hợp áp lực và tải trọng nguy hiểm đối với nó. Thực tế trạm bơm hay dùng ống bê tông cốt thép và ống thép, nhất là đối với ống dẫn nước làm việc với áp lực từ 6 at trở lên phải dùng thép hoặc bê tông cốt thép.

Những đoạn ống đặt dưới đường sắt và đường ô tô, qua khe và chướng ngại vật thì đặt ống trên các cầu đỡ và đặt trong tuy nen.

Đường ống bê tông cốt thép

Ống bê tông cốt thép gồm ống lắp ghép và ống đổ liền khối tại chỗ.

Ống lắp ghép được chế tạo sẵn với áp lực dưới 10 at đem đến ghép tại hiện trường. Hình 12 - 9 trình bày cách nối giữa hai đoạn ống. Mối nối được kín nước bởi vòng cao su 4 tiết diện tròn, phần tựa 3 chặn vòng 4. Khớp nối mèm này cho phép dịch chuyển hướng trục của hai đoạn một đoạn 5 mm và quay một góc 1,50 .

Nối ống bê tông có mặt bích nối với ống gang bằng ống lồng thép ( Hình 12 - 10 ).

Ống bê tông cốt thép đúc sẵn có ưu điểm tổn thất thủy lực nhỏ hơn ống thép và gang

Ống bê tông cốt thép đổ liền khối được chôn dưới đất. Khi lớp đất trên ống dày đến 2 m thì mặt cắt ngang của ống có đoạn nằm ngang ngắn ( Hình 12 - 11). Thường dùng với

Nối hai đoạn ống bê tông cốt thép .

1,2- phần mở rộng của đầu ống; 3- phần tựa; 4- vòng chống rò nước.

Kết cấu ống lồng thép.

Mặt cắt ống bê tông cốt thép đổ liền khối.

1- thân ống; 2,3- lọc ngược; 4- ồng bê tông amian ; 5- lớp lót bằng bê tông thô.

đường kính lớn hơn 1,5 m và chịu áp lực nhỏ hơn 4 ... 5 át.

Để giảm ứng suất gây ra do nhiệt độ và nền lún không đều, đường ống được cắt ra thành từng đoạn 25 ... 50 m và dùng khớp biến dạng ( Hình 12 - 12 ).

Bề dày của ống bê tông cốt thép đúc liền có thể xác định gần đúng theo công thức:

Trong đó : DO - đường kính trong của ống, cm; Htt - cột nước tính toán, m.

Chiều sâu lớp đất phủ ống lấy ít nhất 0,8 m đối với những nơi có phương tiện vận tải qua lại, còn những khu đất khác thì phủ lớp đất trên ống là ít nhất là 0,5 m.

Khớp biến dạng.

a- nối bê tông đặt; δ- nối mềm: 1- vữa xi măng; 2- bi tum; 3- cao su định hình.

Ống đẩy bằng thép.

Ống thép thường dùng ở dạng ống đặt lộ thiên trên mặt đất, nó có khả năng chịu cột nước cao và bền. Ống có thể dùng loại đã đúc sẵn hoặc hàn trong nhà máy rồi đem đến hiện trường lắp ghép lại, hoặc hàn ống tại hiện trường. Ống thép trong quá trình vận hành thường bị rỉ. Thời hạn sử dụng và độ bền của nó phụ thuộc nhiều vào mức độ bảo dưỡng chống han rỉ, khi bị han rỉ sẽ làm tăng tổn thất cột nước nên chi phí vận hành tăng và giảm tuổi thọ ống.

Ống thép có thể chôn dưới đất với ống được đúc sẵn hoặc hàn và không có mố néo, mố đỡ và khớp nhiệt độ nếu như lực ma sát giữa ống và nền thỏa mãn điều kiện (12 - 7). Nếu không thỏa mãn điều kiện trên thì ống đặt ngầm cũng giống như ống đặt trên mặt đất đều phải có mố néo, mố đỡ và khớp nhiệt độ. Khớp nhiệt độ đặt giữa hai mố néo, tốt nhất ngay phía sau mố néo trên, không nên chôn khớp nhiệt độ dưới đất vì han rỉ làm hỏng khớp, nếu phải có khớp nhiệt ở ống ngầm thì nên đặt trong hố riêng không bị lấp đất. Ở những chỗ trục ống thay đổi và chỗ ống bị phân nhánh hay đường kính thay đổi cần phải tăng chiều dày vỏ ống.

Khi đường kính ống lớn hơn 2 m, cần chọn hình thức bố trí trên mặt đất. Hình thức đường ống đẩy đặt lộ trên mặt đất có hai loại: đường ống liên tục giữa hai mố néo (không có khớp nhiệt độ ) và đường ống không liên tục giữa hai mố néo ( có đặt khớp nhiệt độ giữa hai mố néo ). Hình thức ống liên tục rất hiếm khi sử dụng, nó được dùng khi đường ống có khuỷu cong hoặc trục ống là trục cong, khi nhiệt độ thay đổi sẽ sinh ứng suất nhiệt trong ống. Hình thức ống không liên tục, nhờ có khớp nhiệt độ đặt trên ống do vậy khi nhiệt độ thay đổi hai đầu đoạn ống chỗ khớp nhiệt được chuyển động tự do nên loại được ứng suất do nhiệt gây ra, và cũng chính vì vậy hình thức đường ống này được sử dụng rộng rãi.

Trên đường ống không liên tục, mố néo ( xem Hình 12 - 13 ) được đặt tại những nơi tim ống thay đổi phương hoặc trên đoạn ống trục ống thẳng nhưng dài hơn 200 m để giữ chặt đường ống không cho dịch chuyển. Cấu tạo mố néo có thể dùng mố kín ( ống được đổ bê tông bao quanh, Hình 12 - 13,a ) hoặc dùng mố néo hở ( dùng các vòng thép hàn vào ống và chôn các đầu của vòng thép vào bê tông để néo ống, Hình 12 - 13,b ).

Mố néo kín và mố néo hở

Để đở đường ống giữa các mố néo khỏi võng đặt các mố đỡ. Khoảng cách giữa các mố đỡ lấy theo tính toán, thường từ 4 ... 7 lần đường kính ống. Có các loại mố đỡ như: mố yên ngựa, mố có vòng tựa. Mố đỡ yên ngựa là loại đơn giản nhất ( Hình 12 - 14,a ),

Các loại mố đỡ đường ống.

được dùng cho ống có đường kính ống nhỏ hơn 1 m, để giảm ma sát ta đặt tấm thép lót giữa ống và mố. Khi đường ống có đường kính lớn hơn sẽ dùng mố đỡ có vòng tựa tiếp xúc trượt ( với ống có đường kính nhỏ hơn 1,6 m ) và có vòng tựa con lăn ( với đường ống có đường kính lớn hơn 1,6 m, Hình 12 - 14,b ).

Khớp nhiệt độ được bố trí gần mố néo trên giữa hai mố néo để loại bỏ ứng suất do nhiệt độ gây nên trong ống khi nhiệt độ thay đổi.

Các loại kết cấu của đường ống, của các mố néo, mố đỡ và khớp nhiệt độ và nội dung bố trí, tính toán chúng đã được trình bày khá chi tiết trong Giáo trình Trạm Thủy điện, do vậy trong giáo trình nầy không trình bày trùng lặp.

Để tiện cho việc lắp ráp sữa chữa, khoảng cách từ đáy ống đến mặt đất lấy ≥ 0,6 m.

Ống gang và ống làm bằng chất dẽo.

Ống gang được chế tạo có đường kính từ 0,6 ... 1 m bằng gang xám. Để nối các đoạn ống ta lồng đầu ống loe ra ngoài đầu ống không loe, giữa khe hở của chúng đặt các vật chống rò nước làm bằng sợi đay tẩm nhựa hoặc cao su và được siết chặt nhờ các vòng bít. Ống gang có đường kính từ 65 ... 300 mm có chiều dài 2 ... 6 m; đường kính từ 400 đến 1 m - dài 5 ... 10 m. Ưu điểm của ống gang là chống rỉ tốt hơn ống thép, tuổi thọ cao và tổn thất thủy lực suốt thời gian khai thác không đổi. Nhược điểm là khối lượng lớn và giá thành cao.

Ống làm bằng chất dẽo được chế tạo với đường kính 10 ... 630 mm, chịu áp lực tương ứng từ 2,5; 4; 6 at và được nối ống bằng cách hàn. Ưu điểm của ống chất dẽo là không rỉ, tổn thất cột nước nhỏ hơn ống thép 30%, có tính đàn hồi cao nên làm việc trong quá trình quá độ tốt. Nhược điểm là chịu lực kém hơn.

Xác định đường kính kinh tế của ống

Đường kính ống nếu lấy lớn sẽ tăng giá thành nhưng lại giảm tổn thất năng lượng nước trong ống; ngược lại, nếu giảm đường kính ống thì giá thành được giảm nhưng lại tăng tổn thất năng lượng. Do vậy để xác định đường kính ống cần phải thông qua so sánh phương án với các đường kính khác nhau theo nguyên tắc thời hạn bù vốn hoặc phí tổn quản lý nhỏ nhất.

Sau đây trình bày cách xác định đường kính ống kinh tế theo nguyên tắc phí tổn quản lí nhỏ nhất:

C = aE + bK

Ở đây : a - giá thành 1 kWh điện lượng tiêu thụ;

E - tổng điện lượng hao tổn hàng năm trên 1 m dài ống;

K - vốn đầu tư cho 1 m dài ống;

b - tỷ lệ khấu hao hoàn vốn và sữa chữa tính theo % vốn đầu tư K.

Tổng chi phí điện lượng E tính theo công suất sau:

Trong công thức:

Q - lưu lượng của đường ống từng thời gian;

htt - tổn thất cột nước trên 1 m đường ống;

k - đặc tính lưu lượng đơn vị;

T - thời gian làm việc của ống đẩy trong năm;

là hiệu suất trạm bơm gồm: hiệu suất máy bơm, hiệu suất động cơ điện, hiệu suất truyền động và hiệu suất lưới ( hiệu suất lưới tính từ tủ phân phối đến động cơ điện, thường lấy η size 12{η} {}m= 0,98 ... 1 ).

Để đơn giản tính toán dựa vào biểu đồ lưu lượng nước dùng dạng bậc thang đưa biểu thức dưới dấu tích phân thành

,đưa về sai phân ta có:

Để xác định đường kính kinh tế của ống theo nguyên tắc phí quản lý nhỏ nhất thường dùng phương pháp đồ giải như Hình 12 - 15 sau:

Đồ giải xác địng đường kính ống kinh tế.

Mục lục
Đánh giá:
0 dựa trên 0 đánh giá
Nội dung cùng tác giả
 
Nội dung tương tự