Hệ thống cấp nước đô thị hoặc tưới tiêu kết hợp thường phải đối mặt với yêu cầu bơm nước lên nhiều điểm tháo (đài nước, bể chứa) có cao trình (cột áp tĩnh) khác nhau. Đây là một trường hợp phức tạp của việc ghép song song đường ống (ống $II$ và $III$ trong Hình 6-9, a) mà tất cả đều được cấp bởi một hoặc một nhóm máy bơm (sau điểm phân nhánh $M$). Việc xác định chế độ làm việc đòi hỏi phải tính toán cẩn thận: hiệu chỉnh cột nước bơm do tổn thất trên ống cấp chung và cộng hoành độ của các ống tháo riêng biệt.
Bài viết chuyên sâu này sẽ tập trung vào việc phân tích thủy lực của hệ thống bơm nước lên hai đài nước khác cao trình (Đài $II$ và Đài $III$). Chúng ta sẽ trình bày quy trình hiệu chỉnh đường đặc tính máy bơm (từ $H$ sang $H’$) bằng cách trừ tổn thất trên ống chung (ống 1). Sau đó, chúng ta sẽ hướng dẫn xây dựng Đường Đặc Tính Tổng Ống ($II + III$) và sử dụng giao điểm $A$ để xác định cột nước tại điểm phân nhánh ($H_A$) và cách phân chia lưu lượng chính xác đến từng đài nước ($Q_{\text{II}}$ và $Q_{\text{III}}$).
Phần 1: Hiệu Chỉnh Đường Đặc Tính Bơm (Từ $H$ sang $H’$)
- 1.1. Bản Chất của Tổn Thất trên Ống Cấp Chung (Ống 1):
- Máy bơm tạo ra cột nước $H$ tại cửa ra. Tuy nhiên, khi nước chảy qua đoạn ống cấp chung (ống 1) để đến điểm phân nhánh $M$, nó sẽ bị tổn thất cột nước ($h_{ms, 1}$).
- $h_{ms, 1}$ là tổn thất phụ thuộc vào tổng lưu lượng $Q$ của máy bơm nước ($h_{ms, 1} = k \cdot Q^2$).
- 1.2. Đường Đặc Tính Hiệu Chỉnh $H’$:
- Mục đích: Đường $H’$ biểu thị cột nước thực tế mà máy bơm cung cấp tại điểm phân nhánh $M$.
- Công thức hiệu chỉnh (Trừ Tung Độ):
$$ H'(Q) = H(Q) – h_{ms, 1}(Q)$$
-
- Ý nghĩa: Đường $H’$ là đường đặc tính mà nhóm ống đẩy $II$ và $III$ phải tương tác. Nó là đường đặc tính đại diện cho khả năng cung cấp nước tại $M$.
Phần 2: Xây Dựng Đường Đặc Tính Tổng Của Ống Đẩy (Đường $II + III$)
- 2.1. Đường Đặc Tính Ống Đẩy Riêng Lẻ ($II$ và $III$):
- Mỗi ống đẩy ($II$ và $III$) có một đường đặc tính riêng biệt.
- Đường $II$: Bắt đầu từ cao trình đài $II$ ($H_{\text{cm}, II}$) và tăng theo tổn thất $h_{ms, II}$ (phụ thuộc vào $Q_{\text{II}}$).
- Đường $III$: Bắt đầu từ cao trình đài $III$ ($H_{\text{cm}, III}$) và tăng theo tổn thất $h_{ms, III}$ (phụ thuộc vào $Q_{\text{III}}$).
- 2.2. Xây Dựng Đường Đặc Tính Tổng Ống ($II + III$):
- Nguyên tắc: Vì ống $II$ và $III$ làm việc song song từ điểm $M$, ta phải áp dụng nguyên tắc cộng hoành độ lưu lượng.
- Quy trình:
- Chọn một trị số cột nước $H$ bất kỳ trên trục tung (tức là cột nước tại điểm $M$).
- Kẻ đường ngang qua $H$, cắt đường đặc tính $II$ tại $Q_{\text{II}}$ và đường đặc tính $III$ tại $Q_{\text{III}}$.
- Lưu lượng tổng mà hệ thống ống có thể tiêu thụ là $Q_{\Sigma} = Q_{\text{II}} + Q_{\text{III}}$.
- Lặp lại quá trình này (chỉ bắt đầu từ cao trình cao nhất của đài) để vẽ Đường Đặc Tính Tổng Ống ($II + III$).
Phần 3: Xác Định Điểm Công Tác Chung $A$ và Phân Phối Lưu Lượng
- 3.1. Xác Định Điểm Công Tác Chung $A$:
- $A$ là giao điểm của Đường Đặc Tính Bơm Hiệu Chỉnh ($H’$) và Đường Đặc Tính Tổng Ống ($II + III$).
- Từ điểm $A$, ta xác định được:
- Lưu Lượng Chung $Q_A$: Lưu lượng mà bơm cung cấp (và hệ thống ống tiêu thụ).
- Cột Nước Chung $H_A$: Cột nước tại điểm phân nhánh $M$ (biểu thị bằng mực nước trong ống đo áp tại $M$).
- 3.2. Phân Phối Lưu Lượng Đến Từng Đài Nước:
- Cột nước tại $M$ là $H_A$.
- Dùng $H_A$, ta chiếu lên đường đặc tính riêng $II$ và $III$:
- $Q_{\text{II}}$: Lưu lượng cung cấp cho Đài II.
- $Q_{\text{III}}$: Lưu lượng cung cấp cho Đài III.
- Kiểm tra: $Q_{\text{II}} + Q_{\text{III}}$ phải bằng $Q_A$ (lưu lượng bơm).
- 3.3. Đánh giá Hiệu suất:
- Lưu lượng $Q_A$ được sử dụng để tra trên đường đặc tính $\eta-Q$ của máy bơm, xác định hiệu suất $\eta_A$ của bơm tại điểm công tác chung. Việc này là cần thiết để đánh giá hiệu quả năng lượng tổng thể.
- 3.4. Ý Nghĩa Cột Nước $H_A$:
- $H_A$ phải lớn hơn cao trình của cả đài $II$ và đài $III$ để đảm bảo nước chảy lên cả hai đài.
- $H_A = H_{\text{cm, II}} + h_{ms, II}(Q_{\text{II}})$
- $H_A = H_{\text{cm, III}} + h_{ms, III}(Q_{\text{III}})$
Hệ thống bơm nước lên nhiều đài nước khác cao trình đòi hỏi một quy trình phân tích thủy lực hai bước: hiệu chỉnh đường đặc tính bơm ($H \to H’$) để tính đến tổn thất ống chung và xây dựng đường đặc tính tổng ống ($II + III$) bằng cách cộng hoành độ. Giao điểm $A$ của $H’$ và ($II + III$) không chỉ xác định lưu lượng chung $Q_A$ mà còn cung cấp cột nước $H_A$ tại điểm phân nhánh $M$, thông số then chốt để phân chia lưu lượng $Q_{\text{II}}$ và $Q_{\text{III}}$ đến từng đài một cách chính xác.
