WiM 2004 03.pdf
(
1497 KB
)
Pobierz
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
Pawe³ Dohnalik
Badania uderzeñ hydraulicznych
Pompownia g³ówna ZUW Bielany
W ubieg³ym roku zwróci³ siê do mnie
Kierownik ZUW Bielany in¿. Adam
Korzeniak z proœb¹ o przeprowadzenie
badañ w pompowni g³ównej ZUW-u, które
pozwoli³yby udzieliæ odpowiedzi na pytanie
czy mo¿na bezkarnie od³¹czyæ zbiornik
wodno-powietrzny od magistrali t³ocznej
stalowej DN 800 mm, tym bardziej, ¿e parê
lat temu zosta³y na tym ruroci¹gu
zainstalowane dwa zawory przeciwude-
rzeniowe firmy BAYARD.
Zbiornik ten o pojemnoœci ca³kowitej
24 m
3
i wysokoœci 7,5 m oraz masie (bez
wody) 8500 kg jest bardzo niefortunnie
zlokalizowany na studni zbiorczej wody
uzdatnionej. Taka lokalizacja
wrêcz uniemo¿liwia wykonanie
niezbêdnego remontu kapitalnego
tej studni wraz z armatur¹ oraz
bardzo utrudnia codzienn¹
obs³ugê i konserwacjê studni.
Zbiornik ten pe³ni funkcjê t³umienia
uderzeñ hydraulicznych, a zatem decyzja
o jego likwidacji powinna byæ podjêta
bardzo rozwa¿nie.
wyraŸnie zarysowanymi falami o prêdkoœci
rozchodzenia siê zale¿nej od:
•
sprê¿ystoœci wody
•
sprê¿ystoœci rury
•
œrednicy rury
•
gruboœci œcianki rury.
Uderzenie hydrauliczne powstaje
najczêœciej w wyniku:
•
nag³ego wy³¹czenia pompy wirowej np.
na skutek zaniku napiêcia,
•
nag³ego za³¹czenia pompy wirowej przy
otwartej zasuwie na t³oczeniu,
•
szybkiego zamkniêcia lub otwarcia
zasuwy odcinaj¹cej w ruroci¹gu.
Przy wiêkszych obci¹¿eniach
magistrali wysokoœæ uderzeñ
hydraulicznych mo¿e osi¹g¹æ
wartoœci bardzo niebezpieczne
W praktyce uderzenie hydrauliczne
mo¿e wywo³aæ znaczne zmiany ciœnienia,
które mog¹ byæ przyczyn¹ rozerwania
ruroci¹gu lub wypchniêcia uszczelnieñ
z³¹czy.
Wysokoœæ uderzeñ hydraulicznych
wg ¯ukowskiego
W przypadku magistrali stalowej
DN 800 mm z Bielan do zbiorników
pod Kopcem Koœciuszki i do miasta
w zale¿noœci od obci¹¿enia magistrali
mo¿na siê spodziewaæ uderzeñ w wyso-
koœci:
•
Co to jest uderzenie hydrauliczne ?
Uderzenie hydrauliczne to, zdaniem
Cz. Grabarczyka, szybkozmienny ciœnie-
niowy przep³yw wody w ruroci¹gu,
w którym wystêpuj¹ fale znacznie
podwy¿szonego lub obni¿onego ciœnienia,
spowodowane gwa³town¹ zmian¹ prêdkoœci
przep³ywu
dla Q
1
= 600 m
3
/h → V
1
= 0,33 m/s →
H = ± 37,0 m H
2
O
dla Q
2
= 1000 m
3
/h
•
V
2
= 0,55 m/s
w dowolnym
przekroju
H = ± 61,7 m H
2
O
poprzecznym.
W efekcie gwa³towna lokalna zmiana
energii kinetycznej wywo³uje zmianê energii
potencjalnej w postaci ciœnienia w stru-
mieniu wody, które powoduje powstanie
obszarów sprê¿ystej deformacji rozprze-
strzeniaj¹cych siê wzd³u¿ ruroci¹gu bardzo
dla Q
3
= 2352 m
3
/h
•
V
3
= 1,30 m/s
H = ± 145,7 m H
2
O
Jak wiêc widaæ z obliczeñ przy
wiêkszych obci¹¿eniach magistrali
wysokoœæ uderzeñ hydraulicznych osi¹ga
wartoœci bardzo niebezpieczne.
1
woda i my
grudzieñ 2003
• ZB 800 - zbiornik wodno-powietrzny dla
magistrali DN 800
• ZB 650 - zbiornik wodno-powietrzny dla
magistrali DN 650
• VANNAIR - zawór napowietrzaj¹cy
•
Organizacja badañ
W celu zapewnienia w³aœciwej organiza-
cji badañ zwróciliœmy siê do kol. mgr Janusza
Lenika (PBiRNR „Technolog”), który w roku
1978 prowadzi³ tego typu badania uderzeñ
hydraulicznych na ruroci¹gu t³ocznym wody
surowej DN 1000 mm z pompowni doraŸnej
do ZUW w Dobczycach.
Wyniki tamtych badañ pos³u¿y³y do
zaprojektowania urz¹dzeñ zabezpieczaj¹-
cych przed uderzeniami hydraulicznymi dla
obiektów wodoci¹gu Raba II.
G³ównym problemem przy planowaniu
badañ by³o zapewnienie rejestracji ciœnienia
z rozdzielczoœci¹, co kilka milisekund, ze
wzglêdu na szybkozmienne przebiegi
samego uderzenia hydraulicznego.
W tym celu zakupiono specjalny prze-
twornik ciœnienia typu Vegabar o du¿ej odpor-
noœci na przeci¹¿enia i czasie reakcji 5 ms.
Przy pomocy przeprogramowanego
sterownika s³u¿¹cego na co dzieñ w uk³adzie
dyspozytorskim pompowni, prowadzono
rejestracjê danych w odstêpach co 100 ms.
Dodatkowo przy pomocy oscyloskopu kol.
Tomas Cichoñ kontrolowa³ czy taki przedzia³
czasowy jest wystarczaj¹cy.
Opracowaniem wszystkich danych zaj¹³
siê kol. Janusz Lenik.
DJET - zawór przeciwuderzeniowy
(upustowy)
•
CLASAR - zawory zwrotne na pompach
Punkty pomiarowe:
•
P1 - pomiar ciœnienia w wêŸle t³ocznym
magistrali DN 800 (manometr,
przetwornik VEGABAR 0 ÷ 1000 kPa,
przekaz do CD oraz oscyloskop
pomiarowy)
•
P4 - pomiar przep³ywu na kryzie
z przekazem do CD
•
P2, P3, P5, P6 - pozosta³e punkty pomiaru
ciœnienia i przep³ywu bez rejestracji
komputerowej.
Badania zasadnicze w dniu 28 listopada
polega³y na obserwacji i rejestracji zmian
ciœnienia i przep³ywu w punktach pomiaro-
wych P1…P6 podczas czterech kolejnych
wy³¹czeñ awaryjnych pracuj¹cej pompy
Nr 2, przez spowodowanie nag³ego zaniku
napiêcia.
Ka¿de kolejne wy³¹czenie odbywa³o siê
przy coraz to wiêkszym stopniu odciêcia
zbiornika wodno-powietrznego ZB 800 od
ruroci¹gu DN 800 przy pomocy zasuwy Z3:
badanie 1 - zasuwa Z3 otwarta
badanie 2 - zasuwa Z3 otwarta na 10 obrotów
badanie 3 - zasuwa Z3 otwarta na 5 obrotów
badanie 4 - zasuwa Z3 zamkniêta !
Przebieg i wyniki badañ
Badania wykonano dwukrotnie:
• 21 listopada 2003 - badania próbne,
• 28 listopada 2003 - badania zasadnicze.
Schemat rozmieszczenia istotnych dla tej
relacji urz¹dzeñ i punktów pomiarowych
w pompowni g³ównej ZUW Bielany
zilustrowano na rysunku nr 1.
Urz¹dzenia zabezpieczaj¹ce przed
uderzeniami:
Ze wszystkich pomiarów opracowano
zarejestrowane przebiegi w formie wykre-
sów, które poddano szczegó³owej analizie.
Jeden z tych ciekawszych wykresów
zamieszczono na rys. 2. Wykres porównuje
przebiegi ciœnienia w punkcie P1 otrzymane
na skutek nag³ego wy³¹czenia pompy nr 2
w badaniach:
Nr 1 → przy pod³¹czonych wszystkich
urz¹dzeniach
zabezpieczaj¹cych
-
przeciwuderzeniowych,
Nr 4
przy ca³kowicie od³¹czonym
zbiorniku ZB 800.
Jak wynika z wykresu ekstremalne spadki
lub przyrosty ciœnienia podczas uderzenia
hydraulicznego przy od³¹czonym zbiorniku
ZB 800 s¹ wyraŸnie wy¿sze, przy czym
Rys 1. Schemat wyposa¿enia i opomiarowania pompowni g³ównej
w ZUK Bielany
2
woda i my
grudzieñ 2003
i tak s¹ to wartoœci nie powoduj¹ce
jakiegokolwiek zagro¿enia w eksploatacji
sieci.
prêdkoœci fali c = 1100 m/s dawa³oby
odleg³oœæ:
L
x
=
p × c)/2 = (8,5 × 1100)/2 = 4675 m
a zatem wypada to prawie dok³adnie
w odleg³oœci zbiornika Koœciuszko.
(∆
Podsumowanie i wnioski
W oparciu o wszystkie przeanalizowane
przebiegi ciœnienia i przep³ywu wody oraz
poziomu wody w zbiornikach, mo¿na
sformu³owaæ szereg spostrze¿eñ i uwag:
•
•
zarejestrowane przebiegi przy eksploa-
tacyjnym zatrzymaniu lub uruchomieniu
pompy wskazuj¹ na generowanie podob-
nych zjawisk uderzenia hydraulicznego:
-
na pocz¹tku otwierania zasuwy
t³ocznej
w wiêkszoœci przebiegów ³atwo mo¿na
wyró¿niæ dwa, towarzysz¹ce uderzeniom
hydraulicznym i znane z literatury oraz
wczeœniejszych doœwiadczeñ, procesy:
-
-
na koñcu zamykania zasuwy
t³ocznej
szybkozmienne, t³umione drgania
sinusoidalne czo³a fali uderzeniowej
przebiegaj¹ce z okresem od 0,5 ÷
0,75 s (na rys. 2 widoczne jedynie
pojedyncze minimum),
A zatem te czynnoœci powinny odbywaæ
siê ze zdecydowanie zmniejszon¹
szybkoœci¹.
Wniosek koñcowy
•
-
wolnozmienne, t³umione przebiegi
sinusoidalne zwi¹zane z ruchem wody
w ruroci¹gu oraz z przep³ywem do
i ze - zbiornika wodno-powietrznego,
o okresie od 55 ÷ 87 s, trwaj¹ce
z regu³y od 3 ÷ 5 min,
Wyniki pomiarów, przy obecnych
obci¹¿eniach ruroci¹gów pozwalaj¹ na
zlikwidowanie bez obaw zbiornika
wodno-powietrznego ZB 800, jednak
z zastrze¿eniem, ¿e zawsze otwarta bêdzie
zasuwa rozdzielaj¹ca Z1 i czynny zbior-
nik ZB 650, nawet w przypadku, gdyby
magistrala DN 650, zosta³a zamkniêta.
•
maksymalne, stwierdzone spadki i przy-
rosty ciœnienia wyst¹pi³y przy od³¹czo-
nym zbiorniku ZB 800, zwi¹zane by³y
z przebiegiem wolnozmiennym i wynosi³y:
•
Przetestowane metody organizacji
i techniki badañ pozwalaj¹ na wykonanie
w przysz³oœci badañ sprawdzaj¹cych
dzia³anie obu zaworów przeciw-
uderzeniowych przy zamkniêtej zasuwie
rozdzielaj¹cej Z1.
p
1
= -117 kPa (-0,117 MPa)
p
2
= +46 kPa (0,046 MPa)
•
zlokalizowane na dwóch wykresach
odbicia czo³a fali uderzeniowej wyst¹pi³y
po up³ywie 8,5 sec, co przy za³o¿onej
Rys 2. ZUW BIELANY porównanie przebiegu ciœnieñ przy wy³¹czeniu napiêcia z kompletem urz¹dz. zabezp. i wy³¹czonym
zbiorniku wodno-powietrznym "800"
3
woda i my
grudzieñ 2003
Plik z chomika:
Michau25
Inne pliki z tego folderu:
WiM 2007 03.pdf
(4423 KB)
WiM 2002 03.pdf
(2174 KB)
WiM 2002 06.pdf
(1564 KB)
WiM 2002 09.pdf
(1359 KB)
WiM 2002 12.pdf
(1560 KB)
Inne foldery tego chomika:
Oczyszczanie wody- A.L. KOWAL
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin