10ea_Telepulesi_vizgazdalkodas

1

Települési vízgazdálkodás I.10.előadás

Nyomásfokozás, tározás, üzemállapotok

Dittrich Ernőegyetemi adjunktus

PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 039. [email protected]

EJF Építőmérnöki Szak (BSC)

Vízellátó rendszer elemei és feladata

Elemei: Vízbeszerzés Vízkezelés Tisztavíz medence Vízemelés, vízgépészet Elosztóhálózat és tartozékai Víztározás Energiaellátás Irányítástechnika

Feladata: térben és időben változó vízmennyiségi fogyasztói igények kielégítése a szükséges nyomáson és megfelelő minőségben.

2

Szivattyúk kiválasztásának szempontjai I. (általánosságban)

Felhasználási terület (pl. öntözés, szennyvíz átemelés, vízellátás, ipari nyomásfokozás, stb..)

Szállítandó anyag jellemzői (fajta, pH, szennyezettség, sűrűség, viszkozitás, stb..)

Teljesítmény adatok (szállító képesség, nyomás, emelőmagasság, teljesítmény, jelleggörbe alak, hatásfok, szívóképesség, fordulatszám, energia hatékonyság, stb..)

Működési elv és szerkezeti felépítés (dugattyús-, csiga-, örvény-, aprító, stb..)

Járókerék anyaga és szerkezeti anyagok (műanyag, öv, acél, KO-acél, bronz, stb..)

Forgalmazó Garanciák

3

Szivattyúk teljesítmény adatai

Q: szállítási vízhozam (m3/s, l/s, l/min, l/h) H: emelő magasság, szállító magasság (m) p: nyomás (Pa, bar) Hs: szívómagasság (m) M: hajtónyomaték (Nm) P: hajtó teljesítmény (LE, kW) n: fordulatszám (1/min) η: hatásfok (%)

Egy szivattyút ezen adatok értéktartományai együttesen

jellemeznek. Kiragadott munkapontok csak

hozzávetőleges tájékozódásra alkalmasak!

4

100bevezetett

hasznos

P

P

Meredek vagy lapos jelleggörbe

Q-H diagram felülről domború görbe Ha a kezdeti szakasz emelkedik: labilis ág Meredek jelleggörbe: ingadozó emelőmagasságnál és

„vízszállítás-tartó” Lapos jelleggörbe: ingadozó vízfogyasztásnál is

„nyomástartó”.

5

meredekQH

laposQH

1

1

Q-H görbe kapcsolata más teljesítmény jellemzőkkel

Q-Hs diagram: általában felülről domború maximummal rendelkező görbe Q-P diagram: nagynyomású szivattyúk esetén általában végig emelkedő,

míg nagy vízszállítású szivattyúk esetén általában végig csökkenő görbe Q-η diagram: maximumos, felülről domború görbe. Qnévl és Hnévl ηmax-nál

található.

6

n-Q-H-η kagyló-diagram

n-Q-H-η kagyló-diagram: Q-H görbék ábrázolása n függvényében, kiegészítve azonos hatásfokú munkapontok izo-vonalas görbéivel

7

Szivattyú választás menete I. 1. lépés: Feladat-vázlat készítése:

Összes mértékadó üzemállapot meghatározása Üzemállapotokra jellemző Q-H munkapontok megadása

2. lépés: Külső teljesítmény adatok meghatározása: vezetéki jelleggörbék meghatározása leszívási és duzzasztási szintek megadása

3. lépés: Szóba jöhető szivattyúk jelleggörbéinek „hozzápróbálása” a vezetéki jelleggörbékhez Csővezetéki jelleggörbe csak egyszer metszheti a szivattyú

jelleggörbéjét! Csővezetéki jelleggörbe és labilis ág metszését lehetőleg kerülni kell! Párhuzamosan kapcsolt szivattyúk vízszállítása összegződik Többlépcsős szivattyúk emelőmagassága összegződik

8

Szivattyú választás menete II. 4. lépés: A megengedett szívómagasság összevetése az üzemállapotokhoz

rendelt szívómagassággal Hagyományos szívóüzemet lehetőleg kerülni kell (lábszelep)! Ráfolyásos üzemnél minimális ráfolyás járókerék teteje + 50 cm Szívómagasság = geodetikus szívómagasság + szívócső és

szerelvényeinek teljes ellenállása + belépési veszteség!!! 5. lépés: Hajtó teljesítmény igény meghatározása (katalógusadat hiányában

az alábbi közelítő képlet használható):

6. lépés: A választott szivattyú minden adatának ellenőrzése a szélsőséges üzemállapotokban: Pl. szállítómagasság vagy vízigény változás, alvízszint ingadozás,

indítás átmeneti jelenségei, fordulatszám változás, folytásos üzem, stb...)

9

HgQ

P

Szivattyú és vezetéki jelleggörbe illesztése

10

Vízellátásban használt szivattyúk csoportosítása

Feladatuk szerint: Vízszerzés szivattyúi Vízkezelés során alkalmazott szivattyúk Hálózati szivattyú telepek

Magas tározóra dolgoznak Hidroforral vagy tágulási tartállyal működnek együtt Frekvencia váltós vezérléssel, fordulatszám szabályozottan

működnek Hálózatba iktatott nyomásfokozó berendezések

Szívótérhez viszonyított helyzet szerint: Szívótérbe helyezett szivattyúk (főleg vízszerzésénél) Száraz beépítésű szivattyúk ráfolyással Száraz beépítésű szivattyúk, szívó üzemmel (szívóüzem mindig

problémás!)11

Hálózati szivattyú telepek kiválasztásának szempontjai

Vízigény időbeli alakulása Tartalék szivattyúk aránya

Minimum 30% beépített tartalék kiépítése javasolt 1 működő szivattyú esetén +1 db beépített tartalék

szükséges (100%) Tározás – szivattyúzás – hálózat szerves egysége Szívótér minimális térfogata Hálózati tározó térfogata és magassága Egy ütemű vagy több ütemű kiépítés Különböző emelő magasságú szivattyúk alkalmazása

szükséges-e? Szélső üzemállapotok! Lehető legegyszerűbb üzemvitel

12

Emelési magasság, vezetéki jelleggörbe

hst: statikus emelési magasság (m)

hcs: csősúrlódási veszteség (m)

hi: i-dik idom v. szerelvény helyi vesztesége (m)

Psz: szívóoldali vízszintre ható nyomás (Pa)

Pny: nyomóoldali vízszintre ható nyomás (Pa) (pl: hidofor!!!)

,

ha a szívó oldali és a nyomóoldali vízszintre is légköri nyomás hat Vezetéki jelleggörbe: H=f(Q)

13

g

PPhhhH nysz

n

iicsgeod

1

0g

PP nysz

Helyi veszteség

ek tájéko

ztató értékei

14

Szivattyúk soros üzeme Ha nem áll rendelkezésre elegendő emelőmagasságú szivattyú. Soros üzemre csak azonos vízszállítású szivattyúk kapcsolhatóak! Eredő Q-H görbét az összetartozó ordináta (emelőmagasság) értékek

összegzésével nyerhetjük. A munkapont ismeretében a sorba kapcsolt szivattyúk teljesítmény felvétele

és hatásfoka meghatározható.

15

1

11

HgQP

2

22

HgQP

Szivattyúk párhuzamos üzeme I. Ha egy szivattyú maximális vízhozama nem éri el a csúcs vízigényt, vagy jelentősen

ingadozik a vízigény, vagy növelni akarjuk az üzembiztonságot. Párhuzamos üzemre közel azonos vízhozamú szivattyúkat célszerű kapcsolni! Szívóvezeték lehet közös vagy önálló. A nyomóvezeték közösített. Együttdolgozó szivattyúk eredő Q-H görbéje az összetartozó abcissza (vízhozam)

értékek összegzésével nyerhető. A vezetéki jelleggörbe metszéspontjaiból meghatározható az együttdolgozó

szivattyúk és az önállóan működő szivattyú munkapontja is. A vízhozam növekedésével a csővezetéki ellenállás négyzetesen nő. Így a Q1<Q és

H1>H.

16

Szivattyúk párhuzamos üzeme II.

Minden szivattyú ki-, bekapcsolása esetén a működésben lévő szivattyúk munkapontja változik. Ennek következménye a szivattyú hatásfok változása. A szivattyúk darabszámának növelése csak hatásfok romlással oldható meg!

A kritikus szivattyúszám növelése után a szivattyútelep össz. vízhozama nem növelhető!

17

Víztárolók csoportosítása és feladatai

Víztárolók funkciói lehetnek: Vízfogyasztás ingadozásból eredő többlet vízigény tárolása Vízfogyasztás ingadozásából eredő vízhiány pótlása Tűzi-víz biztosítása Üzemzavarok idején történő vízellátás biztosítása (csőtörés, géphiba,

stb..) Energiaköltség - takarékosság (éjszakai áram) Stb..

Mély tárolók: Általában a tisztavíz medence és a tűzi-víz tározók többsége mélytározó Csak mennyiségi kiegyenlítésre (és) vagy egyéb speciális célra szolgál

Magas tárolók: Mennyiségi és nyomás kiegyenlítésre is szolgálnak

18

Magas-tárolók elhelyezése I. Súlyponti tároló

A legkedvezőbb nyomásviszonyok Ellennyomó tároló

Kétfelől táplált fogyasztási terület – legnagyobb üzembiztonság

Nagyobb medence magasság Átfolyó tároló

A fogyasztók csak a medencéből kapnak vizet

Egyszerűbb üzemmenet Oldal tároló

Általában domborzati igény miatt az ellátandó körzet oldalsó felén kerül elhelyezésre a tároló

19

Magas-tárolók elhelyezése II.

20

Magas-tárolók elhelyezése III.

21

Tárolók magassági elhelyezésének elvi kérdései

22

Víztárolók térfogatának méretezése I.

A víztároló térfogatát úgy kell meghatározni, hogy egyidejűleg az összes vízszolgáltatási célt el tudja látni!

Tároló térfogat átfolyó rendszerű települési tároló esetében:

Vt: tároló teljes térfogata

Vk: a vízfogyasztás kiegyenlítéséhez szükséges térfogat

Vtű: tűzoltási víztérfogat (legalább Ttű=3 óra időtartamra!)

Vcs: csőtörés kijavításának idejére biztosítandó víztérfogat (Tcs=8-10 óra)

Vte: vízkezelés technológiai (pl. szűrő visszamosatás) vízigénye (csak tisztavíz medencénél!)

Tűzoltási víztérfogat:

ahol:

Qtű: a mértékadó oltóvíz igény Csőtörési víztérfogat:

23

tecstűkt VVVVV

tűtűtű TQV

cshcs TQV

Víztárolók térfogatának méretezése II. Nem átfolyó rendszerű tárolónál a teljes térfogat az

átfolyó rendszerű tárolóénál kisebb! Ha több tároló van egy rendszerben akkor Vtű és Vcs

többlet térfogatok mindig az olcsóbb tározótípusnál alakítandó ki.

Víztoronynál törekendi kell arra hogy lehetőleg csak Vk térfogatot legyen szükséges kielégítenie!

Víztoronynál törekendi kell az előre gyártott víztornyok méretválasztékához történő tározó térfogat illesztésre. Előre gyártott víztornyok térfogatválasztékát lásd. Török L. segédletében.

24

Víztárolók térfogatának méretezése III. Teljes üzemű tároló: a csúcsfogyasztás idején a

vízigény teljes egészét a tároló adja (átfolyásos tároló) Részleges üzemű tároló: a csúcsfogyasztás egy

részét a szivattyú táplálja a hálózatba 147/2010. (IV.29) Korm. rend. alapján a település

közműves vízellátásának létesítése során a napi csúcsfogyasztás legalább 30%-ának megfelelő tárolóteret kell biztosítani!

A tároló legkisebb térfogatát Vk és 147/2010. (IV.29) Korm. rend. kikötése közül a nagyobbik adja!

Maximális tározó térfogat Qd,max 80-100 %-a

25

Víztárolók térfogatának méretezése IV.

A tároló Vk térfogatának meghatározásához pontosan ismerni kell a betáplálás és a fogyasztás időbeni alakulását a kiegyenlítési időszakra!

A tárolóban lévő víztérfogat a betáplálás és a fogyasztás különbségéből fakadóan folyamatosan változik: Mélytároló (tisztavíz medence) esetében a tárolóban lévő pillanatnyi

víztérfogatot a kezeltvíz betáplálás, és a hálózati szivattyúzás különbsége szabja meg

Magastároló esetében a tárolóban lévő pillanatnyi víztérfogatot a hálózati szivattyúzás és a hálózati vízfogyasztás különbsége szabja meg.

A tárolókat kiegyenlítési időszakra méretezzük (általában 1 nap, esetleg 1 hét).

A tározó Vk térfogata az ún. vízbetáplálási és vízfogyasztási

integrálgörbék segítségével lehet számítani.

26

Víztárolók térfogatának méretezése V.

Vk tározótérfogat meghatározása grafikusan

Qsz: szivattyúzás vízhozama

Qf: vízfogyasztás vízhozama

27

dtQV

dtQV

t

t

szsz

t

t

ff

24

0

24

0

21 VVVk

Hálózati betáplálási mód és magas tározó kapcsolata

Szivattyúk, hálózat és tárolók hidraulikailag egy szerves egységet alkotnak! Kialakítási cél lehet:

Minimális tározó térfogat: Frekvencia szabályozású szivattyúk + tágulási tartály

a fogyasztás pontosan lekövethető Vk=0 főleg kis rendszereknél

Hagyományos szivattyús betáplálás + hidrofor (légüst+ kompresszor) rendszer esetén a frekvencia szabályozású rendszernél elavultabb változat (ma már ritkán

alkalmazzák) Vk akár 0 is lehet kis rendszereknél (300 m3/nap alatt)

Minimális energia költség: csak éjszakai árammal történő hálózati betáplálás. Éjszakai-nappali áram díjkülönbség nélkül a magas-tározónak csak üzembiztonsági

funkciója van!

28

Hidrofor – Légüst – Tágulási tartály

Összehasonlítás: A funkció azonos szivattyú vezérlési elv azonos Nyomástartási mód különböző

Tágulási tartály: membránnal működő nyomástartó edény

Hidrofor: Légüst + kompresszor

Tágulási tartály működéséről lásd. mellékelt animáció.

29

Hidrofor működése

30

)(,4

lQT

V szKh

Légüst hasznos térfogata:

Nyomásövezetek

A vízellátó hálózatban a maximális nyomás 6 bar lehet. A A 30/2008. (XII. 31.) KvVM rendelet alapján a hálózatban

minimálisan 1 bar nyomás biztosítandó a vízmérőnél. Hazai üzemeltetési gyakorlat minimálisan 1.5 bar.

Az ellátott épületek magasságától is függ a minimális biztosítandó nyomásszint. Szintenként 0.4 bar többlettel lehet számolni. Részletesen lásd Török L. segédletében.

Ezeknek a feltételeknek a biztosítása gyakran csak nyomásövetek kialakításával lehetséges. A nyomásövezetek kialakítását befolyásolják még: Domborzati viszonyok Hálózati veszteségek alakulása a mértékadó üzemállapotban

31

Üzemállapotok Vizsgálandó üzemállapotok:1. Csúcsfogyasztás

2. Átlagfogyasztás + max. tűzesetek fellépése

3. Átlagfogyasztás + főnyomócsövön csőtörés + egy tűzeset

4. Csúcsfogyasztás + üzemzavar a termelő telepen

5. Csúcsfogyasztás + magastározó váratlan leürülése

6. Medencetöltés + legkisebb fogyasztás

Az egyes üzemállapotok alapján meg kell határozni: Mértékadó szivattyú munkapontok Magas tározó alsó üzemi vízszintjének magassága Tározó térfogatok A hálózathidraulikai számításokhoz újabb üzemállapotok felállítása is

szükséges lehet a fogyasztási, helyszínrajzi és magassági viszonyoktól függően. Részletesen lásd. Török László segédletében.

32

33

Felhasznált irodalom György István (szerk): Vízügyi létesítmények

kézikönyve. Műszaki könyvkiadó Budapest1974. Török László: Tervezési segédlet a település vízellátása

tanulmányterv készítéséhez. Baja. 1998. Közműhálózatok tervezése HEFOP/2004/3.3.1/0001.01

digitális jegyzet Dima A. – Jordán P.: Települések közműellátása.

Nemzeti tankönyvkiadó, Budapest, 1996. Öllős Géza – Borsos József: Vízellátás – Csatornázás I.

Tankönyvkiadó, Budapest, 1990. http://epeszgepesz.atw.hu/Tantargyak/Geptan/centrifug

al%20szivatyu%20szab1.1.pdf

34

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!