510 likes | 789 Views
EJF Építőmérnöki Szak (BSC). Vízellátás 5.előadás. Hálózati kialakítás, hálózat hidraulika Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 003. dittrich.erno@hidroconsulting.hu. Hálózati kialakítás koncepcionális kérdései.
E N D
EJF Építőmérnöki Szak (BSC) Vízellátás5.előadás Hálózati kialakítás, hálózat hidraulika Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 003. dittrich.erno@hidroconsulting.hu
Hálózati kialakítás koncepcionális kérdései • Távlati tervezés szempontjai (25-50 éves távlat) • Település fejlődés • Kommunális vízfogyasztás változása • Ipar, mezőgazdaság fejlődése • Nyomásigény • Minden üzemállapotban biztosítandó • Legmagasabb csapoló helyen is min. 1.5 bar nyomás • Magas épületek • Tűzcsapokon OTSZ szerinti nyomásigény biztosítása • Ipari vízigények egyedi nyomásigényei (legtöbbször önálló nyomásfokozással) • Nyomásövezetek kialakítása (ha a geodéziai magasságkülönbség 30-55 m-nél nagyobb) • Nyomáscsökkentők
Vízellátó hálózat vezeték típusai • Fővezeték, távvezeték • Ellátási biztonság • Vízhiány nagy károkat okoz (tüzi víz, kórházak, erőművek, stb..) • Vízhiány nem okoz jelentős károkat • Gazdaságossági szempontok • 147/2010 Korm.r. szerint a fővezetékek létesítésének tervezésekor vizsgálni kell a kettős betáplálás lehetőségét • Gerinc vezetékek: elosztó hálózat fővezetékei • Elosztó vezetékek: • Feladatuk a fogyasztók részére történő szétosztás • Megkülönböztetünk elsőrendű, másodrendű, stb.. elosztó vezetékeket
Vízellátó hálózat típusai I. • Elágazó rendszer: • Előnyei: • Legrövidebb csőhossz • Hátrányai: • Alacsony üzembiztonság • Csővégek környezetében • jelentős nyomásingadozás • pangó vizek alakulhatnak ki • Összekacsolt rendszer: • Előnyei: • Nagyobb üzembiztonság az elosztó hálózatban • Mérsékelhető a pangó víz probléma • Hátrányai: • A fővezeték törése komoly ellátási gondokat okozhat
Vízellátó hálózat típusai II. • Körvezetékes rendszer: • Előnyei: • Legkisebbek a vízellátási zavarok • Nincs pangó víz probléma • Nyomásingadozás a legkisebb mértékű • Hátrányai: • Legmagasabb kivitelezési költség • Alacsony vízfogyasztásnál kis vízsebességek
Vízellátó hálózat kialakítás néhány szempontja • 30/2008 (XII.31) KvVM r. figyelembe vétele: • Körvezetékes rendszert kell kialakítani, kivéve ha műszakilag nem lehetséges, illetve gazdaságilag nem indokolt. • Koncentrált ivóvízhasználat esetén (pl. városszéli lakótelep, kórház) kétoldali vízellátást kell biztosítani. • Fővezeték mindig összeköti a tározó(ka)t és a szivattyús betáplálás(oka)t. • Fővezetékre általában közvetlenül csak a nagyfogyasztók köthetőek. • Fő elosztó vezetékek a nagy vízigényű területeken haladjanak keresztül. • Elosztó vezetékeket minden vízellátásba bevont közterületi sávban vezetni kell. • Az optimális hálózatkialakításhoz szükséges a vízigények területi eloszlását szemléltető helyszínrajz előállítása
Hálózat hidraulikai számítások feladata • Hidraulikai számításokkal az alábbiak meghatározása szükséges: • Vezeték átmérők meghatározása • Hálózati szakaszok mértékadó szállító vízszállításának meghatározása • Áramlási sebességeket (maximális és minimális értékek) • Hálózati nyomás maximális és minimális értékét • Ezekkel összefüggésben: • Magas tározó magassági helyzetét • Hálózati szivattyúk kiválasztását
A hálózat hidraulikai számítások jellege • A méretezés ellenőrző jellegű, iteratív folyamat. • Először célszerű a fővezetéket és a magas tározót közelítőleg méretezni. Majd ez alapján becsülhetőek az ellátó hálózat átmérői. • A rendszert először egy üzemállapotra kell méretezni. Ezt követi a különböző üzemállapotokban a hálózat viselkedésének ellenőrzése. Kiindulási adatok felvétele (csőátmérő, tározó magasság) Ellenőrző hidraulikai számítások (sebességek, hálózati veszteségek, nyomásviszonyok)
Hálózathidraulikai alapfogalmak • Ág (szakasz): Két csomópont közötti szakasz • Csomópont: • Kettőnél több ág találkozásánál • Átmérő váltásnál • Nagyfogyasztó leágazásánál • (anyag váltásnál) • Gyűrű (hurok): ágak önmagukba záródó sorozata
A hálózat hidraulikai terhelései • A vízigény számítás és a vízigények területi eloszlásának ismeretében ki kell osztani a hálózat hidraulikai elemeire eső vízfogyasztásokat • A kisfogyasztókat hálózati ágak mentén egyenletesen kiadottnak tekintjük (területegységre, vagy hosszra fajlagosított fogyasztás) • A nagy fogyasztók vízigényét csomópontban adjuk ki a hálózatból (koncentrált fogyasztás) • Vízszállítás meghatározásának alapelve: Egy ág vízszállítása megegyezik az ág végén lévő csomópontban átadott vízmennyiség és az ág hossza mentén elfogyasztásra kerülő vízmennyiség összegével.
Súrlódási veszteség számítása • Közismert kiindulási képletek: • Hossz-menti veszteség: • Ellenállási tényező Colebrook-White szerint: Az ivóvíz hálózatokat általában hidraulikai szempontból hosszú csővezetékként értelmezzük.
Hossz-menti veszteség egyszerűsített számítása • Valóságban a vezeték hossza mentén változik a vízhozam → változik a sebesség → változik a λ → kettős iterációt igénylő egyenletrendszer • Kézi számításoknál egyszerűsítések tehetők (többféle módszer lehetséges) λ=állandó feltételezésével, adott hosszúságú ágra:
Az egyszerűsítés hibájának mértéke • D=100 mm-es csőátmérő és v=1,0 m/s-hoz tartozó állandó λ feltételezésével elkövetett hiba mértéke Azoknál a vezetékeknél ahol Q bizonytalansága jelentős (ellátó vezetékek), ez a módszer használható! Ahol Q bizonytalansága kisebb mértékű (fővezetékek, távvezetékek) pontos, iteratív számítás szükséges Reális hálózati cső-érdesség: k=0,03-3.0 mm
Vízhozam kiosztása ellátó vezetékszakaszokon I. • Probléma felvetés: ellátó vezetékszakaszon minden vízbekötés után változik a vízhozam → a vízbekötések kiosztására általában nincs mód (modell egyszerűsítés) • Egyszerűsítés: állandó Q feltételezése az ellátó vezeték hossza mentén. Kétféle megoldási mód lehetséges: 1) Az ág mentén elfogyasztott vízmennyiséget (Q1) az ág végén koncentráltan adjuk ki 2) Az ág mentén elfogyasztott vízmennyiséget 50%-50% arányban szétosztjuk az ág két végén
Vízhozam kiosztása ellátó vezetékszakaszokon II. Q: az ágon átvezetésre kerülő vízhozam Q1: az ág mentén elfogyasztásra kerülő vízhozam h: valós veszteségmagasság h’: számított veszteség magasság az ág végére koncentrált Q1 esetén h”: számított veszteség magasság az ág mindkét végére szétosztott Q1 esetén - Q/Q1>5 felett mindkét módszer pontos - h”/h minden esetben pontosabb eredményt ad, mint h’/h → hálózati veszteség számítására Q+0,5Q1 vízhozam értékkel célszerű számolni!
Ágvezeték hálózatok vízszállítása Kirchhoff első törvénye: A csomópontba érkező és a csomópontból távozó vízhozamok előjeles algebrai összege zérus k: csomópontok száma w: ágak száma w=k-1 • Ismerni kell: • vagy a fogyasztóknak kiadásra kerülő vízmennyiségeket • vagy a rendszerbe betáplált vízmennyiséget • (k-1) db egyenlet írható fel, melyből számítható az összes ág vízszállítása • A vízszállítás ismeretében számítható az ágankénti veszteség.
Átvágásos módszer • Körvezetékes hálózathoz a kezdeti csőátmérők felvételére alkalmazható gyors kézi számítási eljárás
Körvezeték hálózatok (gyűrűk) vízszállítása I. Kirchhoff első törvénye: Kirchhoff második törvénye: A gyűrűt bármely helyen ketté osztva a nyomásveszteségek előjeles algebrai összeg zérus Ha a gyűrű körüljárási iránya megegyezik az áramlási iránnyal akkor hv-t pozitív, ha ellentétes akkor negatív előjelűnek tekintjük!
Körvezeték hálózatok (gyűrűk) vízszállítása II. k: csomópontok száma w: ágak száma → w=k-1 m: gyűrűk száma → m=w-k+1 Az egyenletrendszer iterációval megoldható! k-1 db egyenlet írható fel (minden ágra) • Felírható egyenletek száma: • N=k-1+m+k-1=k-1+w-k+1+k-1=2w • Ismeretlenek száma: 2w • ágankénti vízszállítás: w • ágankénti veszteség: w m db egyenlet írható fel (minden gyűrűre) k-1 db egyenlet írható fel (minden ágra) • Kétféle megoldási módszer használatos: • veszteség kiegyenlítés (Cross-módszer) • hozam kiegyenlítés
Egyenletrendszer megoldása Cross-módszerrel (veszteség kiegyenlítés módszere) I. • 1. lépés: felvesszük önkényesen az egyes ágakban kialakuló vízhozamokat, úgy hogy csomóponti feltétel teljesüljön. • 2. lépés: A gyűrű feltétel ebben az esetben nem teljesül. Ezért ∆Q mennyiséggel a vízhozamokat korrigálni kell! Végezzük el a négyzetre emelést és ∆Q2 tagokat hanyagoljuk el: Ebből ∆Q-t kifejezve:
Egyenletrendszer megoldása Cross-módszerrel (veszteség kiegyenlítés módszere) II. • 3. lépés: ∆Q vízhozamokkal javítva a gyűrű ágait a gyűrűben a kiegyenlítést elvégezzük → Ez azonban elmozdítja a csatlakozó gyűrű(k) kiegyenlítettségét • 4. lépés: 1-3 lépések az összes gyűrűn végig számítandóak. Az iterációt addig kell ismételni míg az összes gyűrű kiegyelítődik • 5. lépés: sebességek ellenőrzése, csőátmérők korrekciója Az 5. lépés után az egész folyamat elölről kezdődik, és ez még csak egy üzemállapot vizsgálata volt
Egyenletrendszer megoldása hozam kiegyenlítés módszerével • 1. lépés: csomóponti nyomások felvétele gyűrűfeltétel fenntartásával. • 2. lépés: Az ágak vízszállításának számítása. Csomóponti feltétel nem teljesül. • 3. lépés: vízhozamok algebrai összegének számítása. • 4. lépés: Veszteségek korrigálása. Korrekciós tag:
1. feladat I. • Az alábbi ábra egy egyszerű körvezeték adatit tartalmazza: • A. Számítandó az 1-es és 2-es jelű csővezeték vízszállítása ha Q=40 l/s és a helyi veszteségek elhanyagolhatóak. A cső-érdesség k=1 mm. • B. Mekkora hibát vétünk, ha 1 m/s sebességhez tartozó λ értékkel számolunk?
1. feladat VIII. (A feladatrész vége) Q1=10 l/s Q1=5.06 l/s Q1=2.75 l/s Q1=1.86 l/s Q1=1.70 l/s Q1=1.71 l/s Q2=-30 l/s Q2=-34.94 l/s Q2=-37.25 l/s Q2=-38.14 l/s Q2=-38.30 l/s Q2=-38.29 l/s
1. feladat IX. – B feladatrész • v=1 m/s feltételezésével fixáljuk λ-t mindkét csőátmérőre
1. feladat XV. Q1=10 l/s Q1=5.06 l/s Q1=2.75 l/s Q1=1.86 l/s Q1=1.70 l/s Q1=1.71 l/s Q1=10 l/s Q1=5.06 l/s Q1=2.75 l/s Q1=1.88 l/s Q1=1.74 l/s Q1=1.75 l/s „A” „B” Q2=-30 l/s Q2=-34.94 l/s Q2=-37.25 l/s Q2=-38.14 l/s Q2=-38.30 l/s Q2=-38.29 l/s Q2=-30 l/s Q2=-34.94 l/s Q2=-37.25 l/s Q2=-38.12 l/s Q2=-38.36 l/s Q2=-38.25 l/s „A” „B”
Mértékadó sebességek a csőhálózatban • Ajánlott sebességek az elosztó hálózatban: 0,6 - 0,8 m/s • Ajánlott sebességek a főelosztó és fővezeték hálózatban: 0,8 – 1,8 m/s • Maximális sebesség a főnyomócsövekben: 2 m/s • Maximális sebesség max. tűzoltás és fogyasztás esetén az elosztó hálózatban: 3 m/s • Minimális áramlási sebesség: 0,4 m/s
Szivattyú választás és csőhálózat hidraulika kapcsolata I. Csőhálózati jelleggörbe Vezetéki jelleggörbe
Tervfeladathoz javaslatok • Elkészítendő a település vezetékhálózatának helyszínrajzi tervezése, az alábbiak feltüntetésével: • Vezeték jele • Csomópontok száma • Vezeték átmérő • Szakaszhosszak • Csomópontok geodéziai magassága • Meghatározandó a csomópontokra terhelendő vízigény • Elkészítendő a vezeték átmérőinek durva, becslésszintű meghatározása átvágásos módszerrel. • Cross-módszerrel elkészítendő (kézzel vagy excellben) az oktató által kijelölt főhálózati részek hidraulikai számítása. • Elvégezendő a szivattyú telep (típus, kapcsolási mód, jelleggörbék) és a magastározó (magasság, térfogat) optimalizálása.
Felhasznált irodalom • György István (szerk): Vízügyi létesítmények kézikönyve. Műszaki könyvkiadó Budapest1974. • Darabos Péter – Mészáros Pál: Közművek. Digitális jegyzet. Budapest 2004. • Öllős Géza: Vízellátás K+F eredmények. VDSZ, Budapest, 1987. • Török László: Vízellátás (szakmérnöki) oktatási segédanyag. Török László: Vízellátás (szakmérnöki) oktatási segédanyag. • Bozóky-Szezsich-Kovács-Illés: Vízellátás-csatornázás tervezési segédlet. Műegyetem kiadó, Budapest, 1999. • Györei Lászlóné: Közműépítés II. Példatár. Nemzeti tankönyvkiadó, Budapest. • Görözdi – Major – Zsuffa: Vízgazdálkodás példatár. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1983. • Öllős Géza: Vízellátás-csatornázás. Alkalmazott hidraulika. Tankönyvkiadó, Budapest, 1971. • Buzás Kálmán: Települések vízellátása. Nemzeti tankönyvkiadó, Budapest, 1991.