Vízellátás 3.-4.előadás

1. EJF Építőmérnöki Szak (BSC) Vízellátás3.-4.előadás Vízemelés, víztárolás Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 003. dittrich.erno@hidroconsulting.hu

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. 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. 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. Szivattyú és vezetéki jelleggörbe illesztése

10. Vízellátásban használt szivattyúk csoportosítása • Feladatuk szerint: • Vízszerzés szivattyúi (külön tantárgy) • Vízkezelés során alkalmazott szivattyúk (külön tantárgy) • 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. Helyi veszteségek tájékoztató 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. 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. Szivattyúk párhuzamos üzeme III. • Meredek jelleggörbéjű szivattyúk párhuzamos kapcsolása: • Jelentős mértékű vízhozam emelkedés • Lapos jelleggörbéjű szivattyúk párhuzamos kapcsolása: • Kisebb mértékű vízhozam emelkedés • Szivattyú választásnál a fő cél, hogy minden üzemállapotban a párhuzamosan kapcsolt gépek a lehető legközelebb működjenek a névleges munkaponthoz! • Lépcsős szivattyú üzemnél a legnagyobb üzemidejű betáplálási vízhozamhoz tartozó munkapont legyen a legközelebb a névleges munkaponthoz! Ez csak azonos áramdíj mellett igaz. Változó áramdíj (pl. éjszakai áram) esetén gazdasági számítás szükséges az optimalizáláshoz!!! • A párhuzamos kapcsolásnál a lehető legkisebb gépszámra és a lehető legalacsonyabb szabályozási veszteségre kell törekedni!

18. 2*2-es párhuzamosan kapcsolt szivattyútelep (példa)

19. Szivattyúk szabályozási módjai • Fojtásos szabályozás • Megkerülő vezetékes szabályozás • Szabályozás lapátállítással • Fordulatszám szabályozás • Szabályozás tározásal (lásd átfolyásos rendszerű magastározó) • Lépcsős szabályozás (lásd szivattyúk párhuzamos kapcsolása) • Üzemidő szabályozás

20. Fojtásos szabályozás

21. Megkerülő vezetékes szabályozás

22. Szabályozás lapátállítással

23. Fordulatszám szabályozás

24. 1. feladat • Határozza meg az ismert munkapontú szivattyú főbb teljesítmény adatait ha a szivattyú fordulatszámát 20%-al növeljük. Kiindulási adatok: • Kiindulási munkapont adatai: • Fordulatszám: n1=960 1/min • Vízhozam: Q1=10 l/s • Emelő magasság: H1=9,2 m • Számítandó a szivattyú kezdeti teljesítménye, továbbá a fordulatszám növelés utáni üzemi adatok ha a szivattyú össz. hatásfoka ηö=73%: • Teljesítmény • Vízhozam • Emelőmagasság

25. Kavitáció I. A telített gőz nyomásának értéke a hőmérséklet függvényében: (1 kp=10 N) Kavitáció:gőzbuborék keletkezése és megszűnése az áramló folyadékban. Kavitáció hatásmechanizmusa: Telített gőz nyomásánál kisebb nyomású hely kialakulása az áramlási térben Gőzbuborékok keletkezése Nagyobb nyomású térben érve a gőzbuborékok összeroppannak Kavitációs erózió: szivacsossá váló fémszerkezet, nagyobb darabok leszakadása Magasnyomású, nagyfrekvenciájú, pontszerű ütések érik a falat

26. Kavitáció II. • Tünetek: • Csattogó, pattogó hang üzem közben • Fokozott géprezgés • Hatások: • Csökkenő vízszállítás • Csökkenő élettartam

27. Szívó magasság, NPSH Belső nyomásesés (NPSH): Ahol: - ps,krit: kritikus szívócsonkbeli nyomás - pg: telített gőz nyomása - vs: szívócsonkbeli sebesség Kritikus szívómagasság: Ahol: - pI: nyomás az alvíz szinten - hsz: a szívócső áramlási ellenállása

28. 2. feladat I. Az ábrán látható szívó vezetékben Q=60 l/s vízhozamot kell szállítani. A ábrán látható alapadatok ismeretében (k=1 mm): • Mennyi a szivattyú szívócsonkjában kialakuló abszolút nyomás, ha a szívókosár és a lábszelep együttes veszteség tényezője 5? • Ebben az üzemállapotban kialakulhat-e kavitációs üzem, ha a szivattyú NPSH értéke 2 m?

29. 2. feladat II. Ív ellenállása: Kritikus nyomás a szívócsonkban:

30. 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

31. 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

32. Magas-tárolók elhelyezése II.

33. Magas-tárolók elhelyezése III.

34. Tárolók magassági elhelyezésének elvi kérdései

35. 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:

36. Víztárolók térfogatának méretezése II. • Nem átfolyó rendszerű tárolónál a teljes térfogat az átfolyó rendszerű tárolóénál kisebb! • Ha több tároló van egy rendszerben akkor Vtűés Vcs többlet térfogatok mindig az olcsóbb tározótípusnál alakítandó ki. • Víztoronynál törekendi kell arra hogy lehetőleg csak Vktérfogatot legyen szükséges kielégítenie! • Víztoronynál törekendi kell az előre gyártott víztornyok méretválasztékához történő tározó térfogat illesztésre. Előre gyártott víztornyok térfogatválasztékát lásd. Török L. segédletében.

37. 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. (XII. 23.) 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 a 147/2010. (XII. 23.) Korm. rend. kikötése közül a nagyobbik adja! • Maximális tározó térfogat Qd,max 80-100 %-a

38. 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.

39. Víztárolók térfogatának méretezése V. • Vktározótérfogat meghatározása grafikusan • Qsz: szivattyúzás vízhozama • Qf: vízfogyasztás vízhozama

40. Víztárolók térfogatának méretezése VI.

41. 3. feladat I. Számítsa ki a mélytározó, a magastározó térfogatát valamint a névleges szivattyúzási vízhozamot, az alábbiak ismeretében: • A napi maximális kommunális és ipari vízigény: 2288 m3/nap. • A vízfogyasztás idősorát az alábbi táblázat mutatja • A vízkezelő rendszer 22 h/nap időtartamban termel. Napi 2 óra a szűrők visszamosatására szánt idő. A visszamosatási vízigény a maximális napi vízigény 5%-a. • Egy tűzeset vízigénye 15 l/s 2 órán keresztül. A település mértékadó oltóvíz igénye 30 l/s 3 órán keresztül.

42. 3. feladat II. • A kommunális és ipari vízigény együttes idősora

43. 3. feladat III. • A víztermelés szükséges vízhozama: • A víztermelés és a vízfogyasztás együttes alakulása:

44. 3. feladat IV. • Szivattyúzási üzemrend: • 2 műszak melletti folyamatos szivattyúzás • 2 db azonos típusú párhuzamosan kapcsolt szivattyúból álló szivattyú telep (+1 db beépített tartalék) • Csúcsvízfogyasztási időszakokban mindkét szivattyú üzemel (8 órás üzem), alacsonyabb fogyasztások idején csak 1 db szivattyú üzemel (16 órás üzem). • Ez alapján kialakított üzemrend (kommunális és ipari csúcsfogyasztási üzemállapotban) : • A szivattyúk nem termelnek: 0 – 5 h és 21 – 24 h • 1. szivattyú termel: 5 – 21 h • 2. szivattyú termel: 5 – 9 h és 17 – 21 h • Egyenértékű szivattyú óraszám: 24 h • Szivattyúnkénti vízhozam igény: Qdmax/24=93,3 m3/h • Szivattyúk párhuzamos kapcsolása csökkenti a szivattyúnkénti vízszállítást!!!! → A szivattyú választásnál a tározó számítás korrekciója szükséges!!!

45. 3. feladat V. • Víz-teremlés, vízfogyasztás és szivattyúzás alakulása

46. 3. feladat VI. • Mélytározó térfogatának meghatározása

47. 3. feladat VII. • Mélytározó térfogatának meghatározása grafikusan 2 db szivattyú működik 105% víztechn. vízigény többlet 4.55% Szűrők vissza mosatása 1 db szivattyú működik 19.09%

48. 3. feladat VIII. • Magastározó térfogatának meghatározása

49. 3. feladatIX. • Magastározó térfogatának meghatározása grafikusan 2 db szivattyú működik 9.36% 1 db szivattyú működik 3.11%

50. 3. feladat X. • Egy tűzeset oltó-víz igénye: • Települési oltóvíz igény: • V1t a magastározóban, míg a Vtt-V1t a mélytározóban tározható, így: • A magastározó szükséges térfogata: 300+108=408 m3 • A mélytározó szükséges térfogata: 541+324-108=757 m3 • Az össz. tározó térfogat: 408+757=1165 m3 • Az össz. tározó térfogat a napi vízigény: 51%-a (147/2010. Korm. rend.: min 30%)