Települési vízgazdálkodás I. 10.előadás

1. EJF Építőmérnöki Szak (BSC) Települési vízgazdálkodás I.10.előadás Nyomásfokozás, tározás, üzemállapotok Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 039. dittrich.erno@hidroconsulting.hu

2. 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.

3. 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

4. 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!

5. 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”.

6. 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.

7. 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

8. 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

9. 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...)

10. Szivattyú és vezetéki jelleggörbe illesztése

11. 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!)

12. 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

13. 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)

14. Helyi veszteségek tájékoztató értékei

15. 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.

16. 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.

17. 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!

18. 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

19. 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

20. Magas-tárolók elhelyezése II.

21. Magas-tárolók elhelyezése III.

22. Tárolók magassági elhelyezésének elvi kérdései

23. 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:

24. 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.

25. 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

26. 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.

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

28. 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) • Vkakár 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!

29. 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.

30. Hidrofor működése Légüst hasznos térfogata:

31. 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

32. Üzemállapotok • Vizsgálandó üzemállapotok: • Csúcsfogyasztás • Átlagfogyasztás + max. tűzesetek fellépése • Átlagfogyasztás + főnyomócsövön csőtörés + egy tűzeset • Csúcsfogyasztás + üzemzavar a termelő telepen • Csúcsfogyasztás + magastározó váratlan leürülése • 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.

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/centrifugal%20szivatyu%20szab1.1.pdf

34. Köszönöm a megtisztelő figyelmet!