Upload
buidat
View
224
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka
Prof. dr. sc. Luka Sopta, dipl. ing. Siniša Družeta, dipl. ing.
Sergej Pintar, dipl. ing.
Rijeka, 2000.
SOPEX
SOPEX d.o.o. Put za forticu 12c, Pobri-Opatija 51211 Matulji Tel: (051) 272706 / 271231
Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka
Prof. dr. sc. Luka Sopta, dipl. ing. Siniša Družeta, dipl. ing. Sergej Pintar, dipl. ing.
Ova je studija napravljena za HEP d.d. - TE RIJEKA prema ugovoru 1/11/99.
PREDGOVOR U izradi ove studije posebnu zahvalnost dugujem direktoru i tehničkom osoblju TE Rijeka koji su uvijek bili na raspolaganju da svojim stručnim komentarima omoguće pravilan smjer rada i dovršetak studije.
Prof. dr. sc. Luka Sopta, dipl. ing.
SADRŽAJ 1. Uvod 1 2. Opis glavnog rashladnog sustava 3 2.1. Usisni cjevovod 4 2.2. Usisni bazen 6 2.3. Usisne pumpe 7 2.4. Tlačni cjevovod 8 2.5. Kondenzator 9 2.6. Odvodni cjevovod 10 2.7. Sustav Taprogge 10 2.8. Izlazna građevina 11 2.9. Grana za rashladnike zatvorenog ciklusa 12 2.10. Vakuum sustav 13 2.11. Opis rada rashladnog sustava 14 3. Hidraulička analiza rashladnog sustava 16 3.1. Usisni dio sustava 19 3.1.1. Ulaz u usisni cjevovod 19 3.1.2. Usisni cjevovod 20 3.1.3. Koljena u usisnom cjevovodu 24 3.1.4. Usisni bazen 24 3.1.4.1. Ulaz u usisni bazen 24 3.1.4.2. Kose rešetke 25 3.1.4.3. Rotacijska sita 25 3.2. Glavne rashladne pumpe 25 3.3. Tlačni cjevovod 30 3.3.1. Leptirasti zatvarači glavnih rashladnih pumpi 30 3.3.2. Račva iza pumpi 30 3.3.2.1. Koljena u račvi 30 3.3.2.2. Spajanje grana 30 3.3.3. Dva koljena na usponu cjevovoda 31 3.3.4. Ravni dio cjevovoda 31 3.3.5. Koljeno u cjevovodu prije račve 31 3.3.6. Račva prije kondenzatora 32
3.3.6.1. Leptirasti zatvarač poslije razdvajanja grana 32 3.3.6.2. Koljeno prije ulaza u kondenzator 32 3.4. Kondenzator 32 3.4.1. Ulazna i izlazna komora kondenzatora 33 3.4.2. Kondenzatorske cijevi 34 3.5. Sustav Taprogge 34 3.6. Izlazni cjevovod 35 3.6.1. Račva nakon kondenzatora 35 3.6.1.1. Koljena u račvi 35 3.6.1.2. Prigušnice 36 3.6.1.3. Leptirasti zatvarači 37 3.6.1.4. Koljena prije spajanja grana 37 3.6.1.5. Spajanja grana račve 38 3.6.2. Ravni dio odvodnog cjevovoda do koljena 38 3.6.3. Koljeno u odvodnom cjevovodu 38 3.6.4. Ravni dio odvodnog cjevovoda od koljena do izlaznog bazena 38 3.7. Grana za rashladnike zatvorenog ciklusa 39 3.7.1. Odvajanje od tlačnog cjevovoda 40 3.7.2. Ukupni ravni dio cjevovoda 40 3.7.3. Dva koljena u dovodnom cjevovodu 41 3.7.4. Koljena u cjevovodu 41 3.7.5. Ulazna i izlazna komora rashladnika zatvorenog ciklusa 42 3.7.6. Cijevi u izmjenjivaču 42 3.7.7. Spajanje na račvu iza kondenzatora 42 3.8. Izlazna građevina 43 3.8.1. Difuzor i pregrada u izlaznoj građevini 43 3.8.2. Preljev 43 3.9. Proračun protoka na preljevu 44 3.10. Vakuum sustav 50 4. Opis i rezultati mjerenja 51 4.1. Opis mjernih mjesta 53 4.2. Preračunavanje izmjerenih vrijednosti 56 4.3. Rezultati mjerenja 61
5. Hidraulički model rashladnog sustava 62 5.1. Proračun protoka na preljevu 62 5.2. Hidraulička analiza rada glavnih rashladnih pumpi 64 5.2.1. Dobavna visina pumpe 64 5.2.2. Stupanj iskoristivosti pumpe 69 5.2.3. Provjera radne karakteristike pumpe 70 5.3. Piezometrička i energetska linija 72 5.4. Radna točka rashladnog sustava 77 6. Prijedlozi poboljšanja rada rashladnog sustava 79 6.1. Skidanje prigušnica 79 6.2. Demontaža leptirastih zatvarača ispred kondenzatora 83 6.3. Rekonstrukcije u izlaznoj građevini 84 6.3.1. Izrada propusta na preljevnoj brani 84 6.3.2. Smanjenje visine preljevne brane na vodoispustu 87 6.3.3. Rekonstrukcija difuzora i uklanjanje preljevne brane
u izlaznoj građevini 89
6.4. Rekonstrukcija kose rešetke u usisnom bazenu 91 6.5. Instaliranje difuzora na ulazu u usisni cjevovod sustava 91 6.6. Čišćenje svih naslaga u cijevima i bazenima 92 7. Zaključak 93 Literatura 96 Prilozi 97 I Rezultati mjerenja 98 II Numeričke simulacije strujanja 99 III Shema rashladnog sustava 116 Dodatak 117 Program ispitivanja hidraulike rashladnog sustava morske vode u TE Rijeka
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 1
1. Uvod
Naručitelj ove studije HEP d.d. Zagreb, Pogon TE Rijeka, zatražio je izradu
studije koja je imala za cilj hidrodinamičku analizu rashladnog sustava TE Rijeka uz
prijedlog mjera za poboljšanje rada. Stoga je trebalo provjeriti projektno rješenje i
promjene nastale tijekom rada rashladnog sustava: ugradnja prigušnica, uređaja
Tapproge, viseće pregrade na vodoispustu i odvajanje sustava za hlađnje turbinskog
ulja. Zatim je trebalo analizirati probleme vezane uz usis morskih organizama i
pojavu pojačanog pjenjenja na vodoispustu.
U tu svrhu izvršena su opsežna mjerenja protoka i piezometričkih visina
(tlakova) duž rashladnog sustava. Mjerenja su izvršena u periodu od 12. 6. do 5. 7.
2000. za razna opterećenja elektrane kod rada jedne ili dvije glavne rashladne
pumpe.
Nadalje se daje kratki prikaz ove studije. U drugom poglavlju dan je tehnički
opis glavnog rashladnog sustava termoelektrane sa opisom njegovog rada. Također,
kratko je opisan vakuum sustav.
Treće poglavlje daje detaljnu hidrauličku analizu glavnog rashladnog sustava.
Na svim njegovim elementima proračunati su hidraulički gubici. Za glavne rashladne
pumpe dani su parametri rada i dijagrami radnih karakteristika. Na kraju poglavlja
detaljno se prezentira formula za proračun protoka na kosom preljevu u ispusnom
bazenu.
Opis mjernih mjesta i postupak provedenih mjerenja prikazani su u četvrtom
poglavlju.
U petom poglavlju postavljen je hidraulički model glavnog rashladnog
sustava. Proračunat je protok na preljevu, kalibrirana piezometrička linija i
provjerena radna krivulja pumpi. Određena je radna točka glavnog rashladnog
sustava.
Prijedlozi za poboljšanje rada glavnog rashladnog sustava dani su u šestom
poglavlju. Osnovni prijedlozi su: skidanje prigušnica i leptirastih zatvarača u račvi
ispred kondenzatora, te rekonstrukcije u izlaznoj građevini. Ovakve izmjene u
glavnom rashladnom sustavu bi rezultirale smanjenjem hidrauličkih gubitaka i
povećanim protokom. Tim se smanjuje snage na glavnim pumpama i povećava
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 2
stupanj iskoristivosti glavnog rashladnog sustava. Predlaže se i izgradnja difuzora na
usisu radi smanjenja unosa morskih organizama, smanjenja miješanja tople vode na
ispustu s vodom na usisu i smanjenja usisnih gubitaka. Nadalje, pokazuje se da je
moguće ili ukloniti kose rešetke ili napraviti rekonstrukciju sa optimalnim profilima
koja bi znatno smanjila hidrauličke gubitke u odnosu na pravokutne profile.
Kao prilozi studije dani su rezultati mjerenja, rezultati numeričkih simulacija i
shema glavnog rashladnog sustava, a u Dodatku je dan program mjerenja.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 3
2. Opis glavnog rashladnog sustava
Termoelektrana Rijeka smještena je jugoistočno od grada Rijeke na morskoj
obali (Slika 2.1). Elektrana je instalirane snage 320 MW i spada među najveće
proizvodne objekte Hrvatske elektroprivrede. Termoelektrana spada u kondezacione
i koristi morsku vodu kao rashladni medij.
Slika 2.1 - Termoelektrana Rijeka
Glavni rashladni sustav TE Rijeka (u daljnjem tekstu: rashladni sustav) spada u
grupu jedno-prolaznih rashladnih sustava kod kojeg je rashladni medij morska voda.
Njegova osnovna uloga je ukapljivanje vodene pare u kondenzatoru. Uz to, služi i za
hlađenje ostalih postrojenja u termoelektrani. Shema glavnog rashladnog sustava
dana je u Prilogu III.
Rashladni sustav sastoji se od usisnih cjevovoda, usisnog bazena sa uređajima
za pročišćavanje, dvije glavne pumpe morske vode, tlačnog cjevovoda do
kondenzatora, kondenzatora, odvodnog cjevovoda od kondenzatora do ispusta i
izlazne građevine (vidi Sliku 2.2). Morska voda kroz dvije usisne cijevi ulazi u
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 4
usisni bazen u kojem se iz vode filtriranjem odstranjuju krupna onečišćenja. Zatim se
pomoću dvije pumpe tlači kroz zajednički vod do kondenzatora pare i nakon
prolaska kroz kondenzator vodi do vodoispusnog bazena gdje se ispušta u more.
Manji dio vode iz tlačnog dijela rashladnog sustava prolazi kroz rashladnike
zatvorenog ciklusa koji je sekundarni sustav hlađenja. Na rashladni sustav priključen
je vakuum sustav koji pored osnovne funkcije održanja niskog apsolutnog tlaka na
parnoj strani kondenzatora ima zadatak održavanje nužne piezometričke visine,
odnosno sifonskog efekta u rashladnom sustavu.
2.1. Usisni cjevovod
Usisni cjevovod sastoji se od dva paralelna cjevovoda (istočni i zapadni)
međusobno razmaknutih za 5 m (vidi Sliku 2.2). Ukupna dužina pojedinog
cjevovoda iznosi 60 m. Cjevovodi su sastavljeni od 5 sekcija svaka dužine 12 m i
promjera 3 m. Nagib cjevovoda u odnosu na horizontalu je u prosjeku 30°, osim
usisne sekcije koji je postavljen pod kutom od 7°30’. Cjevovodi su položeni uz
morsko dno i učvršćeni posebnom konstrukcijom čeličnih vertikalnih nosivih cijevi.
Ulazni dio cjevovoda nalazi se na dubini od –35,59 m, a gornji izlazni dio je spojen
na usisni armirano-betonski bazen.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 5
KO
ND
EN
ZA
TO
R
OD
VO
DN
I CJE
VO
VO
D
TL
AČ
NI C
JEV
OV
OD
PUM
PE
ISPU
SNI B
AZE
N
SA P
RE
LJE
VO
M
USI
SNI B
AZ
EN
SA R
EŠE
TKA
MA
I R
OT
AC
IJSK
IM
SIT
IMA
USI
SNI
CJE
VO
VO
DI
R
AZ
INA
MO
RA
Slik
a 2.
2 –
Tro
dim
enzi
onal
ni p
rika
z ra
shla
dnog
sust
ava
u T
E R
ijeka
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 6
2.2. Usisni bazen
Usisni bazen je na morskoj obali, širine 8 m, ukupne dužine 34,3 m i
prosječne dubine 7 m. Poprečni i uzdužni presjek bazena dani su na Slici 2.3.
Betonska pregrada u sredini bazena razdvaja tok na dva dijela u kojima su smješteni
uređaji za pročišćavanje. Sustav za pročišćavanje morske vode služi za zaustavljanje
grubih nečistoća i morskih organizama koje voda donosi sa sobom ulaskom u
rashladni sustav (školjke, alge, pijesak, itd.). Sastoji se od grube rešetke, dvije kose
rešetke i dva rotacijska sita. Podvodne snimke grube rešetke i rotacijskog sita
prikazane su na Slici 2.4.
a) b)
Slika 2.4 – Podvodni snimak: a) gruba rešetka, b) rotacijsko sito
Gruba rešetka izvedena je od čeličnih profila sa veličinom oka rešetke
30 x 30 cm i služi za zaustavljanje većih predmeta.
Kose rešetke postavljene su pod nagibom od 75° i sastoje se od snopova
čeličnih, pravokutnih profila 10 x 100 mm međusobno razmaknutih za 20 mm. Na
ploči bazena instaliran je sustav za čišćenje kose rešetke (vidi Sliku 2.5).
Rotacijsko sito sastoji se od niza panela veličine 3,5 x 0,5 m s mrežom
veličine oka 4 x 4 mm. Paneli su postavljeni na rotirajući lančani mehanizam.
Slik
a 2.
2 - P
rika
z ra
shla
dnog
sust
ava
TE R
ijeka
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 7
Slika 2.5 - Uređaji za čišćenje kosih rešetki postavljeni na ploči usisnog bazena
Uz kose rešetke i rotacijska sita instalirani su uređaji za mjerenje pada tlaka
koji ukazuju na njihov stupanj onečišćenja.
Nakon sustava rešetki za pročišćavanje završava i konstrukcija betonske
pregrade po sredini i voda se opet miješa te ulazi u završni dio bazena gdje su
uronjene dvije usisne pumpe. Radi smirenja toka prije ulaska u pumpu bazen je
lagano proširen da bi se postigao efekt difuzora. Usisne strane pumpi međusobno su
odvojene betonskom pregradom radi sprečavanja interakcije usisnih vrtloga.
2.3. Usisne pumpe
U rashladnom sustavu instalirane su dvije pumpe EV1300 snage 800 kW,
proizvođača Termomeccanica Italiana S.p.A. Pumpe su vertikalne, aksijalnog tipa,
kapaciteta 21500 m3/h, brzine vrtnje 330 min-1. Pumpe su u paralelnom spoju, a
smještene su na kraju usisnog bazena, iza rotacijskih sita. Radi smanjenja ulaznih
gubitaka na pumpama, dio bazena oko usisa pumpi posebno je oblikovan. Iza svake
pumpe instaliran je hidraulički upravljan leptirasti zatvarač. Kod rada jedne pumpe
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 8
leptirasti zatvarač na drugoj pumpi je zatvoren da ne bi došlo do obrnutog smjera
strujanja kroz pumpu. Smještaj pumpi prikazan je na Slici 2.6.
Slika 2.6 – Glavne rashladne pumpe
2.4. Tlačni cjevovod
Na 1,25 m nadmorske visine, nakon pumpi i račve počinje tlačni cjevovod
koji vodi do kondenzatora.
Glavne rashladne pumpe tlače vodu kroz račvu u zajednički tlačni cjevovod.
Tlačna čelična cijev je promjera 2,8 m i račva se na cijevi promjera 2 m koje ulaze u
komore kondenzatora (vidi Sliku 2.7). Prije ulaznih komora kondenzatora u lijevu i
desnu granu račve instalirani su leptirasti zatvarači i ulaz Taprogge sustava za
čišćenje kondenzatorskih cijevi.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 9
Slika 2.7 – Ulazne komore kondenzatora
2.5. Kondenzator
Kondenzator ima dva odvojena bloka. Svaki blok sastoji se od 6950 paralelno
postavljenih al-brončanih cijevi duljine 11 m. Dakle, ukupno ima 13900 cijevi. U
jednom bloku ima 6666 cijevi promjera 22,91 mm, a preostalih 284 rubnih cijevi je
promjera 22,2 mm. Na ulazu i izlazu kondenzatorskog bloka nalaze se cijevne stijene
kondenzatora (vidi Sliku 2.8). U ulaznim komorama dovedena se morska voda
skreće prema kondenzatorskim cijevima, a u izlaznim komorama sva se voda iz
kondenzatorskih cijevi skuplja i skreće prema odvodnim cijevima. Na vrhu svake
ulazne i izlazne komore kondenzatora nalaze se priključci za vakuum sustav.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 10
Slika 2.8 – Cijevna stijena kondenzatora
2.6. Odvodni cjevovod
Dvije grane račve, koje izlaze vertikalno iz kondenzatorskih komora, skreću
pod kutom od 90° u horizontalnu ravninu. Nakon uređaja za skupljanje kuglica
sustava Taprogge, prigušnica i leptirastih zatvarača, grane se preko račve spajaju u
jedan odvodni cjevovod. Cjevovod ide prema moru na dužini od 15 metara, nakon
čega skreće pod kutom od 90° u desno i nastavlja još narednih 23,5 m. Odvodni
cjevovod završava spajanjem na difuzor izlazne građevine.
2.7. Sustav Taprogge
Sustav Taprogge služi za čišćenje stjenki kondenzatorskih cijevi od
nataloženih nečistoća. Sustav se sastoji od uređaja za ispuštanje kuglica, uređaja za
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 11
skupljanje kuglica, cirkulacijske pumpe, uređaja za pranje kuglica i spojenih cijevi.
U struju rashladne morske vode, prije ulaznih komora kondenzatora, ispušta se veliki
broj polimernih kuglica koje prolaze kroz kondenzatorske cijevi i na sebe skupljaju
talog sa stjenki cijevi. Nakon prolaza kroz kondenzatorske cijevi, onečišćene kuglice
skupljaju se na rešetci skupljača kuglica (vidi Sliku 2.9) i pomoću cirkulacijske
pumpe odvode u uređaj za pranje kuglica. Oprane kuglice vraćaju se ponovno nazad
u kondenzator.
Slika 2.9 – Skupljač kuglica sustava Taprogge
2.8. Izlazna građevina
Izlazna građevina postavljena je na morskoj obali (Slika 2.10). Sastoji se od
difuzora, ispusnog bazena sa preljevom i izlaznog kanala sa sustavom pregrada.
Naknadno je na izlazu iz difuzora izvedena viseća pregrada zbog problema
postizanja vakuuma u rashladnom sustavu kod njegova pokretanja. U izlaznom
kanalu izveden je kosi preljev. Na izlaznom kanalu izveden je sustav pregrada koje
služe za smanjenje utjecaja morskih valova. Poprečni i uzdužni presjek izlazne
građevine dani su na Slici 2.11.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 12
Slika 2.10 – Izlazna građevina sa preljevom
2.9. Grana za rashladnike zatvorenog ciklusa
Iz tlačnog cjevovoda rashladnog sustava odvodi se dio rashladne vode i uvodi
u cijevne izmjenjivače (rashladnike zatvorenog ciklusa) gdje se hladi rashladni medij
sekundarnog sustava hlađenja – zatvorenog ciklusa. Zadatak zatvorenog ciklusa je
snabdijevanje svih ostalih rashladnih sustava elektrane.
Sustav dobave morske vode u cijevne izmjenjivače (rashladnike) zatvorenog
ciklusa sastoji se od dovodnog i odvodnog cjevovoda promjera 0,5 m, te dva
izmjenjivača topline promjera 1,204 m i dužine 7,665 m. Ulazni cjevovod grane za
rashladnike zatvorenog ciklusa spojen je na tlačni cjevovod kondenzatora, nakon
račve iza glavnih rashladnih pumpi, a povrat vode iz ciklusa spaja se u lijevu granu
račve iza kondenzatora. Izmjenjivači topline smješteni su jedan iznad drugog (Slika
2.12) i priključeni na vakuum sustav.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 13
Slika 2.12 – Izlaz iz rashladnika zatvorenog ciklusa
2.10. Vakuum sustav
Vakuum sustav pridružen je rashladnom sustavu radi stvaranja i održavanja
sifonskog efekta u njemu. Na parnoj strani kondenzatora vakuum sustav služi za
odstranjivanje neukapljenih plinova (zrak, itd.) i održanja niskog apsolutnog tlaka
približno 0,05 bara, odnosno 95%-tnog vakuuma. Osnovni dijelovi vakuum sustava
su dvije vakuum pumpe (vidi Sliku 2.13) proizvođača SCAM, snage 50 kW, dva
parna ejektora za startanje te sustav cijevi za odzračivanje. Odzračivanje rashladnog
sustava vrši se na vrhu ulaznih i izlaznih komora kondenzatora, na rashladnicima
zatvorenog ciklusa i na odvodnoj cijevi rashladnog sustava.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 14
Slika 2.13 – Vakuum pumpa
2.11. Opis rada rashladnog sustava
Zbog specifičnosti konstrukcije rashladnog sustava TE Rijeka potrebno je
opisati karakteristike rada rashladnog sustava za različite režime rada.
Karakteristični režimi rada rashladnog sustava su:
- pokretanje sustava
- režim rada sustava sa obje glavne pumpe u pogonu
- režim rada sa jednom glavnom pumpom u pogonu
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 15
Pokretanje glavnog rashladnog sustava je složen postupak u kojem osim
glavnih rashladnih pumpi sudjeluje vakuum sustav i pumpe za hladnjake turbinskog
ulja. Pokretanje rashladnog sustava započinje startanjem vakuum sustava tj. radom
ejektora i vakuum pumpi. Evakuiranjem zraka iz rashladnog sustava diže se nivo
vode u cjevovodima rashladnog sustava i rashladnicima zatvorenog ciklusa. Potrebna
količina vode za punjenje sustava dobiva se dodavanjem vode u dovodni cjevovod
kondenzatora pomoću manjih pumpi za rashladnike turbinskog ulja i usisavanjem iz
akumulacije u bazenu vodoispusta za odvodni cjevovod. Naknadno je na ulazu u
bazen vodoispusta dograđena viseća čelična pregrada. Time se onemogućilo
usisavanje zraka u sustav prilikom spuštanja razine vode u bazenu kod pokretanja
rashladnog sustava. Kada je postignut tlak vakuum sustava od 3/5 atmosferskog tlaka
(40%-tni vakuum), pokreću se glavne rashladne pumpe i to jedna za drugom. Prije
zatvoreni leptirasti zatvarači na glavnim pumpama otvaraju se kada pumpa ostvari
određeni tlak na površinu zatvarača.
U normalnom režimu rada rashladnog sustava rade jedna ili dvije pumpe
ovisno o opterećenju elektrane. Vakuum sustav je u neprekidnom radu i stalno
evakuira nove količine zraka koje pristižu otopljene u morskoj vodi ili ulaze u sustav
propuštanjem na spojevima.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 16
3. Hidraulička analiza rashladnog sustava
Za hidrauličku analizu rashladnog sustava korištena je postojeća projektna
dokumentacija i pogonski podaci iz TE Rijeka.
Hidraulička analiza učinjena je tako da su analizirani hidraulički gubici
svakog pojedinog elementa. Proračuni hidrauličkih gubitaka bazirani su na teoriji
strujanja fluida u cijevima ([3] i [4]) i podacima iz TE Rijeka. Hidraulički gubici
dijele se na dužinske i lokalne. Dužinski hidraulički gubici su gubici u ravnoj cijevi i
računaju se pomoću formule:
gv
dlhD 2
2
λ= , (3.1)
gdje je:
l – duljina cijevi
d – promjer cijevi
g – ubrzanje sile teže (g = 9,81 m/s2
)
v – srednja brzina u cijevi – računa se iz protoka i promjera cijevi, po formuli:
π24d
Qv = (3.2)
Q – protok
λ – faktor trenja – računa po formuli:
2
9.0Re74.5
7.3ln
325.1
+
=
de
λ , (3.3)
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 17
e – maksimalna visina neravnina stjenke cijevi
Re – Reynoldsov broj – računa se po formuli:
νdv
=Re
ν – kinematički koeficijent viskoznosti
Formula (3.1) za dužinske gubitke korištena je na sljedećim dijelovima
rashladnog sustava: usisni cjevovodi, tlačni cjevovod, kondenzatorske cijevi,
odvodni cjevovod, ravni dijelovi u grani za rashladnike zatvorenog ciklusa i cijevi
izmjenjivača u zatvorenom ciklusu.
Za paralelne grane cjevovoda protok se dijeli, a pad tlaka jednak je za svaku
granu. Dakle, u paralelnom spoju gubici u granama se ne zbrajaju, nego je gubitak
kroz jednu granu jednak gubitku kroz cijeli paralelni spoj. Za primjer, hidraulički
gubitak kroz cijeli snop kondenzatorskih cijevi jednak je gubitku kroz samo jednu
kondenzatorsku cijev.
Hidraulički gubici ostalih dijelova sustava proračunati su pomoću formule za
lokalne gubitke:
gvKh LL 2
2
= . (3.4)
Procjena koeficijenata lokalnih gubitaka KL
preuzeta je iz knjige “Handbook of
Hydraulic Resistance” I. E. Idel’chika ([6]).
Ukupni hidraulički gubitak rashladnog sustava jednak je sumi svih dužinskih
i lokalnih gubitaka:
∑ ∑+= DLuk hhh . (3.5)
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 18
Za hidrauličku analizu gubitaka u rashladnom sustavu, nužno je i poznavanje
protoka. Protok je izračunat pomoću formule (3.15) za proračun protoka na preljevu,
nakon provedenih mjerenja.
Osnovni podaci za procjenu hidrauličkih gubitaka su sljedeći:
smQ
3
2,11= protok u rashladnom sustavu kod rada obje
pumpe,
smQQpar
3
6,52== protok u paralelnim granama usisnog
cjevovoda,
smQzc
3
6,0= protok u grani za rashladnike zatvorenog
ciklusa (dobiven na osnovu proračuna
hidrauličkih gubitaka u grani za rashladnike
zatvorenog ciklusa i glavnoj grani rashladnog
sustava – detaljnije opisano u poglavlju 3.7.),
smQQQ zcsm
3
6,10=−= protok nakon odvajanja za rashladnike
zatvorenog ciklusa,
smQQ sm
parsm
3
3,52
== protok u paralelnim granama tlačnog i
odvodnog cjevovoda,
smQQ sm
kon
331076,0
13900−⋅== protok u kondenzatoru,
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 19
sm 2
610172,1 −⋅=ν kinematički viskozitet morske vode kod
temperature 17 °C (iz [6]),
me 3105 −⋅= procijenjena srednja visina neravnina u
cijevima rashladnog sustava,
mekon31006,0 −⋅= procijenjena srednja visina neravnina za
kondenzatorske cijevi.
Za svaki dio rashladnog sustava napravljene su procjene hidrauličkog gubitka
bazirane na podacima iz literature i podacima iz TE Rijeka. Hidraulički gubici
procijenjeni su unutar 10% točnosti.
3.1. Usisni dio sustava
Usisni dio sustava obuhvaća usisne cjevovode i usisni bazen sa sustavom
pročišćavanja usisane morske vode (gruba i kosa rešetka te rotacijska sita).
3.1.1. Ulazi u usisne cjevovode
Ulazi u usisne cjevovode ravnog su završetka cijevi promjera 3 m. Na osnovu
provedenog podvodnog snimanja (iz [1]) utvrđeno je postojanje naslaga morskih
organizama (školjke, alge i sl.) u usisnim cjevovodima. Na ulazu u usisne cjevovode,
prosječna debljina naslaga iznosi 10 cm što smanjuje promjer cijevi na 2,8 m.
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka za ulaz u usisne cjevovode i lokalni
hidraulički gubitak za zadani protok dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,6 2,8 0,909 1 0,04
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 20
3.1.2. Usisni cjevovodi
Cijela konstrukcija usisnih cjevovoda nalazi se pod morem, pa je veliki
utjecaj morske vode na onečišćenje konstrukcije raznim morskim organizmima.
Podvodnim pregledom usisnih cjevovoda ([1]) u 11. mjesecu 1999. g. ustanovljeno
je da su unutarnje površine oba cjevovoda u potpunosti obrasle školjkama kao
rezultat dugogodišnjeg taloženja anorganskih i organskih tvari.
Dužinski gubici u usisnim cjevovodima proračunati su za dva osnovna stanja
cjevovoda. U prvom proračunu promatra se cjevovod bez naslaga morskih
organizama na stjenkama cijevi, a u drugom proračunu promatrano je stvarno stanje
cjevovoda.
Utvrđena debljina navedenih obraslina je:
Istočni cjevovod
- gornje pozicije cjevovoda: 5 do 10 cm na 98% površine, maksimalno 20 cm na
20 % površine cjevovoda (Slika 3.1a)
- donje pozicije cjevovoda: 10 do 15 cm na 98% površine, maksimalno 25 cm
na 30% površine cjevovoda (Slika 3.1b)
a) b)
Slika 3.1 - Podvodni snimci obraslina u istočnom usisnom cjevovodu
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 21
Zapadni cjevovod
- gornje pozicije cjevovoda - 3 do 5 cm na 98% površine, maksimalno 20 cm
na 20 % površine cjevovoda (Slika 3.2a)
- donje pozicije cjevovoda - 5 do 10 cm na 98% površine, maksimalno 20 cm
na 30% površine cjevovoda (Slika 3.2b)
a) b)
Slika 3.2 - Podvodni snimci obraslina u zapadnom usisnom cjevovodu
Sadašnje stanje cjevovoda upućuje na proračun hidrauličkog gubitka u
cjevovodu s obzirom na povećanje obraslina unutar cjevovoda.
Dužinski hidraulički gubitak cjevovoda bez obraslina:
Ako promatramo cjevovod bez obraslina sa visinom neravnina procijenjenom
na mme 5= (iz [5]) dobivamo:
- 022,0=λ - faktor trenja
- 122 79,0
36,544 −=
⋅=
⋅= ms
dQ
v par
ππ - brzina strujanja
mg
vdlhL 014,0
81,9279,0
360022,0
2
22
=⋅
⋅== λ - hidraulički gubitak
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 22
Dužinski hidraulički gubitak cjevovoda sa obraslinama (stvarno stanje cijevi):
Prosječna debljina obraslina od ∆d = 10 cm smanjuje promjer cijevi na:
mdd 8,21,02323 =⋅−=∆⋅−= .
Prosječna hrapavost za debljinu obraslina od 10 cm prema rezultatima podvodnih
pregleda ([2]) iznosi e = 4 cm.
- 122 91,0
8,26,544 −=
⋅== ms
dQ
v par
ππ - brzina strujanja
- 043,0=λ - faktor trenja
mg
vdlhL 037,0
81,9291,0
8,260043,0
2
22
=⋅
⋅== λ - hidraulički gubitak
Dakle, kod debljine obraslina od ∆d = 10 cm pokazuje se da su dužinski
gubici cjevovoda 2,7 puta veći od gubitka cijevi bez obraslina za protok
Qpar=5,6 m3
/s.
Na Slici 3.3 prikazan je dijagram povećanja dužinskog hidrauličkog gubitka
cjevovoda u odnosu na povećanje debljine naslage u cijevi i hrapavosti.
Iz dijagrama je vidljivo da će se sa porastom debljine obraslina u cijevi
povećavati i relativna hrapavost stijenke cijevi. S obzirom na sadašnje stanje cijevi,
tj. debljinu obraslina na pojedinim mjestima čak i do 25 cm, može se očekivati sve
brži razvoj novih školjki, odumiranje starih, a time i sve veće probleme u radu
cijelog rashladnog sustava koje se odnose ne samo na povećanje hidrauličkih
gubitaka u sustavu i smanjenje protoka, već i na povećani unos nečistoća,
raspadnutih školjki, algi i sl. u usisni bazen te većeg onečišćenja rešetki za
pročišćavanje.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 23
Slik
a 3.
3 - P
oras
t duž
insk
og g
ubitk
a u
cjev
ovod
u
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 24
3.1.3. Koljena u usisnim cjevovodima
U oba usisna cjevovoda, pri njihovom početku, nalazi se koljeno od 22° za
koje je procijenjen koeficijent lokalnog gubitka i proračunat hidraulički gubitak dat u
sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,6 2,8 0,909 0,2 0,01
3.1.4. Usisni bazen
Na samom spoju usisnog cjevovoda na usisni bazen pojavljuju se gubici zbog
ulaza cijevi pod kutom, naglog proširenja i miješanja dvije struje vode iz paralelnih
grana.
Usisni bazen ima ugrađene uređaje za pročišćavanje morske vode. Svaki
pojedini stupanj pročišćavanja zaustavlja objekte određene veličine i ovisno o
veličini oka rešetke posljedično proizvodi i hidraulički gubitak u sustavu. Tako je
najmanji (zanemariv) gubitak na prvoj, gruboj rešetki, znatan je gubitak na kosim
rešetkama, dok je na rotacijskim sitima gubitak nešto manji. Lokalne gubitke na
rešetkama bilo je teško unaprijed procijeniti iz postojeće literature. Međutim,
postojeći pogonski podaci omogućuju dobru procjenu tih lokalnih gubitaka.
Procjena koeficijenata lokalnih gubitaka i samih lokalnih gubitaka za dijelove
usisnog bazena dana je u sljedećim tablicama.
3.1.4.1. Ulaz u usisni bazen
Protok
Q (m3
Svijetli otvor
/s) a x b (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
11,2 8 x 5,1 0,274 20 0,08
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 25
3.1.4.2. Kose rešetke
Gubici na kosim rešetkama su obično oko 7 cm piezometričke visine, što
znači da se koeficijent hidrauličkih gubitaka može uzeti K = 14.
3.1.4.3. Rotacijska sita
Gubici na rotacijskim sitima je obično oko 3 cm piezometričke visine, što
znači da se koeficijent hidrauličkih gubitaka može uzeti K = 7.
3.2. Glavne rashladne pumpe
Za hidrauličku analizu sustava upotrebljavane su karakteristike iz
dokumentacije proizvođača pumpe Termomeccanica Italiana – Instruction Book
N° 307.06.2. Pumpe su aksijalne, vertikalnog tipa sa sljedećim karakteristikama:
- radni medij : morska voda
- projektna temperatura : 50 °C
- maksimalna usisna temp. : 25 °C
- minimalna usisna temp. : 9 °C
- kapacitet : 21500 t/h
- dobavna visina
za obje pumpe u radu : 8,25 m
Protok
Q (m3
Svijetli otvor
/s) a x b (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,6 3,5 x 5,1 0,314 14 0,07
Protok
Q (m3
Svijetli otvor
/s) a x b (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
11,2 8 x 5,1 0,274 7 0,03
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 26
- maksimalna dobavna visina : 20 m
- brzina vrtnje : 330 min
- snaga na spojci pumpe : 560 kW
-1
- snaga kod točke punjenja sifona : 810 kW
- zahtjevana snaga na el.motoru : 700 kW
Na sljedećim dijagramima (Slika 3.4 i 3.5) prikazane su radne karakteristike
pumpe EV 1300. Radne karakteristike pumpe dobivene su preračunavanjem radnih
karakteristika sa manje pumpe EV 300, istog tipa. Prikazani dijagrami očitani su iz
dokumentacije proizvođača.
Za dvije pumpe u paralelnom radu radna karakteristika dobije se iz radne
karakteristike jedne pumpe tako da se protoci zbroje, a dobavne visine ostaju iste.
Radna karakteristika za paralelni rad dviju pumpi prikazana je na Slici 3.6.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 27
Slik
a 3.
4 –
Rad
na k
arak
teri
stik
a pu
mpe
EV
130
0
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 28
Slik
a 3.
5 –
Kri
vulja
snag
e pu
mpe
EV
130
0
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 29
Slik
a 3.
6 –
Rad
na k
arak
teri
stik
a za
jedn
u pu
mpu
i za
obj
e pu
mpe
u p
aral
elno
m r
adu
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 30
3.3. Tlačni cjevovod
3.3.1. Leptirasti zatvarači glavnih rashladnih pumpi
Za potpuno otvoreni leptirasti zatvarač (pumpa u radu) procijenjeni
koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj
tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,6 1,5 3,17 0,18 0,09
3.3.2. Račva iza pumpi
Pumpe su preko račve spojene na tlačni cjevovod. Račva se sastoji od koljena
nakon kojeg se spajaju paralelne grane.
3.3.2.1. Koljena u račvi
Prije spajanja grana, u svaku granu je ugrađeno koljeno pod kutom od 30°.
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u
sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,6 1,5 3,17 0,22 0,11
3.3.2.2. Spajanje grana
Za spajanje grana račve, procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i
proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici:
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 31
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,6 2,8 1,82 0,28 0,05
3.3.3. Dva koljena na usponu cjevovoda
Na početku i kraju uspona cjevovoda su dva koljena od 12,5°. Procijenjeni
koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj
tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
10,6 2,8 1,72 0,2 0,03
3.3.4. Ravni dio cjevovoda
Procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj
tablici:
Protok
Q (m3
Promjer
cijevi d (m) /s)
Dužina sekcije
cjevovoda l (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Faktor
trenja λ
Dužinski
gubitak hD (m)
10,6 2,8 23,85 1,72 0,023 0,03
3.3.5. Koljeno u cjevovodu prije račve
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za
koljeno od 90° prije račve dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
10,6 2,8 1,72 0,33 0,05
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 32
3.3.6. Račva prije kondenzatora
Nakon razdvajanja tlačnog cjevovoda u dvije grane, u svakoj grani su
ugrađeni leptirasti zatvarač i koljeno od 90°.
3.3.6.1. Leptirasti zatvarač poslije razdvajanja grana
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za
leptirasti zatvarač dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,3 2 1,69 0,18 0,03
3.3.6.2. Koljeno prije ulaza u kondenzator
Neposredno prije ulaza u kondenzator, cjevovod skreće pod 90°. Procijenjeni
koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za koljeno od 90° dani
su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,3 2 1,69 0,22 0,03
3.4. Kondenzator
Kondenzator se sastoji od dva bloka. Svaki blok ima ulaznu komoru, izlaznu
komoru te snop od 6950 kondenzatorskih cijevi, koje prolaze kroz zajednički parni
prostor. Hidraulički gubici u ulaznoj i izlaznoj komori kondenzatora (vidi Sliku 3.7)
su zajedno teoretski aproksimirani kao prolazak vode kroz rešetku ekvivalentnu
cijevnoj stijeni kondenzatora. Hidraulički gubitak u cijevima kondenzatora se računa
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 33
kao dužinski gubitak kroz jednu kondenzatorsku cijev, jer se radi o paralelno
spojenim cijevima.
Slika 3.7 – Izlazne komore kondenzatora
3.4.1. Ulazna i izlazna komora kondenzatora
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za
ulaznu i izlaznu komoru zajedno bazirani su na podacima o hidrauličkim gubicima za
strujanje kroz perforiranu ploču i dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Svijetli otvor
/s) a x b (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,3 2,78 x 3,36 0,57 22 0,36
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 34
3.4.2. Kondenzatorske cijevi
Kondenzator ima ukupno 13332 komada promjera 22,91 mm i 568 komada
cijevi promjera 22,2 mm. Ukupni protok u kondenzatoru jednak je:
21 56813332 QQQsm += ,
gdje je Q1 protok kroz cijevi promjera 22,91 mm i Q2
protok kroz cijevi promjera
22,2 mm. Budući da je pad tlaka kroz svaku cijev jednak, onda vrijedi jednakost:
gv
dl
gv
dl
22
22
22
21
11 ⋅=⋅ λλ .
Kako je 21 λλ ≈ , iz prethodne dvije jednakosti se računaju vrijednosti v1 i v2
odnosno Q1 i Q2
Za proračunati Q
.
1
dani su procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički
gubitak za jednu cijev u sljedećoj tablici:
Protok
Q1 (m3
Promjer
cijevi d/s) 1
Dužina sekcije
cjevovoda l (m) (m)
Srednja brzina
strujanja v1
Faktor
trenja λ (m/s)
Dužinski
gubitak hD (m)
0,77 ·10 0,02291 -3 11 1,87 0,025 2,14
3.5. Sustav Taprogge
Nakon kondenzatora, na obje grane račve, ugrađeni su sakupljači kuglica
sustava Taprogge. Sakupljač kuglica (Slika 2.9) se sastoji od dvije rešetke koje se
zatvore kada je sustav Taprogge u radu. Sakupljači imaju ugrađen svoj diferencijalni
manometar koji pokazuje pad tlaka na njegovim rešetkama. Pri radu Taprogge
sustava pad tlaka iznosi oko 30 cm. Na osnovu tog podatka procijenjen je koeficijent
lokalnog gubitka koji je zajedno sa hidrauličkim gubitkom dan u sljedećoj tablici:
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 35
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,3 1,8 2,08 1,36 0,3
3.6. Izlazni cjevovod
Na izlazne komore kondenzatora spojena je račva. Nakon spajanja grana
račve postoje dvije duže ravne sekcije cjevovoda i koljeno od 90° između njih.
Cjevovod završava spojem sa izlaznom građevinom.
3.6.1. Račva nakon kondenzatora
U svakoj grani račve nakon kondenzatora ugrađeno je koljeno, sakupljač
kuglica Taprogge, prigušnica i leptirasti zatvarač.
3.6.1.1. Koljena u račvi
Na početku račve, iza kondenzatora, ugrađeno su koljena od 90° (vidi Sliku
3.8). Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani
su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,3 1,8 2,08 0,22 0,05
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 36
Slika 3.8 – Izlaz iz kondenzatora
3.6.1.2. Prigušnice
Prigušnica iza koje slijedi leptirasti zatvarač vidi se na Slici 3.9. Za ovakvu
prigušnicu se iz [6] procjenjuje koeficijent lokalnog gubitka KL = 10. No, pošto su
lokalni gubici u ovom dijelu cjevovoda nanizani neposredno jedan iza drugoga,
ukupni hidraulički gubitak je nešto manji, pa se procjenjuje koeficijent KL
= 7.
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u
sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,3 1,8 2,08 7 1,55
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 37
Slika 3.9 – Prigušnica i leptirasti zatvarač na izlazu
3.6.1.3. Leptirasti zatvarači
Za potpuno otvoreni leptirasti zatvarač (vidi Sliku 3.9) procijenjeni
koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj
tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,3 1,8 2,08 0,18 0,04
3.6.1.4. Koljena prije spajanja grana
Neposredno prije spajanja grana, cjevovod skreće pod 30°. Procijenjeni
koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
5,3 1,8 2,08 0,23 0,05
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 38
3.6.1.5. Spajanje grana račve
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak
dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
11,2 2,5 2,28 0,28 0,07
3.6.2. Ravni dio odvodnog cjevovoda do koljena
Procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj
tablici:
Protok
Q (m3
Promjer
cijevi d (m) /s)
Dužina sekcije
cjevovoda l (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Faktor
trenja λ
Dužinski
gubitak hD (m)
11,2 2,5 15,09 2,28 0,023 0,04
3.6.3. Koljeno u odvodnom cjevovodu
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak
dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
11,2 2,5 2,28 0,24 0,06
3.6.4. Ravni dio odvodnog cjevovoda od koljena do izlaznog bazena
Procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj
tablici:
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 39
Protok
Q (m3
Promjer
cijevi d (m) /s)
Dužina sekcije
cjevovoda l (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Faktor
trenja λ
Dužinski
gubitak hD (m)
11,2 2,5 19,72 2,28 0,023 0,05
3.7. Grana za rashladnike zatvorenog ciklusa
Na dugom dovodnom cjevovodu grane za rashladnike zatvorenog ciklusa
nalaze se dva koljena od 45°, dok na ulazu i izlazu rashladnika ima sveukupno 7
koljena od 90°. Hidraulički gubitak u rashladniku je izračunat na potpuno jednak
način kao kod kondenzatora rashladnog sustava.
Hidraulički gubitak u glavnoj grani rashladnog sustava jednak je
hidrauličkom gubitku u grani za rashladnike zatvorenog ciklusa, tj.:
zcgl hh ∆=∆ ,
ili opširnije:
zcgl gvK
gv
dlf
gvK
gv
dlf
+=
+ ∑∑∑∑
2222
2222
. (3.6)
Prethodna relacija u skraćenom obliku glasi:
∑∑ = 22zcgl kQkQ , (3.7)
a zajedno sa:
QQQ zcgl =+ , (3.8)
omogućuje izračun protoka:
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 40
smQzc
3
6,0= - protok u grani za rashladnike zatvorenog ciklusa,
smQgl
3
6,10= - protok u tlačnom cjevovodu rashladnog sustava.
Sa poznatim protokom izračunati su gubici duž grane za rashladnike
zatvorenog ciklusa. Slijede proračuni hidrauličkih gubitaka po dijelovima grane.
3.7.1. Odvajanje od tlačnog cjevovoda
Početak grane za rashladnike zatvorenog ciklusa spojen je na tlačni cjevovod
rashladnog sustava, neposredno nakon račve iza pumpi. Procijenjeni koeficijent
lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
0,6 0,5 3,06 1 0,48
3.7.2. Ukupni ravni dio cjevovoda
Procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički gubitak dani su u tablici:
Protok
Q (m3
Promjer
cijevi d (m) /s)
Dužina sekcije
cjevovoda l (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Faktor
trenja λ
Dužinski
gubitak hD (m)
0,6 0,5 50 3,06 0,038 1,81
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 41
Slika 3.10 – Rashladnici zatvorenog ciklusa
3.7.3. Dva koljena u dovodnom cjevovodu
U tlačnom dijelu cjevovoda ugrađena su dva koljena od 45°, gotovo
neposredno jedan iza drugoga, pa se lokalni gubitak računa kao jedan jedinstveni.
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u
sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
0,6 0,5 3,06 0,23 0,11
3.7.4. Koljena u cjevovodu
U cjevovodu zatvorenog ciklusa ima ukupno 7 koljena od 90°. Procijenjeni
koeficijent lokalnog gubitka za jedno koljeno i proračunati hidraulički gubitak dani
su u sljedećoj tablici:
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 42
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
0,6 0,5 3,06 0,4 0,19
3.7.5. Ulazna i izlazna komora rashladnika zatvorenog ciklusa
Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za
ulaznu i izlaznu komoru rashladnika zajedno bazirani su na podacima o hidrauličkim
gubicima za strujanje kroz perforiranu ploču i dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Svijetli otvor
/s) a x b (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
0,6 0,86 x 1,204 0,58 22 0,38
3.7.6. Cijevi u izmjenjivaču
Hidraulički gubitak u izmjenjivaču (vidi Sliku 3.10) računa se na potpuno isti
način kao i gubitak u kondenzatoru rashladnog sustava. Procijenjeni faktor trenja i
proračunati dužinski gubitak dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer
cijevi d (m) /s)
Dužina sekcije
cjevovoda l (m)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Faktor
trenja λ
Dužinski
gubitak hD (m)
0,49 ·100,02291
-
3 5,68 1,18 0,027
0,48
3.7.7. Spajanje na račvu iza kondenzatora
Završetak zatvorenog ciklusa spojen je na lijevu granu račve u odvodnom
vodu rashladnog sustava, neposredno prije spajanja grana. Procijenjeni koeficijent
lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici:
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 43
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
0,6 0,5 3,06 0,3 0,14
3.8. Izlazna građevina
Izlazna građevina sastoji se od difuzorskog proširenja pravokutnog
poprečnog presjeka koje vodi do ispusnog bazena sa preljevom. Nakon preljeva,
građevina ima izvedene ograde za zaštitu od utjecaja valova. Hidraulički gubici u
difuzoru prije bazena se opisuju kao gubici radi skretanja, proširenja i promjene
oblika poprečnog presjeka te viseće pregrade na ulazu u sam bazen na vodoispustu.
Hidraulički gubitak na preljevu je jednak razini vode u bazenu.
3.8.1. Difuzor i pregrada u izlaznoj građevini
Pregrada naknadno ugrađena na difuzoru utječe na strujanje slično prigušnici.
Dakle, predstavlja veliki lokalni hidraulički gubitak. Za difuzor i pregradu zajedno
procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u
sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Promjer cijevi
d (m) /s)
Srednja brzina
strujanja v (m/s)
Koef. lokalnog
gubitka K
Lokalni gubitak
hL L (m)
11,2 2,5 2,28 4 1,06
3.8.2. Preljev
Hidraulički gubitak na preljevu jednaki su geodetskoj razini vode u bazenu
prije preljeva. Gubitak na preljevu je kao takav pribrojen svim ostalim gubicima u
sustavu.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 44
Lokalni gubitak na preljevu lako se odredi mjerenjem razine vode u bazenu
ispred preljevne brane. Za rad rashladnog sustava s dvije pumpe, protok, razina vode
u bazenu ispred preljevne brane i lokalni gubitak dani su u sljedećoj tablici:
Protok
Q (m3
Razina vode u bazenu ispred
preljevne brane H (m) /s)
Lokalni gubitak
hL (m)
11,2 2,5 2,5
3.9. Proračun protoka na preljevu
Preljevi su pogodni za mjerenja protoka kod otvorenih vodotokova. Posebice
se primjenjuju kod mjerenja na terenu jer je postupak mjerenja jednostavan i
ekonomičan, a rezultati mjerenja su pouzdani.
Shematski prikaz strujanja na preljevu dan je na Slici 3.11.
Slika 3.11 - Karakteristični parametri preljeva
Karakteristični parametri preljeva su:
- duljina preljeva b , mjeri se uzduž krune preljeva
- širina krune s, mjeri se paralelno toku
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 45
- visina brane (ili praga) P
- visina nivoa vode iznad preljeva H, mjeri se gdje se ne primjećuje pad
slobodne površine, tj. na ustaljenom nivou gornje vode, Hl 3≥
- oblik brane ili praga, odnosno tzv. profil preljeva
Opća formula za proračunavanje protoka na preljevu (iz [7]) glasi:
2/32 HgbmQ ⋅⋅= (3.9)
gdje su m koeficijent preljeva i g = 9,81 m/s2
.
Preljev izlazne građevine rashladnog sustava TE Rijeka, na kojemu se računa
protok zadan je sljedećim dimenzijama (Slika 3.12):
- širina praga (krune) preljeva s = 0,98 m
- visina praga p = 1,74 m
- širina vodoispusta b1
= 8,03 m
Slika 3.12 - Skica preljeva TE Rijeka
Vodoispust TE Rijeka napravljen je sa kosim preljevom pod kutom:
74,41903,8tan
9tan 1 ===γ ArcbArc
b1 b
γ
9 m s
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 46
Duljina kosog preljeva b:
mbb 06,1274,41sin
03,8sin
1 ===γ
Protok preko kosog preljeva dan je slijedećim izrazom iz [7]:
2/32 HgbmQ koskos ⋅⋅⋅= εσ (3.10)
gdje je b duljina kosog preljeva, m koeficijent preljeva, ε koeficijent skraćenja radne
duljine preljeva i σkos
Eksperimentalnim rezultatima, prema [8], dobiven je izraz za koeficijent
skraćenja radne duljine preljeva:
koeficijent kosog u odnosu na normalni preljev.
b
kHkoskos
6/1
2/2
1
πγ
−−=ε⋅σ=ε (3.11)
gdje je k = 1,1 za preljeve praktičnog profila.
Iz prethodnog izraza uz uvrštavanje poznatih veličina slijedi :
HH
kos 0923,01061,12
2/74,4121,1
1
6/1
−=
π−
−=ε (3.12)
Koeficijent preljeva m za praktični profil preljeva pravokutnog profila računa
se prema izrazu (iz [8]):
+=
sHm 185,07,04074,0 (3.13)
Uz zadani s = 0,98 m slijedi:
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 47
( )Hm 181,07,04074,0 += (3.14)
Konačno iz (3.10) uz izraze (3.12) i (3.14) dobivamo izraz za proračun
protoka na preljevu vodoispusta TE Rijeka:
( )( ) 2/3181,07,00923,01765,21 HHHQ ⋅+−= (3.15)
Iz formule za proračun protoka na preljevu TE Rijeka (3.15) dobiven je
dijagram protoka Q u ovisnosti o visini vode iznad preljeva H (vidi Sliku 3.13).
Na slikama 3.14 i 3.15 dane su fotografije preljeva prilikom startanja sustava
i u radu.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 48
Slik
a 3.
13 -
Dija
gram
pro
toka
na
prel
jevu
TE
Rije
ka
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 49
Slika 3.14 – Preljev (startanje rashladnog sustava) – 12. 6. 2000.
Slika 3.15 - Strujanje na preljevu vodoispusta – 12. 6. 2000.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 50
3.10. Vakuum sustav
Vakuum sustav izvlači zrak iz rashladnog sustava na 8 mjesta: na cjevovodu
za zapunjavanje sustava i pranje rešetki, na po dva mjesta na vrhovima ulazne i
izlazne komore kondenzatora, na kraju odvodnog cjevovoda (prije spajanja sa
izlaznom građevinom) i na dva mjesta na izmjenjivaču zatvorenog ciklusa.
Vakuum sustav ima konstantan radni tlak od apsolutno 0,04 bara. Taj potlak
služi za izvlačenja zraka iz sustava i za zapunjavanje sustava vodom do samog vrha
sustava (vrh kondenzatora). Vakuum sustav ne podiže piezometričku liniju u sustavu,
već samo zapunjava sustav vodom.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 51
4. Opis i rezultati mjerenja
Za hidrauličku analizu rashladnog sustava bilo je nužno izvršiti opširna
hidraulička mjerenja tlakova i razina vode na karakterističnim točkama rashladnog
sustava, odnosno mjerenja piezometričke linije rashladnog sustava.
Mjerenje protoka u ovom i sličnim sustavima predstavlja veliku poteškoću.
Na početku je razmatrano mjerenje protoka hidrometrijskim krilcima u
usisnom bazenu na pet lokacija: ispred grube rešetke, ispred kosih rešetki i iza
rotacijskih sita. Uvidom u strujanje morske vode u usisnom bazenu, odnosno na
naznačenim mjernim mjestima, zaključeno je da nije moguće izmjeriti protok
zadovoljavajućom točnošću. Naime, kao što se vidi na Slici 4.1, nema pravocrtnog
nastrujavanja na predviđene mjerne presjeke i postoji nestacionarno strujanje sa
vrtlozima.
Slika 4.1 – Strujanje u usisnom bazenu kod grube rešetke
Zatim je razmatrana mogućnost mjerenja protoka ultrazvukom. Jedino mjesto
pogodno za montažu ultrazvučnog uređaja za mjerenje protoka je nebetonirani dio
račve neposredno iza glavnih pumpi. Budući da je na tom mjestu leptirasti zatvarač i
da se ono nalazi neposredno iza pumpe, strujanje je tu vrtložno, pa ne postoje uvjeti
za zadovoljavajuće mjerenje protoka ultrazvukom.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 52
Analizom strujanja u rashladnom sustavu ustanovljeno je da je jedino
pogodno mjesto za mjerenje protoka preljev na vodoispustu. Poznato je da se preljevi
koriste kao protokomjeri na otvorenim vodotokovima. Nakupljeno iskustvo u
mjerenju protoka pomoću preljeva, laboratorijsko i u prirodi, omogućuje da se protok
na preljevu izračuna preko formule sa zadovoljavajućom točnošću.
Pogreška mjerenja protoka na preljevima konstruiranim kao protokomjerima
je unutar 3%. Tu se prvenstveno podrazumijeva da je kanal ispred preljeva pravilan
(prizmatičan) i da je nastrujavanje oko preljevne brane dvodimenzionalno i
stacionarno.
Budući da je preljevna brana na vodoispustu TE Rijeka pod kutom i da se
nalazi neposredno iza difuzora, procjenjuje se da je proračun protoka na kosom
preljevu u ispusnom bazenu pomoću mjerenja razine vode ispred preljeva unutar 6%
točnosti.
Prije hidrauličkih mjerenja provedena su detaljna geodetska mjerenja radi
utvrđivanja geodetskih visina točaka bitnih za hidraulička mjerenja rashladnog
sustava.
Ukupno su izvedena tri mjerenja, a korištena je i dokumentacija o mjerenjima
izvršenim 1978. godine.
Na osnovu detaljno razrađenog Programa ispitivanja rashladnog sustava
morske vode u TE Rijeka (vidi Dodatak na kraju studije), kojeg su odobrili
Naručitelj (TE Rijeka) i Izvođač projekta (Sopex d.o.o.), izvedena su hidraulička
mjerenja na rashladnom sustavu u tri navrata:
12. 6. 2000.
- termoelektrana van pogona
- izvedena mjerenja:
1. mjerenje – pumpe A i B u pogonu,
2. mjerenje – samo pumpa B u pogonu,
3. mjerenje – samo pumpa A u pogonu
20. 6. 2000.
- termoelektrana u pogonu
- izvedeno jedno mjerenje sa obje pumpe u pogonu
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 53
- mjerene samo piezometričke visine na točkama sustava u kojima su
12. 6. 2000. dobiveni nejasni rezultati
5. 7. 2000.
- termoelektrana u pogonu
- izvedeno jedno mjerenje sa obje pumpe u pogonu
- dodatno mjerenje piezometričkih visina, mjerenje pada tlaka na
rešetkama sakupljača kuglica Taprogge te očitanje pogonskih
instrumenata
4.1. Opis mjernih mjesta
Na rashladnom sustavu definirana su mjerna mjesta na kojima je izvršeno
mjerenje. Mjerile su se sljedeće mjerne veličine na mjestima kao što je prikazano na
shemi mjerenja na Slici 4.2:
1. Mjerenje razine mora na mjernom mjestu 1, uz zid na vanjskoj strani
usisnog bazena. Mjerenja su izvršena mjernom letvom i preračunata na
osnovu definirane geodetske kote na tom mjestu da se dobije razina
mora.
2. Mjerenje razine vode na mjernim mjestima 2, 3, 4, 5, 8, 9, 12 i 13, u
usisnom bazenu. Ova mjerenja su također izvršena mjernom letvom i
preračunata na osnovu geodetskih kota.
3. Očitanje diferencijalnih razinomjera na mjernim mjestima 6, 7, 10 i 11,
provedeno je radi uspoređivanja dobivenih vrijednosti mjernom letvom te
provjeravanja njihove ispravnosti. Utvrđeno je da su tri od četiri
razinomjera neispravna.
4. Mjerenje električne snage na pumpama na mjernim mjestima 14 i 15,
izvršeno je očitavanjem Watt-metra u komandnoj sobi elektrane.
5. Mjerenje tlakova u sustavu na mjernim mjestima 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25, 26, 27, 28, 29 i 30 (vidi Slike 4.3-4.5), provedeno je vodenim
cijevima (vertikalnim i U-cijevima), dok se na mjestima 16 i 17 mjerilo
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 54
manometrom. Dodatno su očitavani tlakovi na ugrađenim pogonskim
manometrima. Dobivene vrijednosti tlaka su naknadno preračunate u
piezometričke visine, na osnovu geodetskih visina mjernih točaka.
Slika 4.3 – Mjerenje tlakova na ulazu u kondenzator
6. Mjerenje temperatura na mjernim mjestima 2, 13, 18, 19, 24, 25, 31 i 33,
provedeno je termofarom, uz dodatno očitavanje ugrađenih termometara.
7. Mjerenje razine vode na preljevu vodoispusta na mjernom mjestu 31.
Očitavane su razine vode na ugrađenoj mjernoj letvi. Na osnovu
dobivenih vrijednosti računat je protok u sustavu, preko formule za
protok na preljevu.
8. Mjerenje tlaka u vakuum sustavu na mjernom mjestu 32 izvedeno je
očitavanjem instrumenta N71 005, te preračunavanjem dobivene
vrijednosti u veličinu tlaka.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 55
Slika 4.4 – Mjerna mjesta 26 i 27 – mjerenje tlakova na prigušnici
Slika 4.5 – Mjerno mjesto 32 – mjerenje tlaka na odvodnom cjevovodu
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 56
4.2. Preračunavanje izmjerenih vrijednosti
Rezultati svih mjerenja su zbog preglednosti dati u Prilogu I. Mjerenja su
izvršena za različite režime rada sustava tj. za rad obje ili samo jedne glavne
rashladne pumpe. Kod prve grupe mjerenja provedenih 20. 6. 2000. elektrana nije
bila u pogonu. Zbog nejasnoće nekih prije mjerenih veličina izvedena su dva dodatna
mjerenja kod kojih je elektrana bila u pogonu, a rashladni sustav je radio sa obje
pumpe o oba mjerenja. Kod prve grupe mjerenja primijećene su pogreške u postupku
ili metodi mjerenja koje su dale dosta nejasne rezultate koji su odstupali od teoretskih
proračuna karakteristika rada sustava.
U nastavku je dan opis metoda mjerenja i preračunavanja rezultata mjerenja.
1. Mjerenje razina vode i nivoa mora izvršeno je mjernom letvom i
definiranim geodetskim točkama nadmorske visine. Rezultati očitanja
označeni su sa z, a preračunata razina vode nad morem dobivena je izrazom:
zzH geok −= , (4.1)
pri čemu je zgeok nadmorska visina pojedine geodetske točke, a z očitana
udaljenost od površine vode do geodetske točke (Slika 4.6).
Slika 4.6 – Skica mjerenja razine vode
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 57
2. Očitanje diferencijalnih razinomjera izvedeno je na skali razinomjera koja je
baždarena u cm i daje pad razine vode na kosim rešetkama i rotacijskim
sitima. Na osnovu provedenih mjerenja utvrđeno je da od četiri raspoloživa
razinomjera, radi samo lijevi razinomjer na kosoj rešetci.
3. Mjerenje snage pumpi vršeno je za sve režime rada pomoću Watt-metra u
komandi elektrane.
4. Za mjerenje tlakova na mjernim mjestima 16 i 17, tj. na tlačnoj strani pumpi
(vidi Sliku 4.7), korišten je posebno baždaren manometar sa stupnjem
točnosti unutar 1% i skalom baždarenom u barima. Preračunata
piezometrička visina iza pumpe dobije se po formuli:
geozgpH +
⋅⋅
=ρ
510, (4.2)
gdje je p očitani tlak na manometru u barima, 3/4,1024 mkg=ρ gustoća
morske vode za temperaturu 17°C, 2/81,9 smg = ubrzanje sile teže i
mzgeo 95,3= nadmorska visina mjesta manometra.
zgeo
Slika 4.7 – Mjerenje tlaka na tlačnoj strani pumpe
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 58
5. Mjerenje tlakova na ulaznim i izlaznim komorama kondenzatora, tj. na
mjernim mjestima 18, 19, 24 i 25, provedeno je očitanjem tlakova sa
pogonskih manometara. Manometri su baždareni u barima, kg/cm2
i cmHg.
Preračunata piezometrička visina za skalu u barima dobije se po formuli:
geozgpH +
⋅⋅
=ρ
510, (4.3a)
gdje je p očitani tlak na manometru u barima, 3/4,1024 mkg=ρ gustoća
morske vode za temperaturu 17°C i geoz nadmorska visina mjesta
manometra.
Preračunata piezometrička visina za skalu tlaka u kg/cm2
dobije se po
formuli:
geozpH +⋅= 81,9 , (4.3b)
gdje je p očitani tlak na manometru u kg/cm2geoz i nadmorska visina mjesta
manometra.
Preračunata piezometrička visina za skalu u cmHg dobije se po formuli:
geoOH
Hg zpH +⋅⋅=2
210ρρ
, (4.3c)
gdje je p očitani tlak na manometru u cmHg, 3/13600 mkgHg =ρ gustoća
žive, 3/10002
mkgOH =ρ gustoća vode i geoz nadmorska visina mjesta
manometra.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 59
6. Mjerenje tlakova vodenim U-cijevima izvedeno je 12. 6. 2000., na mjernim
mjestima 16-30. Za potrebe mjerenja prethodno su u termoelektrani
pripremljene U-cijevi i postavljene na mjerna mjesta prema planu mjerenja.
Piezometričke visine izračunate su po formuli:
spU zzH +∆= , (4.4)
Slika 4.8 – Mjerenje tlaka pomoću U-cijevi
gdje je ∆zU razlika visina vode na U-cijevi, a zsp
geodetska visina mjesta na
kojem je U-cijev spojena na točku u kojoj se mjeri tlak (vidi Sliku 4.8).
7. Mjerenje piezometričke visine vodenim piezometrom izvršeno je prilikom
mjerenja od 20. 6. i 5. 7. 2000. Piezometričke visine izmjerene su pomoću
vertikalnih vodenih cijevi postavljenih na mjerne točke (Slika 4.9).
Piezometričke visine izračunate su prema formuli:
geokv zzH += , (4.5)
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 60
gdje je zv izmjerena visina razine vode u cijevi od obližnje geodetske točke, a
zgeok
nadmorska visina geodetske točke.
Na mjernim mjestima 18-25 i 30, gdje je u sustavu prisutan potlak, korišten je
deset-litarski plastični spremnik vode. U ovim slučajevima zv je izmjerena
visina razine vode u spremniku od geodetske točke (vidi Sliku 4.10).
Slika 4.9 – Mjerenje piezometričke visine
Slika 4.10 – Mjerenje piezometričke visine
pomoću akumulacije vode u spremniku
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 61
8. Mjerenje visine vode iznad krune preljeva na vodoispustu obavljeno je
pomoću mjerne letve postavljene na lijevom rubu ispusnog bazena (vidi
Sliku 4.11). Na osnovu provedenih geodetskih mjerenja određena je
nadmorska visina krune preljeva (+1,75 m.n.m.) i prenesena na mjesto
ugradnje letve. Nula na letvi postavljena je na visinu od +1,75 m.
Iz izmjerene visine vode nad krunom preljeva proračunat je protok u
rashladnom sustavu pomoću formule (3.15).
Slika 4.11 – Mjerna letva u ispusnom bazenu
9. Mjerenje temperature obavljeno je očitavanjem sa ugrađenih termometara i
pomoću prijenosnog termofara.
4.3. Rezultati mjerenja
Sve izmjerene veličine su radi preglednosti prikazane tablično u Prilogu I.
Podaci relevantni za hidrauličku analizu sustava preračunati su na računalu i
prikazani u posebnoj tablici, također priloženoj u Prilogu I.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 62
5. Hidraulički model rashladnog sustava
Na osnovu hidrauličkih analiza i mjerenja, napravljen je proračun protoka na
preljevu, provjerena radna karakteristika glavnih rashladnih pumpi, konstruirane su
piezometrička i energetska linija te određena radna točka rashladnog sustava.
5.1. Proračun protoka na preljevu
Iz formule za proračun protoka na preljevu TE Rijeka (3.15) proračunat je
protok u rashladnom sustavu.
Iz mjerenja na preljevu (vidi Prilog I) dobivene su sljedeće vrijednosti visine
vode iznad preljeva H:
Datum mjerenja Pumpe u pogonu Razina mora (cm) Visina vode iznad
preljevne brane (cm)
5. 7. 2000. A + B 0,23 76
20. 6. 2000. A + B 0,18 76
12. 6 2000
A 0,01 57
B 0,01 57
A + B 0,01 76
6. 10. 1978. A -0,1 57
A + B -0,07 75
Iz prethodne tablice vidljivo je da visina vode iznad preljevne brane, a time i protok,
ne ovisi o razini mora. Dakle, izmjerena visina vode iznad preljevne brane je:
- rad sa jednom pumpom: H = 0,57 m
- obje pumpe u radu: H = 0,76 m
Za izmjerene vrijednosti visine vode iznad preljeva, proračunati protok
rashladnog sustava TE Rijeka iznosi:
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 63
- jedna pumpa u radu: hmsmQ /56025/13,7 331 ==
- obje pumpe u radu: hmsmQ /32040/23,11 332 ==
Proračunate vrijednosti protoka na preljevu dobro se slažu sa vrijednostima
protoka definiranih projektom rashladnog sustava:
- jedna pumpa u radu: Q1 = 26000 m3
- obje pumpe u radu: Q
/h
2 = 43000 m3
/h
Slika 5.1 – Strujanje na preljevnoj brani vodoispusta
Kao što smo naglasili u 4. poglavlju, točnost proračunatih protoka na osnovu
izmjerenih visina vode iznad preljevne brane procjenjuje se na unutar 6%, zbog nešto
nepravilnijeg nastrujavanja na preljevnu branu (Slika 5.1).
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 64
5.2. Hidraulička analiza rada glavnih rashladnih pumpi
5.2.1. Dobavna visina pumpe
Dobavna visina pumpe Hn
jednaka je:
( )1212
21
22
2zz
gpp
gvvHn −+
ρ−
+−
= (5.1)
gdje su 1v i 2v prosječne brzine strujanja na ulaznom i izlaznom presjeku pumpe,
1p i 2p tlakovi na usisnoj i tlačnoj strani, 1z i 2z geodetske visine usisne i tlačne
strane pumpe (vidi Sliku 5.2).
Slika 5.2 – Skica glavne rashladne pumpe s ulaznim i izlaznim presjecima Dobavna visina za obje pumpe u pogonu:
Brzina na ulazu u pumpu 1v izračunava se iz proračunatog protoka u
rashladnom sustavu na jednoj pumpi smQ /6,5 3= i površine ulaznog
presjeka pumpe u usisnom bazenu 21 064,3 mA = (vidi Sliku 5.2):
z1 , p1 v1
z2 , p2 v2
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 65
smAQv /83,1
11 ==
Brzina na izlazu pumpe 2v izračunava se iz proračunatog protoka kroz
jednu pumpu smQ /6,5 3= i površine poprečnog presjeka tlačne cijevi
pumpe A2 = 1,766 m2
(vidi Sliku 5.2):
smAQv /17,3
22 ==
Izmjerena piezometrička visina na tlačnoj strani pumpe iznosi:
- obje pumpe u pogonu: mH 28,82 =
Iz izmjerene visine nivoa mora u bazenu ispred usisa pumpe z0 = -0,05 m i
geodetske visine usisne strane pumpe z1
= -4,38 m potrebno je izračunati tlak
na usisnoj strani pumpe. Zbog naglog povećanja brzine strujanja na ulazu
pumpe dolazi do pada tlaka. Da bi izračunali tlak na usisu pumpe postavit
ćemo Bernoullijevu jednadžbu od točke 0 do točke 1 (vidi Sliku 5.3). Iz
Bernoullijeve jednadžbe dobivamo tlak na usisu pumpe:
Slika 5.3 – Postavljanje Bernoullijeve jednadžbe na usisu pumpe
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 66
gubhzg
vg
pzg
vg
p+++=++ 1
211
0
200
22 ρρ
Zbog malih brzina i kratkog puta fluida od točke 0 do 1, zanemaruje
se hidraulički gubitak, tj. hgub
Brzina strujanja na kraju usisnog bazena
= 0.
0v (točka 0) izračunava se iz
proračunatog protoka u rashladnom sustavu smQ /2,11 3= i površine
omočenog oboda vode u usisnom bazenu 21 775,43)05,02,5(5,8 mA =−⋅=
(za izmjerenu visinu nivoa mora: z0
= -0,05 m)
smAQv /25,0
10 ==
Iz Bernoullijeve jednadžbe dobivamo tlak na usisu pumpe:
( )10
21
20
01 2zzg
vvpp −+
−+= ρρ
( ) Pap 522
1 10418,038,405,081,94,10242
83,125,04,10240 ⋅=+−⋅+−
+=
Geodetske visine tlačne i usisne strane su mz 38,41 −= i mz 25,12 += .
Dobavna visina za radnu točku kada su obje pumpe u pogonu:
mHn 84,838,481,94,1024
10418,028,881,92
83,117,3 522
=+⋅⋅
−+⋅−
=
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 67
Dobavna visina za jednu pumpu u pogonu:
Brzina na ulazu u pumpu 1v izračunava se iz proračunatog protoka u
rashladnom sustavu smQ /13,7 3= i površine ulaznog presjeka pumpe u
usisnom bazenu 2064,3 mA = (za izmjerenu visinu nivoa mora z0
= -0,07 m)
smAQv /33,2
11 ==
Brzina na izlazu pumpe 2v izračunava se iz proračunatog protoka kroz
jednu pumpu smQ /13,7 3= i površine poprečnog presjeka tlačne cijevi
pumpe A2=1,766 m2
:
smAQv /04,4
22 ==
Iz provedenih mjerenja očitane su vrijednosti tlaka sa manometra na tlačnoj
strani pumpe (pman
= 0,057 bar), na osnovu kojih je izračunata piezometrička
visina u tom presjeku cjevovoda:
mzpH manman 52,495,310057,0 1 =+⋅=+= − .
Tlak u osi cijevi ( mz 25,12 = ) je dakle:
mzHp 27,325,152,422 =−=−= , tj.
- barp 327,02 =
Iz izmjerene visine nivoa mora u bazenu ispred usisa pumpe z0 = -0,07 m i
geodetske visine usisne strane pumpe z1 = -4,38 m potrebno je izračunati tlak
na usisnoj strani pumpe. Zbog naglog povećanja brzine strujanja na ulazu
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 68
pumpe dolazi do pada tlaka. Da bi izračunali tlak na usisu pumpe postavit
ćemo Bernoullijevu jednadžbu od točke 0 do 1 (vidi Sliku 5.3).
gubhzg
vg
pzg
vg
p+++=++ 1
211
0
200
22 ρρ
Brzina strujanja na kraju usisnog bazena (točka 0) 0v izračunava se iz
proračunatog protoka u rashladnom sustavu smQ /13,7 3= i površine
omočenog oboda vode u usisnom bazenu 21 6,43)07,02,5(5,8 mA =−⋅= (za
izmjerenu visinu nivoa mora z0
= -0,07 m)
smAQv /16,0
10 ==
Iz Bernoullijeve jednadžbe dobivamo tlak na usisu pumpe:
( )10
21
20
01 2zzg
vvpp −+
−+= ρρ
( ) Pap 522
1 10406,038,407,081,94,10242
33,216,04,10240 ⋅=+−⋅+−
+=
Geodetske visine tlačne i usisne strane su mz 38,41 −= i mz 25,12 += .
Dobavna visina za radnu točku kada je jedna pumpa u pogonu:
mH n 4,5)38,425,1(81,94,1024
10406,010327,081,92
33,204,4 5522
=++⋅
⋅−⋅+
⋅−
=
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 69
5.2.2. Stupanj iskoristivosti pumpe
Snaga na osovini pumpe mjerena je preko električne snage na stezaljkama
elektromotora i preračunata uz koeficijent iskoristivosti elektromotora 98,0=ηEM .
EMEMC PP η⋅=
Izmjerena snaga pumpe i stvarna snaga na osovini pumpe:
Režim rada Izmjerena snaga [kW] Snaga na osovini pumpe [kW]
Obje pumpe u pogonu 699,6 685,608
Jedna pumpa u pogonu 501,3 491,274
Stupanj iskoristivosti pumpe jednak je omjeru ukupne snage na osovini
pumpe Pc i ukupne snage predane vodi od strane pumpe Pv
.
,C
V
PP
=η (5.2)
pri čemu je
nV gQHP ρ= (5.3)
Izračunata dobavna visina pumpi iznosi:
- obje pumpe u pogonu: mH n 84,8=
- jedna pumpa u pogonu: mHn 4,5=
Stupnjevi iskoristivosti iznose:
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 70
- obje pumpe u pogonu: 73,010608,685
6,5843,881,94,10243 =
⋅⋅⋅⋅
=η
- jedna pumpa u pogonu: 78,010274,491
74,581,94,10243 =
⋅⋅⋅⋅
=η
5.2.3. Provjera radne karakteristike pumpe
Na osnovu proračunatih dobavnih visina, provjerena je projektna karakteristika
pumpe. Usporedbom radne karakteristike pumpe iz dokumentacije (Slika 3.6) sa
dobavnim visinama i protocima dobivenim mjerenjima, vidi se (Slika 5.4) da su
odstupanja unutar granica točnosti mjerenja.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 71
Slik
a 5.
4 –
Prov
jera
rad
ne k
arak
teri
stik
e pu
mpi
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 72
5.3. Piezometrička i energetska linija
Piezometrička linija je zbroj tlačne i geodetske visine, a prikazana je po
dužini sustava l (sustav je "razvijen" u jednu dimenziju):
)()()( lzglplH +⋅
=ρ
.
Energetska linija je zbroj tlačne visine, geodetske visine i kinetičke energije izražene
u metrima. Formula energetske linije u ovisnosti o varijabli l glasi:
glvlz
glplE
⋅++
⋅=
2)()()()(
2
ρ.
Piezometrička i energetska linija predstavljaju dobar model hidraulike
rashladnog sustava koji omogućava njegovu hidrauličku analizu i optimizaciju.
Opsežna mjerenja su omogućila da se dovoljno precizno definira
piezometrička i energetska linija, odnosno hidraulički gubici u rashladnom sustavu.
Piezometrička linija kalibrirana pomoću mjerenja od 5. 7. 2000. prikazana je na
Tablici 5.1 i na Slici 5.5. Na sljedećim slikama su ujedno prikazane gornje i donje
geodetske visine (maksimalne i minimalne visine vode u svakom vertikalnom
presjeku) rashladnog sustava po njegovoj dužini.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 73
MJESTO U SUSTAVU BRZINA (m/s)
HIDRAULIČKI GUBITAK (m)
PIEZOMETRIČKA VISINA (m)
more na površini 0 - 0,23 more na ulazu usisa 0,909918 - 0,23 završetak ulaza usisa 0,909918 -0,0422 0,187801 koljeno u usisu 0,909918 -0,00376 0,184041 neposredno nakon koljena 0,909918 -0,00844 0,175601 ulaz cijevi u bazen 0,909918 -0,03596 0,139639 neposredno nakon ulaza 0,27451 -0,0845 0,055142 ispred grube rešetke 0,27451 0 0,055142 iza grube rešetke 0,313725 -0,01003 0,045109 ispred kose rešetke 0,313725 0 0,045109 iza kose rešetke 0,313725 -0,07023 -0,02512 ispred rotacijskog sita 0,313725 0 -0,02512 iza rotacijskog sita 0,27451 -0,02689 -0,05201 ispred pumpi 0,27451 0 -0,05201 usis pumpi 1,827676 0 -0,21842 manometar iza pumpi 3,170559 +8,84 8,279476 početak koljena (iza lept. z.) 3,170559 -0,09735 8,182129 početak račve 3,170559 -0,10247 8,079657 početak uspona (koljeno) 1,819836 -0,04726 8,375954 kraj uspona (koljeno) 1,722345 -0,03024 8,363315 početak zavoja 1,722345 -0,02764 8,335677 kraj zavoja 1,722345 -0,04536 8,290318 iza račve 1,687898 0 8,296305 iza leptirastog zatvarača 1,687898 -0,02759 8,268715 početak koljena 1,687898 0 8,268715 ulaz u ulaznu komoru kond. 1,687898 -0,02904 8,239674 ulazna cijevna stijena 0,567403 -0,24121 8,12726 izlazna cijevna stijena 1,863752 -2,13611 5,829548 izlaz iz izlazne komore 0,873608 -0,12059 5,848073 početak koljena 2,083825 0 5,66565 iza koljena 2,083825 -0,04426 5,621385 iza sakupljača kuglica 2,083825 -0,28772 5,333668 neposredno iza prigušnica 2,083825 -1,54925 3,784418 početak koljena (iza lept. z.) 2,083825 -0,04205 3,742367 iza koljena u račvi 2,083825 -0,04648 3,695889 kraj spajanja grana 2,282803 -0,07437 3,577235 početak zavoja 2,282803 -0,03732 3,539915 kraj zavoja 2,282803 -0,06375 3,476169 mjesto odzračivanja 2,282803 -0,04354 3,432629 ulaz u ispusni bazen 2,282803 -0,00518 3,427444 mjerna letva prije preljeva 0,191518 -1,15908 2,532099
Tablica 5.1 – Piezometrička linija za rad obje pumpe nakon kalibracije
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 74
Slik
a 5.
5 –
Piez
omet
ričk
a lin
ija r
ashl
adno
g su
stav
a ko
d ra
da o
bje
pum
pe
US
ISN
I CJE
VO
VOD
US
ISN
I B
AZE
N
PU
MPE
TLA
ČN
I CJE
VO
VO
D
KO
ND
EN
ZATO
R
OD
VO
DN
I CJE
VO
VO
D
IZLA
ZNA
G
RA
ĐE
VIN
A
PR
IGU
ŠN
ICE
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 75
Radi uvida u sifonski efekt u rashladnom sustavu, prikazane su maksimalne i
minimalne vrijednosti tlaka duž rashladnog sustava u Tablici 5.2. Prikaz energetske
linije u rashladnom sustavu dan je u Tablici 5.2 i na Slici 5.6.
Tablica 5.2 – Minimalni i maksimalni tlakovi te energetske visine
duž rashladnog sustava za rad obje pumpe
MJESTO U SUSTAVU MINIMALNI TLAK (m)
MAKSIMALNI TLAK (m)
ENERGETSKA VISINA (m)
more na površini 0 - 0 more na ulazu usisa 31,43198 34,20802 0,272199 završetak ulaza usisa 31,01478 33,79082 0,23 koljeno u usisu 30,63602 33,41206 0,22624 neposredno nakon koljena 29,40677 31,94443 0,2178 ulaz cijevi u bazen 2,070808 4,608469 0,181838 neposredno nakon ulaza 0 5,355142 0,058983 ispred grube rešetke 0 5,355142 0,058983 iza grube rešetke 0 5,345109 0,050125 ispred kose rešetke 0 5,345109 0,050125 iza kose rešetke 0 5,274878 -0,02011 ispred rotacijskog sita 0 5,274878 -0,02011 iza rotacijskog sita 0 5,247993 -0,04817 ispred pumpi 0 5,247993 -0,04817 usis pumpi 0 5,081579 -0,04817 manometar iza pumpi 6,279476 7,779476 8,791833 početak koljena (iza lept. z.) 6,182129 7,682129 8,694486 početak račve 6,079657 7,579657 8,592014 početak uspona (koljeno) 5,725954 8,525954 8,544751 kraj uspona (koljeno) 4,013315 6,813315 8,514512 početak zavoja 3,985677 6,785677 8,486873 kraj zavoja 3,940318 6,740318 8,441514 iza račve 4,346305 6,346305 8,441514 iza leptirastog zatvarača 4,318715 6,318715 8,413924 početak koljena 4,318715 6,318715 8,413924 ulaz u ulaznu komoru kond. -1,61033 1,749674 8,384883 ulazna cijevna stijena -1,72274 1,63726 8,143669 izlazna cijevna stijena -4,02045 -0,66045 6,007557 izlaz iz izlazne komore -4,00193 -0,64193 5,886971 početak koljena 2,76565 4,56565 5,886971 iza koljena 2,721385 4,521385 5,842707 iza sakupljača kuglica 2,433668 4,233668 5,554989 neposredno iza prigušnica 0,884418 2,684418 4,005739 početak koljena (iza lept. z.) 0,842367 2,642367 3,963688 iza koljena u račvi 0,795889 2,595889 3,917211 kraj spajanja grana 0,327235 2,827235 3,842841 početak zavoja 0,289915 2,789915 3,805521 kraj zavoja 0,226169 2,726169 3,741775 mjesto odzračivanja 0,182629 2,682629 3,698235 ulaz u ispusni bazen 0,177444 2,677444 3,69305 mjerna letva prije preljeva 0 7,332099 2,533968
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 76
Slik
a 5.
6 –
Ener
gets
ka i
piez
omet
ričk
a lin
ija d
už r
ashl
adno
g su
stav
a
US
ISN
I CJE
VO
VOD
US
ISN
I B
AZE
N
PU
MPE
TLA
ČN
I CJE
VO
VO
D
KO
ND
EN
ZATO
R
OD
VO
DN
I CJE
VO
VO
D
IZLA
ZNA
G
RA
ĐE
VIN
A
PR
IGU
ŠN
ICE
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 77
5.4. Radna točka rashladnog sustava
Proračunavanjem ukupnih hidrauličkih gubitaka za protoke od 5 do 15 m3
Karakteristika cjevovoda i radna točka sustava kao sjecište karakteristika
pumpi i cjevovoda, prikazane su na Slici 5.7.
/s,
dobivena je karakteristika cjevovoda. Ukupni hidraulički gubici dobiveni su tako da
su za svaki protok uračunati i hidraulički gubici na preljevu na izlaznoj građevini,
koji su dobiveni invertiranjem jednadžbe za protok na preljevu (3.15).
Utvrđene su radne točke rashladnog sustava:
• u radu s obje pumpe:
- protok: Q = 11,2 m3/s = 40320 m3
- dobavna visina pumpe: H = 8,84 m
/h
• u radu s jednom pumpom:
- protok: Q = 7,13 m3/s = 25560 m3
- dobavna visina pumpe: H = 5,4 m
/h
Daljnje izmjene u sustavu (mijenjanje, izbacivanje i dodavanje novih otpora u
sustav), mogu se pratiti na krivuljama karakteristika cjevovoda i pumpi, tj. može se
pratiti promjena radne točke sustava. Praćenjem promjene protoka i dobavne visine
pumpi (gubitka u sustavu) dobiva se potpun uvid u utjecaj određenog zahvata na
cjevovodu na rad sustava. Neke od poželjnih promjena u sustavu bit će predložene u
sljedećem poglavlju.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 78
Slik
a 5.
7 –
Rad
ne to
čke
rash
ladn
og su
stav
a
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 79
6. Prijedlozi poboljšanja rada rashladnog sustava
Rezultati provedene hidrauličke analize omogućuju slijedeće prijedloge za
poboljšanje rada rashladnog sustava:
1. Skidanje prigušnica
2. Demontaža leptirastih zatvarača na ulazu u komore kondenzatora
3. Rekonstrukcije u izlaznoj građevini
4. Rekonstrukcija kose rešetke u usisnom bazenu
5. Instaliranje difuzora na ulazu u usisni cjevovod sustava
6. Čišćenje svih naslaga u cijevima i bazenima
6.1. Skidanje prigušnica
Prigušnice su naknadno ugrađene u rashladni sustav sa ciljem da se postigne
gornja točka punjenja rashladnika turbinskog ulja. Ugrađene su dvije prigušnice u
grane račve poslije kondenzatora, između skupljača Taprogge kuglica i leptirastih
zatvarača. Projektom je bilo predviđeno da se sustav za hlađenje turbinskog ulja
snabdijeva rashladnom morskom vodom sa glavnim rashladnim pumpama. Međutim
zbog problema koji su se javljali u radu rashladnog sustava i nakon ugrađivanja
prigušnica, rashladnici turbinskog ulja su odspojeni od glavnih rashladnih pumpi i
priključeni na pomoćne rashladne pumpe. Odvajanjem rashladnika turbinskog ulja
od glavnih rashladnih pumpi nestaje potreba za prigušnicama.
Provedenom hidrauličkom analizom ustanovljeno je da gubitak tlaka na
prigušnicama iznosi približno 1,5 m piezometričke visine. Skidanje prigušnica iz
rashladnog sustava direktno bi utjecalo na smanjenje potrebne snage glavnih
rashladnih pumpi zbog znatnog smanjenja hidrauličkog gubitka.
Međutim, skidanjem prigušnica dolazi do promjene radne točke sustava
pumpa-cjevovod. Na osnovu hidrauličkog proračuna karakteristike cjevovoda,
dobivene su dvije nove radne karakteristike cjevovoda, tj. radna karakteristika
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 80
cjevovoda bez jedne prigušnice i radna karakteristika bez obje prigušnice. Iz
dobivenog dijagrama prikazanog na Slici 6.1 očitane su nove radne točke i izveden
proračun potrebne snage i stupnja iskoristivosti glavnih rashladnih pumpi:
Postojeća radna točka sustava
Za rad obje pumpe:
- potrebna snaga na osovini pumpe: kWP 6,685=
- dobavna visina pumpe: mH n 84,8=
- protok u sustavu: hmQ /32040 3=
Za rad jedne pumpe:
- potrebna snaga na osovini pumpe: kWP 3,491=
- dobavna visina pumpe: mH n 4,5=
- protok u sustavu: hmQ /56025 3=
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 81
Slik
a 6.
1 –
Dija
gram
rad
nih
kara
kter
istik
a ra
shla
dnog
sust
ava
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 82
Radna točka sustava bez jedne prigušnice
Za rad obje pumpe:
- potrebna snaga na osovini pumpe: kWP 609=
- dobavna visina pumpe: mH n 32,8=
- protok u sustavu: hmQ /30042 3=
- stupanj iskoristivosti pumpe: 80,0=η
Radna točka sustava bez obje prigušnice
Za rad obje pumpe:
- potrebna snaga na osovini pumpe: kWP 606=
- dobavna visina pumpe: mH n 15,8=
- protok u sustavu: hmQ /22543 3=
- stupanj iskoristivosti pumpe: 81,0=η
Potrebna snaga na pumpama proračunata je iz izraza (5.2) i (5.3). Budući da
su stupnjevi iskoristivosti procijenjeni za 4% manji od projektnih (vidi 3. poglavlje),
stupnjevi iskoristivosti pumpi za dobivene radne točke iz prethodnog dijagrama
očitani su iz projektne krivulje iskoristivosti pumpe i smanjeni za 4%.
Skidanjem obje prigušnice iz rashladnog sustava, postiže se povećanje
protoka u sustavu za 0,8 m3/s (2900 m3
Potrebna snaga na elektromotoru pumpe u postojećem stanju, na osnovu
izmjerenih podataka iznosi 700 kW, dok bi sa skidanjem obje prigušnice iznosila
618 kW. Dakle, gledajući obje pumpe zajedno, skidanjem obje prigušnice postiglo bi
se smanjenje ukupne potrebne snage za pogon pumpi od 164 kW.
/h) i pad dobavne visine pumpe za 0,7 m.
Također, smanjena je i potrebna snaga na osovini pumpe za 80 kW.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 83
Moguće je da je izvođaču pogodnije izrezati prigušnice tako da ostane prsten
od nekoliko centimetara. U tom slučaju hidraulički gubitak se kreće do 4 cm, za
visinu ostatka prigušnice do 5 cm (vidi Sliku 6.2). Dakle, toliki hidraulički gubitak
može se tolerirati.
Slika 6.2 – Hidraulički gubitak na ostatku odrezane prigušnice
6.2. Demontaža leptirastih zatvarača ispred kondenzatora
Na ulazu i izlazu kondenzatorskih blokova instalirani su leptirasti zatvarači.
Leptirastim zatvaračima predviđeno je zatvaranje pojedinih blokova kondenzatora po
potrebi ili u zavisnosti o režimu rada elektrane. Budući da elektrana već godinama
radi isključivo sa oba kondenzatorska bloka u svim režimima rada, prestala je
osnovna funkcija leptirastih zatvarača.
Predlaže se skidanje leptirastih zatvarača na dovodnim cjevovodima ispred
kondenzatora.
Leptiraste zatvarače iza prigušnica treba zadržati i vratiti u funkciju, tako da
nakon skidanja prigušnica služe za regulaciju otpora, odnosno tlaka u rashladnom
sustavu.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 84
6.3. Rekonstrukcije u izlaznoj građevini
Pored prigušnica i kondenzatora, preljevna brana na vodoispustu predstavlja
najveći hidraulički gubitak u sustavu.
Ovdje se predlažu tri varijante rekonstrukcije.
6.3.1. Izrada propusta na preljevnoj brani
Za smanjenje hidrauličkih gubitaka zbog preljevne brane na vodoispustu, prvi
prijedlog je izrada propusta na preljevnoj brani. Ideja ovog prijedloga je zadržati
postojeću funkciju bazena na vodoispustu. Idejno rješenje je dano na Slici 6.3.
Slika 6.3 – Trodimenzionalni prikaz propusta na preljevnoj brani
Iz formule za protok na kosom preljevu (3.10) može se dobiti da je jedno od
mogućih rješenja propust sljedećih dimenzija:
- širina 5 m
- dubina 1,6 m
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 85
Razina vode na preljevnoj brani kod rada obje pumpe time bi se smanjila za 76 cm.
Skidanjem obje prigušnice i izradom propusta na preljevnoj brani, postiže se
povećanje protoka u sustavu za 1 m3/s (3580 m3
Potrebna snaga na elektromotoru pumpe u postojećem stanju, na osnovu
izmjerenih podataka iznosi 700 kW, dok bi sa skidanjem obje prigušnice i izradom
propusta na preljevnoj brani iznosila 590 kW. Dakle, gledajući obje pumpe zajedno,
skidanjem obje prigušnice postiglo bi se smanjenje ukupne potrebne snage za pogon
pumpi od 220 kW.
/h) i pad dobavne visine pumpe za
1,14 m (vidi Sliku 6.4). Također, smanjena je i potrebna snaga na osovini pumpe za
107 kW.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 86
Slik
a 6.
4 –
Dija
gram
rad
nih
kara
kter
istik
a ra
shla
dnog
sust
ava
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 87
6.3.2. Smanjenje visine preljevne brane na vodoispustu
Drugi prijedlog je da se smanji visina preljevne brane po cijeloj širini. Budući
da se varijacija razine mora uslijed plime i oseke kreće od –0,608 do +1,262 m.n.m.
(podatak iz TE Rijeka), moguće je smanjiti visinu preljevne brane za 0,5 m (sadašnja
visina krune brane preljeva je 1,75 m.n.m.).
Za rad obje pumpe i rashladni sustav bez obje prigušnice i krunom preljeva
spuštenom za 0,5 m:
- potrebna snaga na osovini pumpe: kWP 576=
- dobavna visina pumpe: mH n 67,7=
- protok u sustavu: hmQ /43750 3=
- stupanj iskoristivosti pumpe: 81,0=η
Skidanjem obje prigušnice iz rashladnog sustava i sniženjem preljeva za
0,5 m, postiže se povećanje protoka u sustavu za 0,95 m3/s (3430 m3
Potrebna snaga na elektromotoru pumpe u postojećem stanju, na osnovu
izmjerenih podataka iznosi 700 kW, dok bi sa skidanjem prigušnica i smanjenjem
visine preljeva za 0,5 m iznosila 588 kW. Dakle, gledajući obje pumpe zajedno,
skidanjem visine preljeva za 0,5 m postiglo bi se smanjenje ukupne potrebne snage
za pogon pumpi od 224 kW.
/h) i pad
dobavne visine pumpe za 1,17 m (vidi Sliku 6.5). Također, smanjena je i potrebna
snaga na osovini pumpe za 109 kW.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 88
Slik
a 6.
5 –
Dija
gram
rad
nih
kara
kter
istik
a ra
shla
dnog
sust
ava
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 89
6.3.3. Rekonstrukcija difuzora i uklanjanje preljevne brane u izlaznoj građevini
Treći prijedlog i ujedno najskuplji je rekonstrukcija difuzora i uklanjanje
preljevne brane na vodoispustu. Idejni prijedlog dan je na Slici 6.8.
Uklanjanjem preljevne brane i obiju prigušnica iz rashladnog sustava postiže
se povećanje protoka u sustavu za 1,79 m3/s (6470 m3
Potrebna snaga na elektromotoru pumpe u postojećem stanju, na osnovu
izmjerenih podataka iznosi 700 kW, dok bi sa uklanjanjem preljevne brane i obje
prigušnice iznosila 535 kW. Dakle, gledajući obje pumpe zajedno, skidanjem obje
prigušnice i uklanjanjem preljevne brane postiglo bi se smanjenje ukupne potrebne
snage za pogon pumpi od 330 kW.
/h) i pad dobavne visine pumpe
za 2,2 m (vidi Sliku 6.7). Također, smanjena je i potrebna snaga na osovini pumpe za
161 kW.
Rekonstrukcija difuzora sa završetkom ispod razine mora ima prednost u
odnosu na sadašnje rješenje:
- smanjenje gubitaka zbog eliminiranja preljevne brane i viseće
pregrade
- poboljšano startanje rashladnog sustava
- smanjenje pjenjenja jer je pokazano ([12]) da je upravo obrušavanje
vode u more uzrok intenzivnog stvaranja pjene na vodoispustu (vidi
Sliku 6.6)
Slika 6.6 – Sadašnje pjenjenje na vodoispustu
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 90
Slik
a 6.
7 –
Dija
gram
rad
nih
kara
kter
istik
a ra
shla
dnog
sust
ava
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 91
6.4. Rekonstrukcija kose rešetke u usisnom bazenu
Kosa rešetka smještena je između grube rešetke i rotacijskog sita, a
sastavljena je od snopova čeličnih profila dimenzija 10 x 100 mm koji su međusobno
udaljeni 20 mm. Radi veće površine filtracije i lakšeg čišćenja rešetka je postavljena
pod kutom od 15° u odnosu na vertikalnu ravninu usisnog bazena. Rešetka
predstavlja jedan od hidrauličkih gubitaka u sustavu koji iznosi približno 7-8 cm
piezometričke visine kada su obje pumpe u pogonu. Hidraulički gubitak još je veći sa
onečišćenjem rešetke, što povećava ukupni gubitak rashladnog sustava, a time i
potrebnu snagu pumpe.
Predlaže se skidanje kose rešetke tako da rotacijska sita preuzmu ulogu
kompletnog čišćenja ulazne morske vode.
Alternativni prijedlog je da se ostave kose rešetke uz uvjet redizajniranja
profila uz mogućnost jednostavne zamjene zaprljanih sa rezervnim čistim rešetkama.
Analiza dvodimenzionalnog strujanja kroz rešetke napravljena je uz pomoć
računalnih simulacija i dana u Prilogu II.
Rezultati simulacije pokazuju da se zaobljenjem ulaznog i izlaznog dijela
profila značajno smanjuju hidraulički gubici rešetke. Za konstrukciju optimalne
rešetke potrebne su daljnje računalne simulacije uz optimiranje ne samo oblika
ulaznog i izlaznog dijela profila nego i dužine profila te razmaka između profila.
6.5. Instaliranje difuzora na ulazu u usisni cjevovod sustava
Instaliranje difuzora na usisne cjevovode ima sljedeće prednosti:
- smanjenje miješanja toplije morske vode na vodoispustu s hladnijom
vodom na usisu
- smanjeni unos morskih organizama
- smanjenje hidrauličkih gubitaka na usisu
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 92
Dobro oblikovani difuzor znatno smanjuje ulazne hidrauličke gubitke. Za
ulaz u usisni cjevovod rashladnog sustava, hidraulički gubitak na ulazu iznosi
hL = 4,2 cm (KL = 1, vidi poglavlje 3.1.1.). Za dobro oblikovani difuzor (po [3], [4])
može se postići KL = 0,1, odnosno hidraulički gubitak od hL
= 0,4 cm.
Detaljnija analiza strujanja oko difuzora napravljena je uz pomoć računalnih
simulacija i prikazana u Prilogu II. Računalne simulacije omogućuju optimizaciju
oblika difuzora i rješavanje dva vrlo važna problema:
- smanjenje miješanja toplije morske vode na vodoispustu s hladnijom
vodom na usisu
- smanjenje unosa morskih organizama
6.6. Čišćenje svih naslaga u cijevima i bazenima
Čišćenjem cjevovoda i bazena uklonile bi se naslage morskih organizama
unutar rashladnog sustava. Učinak čišćenja je dvostruki. Prvo bi se postiglo
smanjenje hidrauličkih gubitaka u sustavu, što bi se povoljno odrazilo na rad usisnih
pumpi, a što je opširnije opisano u poglavlju 3.1. Također, uklanjanjem naslaga
smanjio bi se intenzitet naseljavanja morskih organizama unutar rashladnog sustava.
Naime, iako sustav filtracije uspijeva zaustaviti školjke i alge, planktonski organizmi
mogu nesmetano ulaziti kroz sustave rešetki i glavne rashladne pumpe. U
rashladnom sustavu na pogodnim mjestima gdje je temperatura mora odgovarajuća,
iz planktona se razvijaju larve, a iz njih školjke koje se naseljavaju po stjenkama
cjevovoda ([11]). Tako razvijene školjke u sustavu mogu blokirati mehanizme
zapornica i kondenzatorske cjevovode. Zaglavljene ljuske školjki u kondenzatorskim
cijevima povećavaju hidraulički gubitak u cijevima i tako smanjuju protok, a s njime
i učinkovitost hlađenja pare u kondenzatoru.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 93
7. Zaključak
Na osnovu dostupne dokumentacije, provedenih mjerenja u pogonu u raznim
režimima rada rashladnog sustava i hidrauličkih proračuna može se zaključiti da je
projektno rješenje rashladnog sustava dobro odabrano, što potvrđuje i dosadašnji
uspješan rad elektrane.
U sklopu tog projektnog rješenja originalnost je uporaba sifonskog efekta koji
značajno smanjuje potrebnu snagu pumpi i time povećava stupanj djelovanja ukupne
termoelektrane. Međutim, sifonski efekt unosi određenu nestabilnost jer ovisi o
vakuum sustavu. Pored dobrog projektnog rješenja bilo je nužno na rashladnom
sustavu napraviti korekcije u cilju sigurnog snabdijevanja rashladnom vodom
hladnjaka turbinskog ulja. Zbog toga su ugrađene prigušnice na izlazu kondenzatora.
Nakon toga je rashladni sustav turbinskog ulja u potpunosti odvojen od glavnog
rashladnog sustava. Zbog problema startanja glavnog rashladnog sustava ugrađena je
viseća pregrada na kraju difuzora izlazne građevine. Za tako modificirani rashladni
sustav napravljena su opsežna hidraulička mjerenja s ciljem ocjene stanja i prijedloga
mjera za poboljšanje stupnja iskoristivosti.
Hidraulička mjerenja i analiza glavnog rashladnog sustava TE Rijeka
omogućuju donošenje sljedećih zaključaka:
1. U cilju povećanja stupnja iskoristivosti rashladnog sustava potrebno je smanjiti
neke od hidrauličkih gubitaka pa se predlaže sljedeće:
• skidanje prigušnica
• demontaža leptirastih zatvarača na ulazu u komore kondenzatora
• rekonstrukcije u izlaznoj građevini
• rekonstrukcija ili uklanjanje kosih rešetki u usisnom bazenu
• instaliranje difuzora na ulazu u usisne cjevovode
• čišćenje svih naslaga u cjevovodima i bazenima
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 94
Smanjenjem hidrauličkih gubitaka smanjuje se dobavna visina pumpi i
povećava protok u rashladnom sustavu.
Povećani protok rezultira većom iskoristivosti kondenzatora i time se
popravlja ukupni stupanj djelovanja elektrane.
Smanjivanjem dobavne visine pumpi smanjuje se opasnost od proboja
morske vode u parnu stranu kondenzatora preko zajedničkog vakuumskog kolektora.
Međutim, ovo smanjenje dobavne visine ima i posljedicu povećanja poteškoća u
održavanju vakuuma. To je posebno izraženo kod rada jedne pumpe uz ostale
nepovoljne okolnosti kao što su: oseka, visoka temperatura mora, povećanje
obraslosti u cjevovodima te eventualno propuštanja zraka na brtvenim i korodiranim
površinama.
Predloženim mjerama poboljšanja, koje su detaljno razrađene u 6. poglavlju,
postiže se poboljšanje stupnja djelovanja cijele elektrane do 0.2% uz vrlo mala
ulaganja i zahvate.
U prethodnoj konstataciji nisu uračunati efekti povećanja termičkog stupnja
djelovanja zbog efikasnijeg rada rashladnog sustava. Dakle, ukupni efekti
poboljšanja su veći.
Treba naglasiti da se predloženim mjerama pomiče granično područje rada sa
jednom pumpom od 160 MW prema 190 MW, što predstavlja također sigurnu
uštedu.
2. Smanjenje prevelike količine pjene na vodoispustu moguće je eliminiranjem
preljevne brane ili smanjenjem njene visine.
3. Ugradnjom difuzora na ulazu u usisne cjevovode smanjio bi se utjecaj miješanja
toplije morske vode na površini sa hladnijom vodom na usisu.
4. U cilju zaštite rashladnog sustava morske vode TE Rijeka od onečišćenja
morskim organizmima (školjke, alge i sl.) predlaže se sljedeće:
• izgradnja difuzora na ulazu u usisne cijevi radi smanjenja ulazne brzine, a
time i unosa morskih organizama u sustav
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 95
• skidanje kosih rešetki jer je njihov učinak u sprečavanju onečišćenja
zanemariv, a one predstavljaju gubitak koji se znatno povećava sa
njihovim onečišćenjem
• ukoliko se ostavljaju kose rešetke predlaže se njihova optimalna
rekonstrukcija i mogućnost fleksibilnog montiranja sa mogućnošću
zamjene
• čišćenje cijelog sustava od naslaga morskih organizama
Na kraju, preporuča se, nakon realizacije predloženih mjera poboljšanja ili
dijela istih, obnoviti mjerenja i usporediti postignute rezultate.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 96
Literatura
[1] Aquasub – p.z.r., Izvještaj o podvodnom pregledu i ispitivanju broj 16/99,
Rijeka, 1999.
[2] Sopta, L., Mrša, Z., Analiza strujanja vode u vodoispustu sistema za rashladnu
vodu TE Rijeka, Rijeka, 1987.
[3] Streeter, V., Fluid Mechanics, McGraw-Hill, New York, 1998.
[4] Street, R. L., Watters, G.Z., Vennard, J. K., Elementary Fluid Mechanics, John
Wiley & Sons, New York, 1996.
[5] Idelchik, I.E., Handbook of hydraulic resistance, Israel Program for Scientific
Translation, Jerusalem, 1966.
[6] CHRIS – U.S. Coast Guard, Selected Properties of Fresh Water, Sea Water,
Ice and Air, internet (http://www.chrismanual.com/Intro/prop.htm), 1999.
[7] Agroskin, I. I., Dimitrijev, G. T., Pikalov, F. I., Hidraulika, Zagreb, 1964.
[8] Čugaev, R. R., Gidravlika, Energoizdat, Lenjingrad, 1982.
[9] Bohl, W., Stromungsmaschinen, Vogel-Verlag, Wurzburg, 1995.
[10] Wagner, W., Kreiselpumpen und Kreisel-pumpenanlagen, Vogel-Verlag,
Wurzburg, 1994.
[11] Stevenson, T.D.I., Mussel fouling at coastal power stations, University Marine
Biological Station, Millport, 1998.
[12] Institut "Ruđer Bošković" – Centar za istraživanje mora, Utvrđivanje uzroka
pjenjenja izlazne rashladne vode, Rovinj, 1980.
[13] Družeta, S., Hidraulička analiza rashladnog sustava morske vode u TE Rijeka,
Diplomski rad, Tehnički fakultet, Rijeka, 1999.
[14] Pintar, S., Analiza strujanja morske vode u ulaznoj i izlaznoj građevini
rashladnog sustava TE Rijeka, Diplomski rad, Tehnički fakultet, Rijeka, 2000.
[15] TE Rijeka, Tehnička dokumentacija, prospekti i fotografije
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 97
Prilozi
I Rezultati mjerenja
II Numeričke simulacije strujanja
III Shema sustava
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 99
Prilog II
Numeričke simulacije strujanja
Za potrebe ove studije napravljene su numeričke simulacije
dvodimenzionalnog strujanja morske vode oko ulaza usisnih cjevovoda i kose
rešetke. Ove simulacije su služile za kvalitativnu procjenu strujanja i omogućile
donošenje određenih zaključaka .
U ovom prilogu daje se kratki prikaz postupaka i rezultata numeričke
simulacije.
1. Osnovne jednadžbe
Numerički izračuni baziraju se na rješavanju osnovnih jednadžbi za očuvanje
mase i količine gibanja (Navier-Stokes jednadžbe). Odabrani model za ovaj proračun
je standardni k-ε turbulentni model koji je baziran na Reynolds-osrednjenim Navier-
Stokes jednadžbama.
Jednadžbe koje definiraju k-ε model turbulentnog strujanja su:
( ) 0=∂∂
+∂∂
ii
uxt
ρρ
(1)
( )jijl
lij
i
j
j
i
ji
i uuxx
uxu
xu
xxp
DtDu
′′−∂∂
+
∂∂
−∂
∂+
∂∂
∂∂
+∂∂
−= ρδµρ32
(2)
Mbkik
t
iYGG
xk
xDtDk
−+++
∂∂
+
∂∂
= ρεσµ
µρ (3)
k
CGCGk
CxxDt
Dbk
i
t
i
2
231 )( ερεεσµ
µερ εεεε
−++
∂∂
+
∂∂
= (4)
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 100
xiu
xu
xu
G j
j
i
i
jtk ∂
∂⋅
∂∂
+∂
∂= µ ,
ερµ µ
2kCt = (5)
gdje je p tlak, ui ρ i-ta komponenta brzine, gustoća, k kinetička energija
turbulentnog strujanja, ε brzina disipacije, ,09,0,92,1,44,1 21 === µεε CCC
3,1,0,1 == εσσ k .
Sustav jednadžbi (1)-(5) rješava se numerički. Numeričke metode i algoritmi
te odgovarajući softver su sofisticirani i predstavljaju područje rada specijalista za
računarsku mehaniku fluida.
2. Dvodimenzionalna simulacija strujanja na ulazu u usisni cjevovod
Jedna od ideja u ovoj studiji je izgradnja difuzora na ulazu u usisne
cjevovode. Svrha difuzora je smanjiti ulazne brzine, a time smanjiti unos morskih
organizama i miješanje tople vode sa površine s hladnom vodom oko usisa.
Strujanje u okolici usisa cjevovoda je trodimenzionalno i turbulentno.
Kompjuterska simulacija takvog strujanja je vrlo zahtjevna. Za potrebe ove studije i
donošenje kvalitativnih zaključaka o strujanju oko usisa napravljena je
pojednostavljena dvodimenzionalna simulacija strujanja.
Osnovne geometrijske veličine modela preuzete su iz dokumentacije. Usis
morske vode u TE Rijeka nalazi se na 35 m dubine. Usisne cijevi su promjera 3 m,
a cjevovod je u prosjeku nagnut za 30°. Ulazni profil cijevi nije posebno oblikovan.
Za proračunsku domenu osnovni parametri su: maksimalna dubina je 40 m,
usis na dubini od 35 m, ulazni cjevovod je promjera 3 m i nagiba 30°. Ukupna širina
modela je 114,5 m. Nakon definiranja geometrijskih veličina izrađena je i generirana
nestrukturirana mreža. Mreža za proračun izrađena je sa većim brojem elemenata na
geometriji ulazne cijevi i po unutrašnjim stjenkama cijevi (vidi Sliku 1).
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 101
Slika 1 - Detalj mreže oko usisa
Rubni uvjeti definirani su na Slici 2.
Slika 2 - Rubni uvjeti
Rezultati proračuna prikazani su na slikama 3-6.
ATMOSFERSKI TLAK
ČVRSTA GRANICA
ZADANA
BRZINA
ZADANI
HIDROSTATSKI
TLAK
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 103
Slik
a 4–
Lin
ije in
tenz
iteta
brz
ina
[m/s
]
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 105
Slik
a 6
– Li
nije
inte
nzite
ta d
inam
ičko
g tla
ka [P
a]
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 106
Iz prikazane simulacije zaključuje se da je strujanje oko ulaza dominantno
radijalno, odnosno da su linije jednakih intenziteta brzina približno kružnice. Jasno je
da bi se za 3D simulacije dobile plohe jednakih intenziteta brzina približno sfernog
oblika.
Drugim riječima, ove simulacije dokazuju da je usisavanje vode približno
jednako iz svih smjerova, što rezultira i miješanjem površinske tople vode s hladnom
pridnenom vodom.
Prethodni zaključci sugeriraju izgradnju difuzora kojim bi se smanjile ulazne
brzine, a time smanjilo miješanje površinske tople vode s hladnom pridnenom
vodom i smanjio unos morskih organizama.
3. Simulacija strujanja na kosoj rešetci
Kose rešetke s pravokutnim profilima stvaraju hidrauličke gubitke koji nisu
zanemarivi, pogotovo ako su obrasle.
Za procjenu hidrauličkih gubitaka na rešetkama napravljene su
dvodimenzionalne numeričke simulacije strujanja za različite oblike profila rešetke.
Dvodimenzionalni model rešetke dobiven je presjekom rešetke sa okomitom
ravninom na profile rešetke. Na ukupnoj širini rešetke od 3,5 m smješteno je 116
profila 10 x 100 mm. Zbog sličnosti strujanja po cijeloj širini rešetke, promatrano je
strujanje na pet profila rešetke. Nakon definiranja geometrija, izrade mreža i
postavljanja rubnih uvjeta, izabran je standardni k-ε model turbulencije i izvršen
proračun.
Simulacije strujanja napravljene su za pet varijanti oblika profila (postojeći
oblik profila i četiri varijacije). Nakon definiranja geometrije izrađene su i
generirane nestrukturirane mreže za zadane domene.
• GEOMETRIJA 1
Prva geometrija je postojeća geometrija rešetke (Slika 7). Model se sastoji od
pet profila rešetke dimenzije 10 x 100 mm međusobno razmaknutih 20 mm. Da bi se
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 107
profil strujanja ispred i iza rešetke u potpunosti formirao, mreža se proteže ispred i
iza rešetke u dužini od 1000 mm tako da je cijeli model ukupne dužine 2100 mm.
Slika 7 - Geometrija 1 - detalj mreže oko profila
Ostale četiri varijante su:
• GEOMETRIJA 2
Profil postojeće rešetke skraćen je za 25% pa njegova duljina iznosi 75 mm.
Razmak između profila nije promijenjen. Karakteristike modela i generirane mreže
iste su kao i kod osnovne geometrije.
• GEOMETRIJA 3
Profil postojeće rešetke skraćen je za 50% pa njegova duljina iznosi 50 mm.
Razmak između profila nije promijenjen. Karakteristike modela i generirane mreže
iste su kao i kod osnovne geometrije.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 108
Slika 8 – Geometrija 4 – detalj mreže oko profila
• GEOMETRIJA 4
Na ulaznom rubu postojećeg profila rešetke 10 x 100 mm izveden je kružni
radijus R = 5 mm. Razmak između profila nije promijenjen. Karakteristike modela i
generirane mreže iste su kao i kod osnovne geometrije (Slika 8).
• GEOMETRIJA 5
Na ulaznom i izlaznom rubu osnovnog profila rešetke 10 x 100 mm izvedeni su
kružni radijusi R = 5 mm (Slika 9). Razmak između profila nije promijenjen.
Karakteristike modela i generirane mreže iste su kao i kod osnovne geometrije
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 109
Slika 9 - Geometrija 5 - detalj mreže oko profila
Rubni uvjeti za simulacije strujanja dani su na Slici 10.
Slika 10 - Rubni uvjeti
Rezultati proračuna dani su na slikama 11-19.
SIMETRIJA
ISTJECANJE
SIMETRIJA
ZADANA
BRZINA
ČVRSTA GRANICA
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 110
• Geometrija 1
Slika 11 - Vektori brzina [m/s] (Geometrija 1)
Slika 12 – Polje intenziteta brzina [m/s] (Geometrija 1)
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 111
Slika 13 - Polje tlaka [Pa] (Geometrija 1)
• Geometrija 4
Slika 14 - Vektori brzina [m/s] (Geometrija 4)
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 112
Slika 15 – Polje intenziteta brzina [m/s] (Geometrija 4)
Slika 16 - Polje tlaka [Pa] (Geometrija 4)
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 113
• Geometrija 5
Slika 17 - Vektori brzina [m/s] (Geometrija 5)
Slika 18 – Polje intenziteta brzina [m/s] (Geometrija 5)
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 114
Slika 19 - Polje tlaka [Pa] (Geometrija 5)
Pad tlaka za pet varijanti oblika profila dan je na slijedećoj tablici, a pomoću
dijagrama na Slici 20.
Geometrije Oblik profila Pad tlaka [Pa] Smanjenje pada tlaka u odnosu
na osnovnu geometriju [%]
1 10 x 100 mm 642 0
2 10 x 75 mm 567 12
3 10 x 50 mm 555 14
4 10 x 100 mm + 1 x R5 mm 401 38
5 10 x 100 mm + 2 x R5 mm 188 71
Iz prethodne tablice vidi se da dobro oblikovani profil smanjuje hidraulički
gubitak rešetke za čak 71%.
SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 115
Slik
a 20
- Pa
d tla
ka p
reko
kos
e re
šetk
e