Podstawy projektowania pompowni wodociągowych. Podręcznik ...cdn23.pb.smcloud.net/t/files/64/26/6f/e33413b57f/... · W systemach wodociągowych występują różne rodzaje pompowni,

Podstawy projektowania pompowni wodociągowych.Podręcznik projektowania.

Wyślij nam wiadomość na:

[email protected] a my zajmiemy się resztą!

PUNKTY SERWISOWE WILO

BIAŁYSTOKJUWAul. E. Orzeszkowej 3215-084 BIAŁYSTOKtel. 85 740 87 80fax 85 740 87 81

BIELSKO-BIAŁAP.P.H.U UNITERMul. Bogusławskiego 1943-400 BIELSKO-BIAŁAtel. 33 814 96 48fax 33 814 49 37kom. 602 332 539

BOLESŁAWIECDELTA Technika Grzewcza s.c. ul. Bobrowa 359-700 Bolesławiec tel. 75 735 22 35fax 75 735 22 35kom. 602 715 870

BYDGOSZCZEKO-TECHul. Chełmińska 7286-260 UNISŁAW POM.tel. 56 686 89 35fax 56 686 89 35

GDAŃSKMGB P.H.U.ul. Nowy Świat 580-289 GDAŃSKtel/fax 58 554 55 40

GDYNIAELECTRONEX I.P.A.P. ul. Olimpijska 281-538 GDYNIAtel. 58 662 24 60fax 58 662 24 60

GLIWICESERWO Serwis Pomp Wodnychul. Pszczyńska 6944-100 GLIWICEtel. 32 331 74 44fax 32 331 74 44

KRAKÓWELSTER S. C.ul. Mogilska 20/731-516 KRAKÓWtel. 12 432 22 80fax 12 429 21 75kom. 601 418 455kom. 601 508 951

LUBLINLPEC Sp. z o.o.ul. Ceramiczna 320-150 Lublintel. 81 462 45 96tel. 81 748 35 43 (automat zgłoszeniowy)fax. 81 748 35 43kom. 606 204 003

ŁÓDŹHYDROSERWISul. Janosika 14292-108 ŁÓDŹtel. 42 679 28 77fax 42 679 22 32

MIELECP.W. INWEST L. Kaczmarczyk s.j.ul. Żeromskiego 1939-300 MIELECtel. 17 583 37 77kom. 606 909 625

OLSZTYNBAMAX-SERWISul. Jagiellońska 12/70punkt serwisowy Bartąg 2711-033 BARTĄG k/Olsztynakom. 533 333 274 kom. 888 290 200

OPOLEAKOSPOLul. Cygana 545-131 OPOLEtel. 77 454 75 06fax 77 423 23 10

PIEKARY ŚLĄSKIEGÓRNOŚLĄSKIE PRZEDSIęBIORSTWO WODOCIĄGÓW S.A. ul. Rozalki 1 41-940 PIEKARY ŚLĄSKIE tel. 32 288 40 01fax 32 288 40 01 kom. 602 276 796

PIŁASGP Poszwa i Wspólnicy SJ.al. Powstańców Wlkp. 16464-920 PIŁAtel. 67 215 11 12 fax 67 212 20 44kom. 601 281 499

POZNAŃELEKTROMECHANIKAul. Browarna 28a61-063 POZNAŃtel. 61 876 83 48fax 61 653 26 62

RADOMP.H.U. „TERCET-B” Marian Bieniekul. Młyńska 17 26-616 Radom tel. 48 331 65 39fax 48 331 65 93kom. 609 184 454

SIEDLCEPEC Serwisul. Starzyńskiego 708-110 SIEDLCEtel. 25 644 68 83kom. 606 224 829

SŁUPSKIGNACZAK Technika Grzewczaul. Wiejska 2676-200 SŁUPSKtel. 59 840 13 19fax 59 840 27 99

SZCZECINSIWILul. Świętego Ducha 2a71-481 SZCZECINtel. 91 812 65 09kom. 504 026 614

TARNÓWMPEC TARNÓW Zakład Serwisu i Wykonawstwaul. Spokojna 65 33-100 TARNÓW tel. 14 626 69 17fax. 14 626 69 17kom. 604 490 175

ELECTRO-ECO ul. Ładna 116a33-156 SKRZYSZÓWkom. 604 276 104

WARSZAWAZAKŁAD INSTALACYJNO-NAPRAWCZYul. Igańska 24/3404-087 WARSZAWAtel. 22 813 33 30fax 22 813 33 30 NAPRAWA POMP ul. Mała 505-092 ŁOMIANKItel. 22 751 19 25 fax 22 732 24 27

WROCŁAWSATCONTROLul. Robotnicza 72B53-608 WROCŁAWtel. 71 780 06 80fax 71 780 06 88

MAGA-INSTul. Głogowska 653-638 WROCŁAWtel. 71 373 50 19fax 71 373 50 19kom. 602 348 169

Warszawa

Lublin

Białystok

Tarnów

Siedlce

KrakówGliwice

Piekary ŚląskieOpole

Bielsko-Biała

Wrocław

Łódź

Poznań

Piła

Szczecin

SłupskGdańsk

Gdynia

Unisławk/Bydgoszczy

Bartągk/Olsztyna

Mielec

RadomBolesławiec

Serwis na terenie całej Polski24-godzinny dyżur serwisowy: 602 523 039

tel.: 22 702 61 32, fax: 22 702 61 80e-mail: [email protected]

Podstawy projektowaniapompowni wodociągowych

PODRĘCZNIK PROJEKTOWANIA

wydanie 2012

S P I S T R E Ś C I

1. Wstęp 5

2. Podstawowe pojęcia i klasyfikacje 7

2.1. Pojęcia 7

2.2. Podział pompowni wodociągowych 7

3. Krótki przegląd pompowni wodociągowych 9

3.1. Charakterystyka pompowni wodociągowych pierwszego stopnia 9

3.1.1. Pompownie rzeczne 9

3.1.2. Pompownie wód infiltrowanych 9

3.1.3. Pompownie głębinowe 9

3.2. Charakterystyka pompowni wodociągowych drugiego stopnia 10

3.2.1. Pompownie wody czystej 10

3.2.2. Pompownie hydroforowe 10

3.2.3. Pompownie przeciwpożarowe 10

4. Podstawowe parametry pracy pomp wirowych 11

4.1. Wydajność 11

4.2. Wysokość podnoszenia 11

4.3. Wysokość ssania. Kawitacja 12

4.4. Moc i sprawność pompy 13

5. Obliczenia pompowni wodociągowych 17

5.1. Bilans zapotrzebowania na wodę 17

5.2. Dobór pomp 20

5.2.1. Obszar stosowalności pompy 20

5.2.2. Zasady doboru pomp 21

5.3. Obliczenia hydrauliczne przewodów 22

5.4. Współpraca pompowni ze zbiornikiem 27

5.5. Zabezpieczenia pompowni przed uderzeniami hydraulicznymi 29

5.6. Pompownie przeciwpożarowe 29

5.7. Pompownie przemysłowe 31

5.8. Hydrofornie 32

5.8.1. Wyznaczenie parametrów charakteryzujących obiekt 32

5.8.2. Dobór zestawu hydroforowego 35

6. Sterowanie pracą pomp 41

6.1. Sposoby regulacji wydajności pompy 41

6.1.1. Regulacja dławieniowa 41

6.1.2. Regulacja upustowa 41

6.1.3. Samoregulacja pompy 41

6.1.4. Regulacja przez zmianę geometrii wirnika pompy 41

6.1.5. Regulacja przez zmianę prędkości obrotowej 41

6.2. Podstawowe układy sterowania w pompowniach 42

6.2.1. Sterowanie w systemie „załącz-wyłącz” 42

6.2.2. Sterowanie w systemie kaskadowym 43

6.2.3. Sterowanie ze sterownikiem mikroprocesorowym 43

6.2.4. Sterowanie ze sterownikiem mikroprocesorowym przystosowanym do współpracy z przetwornicą częstotliwości 44

6.2.5. Sterowanie VR (SC) 47

7. Wyposażenie eksploatacyjne pompowni 52

8. Zestawienie ważniejszych oznaczeń 54

9. Programy doboru pomp Wilo-Select i CAD Profi 55

10. Literatura 57

Pompownie są integralną częścią współczesnych systemów zaopatrzenia w wodę. Na podstawie analizy rozwiązań technicznych różnych pompowni wodociągowych można sformułować twierdzenie, że od przełomu wieków do lat osiemdziesiątych obecnego stulecia następował stosunkowo równomierny rozwój technicznego wyposażenia pompowni. Aktualnie eksploatowane pompowniewodociągowe to zespół elementów mechanicznych, elektrycznych i budowlanych, którego zadaniem jest dostarczenie lub przetłoczenie wody. Podstawą wyposażenia takich obiektów są najczęściej pompy wirowe odśrodkowe z silnikiem elektrycznym i elektromechaniczny system sterowania.

Szacunkowe obliczenia podawane w różnychźródłach potwierdzają, że w krajach rozwiniętychzużywa się do napędu różnego typu pomp od 15% do 30% produkowanej energii. W Polsce, według danych GIGE1 zainstalowane w kraju pompy zużywają co najmniej kilkanaście procent ogółem wytwarzanej energii elektrycznej [7]. Problem oszczędności energii zużywanej do napędu pomp ma więc istotne znaczenie z punktu widzenia bilansu paliwowo-energetycznego kraju.Oszczędność energii może być uzyskiwana między innymi przez projektowanie właściwych układów i optymalny dobór pomp, a także prawidłową eksploatację tych układów.

1) Główny Inspektorat Gospodarki Energetycznej.

Problem przesyłania i podnoszenia wody, zarówno pitnej, jak i do nawadniania lub osuszania pól uprawnych był istotny już od wieków. Działające wówczas wodociągi do transportu wody wykorzystywały siłę grawitacji. Przykładem tego mogą być rzymskie akwedukty pochodzące z V wieku p.n.e. Podnoszenie wody z poziomu niższego na wyższy, nie zawsze możliwe do uzyskania przez wykorzystanie naturalnego spadku, stało się bodźcem do zastosowania specjalnych urządzeń, które dziś są nazywane przenośnikami cieczy. Pierwsze próby pompowania wody pod ciśnieniem przypisuje się greckiemu fizykowi i inżynierowi Kresibiosowi z Aleksandrii, który ok. roku 200 p.n.e. skonstruował pompę wyporową tłokową. Pomimo, że takie pompy stanowiły wyposażenie rzymskiej straży pożarnej, ich ponownego odkrycia w czasach nowożytnych dokonano dopiero w 1655 r. w Norymberdze. Zbudowano wówczas pompę tłokową z napędem dźwigowym obsługiwaną przez 16 do 20 osób. W roku 1705 Thomas Newcomen z Devon zastosował do napędu pompy tłokowej skonstruowaną przez siebie balansjerską maszynę parową. Jego pompa potrafiła przepompować 540 litrów wody na minutę przy sprawności energetycznej nie przekraczającej jednego procenta. W roku 1582 niemiecki technik Peter Mourice zbudował pod mostem London Bridge na Tamizie stację pomp. Napędzana była ona dużym kołem wodnym i pompowała wodę z rzeki do miejskiej sieci wodociągowej [29].

1. Wstęp

2. Podstawowe pojęcia i klasyfikacje

2.1. PojęciaPompownia wodociągowa to zespół urządzeń technicznych służących do podnoszenia wody z poziomu niższego na poziom wyższy lub do lokalnego podnoszenia ciśnienia w systemie wodociągowym.

Przewód jest to odcinek rury o stałej średnicy i długości L wykonany z danego materiału wraz z zamontowaną na nim armaturą - wyposażeniem eksploatacyjnym (zasuwami, klapami, przepustnicami itp).

Rurociąg to szeregowo połączone przewodyo różnych średnicach.

Zespół pompowy (agregat pompowy) jest to układ współpracujących ze sobą pompy, silnika napędowego i sprzęgła [7]. Zespoły pompowe w halach pomp można łączyć w układy dla polepszenia parametrów pompowania. Układy takie nazywa się grupami zespołów pompowych [35]. Układ złożony z przewodu ssawnego, zespołu pompowego i przewodu tłocznego nazywa się układem pompowym [31].

Instalacja pompowa jest to zespół elementówskładający się z przewodu ssawnego, zespołupompowego i przewodu tłocznego tj. układupompowego (które znajdują się w całości lub częściowo w budynku pompowni) wraz z osprzętem, aparaturą kontrolną, pomiarową, regulacyjną i urządzeniami pomocniczymi [8].

Wilo - Podstawy projektowania pompowni wodociągowych 7

2.2 Podział pompowni wodociągowychW systemach wodociągowych występują różnerodzaje pompowni, które można sklasyfikowaćwedług wielu kryteriów stanowiących cechycharakterystyczne tych obiektów, a mianowicie [10]:a) w zależności od przeznaczenia:

• komunalne - obsługujące gospodarczo- bytowe potrzeby miast i osiedli,

• przemysłowe - dostarczające wodę dla potrzeb przemysłu,

• mieszane - dostarczające wodę dla różnych celów,

b) ze względu na lokalizację i zadania w systemach wodociągowych:• pompownie I stopnia - tłoczą wodę

pobieraną bezpośrednio z ujęcia wody i podają ją albo do SUW (stacji uzdatniania wody), zbiornika retencyjnego albo wprost do sieci.Podawanie wody wprost do sieci wodociągowej stosowane jest w przypadku, gdy ujmowana nie wymaga uzdatniania. Pompownie I stopnia, zależnie od sposobu ujęcia wody nazywa się pompowniami rzecznymi, pompowniami wód infiltracyjnych (poziome, pionowe, promieniste, kombinowane), pompowniami głębinowymi, stacjonarnymi (na rzekach górskich, na rzekach nizinnych, na kanałach),

• pompownie II stopnia - przetłaczają wodę uzdatnioną do zbiornika lub do sieci wodociągowej (pompownie w SUW).

Usytuowane na obszarze sieci wodociągowej mogą współdziałać bezpośrednio z otwartym zbiornikiem wodociągowym lub z zamkniętym zbiornikiem hydroforowym (pompownie hydroforowe),

• pompownie strefowe - podnoszą wysokość ciśnienia wody w sieci wodociągowej lub w przewodach przesyłowych przy transporcie wody na dalsze odległości (tzw. pompownie pośrednie, pracujące w układzie szeregowym na sieci wodociągowej). Pompownie strefowe mogą być też pompowniami hydroforowymi,

• inne (w elektrowniach, w kopalniach, melioracyjne),

c) ze względu na niezawodność działania:• pompownie klasy pierwszej - (I stopień

ognioodporności), dla których nie dopuszcza się awaryjnych przerw w pracy pomp, z uwagi na wysokie straty gospodarcze wywo łane chwilowym brakiem dostawy wody, np. w zakładach o złożonym i kosztownym procesie technologicznym,

• pompownie klasy drugiej - (II stopień ognioodporności), dla których dopuszcza się krótkotrwałe przerwy w pracy pomp na czas niezbędny do uruchomienia pomp rezerwowych,

• pompownie klasy trzeciej - (III stopień ognioodporności), dla których dopuszcza się przerwę w dostawie wody na czas likwidacji awarii, nie dłuższą jednak niż jeden dzień,

8 Zmiany zastrzeżone

P O D S TAW O W E P O J Ę C I A I K L A S Y F I K A C J E

d) zależnie od sposobu sterowania pracą pomp [6]:

• regulowane ręcznie, w których wszystkie lub część operacji włączania i wyłączania zespołów pompowych wykonywane są przez personel obsługi eksploatacyjnej,

• regulowane samoczynnie przez urządzenie hydroforowe, w których wszystkie operacje włączania i wyłączania zespołów pompowych realizowane są przez manometry kontaktowe lub przetworniki ciśnienia (mechaniczne lub elektroniczne),

• regulowane automatycznie, w których wszystkie operacje włączania i wyłączania zespołów pompowych oraz zmiany prędkości obrotowej pomp realizowane są przez odpowiedni układ automatycznego sterowania (w zależności od poziomów zwierciadeł wody w zbiornikach, ciśnienia lub natężenia przepływu w rurociągach),

• regulowane półautomatycznie - pompownia jest uruchamiana lub zatrzymywana jednym impulsem zadawanym przez personel obsługi eksploatacyjnej, natomiast wszystkie dalsze operacje wykonywane są przez układ automatycznego sterowania, ze zdalnym automatycznym sterowaniem - pompownia jest sterowana z oddalonego centrum regulacyjnego, stosującego np. elektroniczny sterownik programowalny.

Wyposażenie pompowni można podzielić na trzy grupy:

• wyposażenie hydrauliczne, w skład którego wchodzą: pompy, armatura (zawory odcinające, zwrotne, itp.), urządzenia kontrolnopomiarowe (wodomierze, manometry), system rurociągów współpracujących z pompami (przewody ssawne, tłoczne),

• wyposażenie energetyczne, w skład którego wchodzą napędy pomp,

• wyposażenie regulacyjno-sterownicze, obejmujące rozdział i przesyłanie energii, pomiar i automatykę.

3.1.1 Pompownie rzecznePompownie rzeczne dostarczają wodę z rzek i jezior do wodociągów komunalnych i przemysłowych. Może ona być tłoczona do rowów i stawów infiltracyjnych oraz do urządzeń oczyszczających. Budynek pompowni wykonuje się często w postaci studni opuszczanej. Pompownia jest połączona z przewodami doprowadzającymi wodę z rzeki bezpośrednio lub za pośrednictwem studni nadbrzeżnej. Studnia nadbrzeżna może być usytuowana razem z budynkiem pompowni lub oddzielnie.

3.1.2. Pompownie wód infiltrowanych Pompownie infiltracyjne są budowane przy ujęciach infiltracyjnych poziomych, pionowych, promieniowych i kombinowanych. Wody infiltrowane pochodzą ze studzien zbudowanych przy brzegach rzek, przy stawach i rowach sztucznie nawadnianych wodą rzeczną lub pod korytem rzeki.

3.1.3. Pompownie głębinowe Wśród pompowni głębinowych można wyróżnić następujące rodzaje:

• pompownie studzienne (najczęściej stosowane). Są one stosowane na ujęciach wody podziemnej tam, gdzie występują studnie wiercone. W studniach wierconych instalowane są zespoły pompowe zatapiane pracujące pod powierzchnią wody i napędzane trójfazowymi silnikami głębinowymi prądu zmiennego (rys. 3.1),

• pompownie mamutowe2 czyli pompownie z powietrznymi podnośnikami cieczy. Służą one do podnoszenia wody czystej lub zanieczyszczonej piaskiem ze studni głębinowych,

• pompownie strumienicowe stosuje się do podnoszenia wody z głębokich studzien. Mogą one przepompowywać wodę zanieczyszczoną, czym górują nad pompowniami wyposażonymi w pompy wirowe. Ich sprawno ść jest wyższa od sprawności pompowni z powietrznymi podnośnikami cieczy.

Rys. 3.1. Pompy głębinowe typu TWI.


3. Krótki przegląd pompowni wodociągowych

3.1. Charakterystyka pompowni wodociągowych pierwszego stopnia

2) Nazwę swoją zawdzięczają firmie Mamouth produkującej ten rodzaj urządzeń


K R Ó T K I P R Z E G L Ą D P O M P O W N I W O D O C I Ą G O W Y C H

• pompownia dostarcza wodę do zbiornika np. wieżowego przepływowego, czyli znajdującego się na początku sieci (zbiornik początkowy),

• pompownia dostarcza wodę do zbiornika wieżowego końcowego,

• pompownia dostarcza wodę do zbiornika pośredniego (zbiornik centralny), znajdującego się w środku sieci.

3.2.2. Pompownie hydroforowe Pompownia hydroforowa jest obiektem, w którym dwie zasadnicze części tj. zespół pompowy i zamknięty zbiornik (lub zbiorniki) ciśnieniowy wodno-powietrzny (hydrofor) współpracują ze sobą. W instalacji hydroforowej istotną rolę odgrywa zbiornik hydroforowy. Jego objętość jest tym większa im większa jest potrzeba akumulacji i mniejsza dopuszczalna częstotliwość załączania pomp. W pompowni hydroforowej pompy pracują ze sprawnością bliską hmax, jednak krańcowe punkty pracy są bardziej odległe od punktu pracy optymalnej. Hydrofor jest lepszy pod względem sanitarnym, ponieważ woda nie styka się z czynnikami zewnętrznymi mogącymi ją zanieczyścić. Koszt budowy pomp i zbiornika zamkniętego jest na ogół znacznie niższy od kosztu pompowni ze zbiornikiem otwartym. Cenną zaletą zbiornika wodno-powietrznego jest zmniejszenie siły uderzenia wodnego. Wadą pompowni hydroforowej jest zupełny brak lub bardzo mały zapas wody na wypadek awarii, ponieważ zbiornik nie służy do gromadzenia wody, lecz jest jedynie elementem umożliwiającym sterowanie pracą pomp.

Charakterystyczne własności pompowni hydroforowych są następujące [8]:

• mogą być wyposażone w pompy tłokowe, wirowe lub inne,

• mogą być wyposażone w sprężarki do sprężania powietrza w zbiorniku wodno-powietrznym (sprężarkowe) lub sprężanie powietrza odbywa się przy pomocy pompy (bezsprężarkowe),

• mogą tłoczyć wodę o stałym lub o zmiennym ciśnieniu (stałe i zmiennociśnieniowe),

• mogą być sterowane wielkością ciśnienia (z przetwornikiem ciśnieniowym) lub wydajnością (z przetwornikiem natężenia przepływu),

• mogą pobierać wodę z ujęcia własnego (samodzielne) lub z sieci wodociągowej (zasilane),

• mogą mieć jeden lub kilka zbiorników ciśnieniowych (jedno- lub wielozbiornikowe),

• mogą mieć zbiornik w pobliżu lub z dala od pomp,

• mogą być wyposażone w jedną lub więcej pomp współpracujących ze sobą.

3.2.3. Pompownie przeciwpożarowe Oddzielną grupę pompowni wodociągowych stanowią pompownie przeciwpożarowe. Zaliczają się do nich pompownie i urządzenia hydroforowe zasilające sieć wodociągową zewnętrzną lub instalacje wewnętrzne przeciwpożarowe bądź specjalne urządzenia gaśnicze. Cechą charakterystyczną pompowni przeciwpożarowych jest zapewnienie dodatkowego źródła napędu pomp z uwagi na konieczność spełnienia wyższego stopnia niezawodności zasilania w wodę. Najczęściej jest to realizowane przez zainstalowanie dodatkowych silników spalinowych służących do bezpośredniego napędu pomp lub agregatów prądotwórczych służących do zasilania silników elektrycznych.

Specjalne wymagania dotyczące pompowni przeciwpożarowych zostały omówione w rozdz. 5.6.

3.2.1. Pompownie wody czystej Pompownie wody czystej współpracują najczęściej z otwartym zbiornikiem wodociągowym, który umożliwia wyrównywanie nierównomierności w zapotrzebowaniu na wodę przez miasto oraz stabilizuje ciśnienie w sieci. W pracy pompowni ze zbiornikiem mogą wystąpić trzy przypadki:

3.2. Charakterystyka pompowni wodociągowych drugiego stopnia

Skrót Opis JednostkaH Wysokość podnoszenia układu pompowego m

Hz Geometryczna wysokość podnoszenia równa różnicy poziomów

zwierciadeł cieczy w zbiorniku zasilanym (górnym)

i zasilającym (dolnym) m

Wysokość różnicy ciśnień panujących w zbiorniku górnym i dolnym m

h Suma wysokości strat hydraulicznych (liniowych i miejscowych)

w rurociągu ssawnym i tłocznym m

Przyrost wysokości energii kinetycznej cieczy pomiędzy

obszarem wypływu z rurociągu tłocznego

a obszarem dopływu do rurociągu ssawnego m

4. Podstawowe parametry pracy pomp wirowych

4.1. Wydajność

• Wydajnością pompy Q nazywa się natężenie przepływu (strumień objętości) wody w przekroju króćca tłocznego. Wytwórca pompy może określić dolną Qmin i górną Qmax granicę wydajności danej pompy.

• Wydajność optymalną Qopt pompa osiąga przy maksymalnej wartości współczynnika sprawności całkowitej hmax.

• Wydajność rzeczywista pompy Qr jest to natężenie przepływu w króćcu tłocznym pompy przy określonej manometrycznej wysokości pompowania Hm.


4.2 Wysokość podnoszenia

Pompowanie polega na podnoszeniu (przenoszeniu) wody z jednego obszaru do drugiego, przy czym praca związana z tą czynnością jest wykonywana kosztem energii doprowadzonej z zewnątrz (np. energii elektrycznej zamienionej w obrębie silnika elektrycznego na energię mechaniczną ruchu obrotowego, przekazan ą na wał pompy).

Wysokość podnoszenia H układu pompowego stanowi sumę wysokości, które ciecz musi pokonać podczas przepływu przez instalację pompową:

Jeżeli ciśnienie działające na powierzchnie cieczy w obu zbiornikach są jednakowe (np. gdy zbiorniki są otwarte) oraz ciecz w obu zbiornikach znajduje się w stanie spoczynku, wówczas

pg = pd, cg - cd = 0

a wzór (4-1) przyjmie postać uproszczoną:

H = Hz + h [m] (4-2)

Powyższe wzory 4-1 i 4-2 służą do obliczania wysokości podnoszenia projektowanego układu pompowego. Na dokładność obliczeń w stopniu zasadniczym wpływa dokładność określenia strat hydraulicznych h w rurociągach ssawnym i tłocznym.

H = Hz+ + ∆h +pg- pd

ρ · g

c2g- c2

d

2 · g(4-1)


ρ · g

c2g- c2

d

2 · g(4-1)


ρ · g

c2g- c2

d

2 · g(4-1)

P O D S TAW O W E PA R A M E T R Y P R A C Y P O M P W I R O W Y C H


Wysokość ssania układu pompowego jest określona wzorem:

Jeżeli powierzchnia cieczy w zbiorniku dolnym (zasilającym) znajduje się pod działaniem ciśnienia atmosferycznego, wówczas

pb - pd = 0

i równanie 4-3 przyjmie uproszczoną postać:

Jeżeli pompa pracuje z napływem, czyli poziom zwierciadła cieczy w zbiorniku zasilającym (dolnym) znajduje się powyżej osi króćca ssawnego pompy, wówczas we wzorach 4-3 i 4-4 należy wstawić geometryczną wysokość ssania Hsz ze znakiem ujemnym.

Wysokość ssania pompy można obliczyć z następującego wzoru:

gdzie: pb - ps - podciśnienie w przekroju króćca

ssawnego pompy odczytane na wakuometrze [Pa].

Wysokość ssania Hs dla pomp wirowych odnosi się zwykle do środka króćca ssawnego pompy.

Zjawisko kawitacji. Ciecz w rurociągu ssawnym przepływa dzięki różnicy ciśnień wytworzonej pomiędzy jego końcami. Zazwyczaj z jednego końca rurociągu podciśnienie wytwarza pompa, a z drugiego - na powierzchnię cieczy działa ciśnienie atmosferyczne. Mówi się wówczas, że pompa pracuje ze ssaniem, to znaczy poziom wody w zbiorniku zasilającym znajduje się poniżej króćca ssawnego pompy.

W idealnych warunkach, przy zaistnieniu na wlocie do pompy próżni doskonałej, różnica ciśnień wytworzona między obu końcami rurociągu ssawnego może być równa ciśnieniu atmosferycznemu pb – ps = pb; w tym przypadku ciecz podniesie się w rurociągu teoretycznie do wysokości, przy której słup cieczy zrównoważy ciśnienie atmosferyczne i dalsze podnoszenie cieczy będzie niemożliwe (nastąpi przerwanie słupa cieczy). Przy pompowaniu wody wysokość ta wynosiłaby około 10 m (w zależności od wartości ciśnienia atmosferycznego w danym miejscu). W rzeczywistości wysokość na jaką ciecz podniesie się w rurociągu ssawnym jest mniejsza, ponieważ:

• pompa nie wytwarza idealnej próżni, a więc pb – ps < pb,

• część zaistniałej różnicy ciśnień pb - ps jest zużywana na pokonanie oporów tarcia hs w rurociągu ssawnym i na wytworzenie odpowiedniej energii kinetycznej cieczy

.

Maksymalną wysokość ssania pompy dodatkowo ogranicza zdolność parowania cieczy i związane z nim zjawisko kawitacji. Zjawisko kawitacji, skomplikowane w swojej naturze, polega na tworzeniu się pęcherzyków pary w obszarze, w którym ciśnienie bezwzględne spada poniżej ciśnienia parowania cieczy, implodowanie tych pęcherzyk ów i związanej z tym zjawiskiem silnej działalności erozyjnej cieczy. W czasie gwałtownego zasklepiania się pęcherzyków powstaje krótkotrwały wzrost ciśnienia (nawet do 350 MPa). Procesowi kawitacji towarzyszy wiele zjawisk pochodnych, jak np. efekty energetyczne, akustyczne, wibracyjne, mechaniczne i termodynamiczne [6]. Prawidłowo zaprojektowana instalacja pompowa musi spełniać warunek, aby w każdym punkcie układu ciśnienie bezwzględne pompowanej cieczy nie spadło poniżej jej ciśnienia parowania dla danej temperatury. W pompach wirowych miejscem najbardziej narażonym na powstawanie kawitacji jest obszar wlotu wirnika. Warunek powyższy w odniesieniu do cieczy na wlocie do pompy można zapisać w postaci:

ps > pn

gdzie: ps - ciśnienie na wlocie do pompy, pn - ciśnienie parowania cieczy w danej temperaturze.

Każda pompa w zależności od konstrukcji wymaga pewnej nadwyżki ciśnienia na wlocie do pompy ponad ciśnienie parowania cieczy. Antykawitacyjna nadwyżka ciśnienia, oznaczona symbolem NPSH3, stanowi zapas energii w przekroju wlotowym pompy ponad energię odpowiadającą ciśnieniu pary nasyconej w danej temperaturze i jest określona następującym wzorem:

gdzie cs i ps to odpowiednio prędkość i ciśnienie odniesione do przekroju wlotowego pompy.

W podobny sposób definiuje się inne nadwyżki antykawitacyjne (patrz tabl. 4-1).

Hs = + Hsz+ ∆hs +pb- pd

ρ · g

c2s

2 · g(4-3)

Hs = Hsz+ ∆hs +c2

s

2 · g(4-4)

Hs =pb- ps

ρ · g(4-5)

Hs = Hsz+ ∆hs +c2

s

2 · g(4-4)

3) NPSH - ang. Net Positive Suction Head - nadwyżka netto wysokości ssania.

NPSH = +ps- pv

ρ · g

c2s

2 · g(4-6)

4.3. Wysokość ssania. Kawitacja



Nadwyżka antykawitacyjna ciśnienia NPSH jest określona dla każdej pompy w sposób doświadczalny przez wytwórcę i podana w postaci tabeli lub wykresu w karcie katalogowej pompy. Jeśli dopuszcza się pracę pompy w punkcie będącym umownym początkiem kawitacji, to

ps = pkr i Hzs = Hzskr:

Aby w pompie nie wystąpiła kawitacja, powinien być spełniony warunek:

Hzs Hzsmax < Hzskr

co jest równoznaczne z zastąpieniem we wzorze 4-7 nadwyżki krytycznej NPSHkr większą od niej nadwyżką wymaganą NPSHr :

Dla każdego układu pompowego można określić tzw. rozporządzalną nadwyżkę antykawitacyjną

Hzskr = - ∆hs - NPSHkr

pskr- pv

ρ · g(4-7)

Hzsmax = - ∆hs - NPSHr

pd- pv

ρ · g(4-8)

NPSHav = - Hzs- ∆hs

pd- pv

ρ · g(4-9)

NPSHav, która jest związana z układem geometrycznym elementów wchodzących w skład pompowni. Nadwyżka ta (jeśli istnieje) może być wykorzystana przez pompę pracującą w układzie.

Aby w danej pompie charakteryzującej się pewną nadwyżką antykawitacyjną NPSHr, zainstalowanej w określonym układzie pompowym, dla którego rozporządzalna nadwyżka antykawitacyjna wynosi NPSHav nie wystąpiła kawitacja, powinien być spełniony warunek:

NPSHav NPSHr

W celu ułatwienia obliczeń maksymalnych wysokości ssania i nadwyżek antykawitacyjnych w tabl. 4-2 podano wartości ciśnienia parowania wody pn, w tabl. 4-3 zestawiono wartości średniego ciśnienia atmosferycznego pb w zależności od położenia powyżej poziomu zerowego, a w tabl. 4-4 podano wartości ciśnienia atmosferycznego pb i gęstości wody dla różnych temperatur.

4.4. Moc i sprawność pompy

Moc użyteczną pompy definiuje się jako całkowitą energię przekazywaną cieczy w pompie w jednostce czasu:

Moc na wale pompy jest to moc mechaniczna przekazywana na wał lub sprzęgło pompy przez silnik napędowy i jest wyrażona przy pomocy wzoru:

Moc Nw przekazywana przez silnik elektryczny pompie musi być większa od mocy użytecznej Nu ze względu na powstające wewnątrz pompy straty hydrauliczne oraz występowanie tarcia łożysk i uszczelnień dławicowych. Stopień wykorzystania przez pompę mocy przekazywanej przez silnik nazywa się sprawnością całkowitą pompy i określana jest wzorem:

Dysponując wartościami mocy i sprawności pompy dla danej wydajności można określić takie parametry jak zużycie energii elektrycznej i energochłonność badanej pompy.

Nw = ρ · g · Q · H [W] (4-10)

Nw = [W]ρ · g · Q · H

η(4-11)

η =Nu

Nw

(4-12)



Tablica 4-1. Rodzaje antykawitacyjnych nadwyżek ssania stosowanych w technice pompowej

Lp. Nazwa Oznaczenia1) Wzór Opis

1Nadwyżkaantykawitacyjna

NPSH(H(cav)p)(HGHDP)

Nadwyżka sumy wysokości ciśnienia i prędkości pośrodku przekroju wlotowego króćca ssawnego ponad wysokość ciśnienia parowania cieczy

2Krytyczna nadwyżka antykawitacyjna

NPSHkrNadwyżka antykawitacyjna dla pompypracującej w umownym początku kawitacji

3Wymagana nadwyżka antykawitacyjna

NPSHrNPSHR

(NPSHerf)(HGHPP)

NPSHr = k · NPSHkr

Określona przez wytwórcę wymagana najmniejsza wartość nadwyżki antykawitacyjnej, przy której zapewnia on prawidłową pracę pompy. Wartość współczynnika zapasu k 1 zależy od typu i warunków pracy pompy (najczęściej przyjmuje się k=1,1 ÷ 1,3)

4Rozporządzalna nadwyżkaantykawitacyjna

NPSHavNPSHA(H(cav)s)(NPSHvorh)(HGHDA)

Istniejąca w układzie pompowym, rozpo-rządzalna dla pompy nadwyżka antykawitacyjna

NPSH = +ps- pv

ρ · g

c2s

2 · g(4-6)

NPHSkr = +pskr- pv

ρ · g

c2s

2 · g(4-6)

NPSHav = - Hzs- ∆hs

pd- pv

ρ · g(4-9)

Objaśnienia:ps – ciśnienie cieczy w króćcu ssawnym pompy [Pa],pv – ciśnienie parowania cieczy [Pa],pskr– krytyczna wartość ciśnienia ssania (dla umownego początku kawitacji) [Pa],pd – ciśnienie statyczne w zbiorniku dolnym (zasilającym)- dla zbiorników otwartych równe ciśnieniu atmosferycznemu pb [Pa],cs – prędkość przepływu cieczy w króćcu ssawnym pompy [m/s],Hzs– geometryczna wysokość ssania [m],hs– suma strat liniowych i miejscowych ciśnienia w rurociągu ssawnym [m], – gęstość przetłaczanej cieczy [kg/m3],g – przyspieszenie ziemskie [m/s2]1) W kolumnie podano na pierwszym miejscu oznaczenie stosowane aktualnie, natomiast w nawiasach podano oznaczenia nadwyżek

antykawitacyjnych spotykanych w literaturze technicznej krajowej i zagranicznej.

Tablica 4-2. Ciśnienie parowania wody pw zależności od jej temperatury

Temperatura[°C]

Ciśnienie parowania p[m H2O] [kG/cm2]

0 0,063 0,0063

4 0,083 0,0083

10 0,125 0,0125

20 0,238 0,0238

30 0,433 0,0433

40 0,752 0,0752

50 1,258 0,1258

60 2,031 0,2031

70 3,177 0,3177

80 4,83 0,48

90 7,15 0,715

100 10,33 1,033

Tablica 4-3. Wartości średniego ciśnienia atmosferycznego pb w zależności od położenia powyżej poziomu zerowego (poziomu morza)

Wysokość nad

poziomemmorza

[m n.p.m.]

Średnie ciśnienie atmosferyczne pb

[m H2O] [Pa][mbar][hPa]

[Tor][mm Hg]

[kG/cm2]

0 10,33 101300 1013 760 1,033

250 10,04 98400 984 738 1,004

500 9,73 95500 955 716 0,973

750 9,46 92700 927 695 0,946

1000 9,16 89900 899 674 0,916

1500 8,11 84500 845 634 0,811

2000 7,56 79500 795 596 0,756

2500 6,47 74100 741 556 0,647



Tablica 4-4. Ciśnienie atmosferyczne pb i gęstość wody w zależności od temperatury

t [°C ] T [K] pb [bar] [kg/dm3] t [°C ] T [K] pb [bar] [kg/dm3]

0 273,15 0,00611 0,9998 51 324,15 0,12960 0,9877

1 274,15 0,00656 0,9999 52 325,15 0,13613 0,9872

2 275,15 0,00705 0,9999 53 326,15 0,14293 0,9867

3 276,15 0,00757 1,0000 54 327,15 0,15002 0,9862

4 277,15 0,00813 1,0000 55 328,15 0,15741 0,9857

5 278,15 0,00872 1,0000 56 329,15 0,16509 0,9852

6 279,15 0,00935 0,9999 57 330,15 0,17312 0,9847

7 280,15 0,01001 0,9999 58 331,15 0,18146 0,9843

8 281,15 0,01072 0,9998 59 332,15 0,19015 0,9837

9 282,15 0,01147 0,9997 60 333,15 0,19917 0,9832

10 283,15 0,01227 0,9996 61 334,15 0,2086 0,9826

11 284,15 0,01312 0,9995 62 335,15 0,2184 0,9821

12 285,15 0,01401 0,9994 63 336,15 0,2285 0,9816

13 286,15 0,01496 0,9993 64 337,15 0,2391 0,9811

14 287,15 0,01597 0,9992 65 338,15 0,2501 0,9805

15 288,15 0,01704 0,9990 66 339,15 0,2614 0,9800

16 289,15 0,01817 0,9988 67 340,15 0,2733 0,9794

17 290,15 0,01936 0,9987 68 341,15 0,2856 0,9788

18 291,15 0,02062 0,9985 69 342,15 0,2983 0,9783

19 292,15 0,02196 0,9984 70 343,15 0,3116 0,9777

20 293,15 0,02337 0,9982 71 344,15 0,3253 0,9771

21 294,15 0,02485 0,9979 72 345,15 0,3396 0,9766

22 295,15 0,02642 0,9977 73 346,15 0,3543 0,9760

23 296,15 0,02808 0,9975 74 347,15 0,3696 0,9754

24 297,15 0,02982 0,9972 75 348,15 0,3855 0,9748

25 298,15 0,03167 0,9970 76 349,15 0,4019 0,9743

26 299,15 0,03360 0,9967 77 350,15 0,4189 0,9737

27 300,15 0,03564 0,9964 78 351,15 0,4189 0,9737

28 301,15 0,03779 0,9961 79 352,15 0,4547 0,9725

29 302,15 0,04004 0,9958 80 353,15 0,4736 0,9718

30 303,15 0,04241 0,9956 81 354,15 0,4931 0,9713

31 304,15 0,04491 0,9952 82 355,15 0,5133 0,9706

32 305,15 0,04753 0,9949 83 356,15 0,5342 0,9699

33 306,15 0,05029 0,9946 84 357,15 0,5557 0,9694

34 307,15 0,05318 0,9942 85 358,15 0,5780 0,9687

35 308,15 0,05622 0,9939 86 359,15 0,6010 0,9681

36 309,15 0,05940 0,9935 87 360,15 0,6249 0,9674

37 310,15 0,06274 0,9932 88 361,15 0,6495 0,9667

38 311,15 0,06624 0,9929 89 362,15 0,6749 0,9660

39 312,15 0,06991 0,9926 90 363,15 0,7011 0,9653

40 313,15 0,07375 0,9922 91 364,15 0,7281 0,9647

41 314,15 0,07777 0,9918 92 365,15 0,7561 0,9640

42 315,15 0,08198 0,9914 93 366,15 0,7849 0,9633

43 316,15 0,08639 0,9910 94 367,15 0,8146 0,9626

44 317,15 0,09100 0,9906 95 368,15 0,8452 0,9619

45 318,15 0,09582 0,9902 96 369,15 0,8769 0,9612

46 319,15 0,10085 0,9898 97 370,15 0,9095 0,9604

47 320,15 0,10612 0,9893 98 371,15 0,9430 0,9598

48 321,15 0,11162 0,9889 99 372,15 0,9776 0,9590

49 322,15 0,11736 0,9885 100 373,15 1,0132 0,9583

50 323,15 0,12335 0,9880


5. Obliczenia pompowni wodociągowych

5.1. Bilans zapotrzebowania na wodęJedną z podstawowych wielkości do projektowania pompowni jest jej wydajność, która wynika z przewidywanej, niezbędnej ilości wody do zaspokojenia potrzeb wszystkich odbiorców znajdujących się na terenie objętym zasięgiem działania projektowanej pompowni. Sposób określania wielkości zapotrzebowania na wodę dla różnych obiektów można znaleźć w wytycznych [33, 34].

Ze względu na zmienność zużycia wody w różnych cyklach (dobowych, godzinowych, itd.) wyróżnia się kilka charakterystycznych wskaźników wielkości zapotrzebowania na wodę (tabl. 5-1). Wskaźniki te są wykorzystywane do obliczeń wydajności pompowni spełniających różne funkcje w systemie dystrybucji wody (np. I stopnia, II stopnia, itp.). Do obliczenia tych wskaźników niezbędna jest znajomość jednostkowych wskaźników zapotrzebowania na wodę qśr oraz charakterystycznych wielkości wskaźników nierównomierności dobowej Nd i godzinowej Nh dla różnych rodzajów grup odbiorców wody obsługiwanych przez projektowaną pompownię. Jednostkowe wskaźniki zapotrzebowania na wodę oraz wskaźniki

nierównomierności są podawane w wytycznych [33, 34], aktualnych rozporządzeniach4,5 [28] oraz w literaturze [10, 30, 32]. W tabl. 5-2 podano wybrane wartości jednostkowych wskaźników zapotrzebowania na wodę, a w tabl. 5-3 – przykładowe wartości wskaźników nierównomierności dla różnych grup odbiorców.

Na podstawie charakterystycznych wskaźników zapotrzebowania na wodę (tabl. 5-1) ustala się wydajność nominalną pompowni. Wydajność nominalna odpowiada sumarycznej wydajności równolegle pracujących pomp roboczych (bez uwzględniania pomp rezerwowych). Przy założeniu określonego czasu pracy pompowni w ciągu doby wydajność pompowni I stopnia można określić z następującego wzoru:

Liczba godzin pracy pompowni T może wynosić 24, 20, 16 lub 8 h/d w zależności od współpracy pompowni z siecią wodociągową i zbiornikiem wyrównawczym.

Q =Qdmax

T(5-1)

Skrót Opis JednostkaQ Wydajność nominalna pompowni m3/h

Qdmax Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę m3/d

T liczba godzin pracy pomp w ciągu doby h/d4) Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 18.12.1996 r. w sprawie

urządzeń zaopatrzenia w wodę i urządzeń kanalizacyjnych oraz zasad ustalania opłat za wodę i wprowadzania ścieków. Dz. U. nr 151 z 1996 r., poz. 716

5) Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 13.10.1998r. zmieniające rozporządzenie w sprawie urządzeń zaopatrzenia w wodę i urządzeń kanalizacyjnych oraz zasad ustalania opłat za wodę i wprowadzanie ścieków. Dz.U. Nr 132 z 1998 r. Poz. 862

Tablica 5-1. Charakterystyka podstawowych wskaźników określających wielkość zapotrzebowania na wodę

Lp Oznaczenie Wzór Jednostki Zastosowanie

Qr Łączne zapotrzebowanie wody w ciągu roku - [m3/a] Analizy ekonomiczne pracy pompowni

qśr

Średnie jednostkowe zapotrzebowanie na wodę, podawane w wytycznych ub rozporządzeniach w przeliczeniu na charakterystyczną jednostkę odniesienia (np. 1 mieszkaniec, 1 m2, itp.)

- [m3/d×j.o.]Obliczanie pozostałych wskaźników zapotrzebowania na wodę

Qdśr

Średnie dobowe zapotrzebowanie, czyli przeciętna z wszystkich dobowych zapotrzebowań wody w ciągu roku

[m3/d]

Qdmax

Maksymalne dobowe zapotrzebowanie, czyli największe ze wszystkich dobowych zapotrzebowań w ciągu roku

[m3/d]Projektowanie pompowni wodo-ciągowych na ujęciach i na stacjach uzdatniania wody

Qhśr

Średnie godzinowe zapotrzebowanie wody w dobie maksymalnego rozbioru, czyli przeciętne ze wszystkich zapotrzebowań w tej dobie

[dm3/s][m3/h]

Qhmax

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę, czyli największe ze wszystkich godzinowych zapotrzebowań wody w ciągu doby o maksymalnym zapotrzebowaniu dobowym

[dm3/s][m3/h]

Projektowanie pompowni tłoczących wodę do sieci wodociągowych

Definicje współczynników nierównomierności wody:Współczynnik nierównomierności dobowej jest to stosunek maksymalnego dobowegozapotrzebowania na wodę Qdmax do średniego dobowego zapotrzebowania wody Qdśr:Współczynnik nierównomierności godzinowej jest to stosunek maksymalnego godzinowegozapotrzebowania na wodę Qhmax do średniego godzinowego zapotrzebowania wody Qhśr:

Qdsr =Qr

365Qdsr = qśr · j.o.

Qdmax = Nd · Qdsr

Qhsr =Qdmax

24

Qhmax = Nh ·Qdmax

24

Nd = [-]Qdmax

Qdsr

Nh = [-]Qhmax

Qhsr

O B L I C Z E N I A P O M P O W N I W O D O C I Ą G O W Y C H


Tablica 5-2. Przeciętne normy zużycia wody na jednego mieszkańca w gospodarstwach domowych.

Lp. Wyposażenie mieszkania w instalacjePrzeciętne normy zużycia wody

[dm3/mieszkańca • dobę] [m3/mieszkańca • miesiąc]

1Wodociąg – pobór wody ze zdroju podwórzowego lub ulicznego

30 0,9

2 Wodociąg – zawór czerpalny na klatce schodowej 50÷60* 1,5÷1,8*

3 Wodociąg, zlew kuchenny, wc (brak łazienki i ciepłej wody) 70÷90* 2,10÷2,70*

4Wodociąg, ustęp spłukiwany, łazienka, lokalne źródło ciepłej wody (piecyk węglowy, gazowy – gaz z butli, elektryczny, bojler)

80÷100* 2,4÷3,0*

5Wodociąg, ustęp spłukiwany, łazienka, dostawa ciepłej wody do mieszkania (centralne przygotowanie ciepłej wody)

140÷160* 4,2÷5,4*

Tablica 5-4. Przeciętne normy zużycia wody w usługach.

Lp. Wyposażenie mieszkania w instalacjeJednostka

odniesienia (j.o.)

Przeciętne normy zużycia wody

[dm3/j.o. • dobę] [m3/j.o. • miesiąc]

I. Ochrona zdrowia i opieka społeczna

1Żłobki a) dzienne b) tygodniowe

1 dziecko j.w.

130 150

3,9 4,5

2 Przychodnie lekarskie, ośrodki zdrowia 1 zatrudniony 16 0,48

3 Izby porodowe 1 łóżko 500 15,0

4 Szpitale ogólne wieloodziałowe j.w. 650 19,5

5 Sanatoria z hydroterapią j.w. 700 21,0

6 Apteki 1 zatrudniony 100 3,0

7 Domy małego dziecka, rencisty i pomocy społecznej 1 łóżko 175 5,3

II. Oświata i nauka

8Przedszkolaa) dzienneb) tygodniowe, miesięczne

1 uczeńj.w.

40,0150,0

1,04,5

9Szkołya) bez stołówkib) ze stołówką

1 uczeńj.w.

15,025,0

0,450,8

10Szkoły zawodowe i szkoły wyższea) bez laboratoriówb) z laboratoriami

1 uczeńj.w.

11 Internaty i domy studenckie j.w. 100 2,4

12 Szkoły z internatami 1 uczeń 100 2,4

13Placówki wychowania pozaszkolnegoa) bez stołówkib) ze stołówką

j.w.j.w.

15,025,0

0,450,8

14

Zakłady opiekuńczo-wychowawcze (domy dziecka, pogotowia opiekuńcze, ośrodki szkoleniowo-wychowawcze)a) bez natryskówb) z natryskami

1 łóżkoj.w.

80,0160,0

2,44,8

15Instytuty i placówki naukowo-badawczea) bez laboratoriówb) z laboratoriami

1 zatrudnionyj.w.

15,025,0

0,450,8

Tablica 5-3. Przeciętne normy zużycia wody do podlewania ogródków przydomowych i upraw rolniczych.

Lp. WyszczególnienieJednostka odniesienia


[dm3/m2 • dobę]

1 Ogródek przydomowy, działka rekreacyjna1) m2 2,5

2 Uprawy w szklarniach i tunelach foliowych2) m2 4,0

3 Pieczarkarnie3) m2 5,0

* - Wartości niższe odnoszą się do budynków podłączonych do zbiorników bezodpływowych na terenach nieskanalizowanych, a wartości wyższe odnoszą się do budynków podłączonych do sieci kanalizacyjnych.

Przyjmuje się, że przeciętnie podlewanie upraw odbywa się w ciągu roku:1) – 15 dni/m-c w okresie 15.04 ÷ 15.092) – 20 dni/m-c w ciągu całego roku3) – 30 dni/m-c w ciągu całego roku



Tablica 5-4. Przeciętne normy zużycia wody w usługach.

Lp. Wyposażenie mieszkania w instalacjeJednostka

odniesienia (j.o.)


[dm3/j.o. • dobę] [m3/j.o. • miesiąc]

III. Kultura i sztuka

16 Muzea 1 zwiedzający 10,0 0,3

17 Kina 1 miejsce 12,0 0,36

18 Teatry j.w. 15,0 0,45

19 Domy kultury j.w. 15,0 0,45

20 Biblioteki i czytelnie j.w. 15,0 0,45

IV. Sport i turystyka

21

Hotele i motele a) kat. lux (*****)b) kat. lux (*****) z zapleczem gastronomicznymc) kat. (****)d) kat. (***)e) pozostałe

1 miejsce noclegowe

j.w.j.w.j.w.j.w.

200,0250,0150,0100,080,0

6,07,54,53,02,4

22

Pensjonaty i domy wypoczynkowea) kategorii Ib) kategorii IIc) kategorii III

j.w.j.w.j.w.

200,0150,0100,0

6,04,53,0

23

Schroniska i domy wycieczkowea) kategorii Ib) kategorii IIc) kategorii III

j.w.j.w.j.w.

150,0100,080,0

4,53,02,4

24

Obozowiska turystyczne 1. campingi

a) kategorii Ib) kategorii IIc) kategorii III

2. pola biwakowe

j.w.j.w.j.w.j.w.

133,0100,066,033,0

4,03,02,01,0

25 Pływalnie kryte 1 korzystający 160,0 4,8

26Pływalnie otwartea) wyczynoweb) o wykorzystaniu masowym

j.w.j.w.

200,0400,0

6,012,0

27 Sale i hale z zapleczem sanitarnym dla ćwiczących 1 ćwiczący 66,0 2,0

V. Handel, gastronomia i usługi

28 Restauracje, jadłodajnie 1 miejsce 100,0 3,0

29 Bary j.w. 150,0 4,5

30 Kawiarnie, bary kawowe j.w. 25,0 0,8

31Sklepy z asortymentem czysdtych produktów (sklepy tekstylne, odzieżowe, obuwnicze, galanteria skórzana, drogerie, „butiki”,itp.)

1 zatrudniony 30,0 0,9

32Sklepy ze sprzedażą gotowych produktów spożywczych (sklepy spożywcze, mięsne, itp.)

j.w. 40,0 1,2

33Sklepy z artykułami przetwórstwa spożywczego (garmażeryjne, ciastkarskie, wyrób lodów, sklepy rybne)

j.w. 40 ÷ 100* 1,2 ÷ 3,0

34 Kwiaciarnie i sklepy zoologiczne j.w. 80,0 2,4

35 Zakłady usługowe (szewc, zegarmistrz, krawiec, optyk) 1 zatrudniony 15,0 0,45

36 Zakłady pralnicze 1 kg odzieży 17,0

37 Zakłady fryzjerskie i kosmetyczne 1 zatrudniony 150,0 4,5

38 Zakłady fotograficzne - fotografia czarno-biała i kolorowaPrzeciętne normy zużycia wody ustala się indywidualnie

w oparciu o warunki techniczne i ilość zatrudnionych

39Maglea) zwykłyb) elektryczno-parowy

1 zatrudnionyj.w.

50,0150,0

1,54,5

40 Łaźnie 1 korzystający 200,0 6,0

41 Szalety publiczne1 urządzenie

=1 wc100,0 3,0

VI. Zakłady pracy

42 Zakłady pracy, z wyjątkiem określonych w p. 43 1 zatrudniony 15,0 0,45

43

Zakłady pracya) w których wymagane jest stosowanie natryskówb) przy pracach szczególnie brudzących lub ze środkami

toksycznymi

j.w.

j.w.

60,0

90,0

1,5

2,25

* - W zależności od asortymentu sklepu.


5.2.1. Obszar stosowalności pompyPoszczególne pompy z danego typoszeregu tworzą tzw. typowielkości o określonych parametrach Qn, Hn, nn, odpowiadających sprawności maksymalnej pomp. Każda typowielkość pompy danego typoszeregu pokrywa pewien wycinek pola zapotrzebowań, zwany obszarem stosowalności pompy (rys. 5.1). Obszar ten przyporządkowany jest jednemu nominalnemu punktowi pracy (Qn, Hn), który w miarę możliwości powinien leżeć jak najbliżej punktu obliczeniowego. W przypadku idealnym punkt nominalny i obliczeniowy powinny się pokrywać [7].

Obszar stosowalności pompy określonego typu i wielkości przedstawiony na rys. 5.1 jest to ustalony przez wytwórcę zbiór wszystkich możliwych punktów pracy tej pompy, mających najczęściej postać krzywoliniowego czworokąta. Linie ograniczające ten czworokąt wynikają z przyjętego warunku, że w każdym punkcie obszaru sprawność pompy powinna być nie mniejsza od pewnej arbitralnie przyjętej przez wytwórcę wartości nominalnej, lub że liczony od wartości max największy dopuszczalny spadek sprawności pompy nie powinien przekroczyć . Obszar stosowalności ogranicza od góry odcinek charakterystyki przepływu dla nominalnej średnicy d2n wirnika pompy. Średnica ta pokrywa się lub jest niewiele mniejsza od średnicy maksymalnej d2max, tzn. największej średnicy wirnika która może współpracować z danym spiralnym kanałem zbiorczym. Od dołu obszar stosowalności jest ograniczony odcinkiem charakterystyki H = f(Q) dla najmniejszej wartości średnicy d2min, do której można obtoczyć wirnik. Wartość d2min ustala wytwórca na podstawie własnych doświadczeń, biorąc także pod uwagę położenie charakterystyki o polu stosowalności położonym bezpośrednio poniżej omawianego pola.

Charakterystyki sprawności (Q) dla średnic d2n i d2min wraz z linią hmin = const. wyznacza jednoznacznie graniczne wydajności Qmin i Qmax, a stąd - wierzchołki czworokąta obszaru stosowalności (rys. 5.1). Boczne krzywe ograniczające przechodzące przez tak wyznaczone wierzchołki są najczęściej liniami prostymi. Obszar stosowalności jest przyporządkowany konkretnej wielkości pompy określonego typu. Służy on z jednej strony do zbudowania wykresu zbiorczego typoszeregu

210

20

30

50

3 4 5 10 20 30 50 100 200 500 1000

H[m]

Q[m3/h]40 300

40

100

32/125

32/160

32/200

32/250 40/250 50/250 65/250

40/315 50/315

32/200B

40/200

50/200

80/200

65/200

32/160B

40/160

80/160

100/250

80/250

50/160

65/160

65/125

100/160

125/250

100/200

50/12540/125

Wilo-CronoNorm-NL2900 1/min

Rys.5.2. Przykład wykresu zbiorczego pól stosowalności pomp wirowych NL.


Rys.5.1. Obszar stosowalności pompy danej typowielkości przy n = const. [7]d2n – średnica nominalna wirnika pompy, d2min – najmniejsza średnica wirnika pompy, hmin – sprawność minimalna pompy, Qn, Hn – parametry nominalne pompy

5.2. Dobór pomp



5.2.2. Zasady doboru pomp Pompy dobiera się z katalogów opracowanych na podstawie Polskiej Normy i danych przedstawianych przez producentów. Podstawą doboru pomp są ich charakterystyki i zakres stosowania podane w katalogach oraz wymagania i parametry prac pomp określone dla projektowanej pompowni.

Przy wyborze typu i ustalaniu liczby pomp pracujących należy brać pod uwagę [10]:

• warunki pracy pomp i klasę niezawodności pompowni,

• zadania funkcjonalne i warunki współdziałania pompowni z pozostałymi elementami systemu wodociągowego,

• wielkość nominalnej wydajności pompowni i wymaganą wysokość podnoszenia pomp,

• założony dla pompowni cykl pracy pomp i rozkład rozbiorów wody w ciągu doby,

• warunki racjonalnego rozwiązania projektowanej pompowni pod względem technicznym i ekonomicznym, w tym zwłaszcza zużycia energii.

Ponadto, przy doborze pomp należy kierować się następującymi wskazówkami ogólnymi:

• pompa powinna być dobierana nie tylko pod kątem zapewnienia określonych znamionowych parametrów układu, należy także uwzględnić dla każdego konkretnego przypadku pożądany kształt charakterystyki przepływu pompy (np. pompa zasilająca, mająca pracować w szerokim zakresie wydajności Qmin ÷ Qmax powinna mieć płaską charakterystykę przepływu i możliwie płaską charakterystykę sprawności, powinna to być więc pompa odśrodkowa. Pompa hydroforowa - przeciwnie, powinna mieć charakterystykę jak najbardziej stromą, a przy tym stateczną ),

• należy dążyć do doboru jednakowych pomp (dobór pomp o zróżnicowanej wydajności powinien być uzasadniony racjonalną pracą pompowni lub zmniejszeniem objętości zbiornika),

• należy unikać przekraczania dopuszczalnej wysokości ssania pompy i pracy pompy w obszarze kawitacji (zjawisko to powoduje erozję wirnika i korpusu pompy oraz wpływa na zmniejszenie wysokości podnoszenia i sprawności pompy),

• punkt pracy pomp powinien znajdować się w obszarze tzw. zasięgu stosowalności podawanego przez producenta (w polu tym pompa wskazuje ekonomiczną pracę w obrębie najwyższych sprawności),

• należy unikać instalowania dużej liczby małych pomp, dobierając większe jednostki,

• wszystkie pompy powinny pracować w obszarze swoich maksymalnych sprawności - przy pracy w zmiennych warunkach wydajność każdej z pomp powinna zasadniczo mieścić się w zakresie Q = (0,85 ÷ 1,15) Qn, jeśli stosowana ma być tylko regulacja dławieniowa lub upustowa (jeśli obszar zmienności wydajności jest większy przy większych czasach pracy z wydajnościami granicznymi, to należy rozważyć inne sposoby regulacji parametrów),

• zajmowana przez zespół pompowy powierzchnia może mieć decydujący wpływ na dobór układu konstrukcyjnego pompy (poziomy czy pionowy) - układy pionowe zajmują mniejszą powierzchnię, umożliwiają niższe posadowienie samej pompy, co pozwala na zmniejszenie geometrycznej wysokości ssania pompy.

Do liczby pomp roboczych wlicza się pompy przeciwpożarowe, jeśli mają taką samą charakterystykę. W pompowniach I klasy niezawodności liczbę pomp rezerwowych można zwiększyć. W pompowniach III klasy niezawodności zamiast instalowania jednej pompy rezerwowej można ją przechowywać w magazynie. Przy doborze pomp roboczych o różnych charakterystykach ogólną liczbę pomp rezerwowych przyjmuje się wg tabl. 5-5. Charakterystykę pomp rezerwowych niezależnie od klasy niezawodności pompowni przyjmuje się taką, jak pompa o większej wydajności [10].

Tablica 5-5. Liczba pomp rezerwowych w pompowniach wodociągowych w zależności od klasy ich niezawodności [10].

Liczba pomp roboczych

Liczba pomp rezerwowych w pompowni

I klasy II klasy III klasy

1 – 3 2 1 1

4 – 6 2 2 1

7 – 9 3 2 2

10 i powyżej 4 4 3

pomp, a z drugiej strony precyzuje, jaki zakres parametrów znamionowych jest możliwy do przyjęcia dla danej typowielkości przy doborze pompy do zadanych warunków pracy. Zbiór obszarów stosowalności pomp, należących

do jednego typoszeregu, w układzie współrzędnych Q, H nazywa się wykresem zbiorczym obszarów stosowalności pomp (typoszeregu pomp). Przykładowy wykres zbiorczy pól stosowalności pomp wirowych pokazano na rys. 5.2.



Podczas obliczeń hydraulicznych przewodów wodociągowych podstawowym zadaniem projektanta jest określenie właściwej średnicy przewodu dla założonej wstępnie prędkości przepływu oraz obliczenie liniowych i miejscowych strat ciśnienia.

Obliczenie liniowych strat ciśnienia dla poszczególnych przewodów wodociągowych wykonuje się na podstawie wzoru Darcy-Weisbacha:

Wartość współczynnika zależy od wartości liczby Reynoldsa Re, opisanej następującą zależnością:

oraz od chropowatości względnej wewnętrznej powierzchni przewodu

Wartości chropowatości bezwzględnej k dla niektórych rodzajów przewodów zestawiono w tabl. 5-6, natomiast zalecane prędkości przepływu w różnych rodzajach przewodów w obrębie pompowni podano w tabl. 5-7.

Wzory pomocne do obliczania współczynnika w różnych strefach przepływu zestawiono w tabl. 5-8.

5.3. Obliczenia hydrauliczne przewodów

h = R × L = λ · ·L

Dw

v2

2 · g(5-2)

Re =v · Dw

ν(5-3)

ε =k

Dw

(5-4)

Tablica 5-6. Wartości chropowatości bezwzględnej k [11, 17]

Rodzaj przewodu k [mm]

rury miedziane 0,01

rury z polichlorku winylu PVC lub polietylenu PE

0,01 ÷ 0,07

rury stalowe nowe 0,05 ÷ 0,1

rury stalowe mało skorodowane 0,4

rury stalowe skorodowane 1,2 ÷ 1,5

Tablica 5-7. Zalecane prędkości przepływu wody w przewodach w obrębie pompowni [10]

Średnica przewodu

[mm]

Przewody ssawne[m/s]

Przewody tłoczne[m/s]

do 250 0,8 ÷ 1,2 1,0 ÷ 1,5

250 ÷ 800 1,0 ÷ 1,5 1,2 ÷ 2,0

powyżej 800 1,5 ÷ 2,0 1,8 ÷ 3,0

Tablica 5-8. Wzory do obliczania współczynnika oporów liniowych

Liczba Re Strefa przepływu Opis Wzór Uwagi

Re 2320Strefa przepływu laminarnego

W przewodzie występuje wyłącznie ruch laminarny (uwarstwiony)

WzórHagen-

Poiseuille'a

Re > 2320Re 4000

Strefa gwałtownego wzrostu współczynnika oporów liniowych

Zmienny charakter ruchu, wartości nie są określone

brak1) -

Re > 4000

Strefa rur hydraulicznie gładkich

Ruch turbulentny; przyścienna war-stwa laminarna przykrywa nierówno-ści ścianki rury; współczynnik oporów liniowych l zależy tylko od Re

WzórPrandtla- Kármána

Strefa przejściowa

Ruch turbulentny; przyścienna war-stwa laminarna częściowo przykrywa nierówności ścianki rury; współczynnik oporów liniowych zależy od Re i

Wzór Colebrooka-

White'a

Strefa kwadratowej zależności oporów

Ruch turbulentny; współczynnik oporów liniowych zależy tylko od

Wzór Prandtla-

Nikuradsego

1) W praktyce inżynierskiej przyjmuje się, że w tej strefie panuje już ruch turbulentny i można stosować wzór Colebrooka-White'a.

λ =64

Re

1

√λ= -2lg

2,51

Re · √λ

1

√λ= -2lg

ε3,71

2,51

Re · √λ+

1

√λ= -2lg

ε3,71

Skrót Opis Jednostkav Prędkość przepływu wody w przewodzie m/s

Dw Średnica wewnętrzna przewodu m lub mm

Kinematyczny współczynnik lepkości

dla danej temperatury wody m2/s

k Chropowatość bezwzględna przewodu mm

Skrót Opis Jednostkah Wysokość liniowych strat ciśnienia m

R Jednostkowa wysokość strat ciśnienia [-] ‰ %

L Długość odcinka przewodu m

Dw Średnica wewnętrzna przewodu m

Prędkość przepływu przewodem m/s

g Przyspieszenie ziemskie m/s2

Współczynnik oporów liniowych [-]



b) dla określenia prędkości przepływu i wysokości strat ciśnienia:

• dane: przepływ obliczeniowy q, średnica przewodu d,

• tok postępowania: odczytuje się z nomogramu v oraz R, a następnie oblicza się h = R x L (5-6)

W tabl. 5-9 i 5-10 podano zestawienia jednostkowych liniowych oporów przepływu R do obliczeń strat ciśnienia w rurach z nieplastyfikowanego polichlorku winylu PVC klasy PN 10 oraz PN 16 obliczonych według wzoru Colebrooka-White'a.

Obliczenie miejscowych strat ciśnienia wywołanych obecnością w projektowanej instalacji pompowej kształtek, łączników i armatury należy wykonać korzystając ze wzoru:

hm = 0,05 v 2 · (5-7)

Wartości dla armatury i innego uzbrojenia wodociągowego są podawane przez producentów odpowiednich urządzeń lub znajdują się w normie PN-76/M-340346). Wartości współczynnika dla wybranych kształtek i armatury można odczytać z tabl. 5-11. Podane wartości współczynników oporów miejscowych zostały opracowane na podstawie literatury technicznej [6, 17, 32].

5) PN-76/M-34034. Rurociągi. Zasady obliczeń strat ciśnienia.

W przewodach wodociągowych najczęściej występują przepływy turbulentne w strefie przejściowej i w strefie kwadratowej zależności oporów. Z tego względu do obliczeń współczynnika oporów liniowych najczęściej stosuje się wzór Colebrooka-White'a z uwagi na jego uniwersalność (można go stosować w całym zakresie przepływów turbulentnych [6, 11]). Z uwagi na uwikłaną zależność współczynnika , do obliczeń wykorzystuje się metody iteracyjne (np. metoda najmniejszych kwadratów [32]), a w celu obliczenia pierwszego przybliżenia współczynnika można zastosować jeden ze wzorów podanych w postaci jawnej, np. wzór Waldena:

W praktyce inżynierskiej korzysta się zwykle z tablic lub nomogramów ujmujących zależność między średnicą przewodów, przepływem, prędkością i jednostkową wysokością strat ciśnienia. Obliczenia na podstawie nomogramów prowadzi się następująco:

a) dla określenia średnicy i wysokości strat ciśnienia:

• dane: przepływ obliczeniowy q w dm3/s, • tok postępowania: w zależności od rodzaju

przewodu orientacyjnie narzuca się prędkość przepływu v (tabl. 5-7), następnie odczytuje się z nomogramu średnicę d oraz jednostkową wysokość strat ciśnienia R, a następnie oblicza się sumaryczną wysokość strat ciśnienia h = R x L;

1(5-5)

√λ= -2lg

6,1

Re0,915+ 0,268 · ε

Skrót Opis Jednostkahm Wysokość miejscowych strat ciśnienia m H2O

v Prędkość przepływu wody m/s

Współczynnik oporów miejscowych [-]



Tablica 5-9. Zestawienie jednostkowych liniowych oporów przepływu R do obliczeń strat ciśnienia w rurach z nieplastyfikowanego polichlorku winylu PVC klasy PN 10 przy współczynniku chropowatości k = 0,05 mm i temperaturze t = 10°C (wg wzoru Colebrooka-White'a)

q [dm3/s]

v[m/s],R[daPa/m]

Ciśnienie nominalne PN 10 Temperatura 10°C

Przekrój rury Dz x s [mm x mm]

63x3,0 90x4,3 110x5,3 160x7,8 225x10,8

0,5 vR

0,201,13

0,10 0,21

0,060,08

0,030,01

0,020,00

1,0 vR

0,393,85

0,190,69

0,130,27

0,060,05

0,030,01

1,5 vR

0,598,00

0,291,42

0,190,54

0,090,09

0,050,02

2,0 vR

0,7813,53

0,382,37

0,260,90

0,120,15

0,060,03

2,5 vR

0,9820,39

0,483,55

0,321,35

0,150,22

0,080,04

3,0 vR

1,1828,58

0,584,95

0,391,87

0,180,31

0,090,06

3,5 vR

1,3738,09

0,676,55

0,452,47

0,210,41

0,110,08

4,0 vR

1,5748,90

0,778,37

0,523,15

0,240,52

0,120,10

4,5 vR

1,7661,02

0,8610,39

0,583,90

0,280,64

0,140,12

5,0 vR

1,9674,43

0,9612,62

0,644,73

0,310,77

0,150,15

6,0 vR

2,35105,14

1,1517,70

0,776,60

0,371,07

0,180,20

7,0 vR

2,74141,01

1,3523,60

0,908,77

0,431,42

0,220,27

8,0 vR

3,14182,03

1,5430,30

1,0311,24

0,491,80

0,250,34

9,0 vR

3,53228,19

1,7337,82

1,1613,99

0,552,24

0,280,42

10,0 vR

3,92279,49

1,9246,13

1,2917,02

0,612,71

0,310,51

12,0 vR

4,70397,50

2,3165,18

1,5523,95

0,733,79

0,370,71

14,0 vR

5,49536,02

2,6987,42

1,8032,02

0,865,04

0,430,94

16,0 vR

6,27695,06

3,07112,85

2,0641,22

0,986,45

0,491,20

18,0 vR

7,05874,60

3,46141,47

2,3251,55

1,108,03

0,551,48

20,0 vR

3,84173,28

2,5863,00

1,229,77

0,621,80

22,0 vR

4,23208,27

2,8475,58

1,3511,68

0,682,15

24,0 vR

4,61246,43

3,0989,28

1,4713,75

0,742,52

26,0 vR

5,00287,78

3,35104,10

1,5915,98

0,802,92

28,0 vR

5,38332,30

3,61120,05

1,7118,38

0,863,35

30,0 vR

5,76380,00

3,87137,11

1,8320,93

0,923,81

32,0 vR

6,15430,88

4,12155,30

1,9623,65

0,984,29

34,0 vR

6,53484,93

4,38174,60

2,0826,53

1,054,81

36,0 vR

6,92542,15

4,64195,03

2,2029,58

1,115,35

38,0 vR

4,90216,57

2,3232,78

1,175,91

40,0 vR

5,15239,23

2,4536,14

1,236,51

42,0 vR

5,41263,01

2,5739,67

1,297,13

44,0 vR

5,67287,90

2,6943,35

1,357,78

46,0 vR

5,93313,92

2,8147,20

1,428,46

48,0 vR

6,19341,05

2,9451,21

1,489,16

50,0 vR

6,44369,30

3,0655,37

1,549,90

55,0 vR

7,09444,82

3,3666,49

1,6911,84

60,0 vR

3,6778,61

1,8513,96

65,0 vR

3,9791,74

2,0016,25

70,0 vR

4,28105,86

2,1518,70

75,0 vR

4,59120,98

2,3121,33

80,0 vR

4,89137,10

2,4624,12

85,0 vR

5,20154,22

2,6227,08

90,0 vR

5,50172,34

2,7730,21

95,0 vR

5,81191,46

2,9233,50

100,0 vR

6,11211,57

3,0836,97

Tablica 5-10. Zestawienie jednostkowych liniowych oporów przepływu R do obliczeń strat ciśnienia w rurach z nieplastyfikowanego polichlorku winylu PVC klasy PN 16 przy współczynniku chropowatości k = 0,05 mm i temperaturze t = 10°C (wg wzoru Colebrooka-White'a)

q [dm3/s]

v [m/s],R [daPa/m]

Ciśnienie nominalne PN 10 Temperatura 10°C

Przekrój rury Dz x s [mm x mm]

63x3,0 90x4,3 110x5,3 160x7,8 225x10,8

0,5 vR

0,221,51

0,11 0,27

0,070,11

0,030,02

0,020,00

1,0 vR

0,445,19

0,220,92

0,150,35

0,070,06

0,030,01

1,5 vR

0,6610,81

0,331,90

0,220,72

0,100,12

0,050,02

2,0 vR

0,8918,31

0,433,19

0,291,21

0,140,20

0,070,04

2,5 vR

1,1127,65

0,544,78

0,361,80

0,170,30

0,100,08

3,0 vR

1,3338,81

0,656,66

0,442,50

0,210,41

0,090,06

3,5 vR

1,5551,77

0,768,83

0,513,31

0,240,54

0,120,10

4,0 vR

1,7766,53

0,8711,29

0,584,22

0,270,68

0,140,13

4,5 vR

1,9983,08

0,9814,03

0,655,23

0,310,84

0,160,16

5,0 vR

2,22101,41

1,0817,05

0,736,35

0,341,02

0,170,20

6,0 vR

2,66143,43

1,3023,94

0,878,88

0,411,42

0,210,27

7,0 vR

3,10192,56

1,5231,94

1,0211.81

0,481,87

0,240,36

8,0 vR

3,55248,79

1,7441,06

1,1615,13

0,552,39

0,280,46

9,0 vR

3,99312,12

1,9551,28

1,3118,85

0,622,97

0,310,56

10,0 vR

4,43382,53

2,1762,60

1,4522,96

0,693,60

0,350,68

12,0 vR

5,32544,59

2,6088,54

1,7432,34

0,825,03

0,420,95

14,0 vR

6,20734,97

3,04118,87

2,0343,28

0,966,69

0,491,26

16,0 vR

7,09953,64

3,47153,59

2,3355,76

1,108,58

0,551,60

18,0 vR

3,91192,68

2,6269,78

1,2410,69

0,621,99

20,0 vR

4,34236,14

2,9185,34

1,3713,02

0,692,41

22,0 vR

4,77283,97

3,20102,44

1,5115,57

0,762,88

24,0 vR

5,21336,16

3,49121,08

1,6518,33

0,833,38

26,0 vR

5,64392,73

3,78141,25

1,7821,32

0,903,92

28,0 vR

6,08453,65

4,07162,95

1,9224,53

0,974,50

30,0 vR

6,51518,95

4,36186,19

2,0627,96

1,045,11

32,0 vR

6,94588,60

4,65210,95

2,2031,60

1,115,77

34,0 vR

4,94237,25

2,3335,46

1,186,46

36,0 vR

5,23265,08

2,4739,54

1,257,19

38,0 vR

5,52294,45

2,6143,84

1,327,95

40,0 vR

5,81325,34

2,7548,35

1,398,76

42,0 vR

6,10357,76

2,8853,08

1,469,60

44,0 vR

6,39391,71

3,0258,03

1,5310,48

46,0 vR

6,69427,19

3,1663,19

1,6011,39

48,0 vR

6,98464,21

3,2968,57

1,6612,34

50,0 vR

3,4374,17

1,7313,33

55,0 vR

3,7889,11

1,9115,96

60,0 vR

4,12105,41

2,0818,83

65,0 vR

4,46123,05

2,2521,92

70,0 vR

4,80142,05

2,4325,25

75,0 vR

5,15162,39

2,6028,80

80,0 vR

5,49184,09

2,7732,58

85,0 vR

5,83207,13

2,9536,60

90,0 vR

6,18231,53

3,1240,84

95,0 vR

6,52257,27

3,2945,31

100,0 vR

6,86284,37

3,4750,00



Tablica 5-11. Zestawienie wartości współczynników oporów miejscowych dla kształtek i armatury wodociągowej

Element Schemat Uwagi Wartość

Kolana żeliwne

DN 50 mm 1,3

DN 100 mm 1,5

DN 200 mm 1,8

DN 300 mm 2,1

Łuki 1-segmentoweściany gładkie - kąt łuku

= 15° 0,042 0,042

= 30° 0,11

= 45° 0,24

= 60° 0,47

= 90° 1,13

Łuki 2-segmentoweściany gładkie - kąt łuku,

l – długość segmentud – średnica łuku

= 15° l/d = 1,174 0,33

= 30° l/d = 1,86 0,29

= 45° l/d = 2,56 0,36

= 60° l/d = 3,72 0,36

= 90° l/d = 6,28 0,40

Łuki 3-segmentoweściany gładkie - kąt łuku,

l – długość segmentud – średnica łuku

= 15° l/d = 1,67 0,15

= 30° l/d = 2,37 0,17

= 45° l/d = 2,96 0,17

= 60° l/d = 4,11 0,19

= 90° l/d = 6,10 0,21

Trójniki rozbieżneQ0 – odpływ bocznyQ – dopływ główny

z0 = opór dla odpływu boczegozp = opór przy wylocie

Q0/Q = 0z0 = 0,95

zp = 0,04

Q0/Q = 0,4z0 = 0,98

zp = - 0,05

Q0/Q = 1,0z0 = 1,28

zp = 0,35

Trójniki zbieżneQ0 – odpływ bocznyQ – dopływ główny

z0 = opór dla odpływu boczegozp = opór przy wylocie

Q0/Q = 0z0 = - 1,20

zp = 0,04

Q0/Q = 0,4z0 = - 0,04

zp = 0,17

Q0/Q = 1,0z0 = 0,91

zp = 0,60

Trójniki rozdzielcze wszystkie średnice 1,3

Zbiornikwylot 0,5

wlot 1,0

Rozdzielacz(wszystkie średnice)

wylot rozdzielacza 0,5

wlot kolektora 1,0

Zawory odcinająceproste

DN 15DN 20DN 25DN 32

DN 40 do DN 100

10,08,57,06,05,0

Zawory odcinająceskośne

DN 15DN 20

DN 25 do DN 50DN 65

3,52,52,00,7

Zawór kątowy

DN 10DN 15DN 20

do DN 50DN 65 do DN 100

7,04,02,03,54,0

Zawór odcinającykulowy

wszystkie średnice 2,0

Zawór zwrotny

DN 15 do DN 20DN 25 do DN 40

DN 50DN 65 do DN 100

7,74,33,82,5

Nawiertka rurowa DN 25 do DN 80 5,0

Uwaga: Podane wartości współczynników są przybliżone i przedstawione w formie ułatwiającej wykorzystanie ich do celów projektowych.

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� ��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

��

��

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��

�

�

�

�

� ��

�

��

��

� �

�

� �

�

�

�

�

�

�

�

�

� �

��



W równaniu 5-9 uwzględniono fakt, że przy współpracy równoległej pomp suma ich wydajności nie jest dokładnie równa wielokrotności ich wydajności.

Zmniejszenie wydajności pompowni przy równoległej pracy pomp można orientacyjnie przyjmować według poniższych zależności:

W układach wodociągowych pompownia najczęściej współpracuje ze zbiornikiem. Może to być zbiornik wody czystej, skąd pompy zasysają wodę i tłoczą ją do sieci rozdzielczej, albo zbiornik współpracujący z pompownią i siecią wodociągową, zlokalizowany po stronie tłocznej pompowni. Dzięki zastosowaniu zbiorników można zachować korzystne warunki i równomierną pracę pomp w pompowni, co znacznie ułatwia ich eksploatację. Zbiorniki wyrównawcze współpracujące z siecią wodociągową i pompownią umożliwiają wyrównywanie nierównomierności zapotrzebowania na wodę przez odbiorców, gromadząc wodę w godzinach małych rozbiorów (np. w nocy) i oddając ją w godzinach dużych rozbiorów (np. w godzinach dziennych lub wieczornych). W ten sposób maksymalna wydajność pompowni nie musi być dostosowana do maksymalnego godzinowego rozbioru wody. Pompownia może wtedy tłoczyć wodę równomiernie w ciągu doby z mniejszą wydajnością.

Pojemność zbiornika wyrównawczego określa się porównując dopływy i odpływy wody ze zbiornika w określonym przedziale czasu, najczęściej w okresie jednej doby. W tym celu należy znać harmonogram dopływu wody do zbiornika oraz harmonogram odpływu wody ze zbiornika. Na podstawie różnic pomiędzy dopływem a odpływem obliczonych dla każdego przedziału czasowego określa się maksymalną wartość, która jest szukaną pojemnością wyrównawczą zbiornika. W tabl. 5-12 pokazano przykładowe obliczenia pojemności zbiornika wyrównawczego obliczonego dla przypadku równomiernej pracy pomp w ciągu doby (24 h/ d), a w tabl. 5-13 zamieszczono obliczenia dla tego samego rozkładu zapotrzebowania na wodę przez odbiorców lecz w przypadku zmiennej pracy pomp. Rozkład zmienności zapotrzebowania na wodę przez odbiorców pokazano na rys. 5.5, a na rys. 5.6 i 5.7 harmonogramy pracy pomp w pompowniach odpowiednio dla tabl. 5-12 i 5-13. W przypadku równomiernej pracy pomp wydajność pompowni wyrażona jako procent maksymalnego dobowego przepływu Qdmax w ciągu jednej godziny wyniesie:

W przypadku pracy pomp ze zmienną wydajnością jak w tabl. 5-13, wydajność podstawowego zestawu pompowego będzie wynosiła:

8 godz × Q +16 godz × 2 × Q × 0,95 = 100% (5-9)

stąd Q 2,6%

5.4. Współpraca pompowni ze zbiornikiem

Liczba pomp pracujących równolegle

Orientacyjna wydajność pompowni

1 pompa Q

2 pompy 95% x 2Q

3 pompy 90% x 3Q

Przedstawione przykłady ilustrują, jak zmiana sposobu sterowania pracą pomp w pompowni może wpłynąć na znaczne zmniejszenie objętości wyrównawczej zbiornika wodociągowego. W przypadku stałej, niezmiennej pracy pomp w okresie doby objętość zbiornika wyniosła 15,8% Qdmax, natomiast w drugim przykładzie przy takim samym rozkładzie zapotrzebowania na wodę przez odbiorców wymagana objętość zbiornika wyniosła tylko 5,7% Qdmax. W pompowniach II stopnia można stosować w zależności od wydajności poziome pompy normowe (rys. 5.3) lub zestawy hydroforowe (rys. 5.4).

Rys. 5.3 Pompa o wale poziomym Wilo-NL

Rys. 5.4 Zestaw hydroforowy COR 3 Helix V 5203/CC

Q = = ≅ 4,17%Qdmax

24(5-8)

100%

24



Przy zastosowaniu zestawów hydroforowych można osiągnąć wydajności rzędu 400 m3/h. Pompy poziome charakteryzują się wydajnościami do 3000 m3/h. Przy projektowaniu pompowni II stopnia należy zwrócić szczególną uwagę na zapewnienie odpowiedniej wysokości napływu wody do pomp (wymagana wysokość napływu wody jest związana z wielkością NPSH dla danej pompy przy wymaganej wydajności - problem ten szczegółowo omówiono w rozdz. 4.3). Można to zrealizować poprzez wyniesienie zbiornika lub ewentualne zagłębienie fundamentów pomp [4].

Średnica rurociągu ssawnego, za pomocą którego jest pobierana woda ze zbiornika

Tablica 5-12. Obliczenie pojemności wyrównawczejzbiornika przy równomiernej pracy pompownio tej samej wydajności przez 24 godziny [%Qdmax]Godziny Wydajność

pompZużycie

wody przez odbiorców

Przybyło do zbiornika

Ubyło ze zbiornika

Jest w zbiorniku

0-1 4,16 1,3 2,9 7,2

1-2 4,16 1,5 2,7 9,9

2-3 4,16 1,5 2,7 12,6

3-4 4,16 1,7 2,5 15,1

4-5 4,16 3,5 0,7 15,8

5-6 4,17 4,2 0 0 15,8

6-7 4,17 5,2 1 14,8

7-8 4,17 5,7 1,5 13,3

8-9 4,17 4,3 0,1 13,2

9-10 4,17 4,8 0,6 12,6

10-11 4,17 5,4 1,2 11,4

11-12 4,17 5,6 1,4 10

12-13 4,17 5,6 1,4 8,6

13-14 4,17 5,5 1,3 7,3

14-15 4,17 5,2 1 6,3

15-16 4,17 4,7 0,5 5,8

16-17 4,17 4,6 0,4 5,4

17-18 4,17 5,3 1,1 4,3

18-19 4,17 5,4 1,2 3,1

19-20 4,17 5,5 1,3 2,1

20-21 4,17 5,2 1 0

21-22 4,16 3,4 0,8 0,8

22-23 4,16 2,7 1,5 2,3

23-24 4,16 2,2 2 4,3

Tablica 5-13. Obliczenie pojemności wyrównawczej zbiornika przy zmiennej pracy pompowni: 8 godzin z wydajnością Q i 16 godzin z wydajnością 2Q×0,95 [%Qdmax]Godziny Wydajność

pompZużycie

wody przez odbiorców

Przybyło do zbiornika

Ubyło ze zbiornika

Jest w zbiorniku

0-1 2,60 1,3 1,30 1,70

1-2 2,60 1,5 1,10 2,80

2-3 2,60 1,5 1,10 3,90

3-4 2,60 1,7 0,90 4,80

4-5 4,95 3,5 1,45 -1,7 6,25

5-6 4,95 4,2 0,75 7,00

6-7 4,95 5,2 6,75

7-8 4,95 5,7 6,00

8-9 4,95 4,3 0,65 6,65

9-10 4,95 4,8 0,15 6,80

10-11 4,95 5,4 0,45 6,35

11-12 4,95 5,6 0,65 5,70

12-13 4,95 5,6 0,65 5,05

13-14 4,95 5,5 0,55 4,50

14-15 4,95 5,2 0,25 4,25

15-16 4,95 4,7 0,25 4,50

16-17 4,95 4,6 0,35 4,85

17-18 4,95 5,3 0,35 4,50

18-19 4,95 5,4 0,45 4,05

19-20 4,95 5,5 0,55 3,50

20-21 2,60 5,2 2,60 0,90

21-22 2,60 3,4 0,80 0,10

22-23 2,60 2,7 0,10 0,00

23-24 2,60 2,2 0,40 0,40

wodociągowego przez pompy, powinna być tak dobrana, aby zapewnić minimalne straty przepływu (zalecane prędkości przepływu - patrz tabl. 5-7). Rurociąg powinien być ułożony poziomo z niewielkim spadkiem, umożliwiającym jego odwodnienie i odpowietrzenie w ten sposób, aby nie występowała możliwość powstawania zjawiska lewarowego. Rurociąg ssawny wraz z zainstalowaną armaturą powinien być odporny na pracę przy podciśnieniu, które może w nim występować. Nie wolno stosować np. rur z PCV łączonych za pomocą kielichów z uszczelkami gumowymi lub zasuw wyposażonych w uszczelnienia sznurowe.

Rys. 5.5. Przykładowy rozkład zapotrzebowania wody przez odbiorców.

Rys. 5.6. Równomierny rozkład zapotrzebowania wody przez odbiorców.

Rys. 5.7. Zmienny rozkład pracy pomp (8h z wydajnością Q i 16 h z wydajnością 2 x Q)



5.5. Zabezpieczenia pompowni przed uderzeniami hydraulicznymi

5.6. Pompownie przeciwpożarowe

Uderzenia hydrauliczne pojawiające się w układach pompowych mogą powodować występowanie poważnych zakłóceń hydraulicznych utrudniających ich eksploatację. W momencie uruchamiania lub zatrzymywania pomp obserwuje się występowanie gwałtownych zmian ciśnienia w sieci (lub instalacji) wodociągowej, którym zwykle towarzyszą efekty akustyczne. W instalacjach elektrycznych w tym czasie następuje chwilowe przeciążenie silników napędzających pompy. Okresowo mogą występować pęknięcia rurociągów, spowodowane drganiami towarzyszącymi zakłóceniom

hydraulicznym. Podstawy hydrauliczne oraz zasady obliczeń związanych z uderzeniami hydraulicznymi zostały omówione dokładnie w literaturze [6, 11]. Występowanie uderzeń hydraulicznych można wyeliminować poprzez stosowanie odpowiednich układów załączania i wyłączania pomp (tzw. miękki start i miękki stop) lub przetwornic częstotliwości.7 Stosowane są również zbiorniki wodno-powietrzne instalowane na tzw. boczniku lub zawory upustowe. Wskazane jest również stosowanie odpowiedniej armatury zwrotnej, która ma zdolność do tłumienia uderzeń hydraulicznych.

Pompownie przeciwpożarowe to obiekty zasilające w wodę sieć wodociągową zewnętrzną przeciwpożarową lub urządzenia gaśnicze. Specjalne wymagania dotyczące pompowni wodociągowych zostały ujęte normą PN-B-02863 :19978. W normie tej podano także ogólne zasady projektowania i eksploatacji pompowni przeciwpożarowych.

Wymagania budowlane. Pod względem budowlanym, pomieszczenia pompowni przeciwpożarowej powinny stanowić odrębną strefę pożarową o odporności ogniowej co najmniej 60 min. Zaleca się aby były to:

• oddzielne budynki,• budynek przylegający do budynku

chronionego z wejściem od zewnątrz,• pomieszczenie w budynku chronionym

z bezpośrednim wejściem od zewnątrz.

Pompownie wbudowane lub dobudowane do innych obiektów powinny być od nich oddzielone elementami oddzieleń przeciwpożarowych (ściany, stropy, drzwi). W pomieszczeniach urządzeń pompowych należy zapewnić temperaturę +4°C w przypadku pomp z napędem elektrycznym, natomiast w przypadku pomp napędzanych silnikami wysokoprężnymi + 10°C. Ponadto w pomieszczeniach pompowni z silnikami

wysokoprężnymi należy zapewnić wentylację, zgodną z wymaganiami dostawcy tych silników.

Zasilanie energetyczne pomp. Pompy z silnikami elektrycznymi powinny być zasilane odrębnym przewodem energetycznym. Jeśli zapotrzebowanie wody do celów przeciwpożarowych przekracza 20 dm3/s, pompy powinny być zasilane z dwóch odrębnych sieci energetycznych, stanowiących podstawowe i rezerwowe źródło energii. Jeżeli zainstalowana jest więcej niż jedna pompa, to tylko jedna powinna być napędzana silnikiem elektrycznym. Jako źródło rezerwowe dopuszcza się agregat prądotwórczy napędzany silnikiem wysokoprężnym z zapasem paliwa wystarczającym na cztery godziny pracy przy pełnym obciążeniu.

Maksymalna temperatura wody zasilającej. Maksymalna temperatura wody w układzie zasilania nie może przekraczać +40°C. W przypadku zastosowania pomp zasilających z silnikami zatapialnymi temperatura wody nie może przekroczyć +25°C chyba, że została wykazana zdolność silnika do pracy w temperaturze +40°C.

Wysokość podnoszenia wody. Pompy powinny zapewnić wymagane ciśnienie w najwyżej i najdalej położonych hydrantach przy największym rozbiorze wody. Dla każdego hydrantu wymagane minimalne ciśnienie wynosi 0,2 MPa przy następujących nominalnych wydajnościach:

• 15 dm3/s - hydrant zewnętrzny nadziemny o średnicy DN 100,

• 10 dm3/s - hydrant zewnętrzny nadziemny (lub podziemny) o średnicy DN 80,

• 2,5 dm3/s - hydrant wewnętrzny (lub zawór hydrantowy) o średnicy DN 52,

• 1,5 dm3/s - hydrant wewnętrzny (lub zawór hydrantowy) o średnicy DN 33

• 1 dm3/s - hydrant wewnętrzny o średnicy DN 25. 7) Szerzej problemy związane ze sterowaniem pomp omówiono w rozdz. 6.2.4. 8) PN-B-02863:1997. Ochrona przeciwpożarowa budynków. Przeciwpożarowe

zaopatrzenie w wodne. Sieć wodociągowa przeciwpożarowa. 9) PN-B-02864:1997. Ochrona przeciwpożarowa budynków. Przeciwpożarowe

zaopatrzenie wodne. Zasady obliczania zapotrzebowania na wodę do celów przeciwpożarowych do zewnętrznego gaszenia pożaru.

10) PN-B-02865:1997. Ochrona przeciwpożarowa budynków. Przeciwpożarowe zaopatrzenie wodne. Instalacja wodoci ągowa przeciwpożarowa.

Rys. 5.8. Zestaw hydroforowy typu CO(R)-3 Helix V 2206/SC



Pompownie przeciwpożarowe, które zasilają w wodę instalacje przeciwpożarowe w budynkach dobiera się podobnie jak zestawy hydroforowe. Dla budynków wysokościowych, gdzie wymagane są instalacje hydrantowe nawodnione przepisy przeciwpożarowe wymagają, aby instalacje te były zaopatrywane w wodę ze zbiornika o pojemności zapewniającej ciągłą i nieprzerwaną akcję gaśniczą. Sposób zasilenia w wodę pompowni w takim przypadku pokazano na rys. 5.9. Woda z przyłącza wodociągowego dopływa pod ciśnieniem panującym w zewnętrznej sieci wodociągowej do otwartego zbiornika przeciwpożarowego. Woda ze zbiornika jest zasysana przez zespół pomp tworzących pompownię przeciwpożarową. Zespoły pompowe są tak lokalizowane, aby zawsze pompy pracowały z napływem po stronie ssawnej (poziom minimalny wody w zbiorniku musi znajdować się powyżej miejsca lokalizacji pomp przy uwzględnieniu strat w przewodach ssawnych). Szukaną wysokość podnoszenia HP pompowni przeciwpożarowej zasilanej ze zbiornika otwartego oblicza się ze wzoru:

Hp = Htł - HS = Hgeom + hwym + hstr - hstr (5-10)

Wydajność pompowni. Wydajność pompowni musi być dostosowana do obliczonego zapotrzebowania na wodę do celów przeciwpożarowych wg PN-B-02864:19979 lub PN-B-02865:199710. W normie tej podano szczegółowe wytyczne określania niezbędnej ilości wody do celów przeciwpożarowych dla jednostek osadniczych, obiektów użyteczności publicznej, obiektów przemysłowych oraz obiektów gospodarki rolnej. Przy określaniu wydajności pompowni przeciwpożarowej należy brać pod uwagę specyfikę chronionych obiektów, charakteryzowanych strefami zagrożenia ludzi i obliczanych parametrach obciążenia ogniowego oraz jednoczesność poboru wody. W przypadku pompowni zasilającej zewnętrzną sieć pożarową należy przewidzieć możliwość jednoczesnego pobierania wody z dwóch sąsiednich hydrantów zewnętrznych. Pompownię zasilającą wewnętrzną instalację przeciwpożarową projektuje się z uwzględnieniem jednoczesnego poboru wody z dwóch sąsiednich hydrantów, usytuowanych najniekorzystniej pod względem hydraulicznym, zainstalowanych na jednej kondygnacji lub w jednej strefie pożarowej. Jednoczesny pobór z czterech sąsiednich hydrantów uwzględnia się przy następujących obiektach:

• sceny i zaplecza teatralne, • budynki wysokie i wysokościowe

- na kondygnacjach podziemnych oraz położonych powyżej 25 m,

• budynki produkcyjne i magazynowe o powierzchni całkowitej strefy pożarowej przekraczaj ącej 3000 m2 i obciążeniu ogniowym przekraczającym 500 MJ/m2 lub zagrożonych wybuchem.

ppoż tł S

Skrót Opis

Hgeom różnica wysokości geometrycznej w pionie pomiędzy minimalnym poziomem wody w zbiorniku przeciwpożarowym a najwyżej położonym hydrantem w instalacji przeciwpożarowej

hppożwym wymagana wysokość ciśnienia przed hydrantem

ppoż. (hppożwym = 20 m H2O)

htłstr suma oporów przepływu (strat liniowych

i miejscowych) licząc od króćca tłocznego pompowni do najdalej położonego hydrantu w instalacji przeciwpożarowej

hSstr suma oporów przepływu (strat liniowych

i miejscowych) na przewodzie ssawnym od zbiornika przeciwpożarowego do króćca ssawnego pompowni

min

max

HP

hppożwym

Δhtłstr

ΔhSstr

Zawór hydrantowy

WILOPrzewód wodociągowy

Pompownia przeciwpożarowa

Zbiornik

Rys. 5.9. Zasada ustalania wysokości podnoszenia pompowni przeciwpożarowej dla budynku wysokościowego z nawodnioną instalacją hydrantową, zasilanej w wodę z zewnętrznej sieci wodociągowej przez zbiornik przeciwpożarowy przy zmiennym poziomie wody w zbiorniku.



Pompy rezerwowe. W pompowniach przeciwpożarowych, pracujących w systemie ciągłego podawania wody, należy instalować co najmniej dwie pompy, z których jedna jest pompą rezerwową.

Jeżeli w pompowni jest kilka pomp, wówczas można stosować jedną pompę rezerwową o parametrach równych parametrom największej z zainstalowanych (rys. 5.4). Dopuszcza się nieinstalowanie pomp rezerwowych, jeżeli ogólne potrzeby wody do celów przeciwpożarowych

nie przekraczają 20 dm3/s, a także w sytuacjach, gdy pompownia nie pracuje w systemie ciągłym, a pozostaje jedynie w stanie gotowości. Jako pompownie przeciwpożarowe można stosować zestawy hydroforowe, w skład których wchodzi od 1 do 6 pomp, np. zestawy produkcji Wilo typu CO(R)-3 Helix V 2206/SC. Zestawy są wyposażone w system samotestowania z możliwością zdalnego przesyłania informacji o stanach pracy lub awariach (rys. 5.8).

5.7. Pompownie przemysłoweZadaniem pompowni przemysłowych jest dostarczenie wymaganej ilości wody w określonym czasie i pod wymaganym ciśnieniem niezbędnej do celów technologicznych dla danego obiektu przemysłowego. Podstawowe zasady projektowania elementów pompowni przemysłowych są takie same jak omówione wcześniej (patrz rozdz. 5.2, 5.3 i 5.4). Natomiast wydajność jak i wysokość podnoszenia pompowni jest określona wymaganiami specyficznymi dla potrzeb produkcji przemysłowej prowadzonej w danym zakładzie. Cykl pracy pompowni, a więc dobór układu sterowania jest uzależniony od liczby zmian i czasu pracy zakładu przemysłowego w ciągu doby, a także od rodzaju produkcji.

Przy wyborze odpowiedniej pompy należy zwrócić szczególną uwagę – poza parametrami pracy Q i H – na rodzaj pompowanej cieczy. Istotne są tutaj takie parametry jak wartość pH, zawartość cząstek stałych oraz różnych domieszek, np. substancji oleistych. Przykładowo do pompowania cieczy z domieszkami olejów lub pokostów należy wybrać pompy wolnoobrotowe. Unika się w ten sposób odkładania cząstek olejów na wewnętrznych ściankach pompy.

Szczególną uwagę należy zwrócić na układy obiegowe stosowane w chłodnictwie. Czasami w tego typu układach rozwijają się kolonie bakterii, które mogą powodować zarastanie pomp i współpracujących przewodów. Często w instalacjach przemysłowych (np. układy ciepłownicze) wskazane jest rozdzielenie od siebie

poszczególnych obiegów, co można zrealizować np. przy zastosowaniu zbiornika pośredniego. W takich przypadkach można zastosować zestawy ze zintegrowanymi zbiornikami otwartymi produkowanymi przez Wilo (rys. 5.10).

Dobór pomp dla układów technologicznych jest procesem bardzo złożonym i należy bardzo starannie przeanalizować warunki pracy projektowanej pompowni.

Rys. 5.10. Zestaw ze zintegrowanym zbiornikiem otwartym typu COT 1MVI 804/ER produkcji Wilo



5.8. Hydrofornie5.8.1. Wyznaczenie parametrów charakteryzujących obiektW celu dobrania właściwego zestawu hydroforowego należy określić dwa podstawowe parametry charakteryzujące zaopatrywany w wodę obiekt:

• maksymalne zapotrzebowanie na wodę Qmax, • minimalną wymaganą wysokość ciśnienia

na wyjściu z hydroforni Hmin.

W przypadku obiektów budownictwa mieszkaniowego, usługowego i innych maksymalne zapotrzebowanie na wodę w danym obiekcie Qmax można obliczać na podstawie normy PN-92/B-0170611 lub normy niemieckiej DIN 198812. Przepływ obliczeniowy dla całego obiektu wyznacza się na podstawie liczby punktów czerpalnych oraz po uwzględnieniu niejednoczesności poboru wody (tabl. 5-15).

Dla każdego punktu czerpalnego jest określony normatywny wypływ wody oraz wymagane ciśnienie, które powinno być zapewnione przed tym punktem (tabl. 5-16).

Żądana minimalna wysokość ciśnienia Hmin na wyjściu z hydroforni przy wydajności zestawu równej maksymalnemu zapotrzebowaniu na wodę określa się na podstawie wzoru:

Hmin = Htłgeom + htł + hwym (5-11)

11) PN-92/B-01706. Instalacje wodociągowe. Wymagania w projektowaniu.

12) DIN 1988. Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen (TRWI). Allgemeines. Technische Regel des DVGW. Teil 1 bis 8.

Objaśnienia:qn - normatywny wypływ z punktów czerpalnych, dm3/sqn - suma wszystkich normatywnych wypływów z punktów czerpalnych obsługiwanych

przez wymiarowany odcinek instalacji, dm3/sq - przepływ obliczeniowy, dm3/s

*) Dla instalacji wodociągowych w obiektach innych niż wymienione należy dobrać wzór do ustalenia przepływu obliczeniowego przez analogię do sposobu korzystania z instalacji przez użytkowników.

Tablica 5-14. Wzory do określania przepływów obliczeniowych dla różnych budynków (wg DIN 1988, część 3)

Rodzaj obiektu*) Wzór Uwagi

Budynki mieszkalne

dla 0,07 qn 20 dm3/s oraz dla armatury o qn < 0,5 dm3/s

dla qn > 20 dm3/s oraz dla armatury o qn 0,5 dm3/s

Budynki biurowe i administracyjne

dla qn 20 dm3/s

dla qn > 20 dm3/s

Hotele i domy towarowe

dla punktów czerpalnych o qn > 0,5 dm3/soraz w obszarze 1 < qn 20 dm3/s

dla punktów czerpalnych o qn > 0,5 dm3/s oraz w obszarze 0,1 < qn 20 dm3/s

dla qn > 20 dm3/s (dla hoteli)

dla qn > 20 dm3/s (dla domów towarowych)

Szpitale

dla qn 20 dm3/s

dla qn > 20 dm3/s

Szkoły

dla 1,5 < qn 20 dm3/s;dla qn 1,5 dm3/s q = qn

dla qn > 20 dm3/s

Skrót Opis JednostkaHmin minimalna wymagana wysokość ciśnienia na wyjściu z hydroforni m

Htłgeom różnica wysokości geometrycznej pomiędzy osią rurociągu tłocznego zestawu a najbardziej niekorzystnie usytuowanym pod względem hydraulicznym punktem poboru wody w danym systemie zaopatrzenia w wodę m

htł suma strat hydraulicznych na odcinku instalacji od urządzenia hydroforowego do najniekorzystniej usytuowanego pod względem hydraulicznym punktu poboru wody m

hwym minimalna wymagana wysokość ciśnienia wody przed najniekorzystniej usytuowanym punktem czerpalnym w budynku (patrz tabl. 5-16) m

q = 0,682 · (Σqn)0,45- 0,14

q = 1,7 · (Σqn)0,21- 0,7

q = 0,682 · (Σqn)0,45- 0,14

q = 0,4 · (Σqn)0,54- 0,48

q = 0,4 · (Σqn)0,366

q = 0,698 · (Σqn)0,5- 0,12

q = 1,08 · (Σqn)0,5- 1,83

q = 0,698 · (Σqn)0,5- 0,12

q = 0,698 · (Σqn)0,5- 0,12

q = 0,25 · (Σqn)0,65- 1,25

q = 4,4 · (Σqn)0,27- 3,41

q = -22,5 · (Σqn)-0,5- 11,5



Od roku 2004 w zbiorze Polskich norm pojawiła się norma PN-EN 806 w wersji oryginalnej dotycząca wymagań dla wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. W skład tej normy wchodzi arkusz 3 (PN-EN 806-3:2006), w którym znajduje się opis metody uproszczonej do doboru średnic w wewnętrznych instalacjach wody zimnej i ciepłej.

Metoda uproszczona jest stosowana do określania wielkości przepływu obliczeniowego oraz wymiarowania instalacji wody zimnej i ciepłej, dla wszystkich typów budynków, które nie posiadają własnego opomiarowania zużycia wody.

W normie tej instalacje wewnętrzne wodociągowe wymiaruje się dla przepływów chwilowych, nie dłuższych niż 15 minut. Maksymalne statyczne ciśnienie przed punktem czerpalnym w instalacji (przy zamkniętym wypływie wody) powinno wynosić 500 kPa (wysokość ciśnienia około 50 metrów H2O). Wyjątkiem są zawory czerpalne przy garażach i w ogrodach, dla których dopuszcza się maksymalne ciśnienie 1000 kPa (wysokość ciśnienia około 100 metrów H2O).

Minimalne ciśnienie dynamiczne przed punktem czerpalnym (podczas wypływu wody z punktu czerpalnego) powinno wynosić 100 kPa (wysokość ciśnienia około 10 metrów H2O).

W metodzie uproszczonej przyjęto jednostkowe obciążenie punktu czerpalnego (LU1) równe wypływowi obliczeniowemu 0,1 dm3/s. Punkty czerpalne charakteryzowane są wielkością wypływu obliczeniowego QA, który jest wykorzystywany do wymiarowania instalacji. Dla punktów czerpalnych opisane są także wielkości minimalne wypływu Qmin, które są zdefiniowane jako jeszcze wystarczające wielkości wypływu niezbędne do prawidłowego działania punktu czerpalnego lub urządzenia do niego podłączonego. Zależności pomiędzy obciążeniami jednostkowymi, wypływami obliczeniowymi i wypływami minimalnymi zestawiono w tabl. 5-16. Należy zauważyć, że wartości wypływów podane w tabl. 5-16 służą jedynie do wymiarowania przewodów i są różne od wartości wypływów z punktów czerpalnych i urządzeń podawanych przez ich producentów.

Tablica 5-15. Normatywne wypływy wody z punktów czerpalnych i wymagane ciśnienia przed punktem czerpalnym (wg PN 92/B-01706)

Rodzaj punktu czerpalnegoWymagane

ciśnienieMPa

Normatywny wypływ wody

mieszanej1) tylko zimnej lub ciepłej

qn zimna, dm3/s qn ciepła, dm3/s qn dm3/s

Zawór czerpalny:bez perlatora2) DN 154)

DN 20 DN 25z perlatorem DN 10 DN 15

0,050,050,050,10,1

0,30,51,0

0,150,15

Głowica natrysku DN 15 0,1 0,1 0,1 0,2

Płuczka ciśnieniowa DN 15 DN 20 DN 25Zawór spłukujący do pisuarów DN 15

0,120,120,4 0,1

0,71,01,00,3

Zmywarka do naczyń (domowa) DN 15Pralka automatyczna (domowa) DN 15

0,10,1

0,150,25

Baterie czerpalnedla natrysków DN 15dla wanien DN 15dla zlewozmywaków DN 15dla umywalek DN 15 dla wanien do siedzenia DN 15

0,10,10,10,10,1

0,15 0,15 0,070,070,07

0,15 0,15 0,070,070,07

Bateria czerpalna z mieszalnikiem DN 20 0,1 0,3 0,3

Płuczka zbiornikowa DN 15 0,05 0,13

Warnik elektryczny3) DN 15 0,1 0,1

Objaśnienia:1) woda zimna Tz = 15°C, ciepła Tc = 55°C2) jeżeli zawór z wężem L 10 m, to ciśnienie 0,15 Mpa3) przy całkowicie otwartej śrubie dławiącej4) DN - średnica nominalna punktu czerpalnego, mm

1) LU – skrót ang. Loading Unit.



Rys. 5.11. Zależność przepływu projektowego dla instalacji QD od sumy wypływów obliczeniowych QT = QA wyrażonych w jednostkach obciążenia LA – pozioma dolna oś wykresu (wg PN-EN 806-3:2006).

Obliczenia prowadzi się od ostatniego, najdalej położonego w instalacji punktu czerpalnego. Dla kolejnych odcinków instalacji sumuje się obciążenia jednostkowe charakteryzujące zasilane punkty czerpalne. Na podstawie wartości obciążeń jednostkowych LU

dla każdego odcinka dobiera się średnicę w zależności od materiału przewodów. Na rys. 5.11 przedstawiono wykres zależności przepływu projektowego dla instalacji QD od sumy wypływów obliczeniowych QT = QA wyrażonych w jednostkach obciążenia LA.

Tablica 5-16. Wielkości wypływów obliczeniowych, wypływów minimalnych i obciążenia jednostkowe punktów czerpalnych wg PN-EN 806-3:2006.

Rodzaj punktu czerpalnegoWypływ

obliczeniowyQA [dm3/s]

Wypływ minimalny

Qmin [dm3/s]

Obciążenie jednostkowe

LU

Bateria czerpalna umywalkowa, bidetowa, płuczka zbiornikowa przy misce ustępowej

0,1 0,1 1

Bateria czerpalna zlewozmywakowa, zmywarka do naczyń, pralka automatyczna, głowica natryskowa (zastosowania domowe)

0,2 0,15 2

Zawór pisuarowy 0,3 0,15 3

Bateria czerpalna wannowa 0,4 0,3 4

Zawór czerpalny (ogrodowy, garażowy) 0,5 0,4 5

Bateria czerpalna zlewozmywakowa DN 20, bateria wannowa (zastosowania inne niż domowe)

0,8 0,8 8

Zawór spłukujący DN 20 1,5 1,0 15

5.8.2. Dobór zestawu hydroforowego Dysponując wartościami zapotrzebowania na wodę w danym obiekcie Qmax (równej wydajności projektowanego zestawu Qp), minimalną wymaganą wysokością ciśnienia wody na wyjściu z hydroforni Hmin oraz danymi charakteryzującymi źródło zasilania obiektu w wodę, można obliczyć wymaganą wysokość podnoszenia Hp zestawu hydroforowego.

W przypadku bezpośredniej współpracy projektowanego zestawu hydroforowego z wodociągiem zewnętrznym, minimalną wymaganą wysokość podnoszenia Hp wyznacza się z zależności (rys. 5.12):

Hp = Hmin - Hs (5-12)

Hs = Hdysp - hs - Hsgeom (5-13)

W przypadku zasilania hydroforni wodą ze zbiornika wyrównawczego minimalna wymagana wysokość podnoszenia zestawu wynosi (rys. 5.13):

Hp = Htł - HS = Hgeom + hwym + hstr - hstr (5-14)



Rys. 5.12. Schemat zasilania instalacji wodociągowej w budynku mieszkalnym przy pomocy zestawu hydroforowego. Oznaczenia: COR - zestaw hydroforowy, w100 - przewód wodociągowy sieci miejskiej o średnicy 100 mm, opis pozostałych oznaczeń w tekście.

Rys. 5.13. Zasada ustalania wysokości podnoszenia zestawu hydroforowego dla budynku wysokościowego ze zbiornikiem wyrównawczym.

Skrót Opis JednostkaHp wymagana wysokość podnoszenia zestawu hydroforowego m

Hmin minimalna wymagana wysokość ciśnienia w zasilanej instalacji m

Hs wysokość ciśnienia w króccu ssawnym zestawu hydroforowego wyznaczona z zależności:

Skrót Opis JednostkaHdysp minimalna dyspozycyjna wysokość ciśnienia wody w wodociągu zewnętrznym w miejscu przyłącza wodociągowego zasilającego zestaw hydroforowy m

hs wysokość strat ciśnienia w połączeniu wodociągowym od miejsca przyłącza wodo- ciągowego zasilającego zestaw hydroforowy m

Hsgeom różnica wysokości geometrycznych położenia między osią zewnętrznego przewodu wodociągowego a osią kolektora ssawnego zestawu hydroforowego m

tł S

Skrót Opis

Hgeom różnica wysokości geometrycznej w pionie pomiędzy minimalnym poziomem wody w zbiorniku wyrównawczym a najwyżej położonym punktem czerpalnym w instalacji wodociągowej

hwym wymagana wysokość ciśnienia przed punktem

czerpalnym (hwym = 10 m H2O)


i miejscowych) licząc od króćca tłocznego zestawu hydroforowego do najdalej położonego punktu czerpalnego w instalacji


i miejscowych) na przewodzie ssawnym od zbiornika wyrównawczego do króćca ssawnego zestawu hydroforowego

min

max

HP

hwym

Δhtłstr

ΔhSstr

Zawór czerpalny

WILOPrzewód wodociągowy

Zestaw hydroforowy

Zbiornik wyrównawczy

Wysokość podnoszenia pompy głębinowej stanowi w całości wysokość tłoczenia z uwagi na jej pracę w zanurzeniu pod zwierciadłem wody (brak jest wysokości ssania). Pompa głębinowa współpracuje z instalacją wodociągową i jest sterowana zmieniającym się ciśnieniem po stronie tłocznej. W celu umożliwienia płynnej pracy pompy przy zmiennych rozbiorach wody na przewodzie tłocznym instaluje się zbiornik wodno-powietrzny.



Na terenach nieuzbrojonych instalacje wodociągowe w budynku są zasilane w wodę ze studni zlokalizowanych na terenie posesji. W przypadku wykorzystywania wód podziemnych do zasilania budynków w wodę najczęściej występują dwa rozwiązania dostawy wody w zależności od warunków hydrogeologicznych i zastosowania różnych rodzajów pomp.

W przypadku występowania wody podziemnej na większych głębokościach niż orientacyjnie 10 metrów pod poziomem terenu, wtedy stosuje się studnię wierconą przystosowaną do współpracy z pompą głębinową zatapialną (rys. 5.14). Wydajność pompy QP określa się na podstawie przepływu obliczeniowego dla całej instalacji wody zimnej i ciepłej, na podstawie sumy wypływów normatywnych z poszczególnych punktów czerpalnych. Wysokość podnoszenia HP dla szukanej pompy głębinowej można określić na podstawie wzoru:

Hp = Hgeom + hwym + hstr (5-15)

Skrót Opis

Hgeom różnica wysokości geometrycznej w pionie pomiędzy zwierciadłem dynamicznym w otworze studni a najwyżej położonym punktem czerpalnym w zasilanej instalacji

hwym wymagana wysokość ciśnienia przed

punktem czerpalnym (dla budynków mieszkalnych hwym = 10 m H2O)

hstr suma oporów przepływu (strat liniowych i miejscowych) od króćca tłocznego pompy głębinowej do najdalej położonego punktu czerpalnego w instalacji

Hp

Δhstr

hwym

Hgeom

Pompa głębinowa

Zwierciadło dynamiczne

Zwierciadło statyczne

Zbiornik wodno-powietrzny

Filtr w studni

Linia ciśnienia

Rys. 5.14. Zasada ustalania wysokości podnoszenia pompy głębinowej dla budynku jednorodzinnego zasilanego w wodę ze studni wierconej.

Jeśli na terenie posesji zwierciadło wody podziemnej znajduje się na głębokości do 7-8 metrów pod poziomem terenu, wtedy możliwe jest zastosowanie do zasilania instalacji pompy wirowej samozasysającej o wale poziomym lub pionowym, zlokalizowanej np. w piwnicy budynku (rys. 5.15). W studni zlokalizowany jest przewód ssawny zakończony koszem ssawnym, którym woda jest zasysana przez pracującą w pobliskim budynku pompę. W przypadku takiego układu wysokość podnoszenia pompy HP będzie sumą jej wysokości ssania HS i wysokości po stronie tłoczenia wody do instalacji Htł:

Hp = Hs + Htł (5-16)

Hs = Hsgeom + Hs

str (5-17)

Htł = Htłgeom + hwym + htł

str (5-18)



Rys. 5.15. Zasada ustalania wysokości podnoszenia pompy wirowej samozasysającej dla budynku jednorodzinnego zasilanego w wodę ze studni kopanej.

hwym

Δhtłstr

Hp Htł

geom

Hsgeom

Δhsstr

Zbiornik wodno-powietrzny

W przypadku doboru pompy zasysającej wodę z poziomu niższego w stosunku do umiejscowienia pompy należy zwrócić uwagę na maksymalną dopuszczalną wysokość ssania. W przypadku przekroczenia tej wysokości w króćcu ssawnym pompy może dojść do zjawiska kawitacji i w efekcie trwałego uszkodzenia pompy (patrz rozdz. 4.3).

Skrót Opis

HSgeom różnica wysokości geometrycznej w pionie pomiędzy

zwierciadłem dynamicznym wody w studni a osią wirnika pompy zlokalizowanej w budynku


i miejscowych) w przewodzie ssawnym licząc od kosza ssawnego do króćca ssawnego pompy

Htłgeom różnica wysokości geometrycznej w pionie pomiędzy

osią wirnika pompy a najwyżej położonym punktem czerpalnym w zasilanej instalacji

hwym wymagana wysokość ciśnienia przed punktem czerpalnym (dla budynków mieszkalnych hwym = 10 m H2O)


i miejscowych) licząc od króćca tłocznego pompy do najdalej położonego punktu czerpalnego w instalacji


Dysponując wartościami Qp, Hp, określającymi wymagany punkt pracy zestawu hydroforowego można dobrać szukany zestaw hydroforowy na podstawie zamieszczonych w katalogu wypadkowych charakterystyk przepływu poszczególnych typów zestawów (rys. 5.16). Charakterystyka pracy dobranego zestawu nie uwzględnia pompy rezerwowej, która znajduje się w każdym zestawie. Przy wyborze zestawu hydroforowego należy kierować się następującymi zasadami:

• obliczeniowy punkt pracy zestawu (Qp, Hp) powinien leżeć bezpośrednio na lub nieco poniżej charakterystyki przepływu wybranego zestawu i nie powinien znajdować się w jej stromej części,

• różnica h pomiędzy wartością Hp, a wartością H0 (H0 - wysokość podnoszenia pompy podstawowej zestawu przy zerowej wydajności) powinna mieścić się w przedziale 10÷20 m.,

• zalecany jest dobór zestawu o większej liczbie pomp ze względu na istotne oszczędności energii w trakcie eksploatacji urządzenia, jednak przy podejmowaniu ostatecznej decyzji należy kierować się rachunkiem ekonomicznym, uwzględniając różnice w cenach możliwych do zastosowania rozwiązań,

• głośność pracy: w budynkach mieszkalnych lub usługowych zalecane jest stosowanie zestawów hydroforowych wyposażonych w cichobieżne pompy bezdławnicowe typu MVIS oferowane przez Wilo (rys. 5.18); poziom głośności tych pomp jest niższy o około 20dB w porównaniu z pompami dławnicowymi (np. typu MVI - rys. 5.20). Wilo uzupełniło swoją ofertę o wysokosprawne pompy typu Helix. Jest to nowa generacja pomp wysokociśnieniowych z wysoce energooszczędnymi silnikami.

• wymiary: zestawy produkcji Wilo w porównaniu do urządzeń innych producentów charakteryzują się bardzo małymi wymiarami; pozwala to na zmniejszenie wymaganej powierzchni pomieszczenia hydroforni oraz możliwość transportu przez normalne otwory drzwiowe (bez konieczności projektowania i wykonywania specjalnych otworów montażowych); zestawy produkcji Wilo po rozmontowaniu mogą być transportowane przez otwory o wymiarach 700 × 700 mm.

Syrena

Samolot

Koncert

Hala fabryczna

Samochód ciężarowy

Ruch drogowy

Biuro

Zabawa

Szum liści

Pomieszczeniez izolacją dźwiękową

dB(A)1401301201101009080706050403020100

Młot pneumatyczny

Wilo-Multivert MVISE

Rys. 5.16. Charakterystyki zbiorcze zestawów hydroforowych

Rys. 5.17. Cichobieżność pomp MVISE

Odrębnego omówienia wymaga problem stosowania zestawów hydroforowych wyposażonych w urządzenie do płynnej regulacji prędkości obrotowej jednej lub wszystkich pomp, czyli przetwornicy częstotliwości. Zmiana prędkości obrotowej umożliwia znaczne poszerzenie zakresu, w którym praca pomp jest poprawna i sprawna.

Regulacja charakterystyki pompy przez zmianę prędkości obrotowej została szczegółowo omówiona w rozdz. 6.1.5.

Zestawy hydroforowe z przetwornicą częstotliwości zaleca się stosować w następujących przypadkach:

• jeżeli zakres zmian ciśnienia w sieci zasilającej projektowaną hydrofornię jest większy niż 1,5 bara,

• w instalacjach, w których wymagane ciśnienie pracy jest zbliżone do maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia (różnica między ciśnieniami jest mniejsza od 1,0 bara),

• w przypadku zestawów hydroforowych wyposażonych w pompy z silnikami o mocach powyżej 4,0 kW (nie dotyczy zestawów przeciwpożarowych).


Rys. 5.18. Cichobieżna pompa bezdławnicowa typu MVIS (stałoobrotowa). Rys. 5.19. Cichobieżna pompa bezdławnicowa typu MVISE (ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości na silniku). Rys. 5.20. Pompa dławnicowa typu MVI (stałoobrotowa). Rys. 5.21. Pompa dławnicowa typu MVIE (ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości na silniku).

Rys. 5.22. Pompa dławnicowa typu Helix o wysokiej sprawności ( stałoobrotowa).Rys. 5.23. Pompa dławnicowa typu Helix o wysokiej sprawności (ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości na silniku).Rys. 5.24. Pompa dławnicowa typu Helix EXCEL o wyskokiej sprawności z silnikim powyżej IE4

(ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości na silniku).

Rys. 5.18.

Rys. 5.22.

Rys. 5.19.

Rys. 5.23.

Rys. 5.20.

Rys. 5.24.

Rys. 5.21.

6.1.4. Regulacja przez zmianę geometrii wirnika pompy W pompach z wirnikami o przepływie promieniowym cieczy zmianę parametrów Q i H osiąga się przez stoczenie zewnętrznej średnicy wirnika. Przy stoczeniu średnicy zewnętrznej wirnika zachodzą w przybliżeniu następujące zależności:

Przy stoczeniu średnicy zewnętrznej wirnika, w odróżnieniu od innych wyżej podanych sposobów regulacji parametrów, uzyskuje się stałe zmniejszenie parametrów bez możliwości powrotu do poprzednich. Regulacji tego typu nie można zastosować w pompach wielostopniowych i pionowych.

6.1.5. Regulacja przez zmianę prędkości obrotowej Właściwości przepływowe pomp wirowych powodują, że zmiana prędkości obrotowej pozwala na znaczne rozszerzenie pola Q-H, w którym praca pompy jest poprawna i sprawna. Dzięki temu technika regulacji obrotami znajduje największe zastosowanie - od pomp cyrkulacyjnych o mocach ułamkowych do pomp zasilających o mocach kilkudziesięciu tysięcy kilowatów. Regulacja obrotami wymaga napędu - pośredniego lub bezpośredniego, zdolnego do bezstopniowej zmiany obrotów. Stosowane są silniki spalinowe i turbiny - parowe i gazowe, silniki elektryczne prądu stałego oraz przekładnie różnego typu, od pasowych po przekładnie hydrokinetyczne.

6. Sterowanie pracą pomp

6.1 Sposoby regulacji wydajności pompy6.1.1. Regulacja dławieniowaRegulacja poprzez dławienie przepływu zaworem na rurociągu tłocznym13 jest powszechnie stosowaną metodą ograniczania wydajności i jednocześnie regulacją najmniej ekonomiczną. Zwiększanie oporów przepływu powoduje podnoszenie charakterystyki rurociągu, aż do pozycji pionowej przy całkowitym zamknięciu. Punkt pracy pompy ustala się w dowolnie wybranym położeniu powodując zmniejszanie wydajności od Qmax (pełne otwarcie) do Q = 0, odpowiednio do zapotrzebowania. Do regulacji dławieniowej nie należy stosować przepustnic oraz zaworów kulowych.

6.1.2. Regulacja upustowa Regulacja upustowa jest najprostszym sposobem reakcji na zmienne zapotrzebowanie na wodę. Pompa dobrana do pracy z największą wydajnością pracuje w warunkach niezmiennych, a nadmiar cieczy ponad chwilowe zapotrzebowanie jest kierowany ponownie do jej zbiornika lub rurociągu ssawnego.

6.1.3. Samoregulacja pompy Samoregulacja jest to specyficzna właściwość pomp współpracujących z przewodem wodociągowym o zmiennej charakterystyce hydraulicznej. Jeśli charakterystyka przewodu podnosi się, wówczas punkt jej przecięcia ze stałą charakterystyką pompy, czyli punkt pracy, przesuwa się w kierunku mniejszych wydajności pompy (rys. 6.1).

Rys. 6.1. Samoczynna zmiana wydajności pompy z Q1 na Q2 w wyniku przesunięcia charakterystyki rurociągu z r1 do r2 na skutek wzrostu ciśnienia o p

13) Metody tej nigdy nie stosuje się dla zaworu na przewodzie ssawnym, ponieważ istnieje niebezpieczeństwo zwiększenia całkowitej wysokości ssania instalacji pompowej do wartości, która przekroczy dopuszczalną wysokość ssania dla pompy, co spowoduje kawitację w pompie (patrz rozdz. 4.3).

d''2 (6-1)

d'2

= Q''

Q'√=

H''

H'√


Skrót Opisd2" średnica zewnętrzna wirnika pompy po obtoczeniu

d2' średnica zewnętrzna wirnika pomp przed obtoczeniem

Q" i Q' wydajności odpowiednio po i przed obtoczeniem wirnika pompy

H" i H' wysokości podnoszenia odpowiednio po i przed obtoczeniem wirnika pompy

S T E R O WA N I E P R A C Ą P O M P

Problem regulacji napędów asynchronicznymi silnikami prądu zmiennego został rozwiązany stosunkowo niedawno dzięki rozwojowi elektroniki. Układy wielomaszynowe, stosowane dla uzyskania zmiennej częstotliwości zasilania silnika napędowego, zastąpione zostały przemiennikami częstotliwości. Zmiana prędkości obrotowej powoduje zmianę wydajności pompy, w takim stosunku, w jakim zmieniają się obroty:

gdzie Q1 to wydajność pompy odpowiadająca liczbie obrotów n1, a Q2 to wydajność odpowiadająca liczbie obrotów równej n2. Zmiana prędkości obrotowej powoduje zmianę wysokości podnoszenia, w takim stopniu, w jakim zmienia się kwadrat stosunku obrotów:

gdzie H1 to wysokość podnoszenia odpowiadająca liczbie obrotów n1, a H2 to wysokość podnoszenia pompy odpowiadająca liczbie obrotów równej n2 (dwukrotne zmniejszenie obrotów powoduje czterokrotne zmniejszenie wysokości podnoszenia).

Na podstawie zależności 6-2 i 6-3 oraz przy założeniu niezmienności sprawności pompy przy zmianie prędkości obrotowej zapotrzebowanie mocy na wale zmienia się z trzecią potęgą liczby obrotów:

gdzie P1 to moc na wale pompy przy liczbie obrotów n1, a P2 to moc pompy odpowiadająca liczbie obrotów równej n2 (czyli dwukrotne zmniejszenie obrotów spowoduje ośmiokrotne zmniejszenie zapotrzebowania mocy).

6.2. Podstawowe układy sterowania w pompowniach6.2.1. Sterowanie w systemie „załącz-wyłącz” Najprostszym sposobem sterowania jest praca jednej pompy lub układu pomp ograniczająca się do funkcji „załącz-wyłącz”. Taki rodzaj sterowania można stosować w prostych układach hydraulicznych, np. do pompowania wody z dolnego do górnego zbiornika przy stałym ciśnieniu na wylocie z rurociągu tłocznego i niezmiennym położeniu zwierciadła wody w dolnym otwartym zbiorniku (rys. 6.2). Impulsy załączania bądź wyłączania pompy podawane są np. przez pływakowy przetwornik poziomu cieczy w zbiorniku górnym lub za pomocą sondy konduktometrycznej. Układy takie zdarzają się jednak bardzo rzadko. Częściej spotyka się podobne schematy hydromechaniczne pompowni, ale ciśnienie na wylocie z rurociągu może być zmienne, zwierciadło w dolnym zbiorniku może się wahać w granicach istotnych dla układu bądź mogą zaistnieć te dwie modyfikacje jednocześnie. W takich przypadkach sterowanie ograniczające się do funkcji „załącz-wyłącz” jest niewystarczające, praca pomp odbywa się w warunkach nieekonomicznych i energochłonnych.

Rys. 6.2. Sterowanie w systemie „załącz-wyłącz” dla układu: zbiornik otwarty dolny, pompownia, zbiornik otwarty górny

Q1 (6-2)Q2

n1

n2

=

H1 (6-3)H2

n12

n2

=

P1 (6-4)P2

n13

n2

=




6.2.3. Sterowanie ze sterownikiem mikroprocesorowym Sterowanie tego typu jest podobne do sterowania kaskadowego. Dzięki zastosowaniu sterownika mikroprocesorowego możliwości techniczne sterowania zwiększyły się wielokrotnie, przez co wzrosła niezawodność oraz zmniejszyła się energochłonność pracy pompowni. Sterownik mikroprocesorowy jest połączony z czujnikami ciśnienia na ssaniu i tłoczeniu oraz z wodomierzem, które wyposażone są w nadajniki przekazujące sygnały elektryczne proporcjonalne do chwilowych mierzonych wartości. Sygnały elektryczne są zamieniane na sygnały analogowe i po wprowadzeniu do sterownika mikroprocesorowego traktowane są jako dane wejściowe. Praca sterownika odbywa się według zadanych algorytmów. Algorytmy różnią się funkcjami, jakie ma spełniać prawidłowo pracujący sterownik umieszczony w danym schemacie hydraulicznym pompowni (rys. 6.3). Sterownik mikroprocesorowy realizuje następujące funkcje:

• włącza i wyłącza poszczególne pompy zestawu w zależności od wartości ciśnienia za zestawem hydroforowym (uwarunkowanego aktualnym poborem wody) oraz ciśnienia przed zestawem, utrzymując ciśnienie na jego wyjściu w zadanym przedziale,

• umożliwia włączanie (wyłączanie) pomp w takiej kolejności, że włączana (wyłączana) jest zawsze ta pompa, dla której czas postoju (pracy) jest najdłuższy. Taki sposób sterowania powoduje wydłużenie cykli pracy pomp oraz równomierne ich zużywanie (łącznie z rezerwową),

• uniemożliwia jednoczesne włączenie więcej niż jednej pompy, przesuwając w czasie rozruch poszczególnych pomp,

• blokuje włączenie tej pompy, której elektryczny układ zabezpieczający wykazuje awarię,

• blokuje możliwość natychmiastowego włączenia (wyłączenia) pompy po wyłączeniu (włączeniu) poprzedniej, co uniemożliwia pulsacyjną pracę urządzenia w przypadku gwałtownych zmian poboru wody,

• zabezpiecza zestaw przed suchobiegiem, wyłączając kolejno poszczególne pompy zestawu przy spadku ciśnienia na ssaniu poniżej wartości zadanej (dla zestawów z bezpośrednim podłączeniem do wodociągu) lub w przypadku, gdy poziom wody w zbiorniku obniży się poniżej wartości zadanej,

• wyłącza pompy w przypadku przekroczenia dopuszczalnego ciśnienia w kolektorze tłocznym,

• umożliwia płynną zmianę progów wyłączania pompy w zależności od ciśnienia ssania; taki sposób zapewnia optymalne wykorzystanie pomp oraz prawidłowość funkcjonowania innych urządzeń w szerokim zakresie zmian ciśnienia w kolektorze ssącym,

• blokuje włączenie pomp w przypadku, gdy częstotliwość włączenia przekracza dopuszczaln ą wartość, zabezpieczając w ten sposób silniki pomp przed zniszczeniem,

• umożliwia odczyt aktualnych parametrów pracy oraz ciśnienia po stronie tłocznej zestawu podczas pracy pomp oraz przy zablokowanej możliwości włączenia pomp,

• w czasie małych poborów wody (gdy pracuje jedna pompa) umożliwia przełączenia pomp, zapewniając ich optymalne wykorzystanie,

• umożliwia wykonywanie dodatkowych funkcji zgodnie z życzeniem zamawiającego.

6.2.2. Sterowanie w systemie kaskadowym Sterowanie tego typu stosuje się w pompowniach o dużej wydajności i znacznych wahaniach rozbioru wody. Pompownie wyposażone są w kilka pomp współpracujących ze sobą. Liczba jednocześnie czynnych pomp zależy od rozbioru wody.

Na rys. 6.3 pokazano przebieg pracy pompowni wyposażonej w trzy jednakowe pompy A, B, C, sterowane za pomocą manometrycznych przetworników ciśnieniowych z uwzględnieniem tylko jednego przewodu tłocznego wychodzącego z pompowni w układzie Q-H z pominięciem nieznacznych strat ciśnienia w rurociągach w obrębie pompowni i wahań zwierciadła wody w zbiorniku dolnym, z którego woda z napływem czerpana jest przez pompy.

Rys. 6.3. Przebieg pracy pompowni wyposażonej w jednakowe pompy sterowane za pomocą przetworników ciśnieniowych

2. Poziom ciśnienia wyłączania (dowolnie regulowany) dla pompy obciążenia głównego

1. Poziom ciśnienia wyłączania (dowolnie regulowany) dla pompy obciążenia szczytowego

pWył.1

pWył.2

Parabola sieci rurowej

3

Poziom ciśnienia załączania

PWł.2 1

H[m

]

Q



Sterowniki przystosowane do współpracy z przetwornicą częstotliwości oprócz funkcji wymienionych w rozdz. 6.2.3, umożliwiają realizację nast ępujących dodatkowych zadań:

• w przypadku współpracy z przetwornicą częstotliwości, dzięki możliwości regulacji prędkości obrotowej jednej z pomp, umożliwiają utrzymanie ciśnienia na wyjściu z hydroforni praktycznie w stałym punkcie, niezależnie od rozbioru wody i ciśnienia panującego w króćcu ssawnym pompy,

• w razie uszkodzenia przetwornicy układ może automatycznie przejść do pracy w układzie klasycznym (opisanym w rozdz. 6.2.3.).

W układach sterowania typu CC produkcji Wilo (rys. 6.4) stosowany jest ponadto specjalny algorytm, który umożliwia minimalizację występowania uderzeń hydraulicznych. Zasada jego działania polega na tym, że tuż przed momentem załączenia kolejnej pompy do już pracujących w zestawie zmniejszane są obroty wirnika pompy sterowanej za pomocą przetwornicy częstotliwości. Działanie takie umożliwia „miękkie” pod względem hydraulicznym dołączanie lub odłączanie kolejnych pomp.

Zaletami pompowni ze sterowaniem mikroprocesorowym i regulacją prędkości obrotowej są wysokie sprawności pracy układów pompowych, co wiąże się z obniżeniem energochłonności w stosunku do tradycyjnych pompowni lub tradycyjnych układów hydroforowych.

Zastosowanie sterownika mikroprocesorowego z przetwornicą częstotliwości (falownikiem) w układach pompowych nie zawsze daje korzyści w postaci zmniejszenia energochłonności. W głównej mierze zależy to od odpowiedniego doboru rodzaju pomp i sterowania do układu hydraulicznego pompowni. W wielu przypadkach zastosowanie sterowania ze sterownikiem mikroprocesorowym i prawidłowo dobranymi pompami jest rozwiązaniem zupełnie wystarczającym i uzasadnionym ekonomicznie. W przypadku modernizacji już istniejącej pompowni celowe staje się przeprowadzenie badań w rzeczywistych warunkach, co powinno umożliwić przeprowadzenie oceny opłacalności zastosowania falownika do regulacji prędkości obrotowej pomp, przy uwzględnieniu nakładów inwestycyjnych i obniżeniu kosztów eksploatacji. Zalety pompowni z przetwornicą częstotliwości uwidaczniają się szczególnie w przypadku, gdy występują duże nierównomierności rozbiorów wody.

6.2.4. Sterowanie ze sterownikiem mikroprocesorowym przystosowanym do współpracy z przetwornicą częstotliwości

Parabola sieci rurowej

Poziom ciśnienia załączaniaPompa obciążenia szczytowego

Poziom ciśnienia wyłączaniaPompa obciążenia szczytowegop

Wył.

Wartość zadana

H[m

]

Q

3 2 1 P

Wł.

Rys. 6.4. Przebieg pracy pompowni wyposażonej w jednakowe pompy sterowane za pomocą systemu CC z przetwornicą częstotliwości



W przypadku płaskich charakterystyk rurociągu, mniejszych mocy i zakresu wydajności układów pompowych w pompowni, inwestowanie w regulację obrotów prawidłowo dobranej pompy okazać się może nieopłacalne. Stosunkowo wysoki koszt jednostkowy przetwornicy częstotliwości, nie zawsze zwraca się w okresie eksploatacji.

Zastosowanie sterowników mikroprocesorowych z falownikami w prawidłowo dobranych układach pompowych daje nie tylko korzyści ekonomiczne wynikające z oszczędności energii elektrycznej, lecz również wiele innych korzyści, jak np.:

• możliwość stosowania typowego silnika asynchronicznego zwartego,

• obniżenie kosztów konserwacji silnika i jego wyposażenia, pompy i armatury hydraulicznej,

• możliwość uzyskania łagodnego rozruchu, • utrzymywanie w całym zakresie regulacji

współczynnika mocy zbliżonego do jedności, • możliwość zmniejszenia lub nawet eliminacji

zbiorników ciśnieniowych, • zmniejszenie wielkości prądów rozruchowych, • zmniejszenie hałasów hydraulicznych, jak

również uderzeń hydraulicznych wskutek łagodnego rozruchu, powodując tym samym przedłużenie żywotności instalacji hydraulicznej.

Najbardziej celowa jest kombinacja pomp o zmiennej i stałej prędkości obrotowej,

która może zapewnić wszelkie korzyści wynikające ze stosowania wyłącznie pomp o zmiennej prędkości obrotowej przy znacznie niższym koszcie wyposażenia. Poniżej podano przykładowe możliwości współpracy pomp o zmiennej i stałej prędkości obrotowej:

• w układzie dwóch pomp - pompa „prowadząca” i „wspomagająca” pracują z tą samą prędkością obrotową przy równych wydatkach (metoda zalecana),

• w układzie trzech pomp pracują dwie pompy o zmiennej prędkości obrotowej i jedna pompa o stałej prędkości obrotowej. Pompy o zmiennej prędkości obrotowej powinny być w stanie podawać 60% szczytowego zapotrzebowania, a pompa o stałej ilości obrotów - 40% szczytowego zapotrzebowania. Jedna z pomp o zmiennej prędkości obrotowej pracuje jako zespół „prowadzący” i przy przechwyceniu 60% zapotrzebowania uruchamiana zostaje pompa o stałej ilości obrotów, którą wyłącza się, gdy zapotrzebowanie spadnie do 55% wartości szczytowej. Druga pompa o zmiennej prędkości obrotowej działa jako rezerwa i może być co 24 godziny włączana w miejsce „pracującej” pompy.

Wybór kombinacji współpracujących pomp powinien być przeprowadzany w oparciu o wykres godzinowego zużycia wody i w nawiązaniu do aktualnych jednostek pompowych.

T h e m a


W zestawach złożonych z pomp, gdzie każda jest wyposażona w swoją własną przetwornicę częstotliwości (rys 6.5, 6.6, 6.7) w czasie pracy urządzenia mamy do czynienia z wysoką stabilizacją ciśnienia po stronie tłocznej. Do wartości zadanej poniżej 5 bar odchyłka wynosi +/- 0,1 bar, a powyżej nastawionego ciśnienia 5 bar odchyłka wynosi 2% wartości zadanej. Utrzymanie tak stabilnego ciśnienia jest spowodowane zastosowaniem specjalnego algorytmu załączania się i wyłączania pomp w zestawie.

Urządzenie do podwyższania ciśnienia Wilo Comfort-Vario regulowane jest i kontrolowane przez regulator Comfort Vario w połączeniu

6.2.5. Sterowanie VR (SC): Sterowanie ze sterownikiem mikroprocesorowym zarządzającym pracą pomp z bezpośrednio zintegrowaną przetwornicą częstotliwości na silniku każdej z nich


Rys 6.6. Zestaw na poziomych pompach dławnicowych MHIE ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości na silniku.

Rys 6.5. Zestaw na pionowych pompach dławnicowych MVIE ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości na silniku.

Rys 6.9. Zestaw na wysokosprawnych pionowych pompach dławnicowych typu Helix EXCEL ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości na silniku ≥ IE4.

Rys 6.8. Zestaw na wysokociśnieniowych pionowych pompach dławnicowych typu Helix ze zintegrowaną przetrwornicą częstotliwości na silniku.

Rys 6.7. Zestaw na pionowych pompach bezdławnicowych MVISE ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości na silniku.

z różnymi czujnikami ciśnienia i poziomu. W zależności od ciśnienia, odpowiednio do zapotrzebowania wody, pompa jest włączana lub wyłączana w trybie pracy kaskadowej w zakresie regulacji. Dzięki współpracy kilku małych pomp, z których wszystkie posiadają zintegrowaną/podłączoną przetwornicę częstotliwości do bezstopniowej regulacji


prędkości obrotowej, istnieje gwarancja, że odbywać się będzie ciągłe dostosowywanie do danych stanów zużycia/obciążenia przy zachowaniu zadanego ciśnienia pracy.

Wilo wprowadziło na rynek zestawy na bardzo energooszczędnych pompach typu Helix (rys. 6.8) oraz Helix EXCEL (rys. 6.9). Pracą tych pomp w zestawie zarządza sterownik typu SC (Smart Control). Są to urządzenia mogące współpracować z systemami BMS takimi jak: MOD-BUS, BAC-NET, CAN, LON, PLR.

Włączanie pompy obciążenia podstawowego.Włączanie pompy obciążenia głównego odbywa się bez opóźnienia po spadku ciśnienia poniżej ustawionej wartości zadanej ciśnienia. W zakresie regulacji wydajności pompy (pomiędzy 0 a maks. przepływem) dostosowywana jest ona przez zintegrowaną przetwornicę częstotliwości wewnątrz zakresu regulacji, bezstopniowo do aktualnych rozbiorów.

Pompy serii MVISE pozwalają na zmianę prędkości obrotowej w zakresie częstotliwości od 20 Hz do 50 Hz.

Dołączanie pompy obciążenia szczytowego. Przy wzrastającym zapotrzebowaniu na wodę

pompa obciążenia głównego pracuje z maks. prędkością obrotową. Regulacja prędkości obrotowej zostaje zablokowana, aby pompa ta mogła pracować z optymalną sprawnością. Pompa obciążenia szczytowego 1 przejmuje wówczas funkcję regulacyjną. Jest ona dołączana przez regulator Comfort-Vario już przy 96% prędkości obrotowej pompy obciążenia głównego. Jest tak jednak tylko w funkcji gotowości (tryb 20/26 Hz), aby na wypadek przekroczenia wydajności pompy obciążenia głównego móc bez opóźnienia przejąć regulację. W ten sposób można zagwarantować, iż przy dołączeniu pompy obciążenia szczytowego, występujący zazwyczaj wówczas skok ciśnienia, zostanie skutecznie wyeliminowany. Gdyby po dołączeniu 1. pompy obciążenia szczytowego wystąpił stan ustalony, czyli gdyby nie wystąpił dalszy wzrost zapotrzebowania wody, wówczas pompa obciążenia szczytowego zostanie z powrotem wyłączona po upływie 15 s. W ten sposób zapobiega się niepotrzebnemu zużyciu energii elektrycznej. W trybie gotowości, pompa obciążenia szczytowego 1 ze względu na swoją niewielką prędkość obrotową (20 Hz), nie wpływa w żaden sposób na hydrauliczną wydajność całego urządzenia do podwyższania ciśnienia.

Dołączanie dalszych pomp obciążenia szczytowego odbywa się analogicznie do poprzedniego opisu. Również i tu juz pracujące pompy blokowane są na maksymalnej prędkości obrotowej, a regulację przejmuje świeżo dołączony agregat. W ten sposób uzyskuje się ekonomiczną pracę urządzenia przy znamionowej prędkości obrotowej, a tym samym optimum sprawności już w pełni wykorzystywanych pomp.

Rys 6.8. Dołączanie pomp obciążenia szczytowego.


Dołączanie pomp obciążenia szczytowego


Rys 6.9. Wyłączanie pomp obciążenia szczytowego.

Przy spadku zapotrzebowania na wodę prędkość obrotowa pracującej właśnie pompy obciążenia szczytowego zostaje zmniejszona na tyle, aby nie wpływała na hydrauliczną wydajność urządzenia do podwyższania ciśnienia. Dzieje się tak wówczas, gdy wysokość podnoszenia przy zmianie prędkości obrotowej spada poniżej wartości zadanej wysokości podnoszenia w punkcie pracy, a tym samym znajduje się poniżej zakresu wydajności pompy obciążenia szczytowego z dotychczas zablokowaną maks. prędkością obrotową.

Następnie odbywa się przełączenie przez regulator Comfort-Vario następnej pompy obciążenia szczytowego lub pompy obciążenia głównego do trybu regulowanego. Prędkość obrotowa pompy obciążenia szczytowego, o już zmniejszonej prędkości obrotowej, redukowana jest do możliwego minimum (20 Hz).Po opóźnieniu czasowym rzędu 15 sekund następuje wyłączenie pompy obciążenia szczytowego. Gdy zapotrzebowanie na wodę nadal spada, wówczas wyłączane są dalsze pompy obciążenia szczytowego, analogicznie do powyższego opisu.


Wyłączanie pomp obciążenia szczytowego.

Wilo-Multivert MVIE


Rys 6.10. Test zerowego przepływu lub wyłączanie.

Aby uniknąć cyklicznej pracy, a co za tym idzie wahań ciśnienia, regulator Comfort-Vario wyłącza całe urządzenie do podwyższania ciśnienia tylko wtedy, gdy system rzeczywiście nie pobiera już wody.

W celu sprawdzenia, czy są spełnione warunki takiego działania, regulator Comfort-Vario przeprowadza tak zwany test zerowego przepływu. Minimalnym wymogiem jest, aby pracowała tylko pompa obciążenia głównego i aby dla określonego, parametryzowanego okresu czasu ciśnienie w urządzeniu i prędkość obrotowa pompy obciążenia głównego pozostały stałe. Regulator Comfort-Vario po spełnieniu tego wymogu inicjuje względnie przeprowadza test zerowego przepływu. W tym celu wartość zadana ciśnienia zwiększana jest na 60 sekund na poziom podwyższony o 0,1 bar (w przypadku ciśnień zadanych 5,0 bar). W przypadku wartości zadanej ciśnienia > 5,0 bar podwyższenie wynosi 2% wartości nominalnej. Następnie urządzenie powraca do wartości pierwotnej. Jeśli rzeczywiste ciśnienie pozostanie przy tym na poziomie zwiększonej wartości zadanej ciśnienia, wówczas urządzenie do podwyższania ciśnienia zostanie wyłączone, ponieważ nie odbywa się już pobór wody. Jeśli rzeczywiste ciśnienie spadnie jednak o co najmniej o 0,1 bar w stosunku do zwiększonej wartości zadanej, to pompa głównego obciążenia pozostanie nadal włączona, ponieważ odbywa się wciąż pobór wody.

Test zerowego przepływu lub wyłączanie pompy obciążenia głównego



7. Wyposażenie eksploatacyjne pompowniPod pojęciem wyposażenia eksploatacyjnego pompowni wodociągowej rozumie się zbiór różnego typu elementów, najczęściej wbudowanych w przewody współpracujące z pompami, które przy odpowiednim rozmieszczeniu i liczbie umożliwiają prawidłową eksploatację pompowni wodociągowej.

Wśród elementów wyposażenia eksploatacyjnego pompowni wodociągowych można wyodrębnić następujące grupy urządzeń:

• urządzenia regulujące przepływ i ciśnienie wody,

• urządzenia pomiarowe, • urządzenia ochronne.

W ramach każdej z wymienionych grup można wyszczególnić wiele innych elementów wyposażenia różniących się przeznaczeniem, np.:

wyposażenie regulacyjne:

• zasuwy i zawory odcinające, • przepustnice,

wyposażenie pomiarowe:

• ciśnieniomierze, • przepływomierze, • wodomierze,

wyposażenie ochronne:

• zawory zwrotne, • klapy zwrotne, • łączniki amortyzacyjne.

Typowym wyposażeniem eksploatacyjnym układu pompowego jest:

na przewodzie ssawnym:

• kosz ssawny, • zasuwa (lub przepustnica), • łącznik amortyzacyjny,

na przewodzie tłocznym:

• łącznik amortyzacyjny, • zawór zwrotny, • zasuwa (lub przepustnica).

Zasuwy i zawory odcinające oraz przepustnice stanowią liczną grupę elementów uzbrojenia zaporowego (armatury zaporowej). Zasuwy i zawory odcinające przystosowane są do zamontowania na przewodach i rurociągach o średnicy od DN 40 mm do DN 500 mm, w których ciśnienie nominalne nie będzie przekracza ło PN 16 bar (1,6 MPa). Ze względu na sposób łączenia zasuwy (zaworu) z przewodem można wyróżnić połączenia:

• kielichowe, • kielichowe z końcówką do rur z tworzywa, • kołnierzowe, • gwintowane - używane głównie do małych

średnic.

Przepustnica jest to element wyposażenia technicznego, którego organ zamykający lub regulujący w postaci dysku obraca się wokół osi prostopadłej do kierunku przepływu czynnika roboczego. Przepustnice są elementami armatury odchylnej (motylkowej). Mogą być one stosowane na przewodach wodociągowych o średnicach 40 ÷ 1200 mm pod ciśnieniem od PN 10 bar do PN 25 bar (1,0 ¸ 2,5 MPa). Temperatura przepływającego płynu nie może przekraczać 180°C. Przepustnice na przewodach mocuje się za pomocą kołnierzy.

Zawory zwrotne są elementem armatury ochronnej zabezpieczającej pompy przed uszkodzeniem pod wpływem cofania się wody w przewodach tłocznych po wyłączeniu pompy. Ze względu na kształt i sposób ruchu organu zamykającego zawory zwrotne dzieli się na:

• zawory zwrotne grzybkowe, • zawory zwrotne kulowe, - klapy zwrotne, - przepustnice zwrotne, - zawory membranowe.

Klapy zwrotne przystosowane są do montowania na przewodach wodociągowych o średnicy od DN 40 do DN 300, transportujących wodę o temperaturze do 60°C i pod ciśnieniem PN 10 lub 16 bar (1,0 lub 1,6 MPa). Spośród innych rodzajów armatury zabezpieczającej klapy zwrotne charakteryzują się pozostawieniem pełnego przekroju przewodu podczas prawidłowego przepływu wody, co wpływa na zmniejszenie oporów hydraulicznych.

Klapowe zawory zwrotne przeznaczone są do stosowania na przewodach o średnicy od DN 80 od DN 400 mm przewodzących ciecze w temperaturze od -10°C do +550°C i pod ciśnieniem od PN 10 do PN 100 bar (1,0 do 10 MPa). Klapa umocowana jest ruchomo na dźwigni sztywno przymocowanej do wałka wykonanego ze stali nierdzewnej.

Łączniki amortyzacyjne zapobiegają przenoszeniu drgań zespołu pompowego na układ rurociągów w pompowni, a także pozwalają wyeliminować ewentualne naprężenia mogące powstać przy sztywnym połączeniu pomp z rurociągami. Łączniki są przystosowane do łączenia z króćcami pompy za pomocą kołnierzy w szerokim zakresie średnic. Elementem elastycznym, który pochłania wibracje jest tworzywo lub guma chlorokauczukowa, odporna na starzenie się oraz przystosowana do pracy pod ciśnieniem nominalnym PN 16.


Pomiar przepływu wody dostarcza informacji potrzebnej do prawidłowo prowadzonej eksploatacji i właściwego sterowania dystrybucją wody. Pomiar przepływu jest podstawą dla procesów monitorowania i kontroli działania urządzeń wodociągowych - np. do monitorowania pracy pompowni. Pod pojęciem „przepływ” rozumie się dwie różne wielkości:

• natężenie przepływu (aktualne w danym przekroju) wyrażone np. w [m3/h], [l/s],

• objętość przepływu, czyli sumaryczną ilość wody, która przepłynęła przez dany przekrój w pewnym okresie, np.: od początku doby, miesiąca czy roku.

Do pomiaru natężenia przepływu stosuje się przepływomierze lub rotametry. W zależności od zasady pomiaru można wyróżnić:

1. Przepływomierze:

• mierzące objętościowe natężenie przepływu [m3/h]:

- przepływomierze elektromagnetyczne, - przepływomierze ultradźwiękowe, - przepływomierze wykorzystujące

częstotliwość zawirowań - przepływomierze zwężkowe, - przepływomierze suwakowe - dynamometryczne, - przepływomierze turbinowe, • mierzące masowe natężenie przepływu

[kg/h]: - przepływomierze masowe

- wykorzystujące efekt Coriolisa,

2. Rotametry.

Przepływomierze ultradźwiękowe służą do pomiaru objętościowego natężenia przepływu w rurociągach zamkniętych przewodzących pary, gazy i ciecze o małych lepkościach. Przepływomierzami ultradźwiękowymi można dokonywać pomiarów w rurociągach o średnicy od DN 10 do DN 3000, przy ciśnieniu medium od PN 6 do PN 40 bar (0,6 do 4,0 MPa). Przy spełnionych powyższych wymaganiach dokładno ść pomiaru tym urządzeniami wynosić będzie od 0,5% do 2% aktualnego przepływu w zależności od typu przepływomierza.

Do pomiaru objętości przepływającej wody stosuje się wodomierze, które można podzielić na:

• wodomierze śrubowe, • wodomierze silnikowe, • wodomierze sprzężone, • wodomierze wirnikowe.

W Y P O S A ż E N I E E K S P L O ATA C YJ N E P O M P O W N I


8. Zestawienie ważniejszych oznaczeń

Symbol Oznaczenie Jednostka

gęstość cieczy kg/dm3

sprawność całkowita pompy -

współczynnik oporów liniowych -

kinematyczny współczynnik lepkości cieczy m2/s

chropowatość względna przewodu -

współczynnik oporów miejscowych -

h wysokość strat hydraulicznych w rurociągu m

c, v prędkość przepływu cieczy m/s

d2 średnica zewnętrzna łopatek wirnika pompy m

DN średnica nominalna przewodu mm

Dw średnica wewnętrzna przewodu m

g przyspieszenie ziemskie m/s2

H wysokość podnoszenia pompy lub układu pompowego m

Hs wysokość ssania pompy lub układu pompowego m

Hsz geometryczna wysokość ssania m

Hz geometryczna wysokość podnoszenia m

k chropowatość bezwzględna przewodu mm

L długość przewodu m

n prędkość obrotowa obr/min

Nd współczynnik nierównomierności dobowej -

Nh współczynnik nierównomierności godzinowej -

NPSH nadwyżka antykawitacyjna m

NPSHav rozporządzalna nadwyżka antykawitacyjna m

NPSHkr krytyczna nadwyżka antykawitacyjna m

NPSHr wymagana nadwyżka antykawitacyjna m

Nu moc użyteczna pompy W, kW

Nw, P moc na wale pompy W, kW

pv ciśnienie parowania cieczy Pa

pb cisnienie atmosferyczne (barometryczne) bar, Pa

pd ciśnienie statyczne w zbiorniku dolnym Pa

pg cisnienie statyczne w zbiorniku górnym Pa

PN ciśnienie nominalne bar

Q wydajność dm3/s, m3/h, m3/d

qn normatywny wypływ z punktów czerpalnych w instalacji dm3/s

R jednostkowa strata ciśnienia -

RE liczba Reynoldsa -


9. Programy doboru pomp Wilo-Select i CADProfiNa bazie programu Wilo-Select możemy dokonać doboru zestawów hydroforowych.Poniżej kilka możliwości jakie daje nam ten program :

Ustalanie parametrów do doboru zestawu, takich jak wydajność, ciśnienie na wejściu i wyjściu, straty po stronie ssącej i tłoczącej, wysokość geometryczna, rodzaj przetłaczanego medium, temperatura.

Wybranie odpowiedniego urządzenia w zależności od ilości i rodzaju pomp oraz sterowania.

Otrzymanie dokładnie zwymiarowanego rysunku.


Uzyskanie charakterystyk hydraulicznych, mocy, sprawności oraz NPSH.

Możliwość wykonania zestawów z rożnych rodzajów materiałów.

Obliczenie kosztów zużycia energii przy zadanych obciążeniach.

Dodatkowo korzystając z zakładki CADProfi zestawy podane w kilku rzutach oraz dokładne rysunki konstrukcyjne możemy bezpośrednio zamieścić w swoich programach do projektowania.

P R O G R A M Y D O B O R u P O M P


[1] Chudzicki J., Sosnowski S. Instalacje wodociągowe – projektowanie, wykonanie, eksploatacja. Wyd. Seidel-Przywecki, Wyd. II, Warszawa 2009.

[2] DIN 1988. Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen (TRWI). Allgemeines. Technische Regel des DVGW. Teil 1 bis 8.

[3] DVGW W 610. Förderanlagen. Bau und Betrieb. Mai 1981.

[4] DVGW W 611. Energieeinsparung in Wasserwerken. Februar 1984.

[5] DVGW W 612. Planung und Gestalung von Förderlangen. Mai 1989.

[6] DVGW W 613. Energierückgewinnung durch Wasserkraftanlagen in der Trinkwasserversorgung. August 1994.

[7] Grabarczyk Cz. Przepływy cieczy w przewodach. Metody obliczeniowe. Wyd. Envirotech, Poznań 1997.

[8] Jackowski K., Jankowski Z., Jędral W. Układy pompowe. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa1987.

[9] Jankowski F. Pompownie i urządzenia hydroforowe. Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1968.

[10] Jankowski F., Łazarkiewicz Sz., Troskolański A. T. Pompy w technice sanitarnej. Arkady, Warszawa 1960.

[11] Jędral W. Pompy wirowe odśrodkowe. Teoria, podstawy projektowania, energooszczędna eksploatacja. Oficyna Wydawnicza PW. Warszawa 1996.

[12] Kwietniewski M., Olszewski W., Osuch-Pajdzińska E. Projektowanie elementów systemu zaopatrzenia w wodę. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002.

[13] Mitosek M. Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska. Wyd. PWN, Warszawa 2001.

[14] PN-65/M-44002. Pompy wirowe i wyporowe. Wytyczne pomiarów wielkości charakterystycznych.

[15] PN-67/M-44000. Przenośniki cieczy. Nazwa, określenia i podział.

[16] PN 67/M 44001. Pompy i układy pompowe. Wielkości charakterystyczne, określenia i symbole.

[17] PN-68/1380-01. Pompy wirowe i wyporowe. Wymagania i badania techniczne przy odbiorze.

[18] PN 68/M 44003. Pompy wirowe i wyporowe. Zespoły i elementy. Nazwy i określenia.

[19] PN-68/M-44102. Pompy wirowe diagonalne pionowe. Wielkości charakterystyczne i zakresy stosowania.

[20] PN 76/M 34034. Rurociągi. Zasady obliczeń strat ciśnienia.

[21] PN-81/B-10740. Stacje hydroforowe. Wymagania i badania przy odbiorze.

[22] PN-81/M-44006. Pompy wirowe. Badania odbiorcze wielkości charakterystycznych. Klasa B i C.

[23] PN-82/B-02857. Ochrona przeciwpożarowa w budownictwie. Przeciwpożarowe zbiorniki wodne. Wymagania ogólne.

[24] PN-84/M-44010. Pompy odśrodkowe do wody zasilającej.

[25] PN-85/B-01700. Wodociągi i kanalizacja. Urządzenia i sieć zewnętrzna. Oznaczenia graficzne.

[26] PN-92/B-01706/Az1:1999. Instalacje wodociągowe. Wymagania w projektowaniu.

[27] PN-B-01440:1998. Technika sanitarna. Istotne wielkości, symbole i jednostki miar.

[28] PN-B-02852:2001. Ochrona przeciwpożarowa w budownictwie. Obliczanie gęstości obciążenia ogniowego oraz wyznaczanie względnego czasu pożaru.

[29] PN-B-02863:1997/Az1:2001 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Przeciwpożarowe zaopatrzenie wodne. Sieć wodociągowa przeciwpożarowa.

[30] PN-B-02864:1997. Ochrona przeciwpożarowa budynków. Przeciwpożarowe zaopatrzenie wodne. Zasady obliczania zapotrzebowania na wodę do celów zewnętrznego gaszenia pożarów.

[31] PN-B-02865:1997/Ap1: 1999 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Przeciwpożarowe zaopatrzenie wodne. Instalacja wodociągowa przeciwpożarowa.

[32] PN-EN 12845:2005(U) Stałe urządzenia gaśnicze – Automatyczne urządzenia tryskaczowe – Projektowanie, instalowanie i konserwacja.

[33] PN-EN 806-1:2004. Wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Część 1. Postanowienia ogólne.

[34] PN-EN 806-2:2005. Wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Część 2. Projektowanie.

[35] PN-EN 806-3:2006. Wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Część 3. Wymiarowanie przewodów – metody uproszczone.

[36] Ptaszyński L. Przetwornice częstotliwości. Budowa, dobór, zastosowanie i eksploatacja. Wyd. Envirotech, Poznań 1996.

[37] Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 19 grudnia 1994 roku w sprawie aprobat i kryteriów technicznych dotyczących materiałów budowlanych (Dz. U. nr 107 z 1998 r.).

[38] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 27 kwietnia 2000 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach spawalniczych (dz. U. nr 40 z 2000 r.).

[39] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 w sprawie warunków, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75 z 2002 r, zm. Dz.U. nr 33 z 2003 r, Dz. U. nr 109 z 2004 r., zm. Dz. U. Nr 56 z 2009 r.).

[40] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 23 czerwca 2003 r. w sprawie informacji dotyczącej bezpieczeństwa i ochrony zdrowia oraz planu bezpieczeństwa i ochrony zdrowia (Dz. U. nr 120 z 2003 r.).

[41] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 27 sierpnia 2002 r. w sprawie szczegółowego zakresu i formy planu bezpieczeństwa i ochrony zdrowia oraz szczegółowego zakresu rodzajów robót budowlanych, stwarzających zagrożenia bezpieczeństwa i zdrowia ludzi (Dz. U. nr 151 z 2002 r.).

[42] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 14 stycznia 2002 r. w sprawie określania przeciętnych norm zużycia wody (Dz. U. nr 8 z 2002 r.).

[43] Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (Dz. U. nr 129 z 1997 r.).

[44] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 24 lipca 2009 r. w sprawie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę oraz dróg pożarowych (Dz. U. nr 124 z 2009 r.).

[45] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz. U. nr 109 z 2010 r.).

[46] Rozporządzenie Rady Ministrów z 11 marca 2003 r. w sprawie dopuszczenia do stosowania jednostek miar nie należących do Międzynarodowego Układu Jednostek Miar SI (Dz. U. nr 59 z 2003 r.).

[47] Stępniewski M. Pompy. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne. Warszawa 1985.

[48] Strączyński M., Pakuła G., Urbański P., Solecki J. Podręcznik eksploatacji pomp w wodociągach i kanalizacji. Wyd. Seidel-Przywecki, Warszawa 2007.

[49] Troskolański A.T., Łazarkiewicz S. Pompy wirowe. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne. Warszawa 1973.

[50] Ustawa z 7.06.2001 r. o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (tekst jednolity Dz. U. nr 123 z 2006 r.).

[51] Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane. (Dz. U. nr 207 z 2003 r.).

[52] Zarządzenie Ministra Budownictwa i Przemysłu Materiałów Budowlanych oraz Ministra Gospodarki Komunalnej z dn. 20.10.1966 r. w sprawie ustanowienia normatywu technicznego projektowania pompowni dla wodociągów komunalnych, Dz. Bud. nr 8, z dnia 20.10.1966, poz. 56.

10. Literatura


N O TAT K I

Wilo-COR-3 Helix EXCEL VE/Smart-Control

Centrala:Wilo Polska Sp. z o.o.Al. Krakowska 38, Janki05-090 Raszyn

tel.: 22 702 61 61fax: 22 702 61 00e-mail: [email protected]

INFOLINIA: 801 DO WILO(czyli 801 369 456)

Szczecin

Gdańsk

Olsztyn

Białystok

Warszawa

Łódź

Kielce

Katowice

KrakówRzeszów

Lublin

Zamość

Poznań

Zielona Góra

Wrocław

Opole

Bydgoszcz

Anna [email protected]

602 785 385

Maciej [email protected]

606 277 588

Mariusz Ś[email protected]

602 559 030

Krzysztof Kiż[email protected]

604 243 412

Gniewosz Siemią[email protected]

665 402 684

Dawid Komorowski

[email protected] 328 040

Katarzyna [email protected]

602 317 564

Ewa Skibińska

[email protected] 440 689 Paweł Kyrcz

[email protected] 277 800

Grzegorz [email protected]

606 305 605

Tomasz [email protected]

665 401 994

Alicja [email protected]

606 309 300

Serwis na terenie całej Polski 24-godzinny dyżur serwisowy: 602 523 039

tel.: 22 702 61 32, fax: 22 702 61 80, e-mail: [email protected]

Dział Dział Instalacji Grzewczych i Sanitarnych

Wydrukowano na papierze ekologicznym, otrzymanym w 100% z makulatury.

Documents

Podstawy projektowania pompowni wodociągowych. Podręcznik ...cdn23.pb.smcloud.net/t/files/64/26/6f/e33413b57f/... · W systemach wodociągowych występują różne rodzaje pompowni,