Badania wpływu powietrznika na uderzenie hydrauliczne w układzie pompowym.

• Autorzy: Adamkowski A.

Warianty tytułu

EN

Investigation of the waterhammer suppression in a pumping system by means of an air chamber.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Na specjalnie zbudowanym stanowisku pompowym w laboratorium Instytutu Maszyn Przepływowych PAN (IMP PAN) w Gdańsku zbadano wpływ zbiornika wodno-powietrznego (powietrznika) na przebieg uderzenia hydraulicznego. Zmiany ciśnienia w rurociągu tłocznym pomierzone przy zastosowaniu tego urządzenia skonfrontowano z przebiegami występującymi przy jego braku. Pokazano dużą skuteczność ograniczania i tłumienia fali ciśnienia w rurociągu za pomocą powietrznika. Wyniki przeprowadzonych badań doświadczalnych wykorzystano do weryfikacji metody obliczeniowej, opracowanej w IMP PAN w postaci programu komuterowego HYDTRA (HYDraulic TRAnsients) służącego do przewidywania przebiegu stanów przejściowych w układach rurociągowych. Uzyskano dobrą zgodność przewidywań numerycznych z doświadczeniem. Stwierdzone różnice między obliczonymi i pomierzonymi maksymalnymi przyrostami ciśnienia uderzenia hydraulicznego nie przekraczają kilku procent. Rezultat ten wskazuje na możliwości wykorzystywania metody obliczeniowej do projektowania układów rurociągowych z zastosowaniem zbiorników wodno-powietrznych w celu ograniczania niekorzystnych skutków uderzenia hydraulicznego.

EN

Application of air chambers in hydraulic pipeline systems is one of the main technique of waterhammer (pressure surges) suppression. The main purpose of the undertaken study was to verify experimentally the author's computational method allowing prediction of hydraulic transients in piping systems and to use this method for analyzing effectiveness of waterhammer suppression by means of the technique under consideration. The computational method has been developed in the form of the HYDTRA '2000 computer code (HYDraulic TRAnsients, version 2000). Its theoretical basis were the equations describing the unsteady liquid flow in pipelines considered as elements with distributed parameters. The method of characteristics was used for solving these equations. Experiments were carried out in a pumping system installed in the laboratory of the Institute of Fluid-Flow Machinery of the Polish Academy of Sciences in Gdańsk. They covered examination of the effect of stopping the liquid flow by means of cut-off valve on pressure surges in the pump delivery pipe in cases with and without an air chamber. The results of numerical calculations of pressure surges in the pump delivery pipe have been compared with measurements. A satisfactory coincidence between numerical prediction and measurement was found, justifying thus application of the computational method, for instance in design of pipeline systems with air chambers in order to reduce unfavourable waterhammer effects. The consistency depends on the values of exponent kappa of the polytropic air compression/decompression (expansion and contraction) law. The best agreement was achieved for kappa=1.2, slightly poorer agreement is observed for kappa=1.41. These results can indicate corectness of the recommendation to use the average value of kappa=1.2 for most cases under consideration. However, this recommendation cannot be considered as a generally accepted one. For small air vessels and rapid transients, when air expansion/contraction proceeds in almost total agreement with the adiabatic law, it could be recommended to assume kappa near 1.4, however for large air volumes and slow transients - kappa close to 1.0 should be adopted (because of almost isothermal character of the air compression/decompression processes). More exact and evident criterions in this matter should be a task of future studies. In numerous analyses presented in the literature head losses in the connection of the air chamber with the flow system, and so, inertia of liquid in the connection are not taken into account. Based on calculations of one of the experimentally tested cases it has been proved that disregarding these quantities significantly deteriorates reliability of numerical predictions. The developed computational method has been also applied in order to show additional possibilities of pressure surge supression by air chambers. One of these possibilities is developing differential (diverse) local head losses at liquid inflow and outflow from the air chamber. It has been indicated that the previously recommended value 2.5 of the ratio between head losses during filling and during emptying is substantially lower than the optimum one.

Słowa kluczowe

PL

rurociąg; układ pomiarowy; tłumienie uderzenia hydraulicznego

EN

pipeline system; hydraulic transients; pressure wave reduction

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Zagadnienia Eksploatacji Maszyn
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 39, nr 2
• Strony: 145--165
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Adamkowski A.

• Polska Akademia Nauk, Instytut Maszyn Przepływowych, 80-952 Gdańsk, ul. Gen. J. Fiszera 14, tel. [phone] w. 212, 60-65-71-642,

Bibliografia

• [1] Adamkowski A.. Badania teoretyczne i doświadczalne łagodzenia uderzenia hydraulicznego zaworami odcinającymi i obejściowymi wirowych maszyn wodnych, Zeszyty Naukowe IMP-PAN, 461/1423/96, Gdańsk 1996, s. 154.
• [2] Adamkowski A., Janicki W.: Wyniki badania wpływu upustowego strumienia cieczy maszyny wirowej na przebieg uderzenia hydraulicznego, Zeszyt Naukowy IMP PAN, 513/1472/2000, Gdańsk 2000, s. 44.
• [3] Adamkowski A.: Investigation of waterhammer suppression in a pumping system by means of an air chamber, Proc. of I Intern. Scientific and Technical Confer, on TECHNOLOGY, AUTOMATION and CONTROL OF WASTEWTER and DRINKING WATER SYSTEMS TiASWiK’02, Gdańsk-Sobieszewo 2002, pp. 167- 173.
• [4] Chaudhry M.H.: Applied Hydraulic Transients, Van Nostrand Reinhold Co. New York 1979.
• [5] Czyżewski R.: Sposób obliczania powietrznika do pompy odśrodkowej, Przegląd Techniczny, nr 15 i 18, 1935, s. 290-294 i 357-362.
• [6] Dohnalik K.: Tłumienie uderzeń wodnych w przewodach wodociągowych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, tom XLVI, nr 3 i 4, 1972, s. 83-88 i 122-127.
• [7] Elansary A.S., Chaudhry M.H., Silva W.: Numerical and experimental investigation of transient pipe flow, Journal of Hydraulic Research, 1994, Vol. 32, No. 5.
• [8] Evans W.E. and Crawford C.C.: Design Charts for Air Chambers on Pump Lines, Trans. ASCE, Vol. 119, 1954, pp. 1025-1045.
• [9] Fok A.T.K.: Design Charts for Air Chambers on Pump Pipelines, ASCE Journal of Hydraulic Division, HY9, no. 104, 1978, pp. 1289-1303.
• [10] Grabarczyk Cz.: Przepływy cieczy w przewodach. Metody obliczeniowe, ENVIROTECH, Poznań 1997, s. 367.
• [11] Graze H.R., Horlacher H.B.: Design Charts for Throttled (By-Pass) Air Chambers, 5th Inter. Confer, on Pressure Surges, BHRA, Hanonover, Germany, Tech. Note 7, 1986, pp. 309-322.
• [12] Heinsbroek A.G.T.J., Tijsseling A.S.: The influence of support rigidity on waterhammer pressures and pipe stresses, Proc. of 2nd Inter. Confer, on WATER PIPELINE SYSTEMS, BHRGroup, London, 1994, pp. 17-30.
• [13] Niełacny M.: Przegląd i analiza porównawcza metod wymiarowania zbiorników wodno- -powietrznych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, LVIII, 1984, nr 9, s. 134—136.
• [14] Niełacny M.: Zwiększanie efektu działania zbiornika wodno-powietrznego, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 10, 1990, s. 210-211.
• [15] Skiba J.: Obliczanie objętości zbiornika wodno-powietrznego do tłumienia uderzeń hydraulicznych na podstawie bilansu energii. Część I i II, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 4 i 5, 1980, s. 110-114 i 141-142.
• [16] Tijsseling A.S.: Fluid-Structure Interaction in Liquid-Filled Pipe Systems: A Review, Journal of Fluid and Structures 10, 1996, pp. 109-146.
• [17] Troskolański A.T.: Obliczanie powietrznika wbudowanego w przewód tłoczny pompy odśrodkowej z uwzględnieniem oporów hydraulicznych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 10, 1960, str. 375-377.
• [18] Wichowski R.: Tłumienie uderzeń hydraulicznych za pomocą zbiorników wodnopowietrznych, Archiwum Hydrotechniki, tom XXIV, nr 2, 1977, s. 131-147.
• [19] Wichowski R.: Metod obliczania wpływu zbiornika wodno-powietrznego na przebieg uderzenia hydraulicznego w przewodzie tłocznym układu pompowego, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 1986, nr 5.
• [20] Wylie E.B., Streeter L.V.: Fluid Transients in Systems, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J., 1993.
• [21] Zarzycki Z.: Opory niestacjonarnego ruchu cieczy w przewodach zamkniętych, Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej, 516, Szczecin 1994.
• [22] Zarzycki Z.: Modeling of an unsteady friction in turbulent pipe flow, Proc. of 36th Inter. Confer. MOSIS ’02, Modeling and Simulation of Systems, Ostrava, 2002, pp. 321-328.