Zastosowanie bocznika z polietylenu MDPE do redukcji przyrostu ciśnienia wywołanego uderzeniem hydraulicznym

• Autorzy: Kodura A. , Kołakowska A. , Mitosek M. , Wrzesińska A.

Warianty tytułu

EN

The use of MDPE suppressor to reduce initial pressure increase caused by water hammer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przy projektowaniu oraz podczas eksploatacji rurociagów pracujących pod ciśnieniem, np. sieci wodociągowych, należy brać pod uwagę zjawiska towarzyszące zmiennym w czasie przepływom w szczególności zjawisko uderzenia hydraulicznego. Uderzenie hydrauliczne często pojawia się w sposób cykliczny na tych samych elementach rurociągu. Ma to niekorzystny wpływ dla trwałości instalacji i jest źródłem procesu zmęczenia materiału ścianek przewodów, lokalnych pęknięć oraz nieszczelności połączeń z innymi elementami sieci. Przyjmuje się, że 80% awarii występujących w przewodach sieci wodociągowych niewyposażonych w urządzenia zabezpieczające, powstaje na skutek występowania zjawiska uderzenia hydraulicznego. Powoduje to wzrost kosztów eksploatacji tego rodzaju sieci o ok. 60%. Do głównych metod służących zapobieganiu lub łagodzeniu skutkom uderzenia hydraulicznego można zaliczyć: powolne zamykanie lub otwieranie zaworów i zasuw, zwiększenie momentu bezwładności agregatu pompowego, strumienia wysokociśnieniowe i niskociśnieniowe zawory bezpieczeństwa, zbiorniki wodno-powietrzne, komory wyrównawcze. Do metod łagodzących niekorzystne skutki uderzenia hydraulicznego należy zaliczyć zastosowanie boczników, których ścianki wykonane są z materiałów o większej podatności na odkształcenie ścian w porównaniu z rurociągiem. W celu oszacowania skuteczności działań tego rodzaju tłumików przeprowadzono badania eksperymentalne. W badaniach zastosowano tłumiki wykonane z MDPE. Stwierdzono, że zmniejszenie maksymalnej amplitudy ciśnienia w uderzeniu hydraulicznym zależy od średniej prędkości ustalonego przepływu wody w rurociągu przed wystąpieniem zjawiska. Dotyczy to zarówno samego rurociągu stalowego, jak też współpracującego z tłumikiem ciśnienia. Wpływ prędkości był zgodny z zależnością Żukowskiego, opisującą, wartość pierwszej amplitudy ciśnienia w rurociągu. Zdolność tłumienia ciśnienia przez element bocznikowy z polietylenu MDPE współpracującego z rurociągiem stalowym silnie zależy od wartości ilorazu objętości tłumika do objętości rurociągu Vt/Vp. Zmiany względnej objętości w zakresie 0,2 0,6 najsilniej oddziałują na redukcję pierwszej amplitudy oscylacji ciśnienia podczas uderzenia hydraulicznego. Dla Vt/Vp < 0,02 lub V/Vp> 0,06 wpływ elementu bocznikowego na zdolność tłumienia jest pomijalnie mały.

EN

The phenomena of transient flows, in particular water hammer, must be taken into account in the design and operation of pipelines working under pressure. The water hammer phenomenon occurs frequently in a cyclic manner on the same elements of the pipeline. This phenomenon has negative influence on the durability of the network and is a source of fatigue of walls of pipes, cracks and leaks of local connections to other network elements. About 80% of accidents occurring in water supply pipelines not equipped with safety devices are negative results of water hammer. This fact is the reason for increasing the operating cost of networks by up to 60%. The main methods of preventing or reducing the effects of water hammer may include: slow opening or closing of valves, increasing the moment of inertia of pump propellers, aeration of the stream, high pressure and low pressure safety valves, expansion tanks (air vessels), and water towers. Methods for mitigating the negative effects of water hammer include bypasses, walls which are made of materials with greater susceptibility to deformation in comparison with the pipeline walls. An experimental investigation was made to evaluate the effectiveness of this type of elements. The study used pressure reducers made of MDPE. It was found that a reduction of the maximum amplitude of hydraulic pressure depends on the average steady flow of water in the pipeline prior to the phenomenon. This applies to a steel pipeline, as well as one cooperating with bypass pressure. Impact speed was consistent with the Joukovsky formula, which describes the value of the amplitude of the first pressure in the pipeline. Pressure damping ability of the bypass element made of polyethylene MDPE cooperating with the steel pipeline is strongly dependent on the value of the quotient of the volume of the bypass to the volume of the pipeline Vt,/Vp,. Changes of the relative volume in the range 0.2 V/V, 0.6 have the biggest influence on damping the first amplitude of pressure during water hammer. For Vt/Vp) < 0.02 or Vt/Vp > 0.06 impact of the bypass element on the ability of pressure damping is negligibly small.

Słowa kluczowe

PL

uderzenie hydrauliczne; fale ciśnienia; dyssypacja energii; tłumik hydrauliczny

EN

water hammer; pressure waves; energy dissipation; pressure reducer

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: z. 66
• Strony: 96--110
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kodura A.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

autor

Kołakowska A.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

autor

Mitosek M.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

autor

Wrzesińska A.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• 1. Bonetyński K., Wiszniewska-Oraczewska I.: Strategia zabezpieczenia niekorzystnym skutkom uderzenia hydraulicznego w sieciach wodociągowych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2001, nr 8.
• 2. Grabarczyk Cz.: Przepływy cieczy w przewodach, metody obliczeniowe, Wyd. Envirotech, Poznań 1997.
• 3. Kołakowska A., Mitosek M.: Ocena rodzaju ruchu w przewodzie pracującym pod ciśnieniem w warunkach oscylacyjnego przepływu wody, Prace Naukowe PW, seria: Inżynieria Środowiska, 2009, z. 55.
• 4. Kowalski P.: Analiza zdolności tłumienia uderzenia hydraulicznego w rurociągu stalowym z bocznikiem z tworzywa sztucznego, Praca doktorska, Politechnika Gdańska, Gdańsk 2007.
• 5. Kowalski P.: Tłumienie ciśnienia, Magazyn Instalatora, vol. 89 (2006), nr 1.
• 6. Mitosek M.: Study of transient vapor cavitation in series pipe systems, ASCE, Journal of Hydraulic Engineering, vol. 126 (2000), no. 12 (Dec.)
• 7. Mitosek M.: Wahania masy cieczy w przewodzie, OWPW, Warszawa 2003.
• 8. Mitosek M.: Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska, OWPW, Warszawa 2007.
• 9. Mitosek M., Szymkiewicz R.: Urządzenie do tłurnienia uderzenia hydraulicznego. Patent PL 202973 z dn. 09.03.2009
• 10. Mitosek M., Szymkiewicz R.: Wave Damping and Smoothing in the Unsteady Pipe Flow, ASCE Journal of Hydraulic Engineering, vol. 138 (2012), no. 7 (July).
• 11. Niełacny M.: Uderzenia hydrauliczne, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2002.
• 12. Niełacny M.: Uderzenia hydrauliczne w systemach wodociągowych, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2005.
• 13. Osiński Z.: Tłumienie drgań, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 1997.
• 14. Pezzinga G. and Scandura P.: Unsteady flow in installations with polymeric additional pipe, Journal of Hydraulic Engineering, vol. 121 (1995), no. 11.
• 15. Pezzinga G.: Unsteady flow in hydraulic networks with polymeric additional pipe, Journal of Hydraulic Engineering, vol. 128 (2002), no. 2 (Feb.).
• 16. Szymkiewicz R., Mitosek M.: Numerical solution of unsteady pipe flow using the modified finite element method, Communications in Numerical Methods in Engineering, vol. 21 (2005), nr 4.
• 17. Szymkiewicz R., Mitosek M.: On improvement of the unsteady pipe flow equations, International Journal for Numerical Methods in Fluid, vol. 55 (2007), Dec.
• 18. Wichowski R.: Uderzenia hydrauliczne w sieci wodociągowej pierścieniowej, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2006, nr 6.