A hidraulikai hálózatszámítás gyakorlata

A hálózatszámítás jelentősége maA hálózatszámítás jelentősége ma

Ha rövid a kardod, toldd meg egy lépéssel. Népi rigmus

A hidraulikai hálózatszámítás gyakorlata Tolnai Béla BioModel Bt

Tartalomjegyzék A hidraulikai hálózatszámítás gyakorlata .................................................................................. 1 1.

A hálózatszámítás célja, feladata........................................................................................ 2

2.

A hálózatszámítás kiterjesztése .......................................................................................... 3

3.

4.

5.

2.1.

Vízminőségi modellek ................................................................................................. 3

2.2.

Valósidőben működő üzemtani modellek ................................................................... 4

2.3.

Nyomáslengés vizsgálatok .......................................................................................... 5

Térképi ábrázolások fontossága ......................................................................................... 7 3.1.

Térképi méretarányok szerepe ..................................................................................... 7

3.2.

Ábrázolási módok ........................................................................................................ 8

3.2.1.

Működési terület ................................................................................................... 8

3.2.2.

Működési vázlatok ............................................................................................... 9

3.2.3.

Térképi áttekintő vázlatok .................................................................................. 10

3.2.4.

Digitális térképek ............................................................................................... 11

3.2.5.

Részletrajzok ...................................................................................................... 12

Az előkészítő munka ........................................................................................................ 13 4.1.

A bemenetek előállítása ............................................................................................. 13

4.2.

Topológiai adatok ...................................................................................................... 13

4.3.

Üzemadatok ............................................................................................................... 14

4.4.

A számítás eredményei .............................................................................................. 15

Irodalomjegyzék, hivatkozások ........................................................................................ 16

Tolnai Béla BioModel Bt.

1 / 16


1. A hálózatszámítás célja, feladata Hidraulikai hálózatok modellezésére azért van szükség, hogy ismeretet szerezzünk a hálózat hidraulikai viszonyiról. A modellezés célját tekintve az alábbi lehet: Hidraulikai méretezés Üzemtani állapot elemzés Üzemmenetek megtervezése, menetrendek készítése Beavatkozások helyességének utólagos igazolása, cáfolása Lengésjelenségek vizsgálata, hatásos védelmi módszer kialakítása Hálózatöblítési terv megalapozása Felújítások és rekonstrukciók szükségszerűségének igazolása Vízminőségi vizsgálatok: klórfogyás nyomon kísérése Ezen feladatok végrehajtása során minden esetben arról van szó, hogy a „peremen rendelkezésünkre álló” input (mérési) adatok alapján a belső pontokról számítás útján szerezzünk információt, hasonlóan a rigmushoz:”Ha rövid a kardod, toldd meg egy lépéssel.” A hálózatszámításnak különösen akkor volt nagy jelentősége, amikor még nem épültek ki a folyamatirányítási rendszerek, mert a hiányzó információkat számítással igyekeztünk „pótolni”. A SCADA rendszerek kiépülésével viszont új szerepkört is kapott a hálózatszámítás, az optimális üzemmenetek kialakításában segít. A gyakorlati hálózatszámítás feltételeiként a következőket szokás megnevezni:  A nagy számításigény miatt szükség van megfelelő teljesítményű számítástechnikai eszközre. Ma már ez a feltétel automatikusan teljesül, mert a PC-k teljesítménye bőven elegendő. A kezdetekkor azonban ez a feltétel komoly akadálynak mutatkozott  Rendelkeznünk kell továbbá egy jó számító algoritmussal. Manapság a piacon kész programcsomagok érhetők el: Aquis (7-Technologies) Piccolo (Safege), Haestad (Bentley), HCWP (Hydroconsult), Epanet (DWR), BuSa (Fővárosi Vízművek, már nem elérhető), HDSim (BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék). Fontos, hogy ezen programnak létezzenek közvetlen interfészkapcsolatai az érdekelt információs rendszerek irányába és a számítási eredmények értelmezéséhez rendelkezzék grafikus kimeneti felülettel. Interfészkapcsolat a SCADA, a GIS és SAP-ISU alkalmazások felé szükséges.  Az időben összetartozó mérési eredmények nélkül az input paraméterek nem lesznek korrektek. Távoli pontok mérési adatainak (térfogatáram, nyomás, vízszint) időbeli összetartozását a folyamatirányító rendszereknek köszönhetjük. A hálózatszámítás hőskorában – amikor a szükséges információkat a gépházi naplókból nyertük - ennek a feltételnek a hiánya komolyan megkérdőjelezte az eredmények használhatóságát. A SCADA kiépülésével ez a gond véglegesen elhárult.  Az üzemi gyakorlat igénye: a számítások sok változatban történő végrehajtása. A nagyszámú modell-gráf elkészítése manuálisan szinte reménytelen feladat. Gépi segítségre mindenképpen szükség van. Fontos még, hogy a hálózatszámításokat ne egy független adatbázis szolgálja, hanem a digitalizált hálózati nyilvántartás legyen egyben az információk forrása ezen a területen is. A szükséges leválogatásokat újra és újra el kell tudjuk végezni, azért a hálózati változásokat aktualizálni lehessen. Az Tolnai Béla BioModel Bt.

2 / 16


újbóli leválogatás eredménye így mindig az aktuális állapotot tükrözi. Ma a térinformatikai alkalmazásoktól (GIS) már a rutin elemek közt tartjuk számon a hálózatszámítási modell-gráfok gépi előállíthatóságát. A GIS rendelkezik kényelmes felületű, a leválogatás szükséges eszközökkel.  Az input adatok megadásának legproblematikusabb területe a csomóponti elvételek meghatározása. Tulajdonképpen a fogyasztások területi elosztását kellene ehhez ismernünk. Függően attól, hogy a modell-gráf a teljes hálózatot magába foglalja vagy csak a lényegesebb vezetékeket, az eljárás más lehet. Az MTZ (Melegh-TolnaiZimmer) meggondolás a csomópontok közötti súlyozással dolgozik. Az alapelv szerint a csomóponti fogyasztás súlya akkor nagyobb, ha a csomópont környezetében több a kifolyási lehetőség. Ennek mértékét a leágazások számbavételével illetőleg a fogyasztás vagy a lakások leszámlálásával becsülhetjük meg. A fogyasztásbecslés legpontosabb megoldását akkor kapjuk, ha a vízfogyasztás számlázási rendszerből nyerjük a szükséges adatokat. Az interfész kiépítésének előfeltétele, hogy a számlázási rendszerekben megjelenjék a fogyasztói hely átlagfogyasztásának meghatározása. Sokszor ezt nem tekintik feladatnak azon az oldalon, pedig ezen adatok a vízmérleg előállításához is elengedhetetlenek.

2. A hálózatszámítás kiterjesztése 2.1.

Vízminőségi modellek

A hálózatszámítás a hőskorban pusztán hidraulikai hálózatszámítást jelentett. Elsősorban arra voltunk kíváncsiak, hogy a hálózat belső pontjaiban, szakaszaiban hogyan alakul a nyomás és a sebesség. A hidraulikai viszonyok ismerete elsősorban a vízellátás mennyiségi feltételeit, azaz az ellátás biztonságát firtatták. Később a vízellátás másik oldala a vízminőségi kérdések megválaszolása is előtérbe került. A vízminőségi modellek alapjukat tekintve hidraulikai modellek, amelyekre a vízminőséggel kapcsolatos ismérvek csak ráépülnek. Előbb tehát a hidraulikai modellnek kell rendben, azaz identifikáltnak, vagy kalibráltnak lennie, csak ezt követően léphetünk tovább. A vízminőséggel kapcsolatos „kiegészítések” ugyan egyre jobbak, azonban a gyakorlatban csupán néhány alkalmazás vert gyökeret. A hidraulikai hálózatszámítás vízminőséggel kapcsolatos többlet funkciói az alábbiak:  a tartózkodási idő vagy a vízkor kiszámítása a vízpangás és vele a vízminőség romlás alakulásának bemutatásához.  szedimentációs modell elem a lerakódás veszélyes helyek szemléltetésére. Ezzel a funkcióval lehet a hálózat öblítések tervezéséhez támpontokat kapni.  Klórfogyási modellek a betáplálási ponton még meglévő maradékklór fogyásának nyomon követésére szolgál. Ezzel a távolabbi ellátási pontok microbiológiai értelemben vett biztonságára keressük a választ. Az első két funkció tulajdonképpen hidraulikai természetű, amelyet kihegyezünk az adott kérdés megválaszolásra. A klórfogyással kapcsolatos funkció már valóban túlmutat a hidraulikán. A modell identifikációjához mérni kell a hálózati klór szintet. A feladat nem egyszerű, emiatt sok esetben a gyakorlat számára ez a funkció inkább lehetőségek számát növeli.


3 / 16


2.2.

Valósidőben működő üzemtani modellek

A különböző információs rendszerek kiépülésével súlyponteltolódásokat figyelhetünk meg a hálózatszámítás területén. A jelentősége egyre inkább a valósidejű on-line üzemtani modelleknek van. Ezt a következők magyarázzák. A vízműi szervezet átalakulásával egyre több idegen vállalkozó dolgozik a hálózaton. A hálózatot kezelő „szereplők” felszaporodása mindenképpen hatással van a modell és a valóság egyezőségére. Korábban sem lehetett információt szerezni arról, hogy ki-mit piszkált a rendszeren, ma ez különösen nehéz, mert nem vallják be az esetleges mellényúlást. Kell tehát egy eszköz, amely segít legalább a legnagyobb anomáliák kiszűrésében. Erre jó az állandóan futó hálózatszámítás. Ez sem holtbiztos módszer, de több a semminél. A múltban eseti vizsgálatokkal több nyitottnak hitt zárról lehetett bebizonyítani, hogy zárva voltak. A hálózati felülvizsgálata mindig rendszeresen jó eredménnyel (minden rendben van) zárult, miközben a jelenség továbbra is fennállt. (A hiba beismerése önfeljelentéssel lett volna egyenértékű. Még ha meg is találták a hibát, akkor sem nyúltak hozzá, csak időben lassan korrigáltak és egyszer csak megszűnt a hiba.) A rábizonyítás volt csak egyedül „hatásos”. Ennek a módszernek az intézményesítéséről van tehát szó, amikor a rendszeres futtatást javasoljuk, mert így még forró nyomon megtalálható a hiba és a felelős is. A hálózat működése során „él és mozog”. Hibajavításokkor zárni szükséges. A vízfolyás akkor áll el, ha minden elzáró szerelvény lezárásra kerül. Van tehát egy kényszer az eljárás elégséges végrehajtására. Visszanyitáskor természetesen a műveletsor nyitás irányban hajtandó végre, de már az első zár kinyitásakor a vízellátás „helyreáll”. Nincs kényszerűség minden szerelvény eredeti állapotának visszaállítására. A hiba lelkiismeretlen munkavégzés következménye, azonban mire az anomália kiderül, a felelősség már nem állapítható meg. A szabály szerint a hálózaton minden zár nyitott kéne legyen, kivéve a zónazárakat. Az real-time on-line üzemtani modellek legfőbb jellemzője, hogy szorosan integráltan SCADA környezetben működnek. A zónák – vagy legalábbis jelentősebb, összetettebb zónák - modelljei rendszeres időközönként (pl. óránként) futnak. A számítási eredmények a folyamatirányításban megszokott módon – hasonlóan a mérési értékekhez – határértékekkel rendelkeznek. A normális tartományból való kilépés esetén, valósidejű módon eseményüzenet keletkezik. Az üzemirányító diszpécser számára az eseményüzenetek lekezelése azonnal végrehajtandó feladatként jelentkezik. Ez lehetőséget biztosít arra, hogy szinte azonnal a határértéktúllépés okát kiderítse. Az ok az esetek többségében zárva felejtett zár. A zárva felejtett zár nemcsak energia többletfelhasználást okoz, hisz nagyobb szivattyúzási munkára van szükség, hanem „megmagyarázhatatlan” vízellátási panaszok oka is lehet, pl. egy későbbi csőtörés kapcsán nem várt jelenséggel állunk szemben. Ami ennél sokkal rosszab, hogy pangó végágak maradnak hátra és felnyitáskor megmagyarázhatatlan minőségi panasz lép fel. Az alapelv szerint minden zárat nyitottnak hiszünk, miközben az egyik zárva maradt egy korábbi beavatkozás kapcsán. A felnyitással a hidraulikai viszonyok helyreállnak, de a vízminőségi problémák ekkor indulnak útjára. A fogyasztás csökkenésével előtérbe kerül a szedimentációs és vízminőségi modellek szerepe. Az alacsonyabb vízsebességek elegendő időt hagynak a kiválások és lerakódások kialakulásához. Hirtelen üzemállapot változások vagy üzemzavarok következményeként a víz zavarossá válhat – az esetek többségében azzá is válik. Kevés még a tapasztalat ezen a


4 / 16


területen, hisz a nagyobb hálózati terhelés korábban ennek a kérdésnek a megválaszolására nem volt az üzemeltető rákényszerítve. A másodlagos szennyezés jelenségét ez idáig nem tudtuk kimutatni. A vízminőség romlásával kapcsolatban azonban szükséges ezzel a kérdéssel a modellezés szintjén is foglalkozni. Az irodalomban a klórfogyás modellekkel lehet találkozni. Elvi szinten sok szépet lehet olvasni, azonban a gyakorlat szempontjából eddig áttörés nem történt, igazán használható eredmények még nem születtek. A Piccoló és Aquis programcsaládnak van szedimentációs és vízminőségi modulja, azonban ezen modulok kiforrottságáról még nem beszélhetünk. Ugyanilyen problematikus a zavarossági és vízminőségi mérések kiépítettségének hiánya és az a tény, hogy a vízminőségi jellemzők távadós mérése nem tartozik a könnyen uralható feladatok közé (hitelesítési problémák, stb.). Megteendő lépések a real-time, online hálózatszámítás bevezetéséhez       

Első lépésként a nagyobb, az ún alapzóna modelljének elkészítését, identifikációját érdemes előirányozni. A SCADA mérési értékek interfész útján való csatlakoztatásának ellenőrzése. A modellek csomóponti nyomásának határértékeinek megadása. A modellek ciklikus futatásának programozása a SCADA környezetben. A határérték túllépések esemény üzenetként való megjelenítésének programozása a SCADA-n A modellek időszakos cseréjének megoldása a GIS irányából, hogy mindig a legfrissebb hálózati állapot legyen modellezhető. További zónák felfűzése, míg a teljes hálózatot le nem fedjük a figyeléssel.

A valósidejű online hálózatszámítás nem új gondolat. Elektromos művek már régóta alkalmazzák, olyannyira, hogy a hibajavító rendszer (a munkalaposdi) számára a SCADA (folyamatirányítás) felől is nagyszámban generálnak feladatokat. Azaz nemcsak hibabejelentésből származnak üzemzavar-elhárítási ügyek, hanem azok a folyamatirányítás felől is keletkeznek. Az elektromos műveknél a funkciót az on-line load-flow névvel illetik. Az elektromos művek esetében ez a kényszer a jelenségek milliszekundumos időállandójából és a nagy „pénzekből” is fakad. Víz esetén a folyamat lényegesen lassúbb és e pénzügyi hatás is jóval kisebb. A különbség abból is ered, hogy az elektromos művek jellemzően fa struktúrájú hálózattal rendelkeznek, míg a vízellátó hálózat erősen hurkoltak. Most a vízminőségi problémák előtérbe kerülésével a mi területünkön is felértékelődni látszik a realtime hálózatszámítás szükségessége.

2.3.

Nyomáslengés vizsgálatok

Allievi a nyomáslengés jelenségét először hosszú távvezetékek esetén (Pelton turbinák tápvezetéke) figyelte meg és adta annak magyarázatát. A nyomáslengések mindig akkor keletkeznek, ha az áramló folyadékot hirtelen megállítjuk, Hirtelen zárás vagy áramkimaradás következtében kimaradó szivattyúzás okozhatnak ilyen jelenséget. A nyomáslengések modellezése parciális differenciálegyenlet-rendszer megoldását igényli. Kiterjedt hálózat esetén számítástechnikai értelemben nagy számolásigényű feladattal állunk szemben.


5 / 16


A statikus hidraulikai hálózatszámítással egyetlen üzemállapotot vizsgálunk csupán. időbeliséget ebből úgy kapunk, hogy időszeletenként futtatjuk a statikus modell, bemenetén használva az előző futás eredményét. A szokásosan áthidalható időtáv akár elérheti a napot is. Nyomáslengések vizsgálatakor az időváltozó a modell része. Tulajdonképpen tranziens jelenséget vizsgálunk, amelynek az idő hossza néhány perc nagyságrend. A modellben egységugrásként produkáljuk pl. az áramkimaradást, a számítás eredménye itt is a nyomás és áramlási sebesség ill annak idősora. A nyomáslengés modell bemenetén egy statikus állapotot használ, amelyet előbb egy statikus modellel kiszámolunk. Következésképp ehhez a modellezéshez mindazon adatok ismerete szükséges, amelyet a statikus modellnél is meg kell adni. Miután lengés jelenségek a csőfal rugalmas alakváltozásának a következménye, ezért egyebek mellett a csőanyag rugalmassági tulajdonságát leíró rugalmassági modulust is meg kel adni. A nyomáslengés vizsgálat tulajdonképpen egy ellenőrzési folyamat, annak megállapítás, hogy a tranziens bekövetkeztekor keletkezik-e káros mértékű nyomásugrás, amely a berendezések (csővezeték) robbanásszerű tönkremeneteléhez (csőréséhez) vezet. Gyakorlati ökölszabályként kimondhatjuk, nincs nyomáslengés veszély, ha:  alacsonyak a vízsebességek,  kíméletes a szivattyú üzem,  a hálózaton kifolyás van. Következésképp nagyterhelésű (nagy áramlási sebességű), elvétellel nem rendelkező, hosszú távvezetékek esetén kell gondolni lengésveszélyre és kötelező is a lengésekkel szembeni ellenőrzések végrehajtása. A lengések mérséklésére különböző szerelvények (légüstök, állványcsövek, légbeszívó és légkibocsátó, nyomáshatároló szelepek) beépítésére kerül sor. A lengésvédelmi ellenőrzés egyben azt is jelenti, hogy ezen szerelvények beépítésének hatásának kimutatását is számon kérjük a programtól.


6 / 16


3. Térképi ábrázolások fontossága A hálózatszámítás a gyakorlati végrehajtása nagyon sok manuális előkészítő munka elvégzésével jár. Az emberi lustaságra irányuló alaptermészetből fakadóan, a siker érdekében a manuális munkától való szabadulás, azaz az adatelőkészítés automatizálása kulcsfontosságú momentum. Az információk zöme térképekről származik. Papíralapú térképek esetén a térképek a nyomvonal és a csőkapcsolatok rögzítéséhez – avagy a csomópontok és vezetékszakaszok definiálásához – csak háttérül szolgálnak. Ilyenkor a gráfgyártás a modellezési eszközzel történik. Ha már rendelkezünk digitalizált térképpel és a hozzátartozó relációs adatbázissal, úgy az adatok célirányos kiexportálásával szokás célt érni. Az EDV esetében ez az állapot még nem állt elő. Ezért fontos, hogy minden információ forrással számoljunk. Általában az szokott a hiba lenni, hogy a hálózatszámítás végrehajtásához hiányzó információkat – pl. cső súrlódási tényező – nem része a térképi adatbázisnak. Általában az sem jellemző, hogy a hidraulikai kapcsolási rajzok a térinformatikai rendszeren belül rendelkezésre állnának, pedig ezek nélkül nem lehet szó rossz futási eredmények esetén hatékony hibakeresésről. A hálózatszámítási modellek megalkotásánál az egyik leggyakrabban felmerülő gond a csomópontok magassági koordinátájának (mBf) megadása. Kellően szintezett térképek – a vezetékszakasz végpontokra vetítet módon - nem mindig állnak rendelkezésre.

3.1.

Térképi méretarányok szerepe

A térinformatikában a méretarányoknak nemcsak a kicsinyítés-nagyítás vagy másként a felbontás kapcsán van szerepe. Különböző méretarányú térképek más és más adattartalommal rendelkeznek, a méretarány növekedésével az adattartalom is nő. (Kicsi a méretarány, ha az M = 1 : X tört értéke kisebb.) A méretarány elsősorban az alaptérkép sajátja. Az alaptérképre kerül felrajzolásra a szakági tartalom. Szakági szempontból a különböző méretarányú térképeket más és más nevekkel illetjük és a segítségükkel más és más feladatok gyakorolgatók. Méretarány

Felbontás

M ≥ 1 : 15.000 M = 1 : 4.000 M = 1 : 2.000

M = 1 : 500

Típus áttekintő

tömbhatáros

átnézeti átnézeti, földrészlet határos részlets kótázott

részletes

Alkalmasság

Hálózatszámítási modell

PR, üzemtan üzemtan

fővezetéki

bekötésekkel

elosztóvezetéki

fővezetéki

részletes nyilvántartás, elosztóvezetéki digitális közműegyeztetés

sémarajzok

fő/elosztóvezetéki 3-1. táblázat Térképi méretarányok


7 / 16


A szakági térképi adattartalomnak megfelelően különböző mélységű hálózatszámítási modellek használatosak. A modellek elnevezése a vezetékek csoportosításával is harmonizál. Hálózat

Vezetékek

Modell típus

Primer

Fővezeték, gerincvezetékek

Fővezetéki

Sekunder

Elosztóvezetékek

Elosztóvezetéki

Tercier

Bekötések

-------

Csomóponti fogyasztások Súlyponti becsléssel meghatározva bekötési fogyasztási adatokból --------

3-2. táblázat Vezeték és modell típusok

Ökölszabályként elmondható, hogy a hidraulikai viszonyokat a legnagyobb vezetéki átmérő harmadát még tartalmazó modellek tökéletesen visszaadják a rendszer hidraulikai tulajdonságait. Üzemtani vizsgálatokhoz, menetrendek kialakításához, valósidejű SCADA csatolásokhoz nem szükséges mélyebb – az elosztóvezetékeket is felmutató – modell használata. Fontos megjegyezni, ahogy a felbontás nő (azaz a méretarány is nő) az elvégzendő munka mennyisége és a létrehozáshoz szükséges idő is rohamosan nő. Emiatt érdemes madártávlatból közelíteni. A fővezetéki hálózatszámítás modellek előállítása nem nagy volumenű munkát jelentenek, ugyanakkor a működés szempontjából szinte minden művelet gyakorolhatók velük.

3.2.

Ábrázolási módok

A térinformatikában az elemek megjelenítése különböző ábrázolási módokon történhet. Az ábrázolási módok egységes hierarchikus rendszerbe foglalhatók

3-3. ábra Ábrázolási módok

3.2.1.

Működési terület

A piramis legfelső szintjén a működési területet bemutató térképet találjuk, amelynek szerepe az szolgáltatási terület szemléltetése mellett az egyes üzemvezetőségek illetékességi és felelősségi területének kijelölése. Az egyetlen elemből álló térképi rajzon még semmilyen technológiai elem nem jelenik meg. A működési terület térkép PR célú falitérképek, ilyenekkel az EDV rendelkezik..


8 / 16


Működési vázlatok

3.2.2.

A működési vázlatok a rendszerösszefüggések bemutatására szolgálnak, megmutatva a technológia elemeit a térben. A teret egyaránt síkbeli (x-y) és magassági (z) elrendezésben is értjük. Bármely elrendezésről is legyen szó, azokban megjelenik a zónafogalom. A zónának az ágazattól függően szabatos definíciója van. Ágazat Víz

Meghatározás A nyomásövezet a hálózat azon lehatárolt része, amely más hálózatrészekhez nyomásugráson keresztül csatlakozik. A nyomásugrást legtipikusabban egy nyomásfokozó szivattyú vagy egy lezárt zár az ún. zónazár valósítja meg. A nyomásövezet energetikailag önállóan értékelhető és vízmérleget definiálunk rajt Csatorna A gyűjtőkörzet (lefolyás) a szennyvízelvezető hálózat azon lehatárolható része, amely más hálózatrészekre nyomásugráson keresztül csatlakozik. A nyomásugrást a szennyvízátemelő valósítja meg. A szennyvízelvezetési zónára értelmes a vízmérleg és az energiamérleg. 3-4. táblázat Zónadefiníciók

Az ábrázolásokban a zónákhoz színeket rendelünk. Az azonos szín az egyazon zónához való tartozást rendkívül szemléletes módon mutatja. A színek ismétlődhetnek, azonban kétkapcsoló zóna esetén a szín nem lehet azonos. A működési vázlatok szintjén rögzített zónaszínek minden további, mélyebb ábrázolási szintre át kell öröklődjenek. Ezáltal biztosítva a gyors és egyértelmű áttekinthetőséget. Zónavázlatok A zónavázlatok alapján nagyon jól szemléltethető a víz útja. Tulajdonképpen arra kapunk áttekintő választ, hogy az adott helyre milyen átemelések révén juthat el a víz és az egyes átemeléseknél milyen nagy a szivattyúzás szállító magasság igénye. Husztót ipari Vízmű

Husztót-Kovácsszénája Vízmű Husztót

300

Kovácsszénája

Abaligeti Vízmű

Orfűi Vízmű

Abaliget

Orfű

mBf

Bános med. 50

3,0 290

Iszkaszgy. II.

Iszkaszgy. I.

Moha II.

Moha I.

280

Tekeres med. 270 500

260

50

Iszkaszgy. III.

4,0

AbaligetRózsadomb med.

Abaliget-Öreghegy med. 3,0

100

nem DRV Kisorfű Szőlő u. med.

Mecsekszakáll med.

3,0

250

2,5

100

4,0

200

Orfű-Camping med. 10

?,?

240

V.

IV.

Sárkeresztes II.

230

Sárkeresztes I.

SárkeresztesIszka-MohaMagyaralmás közös szennyvíztisztító

Orfű-Kalaphegy med. 3,0

100

3,0

Kovácsszénája átemelő gh.

Átadási pont

Abaliget Kis-paplika forrás

100

200

III.

Üzemen kívül

Orfű víztisztító

Orfű-Bános átemelő gh.

Magyaralmás III.

Átadási pont Orfű szolg. med.

Magyaralmás II.

Magyaralmás I.

Orfű II.zóna átemelő gh.

4,5 Orfű-I zóna átemelő gh.

170

Vízfő forrás

500

Toplica kút

180

Husztót 2 kút

Husztót 1 kút

190

Kovácsszénája med.

Abaliget I. kút

Husztót víztisztító

Abaliget II. kút

210

Kacsatelep

220

Magyaralmás IV.

Víz

Magyaralmás V.

csatorna

3-5. ábra Zóna ill. lefolyás vázlatok

A zónavázlaton nemcsak érdemes, hanem egyenesen kötelező is minden technológiai elemet ábrázolni, függetlenül attól, hogy a berendezés esetleg már üzemen kívül van vagy nem tartozik a társaság tulajdonába. A zónavázlattal kapcsolatosan az alábbi lényegi megállapítások tehetők:  A szivattyúzási feladat szállítómagasság igényét a medencék magassági elrendezése határozza meg.


9 / 16


 A medence csak egy zónához tartozhat.  A zónaváltás nyomásugráshoz kötött.  A szivattyú gépház mindig a nyomóoldali zónához tartozik. A zónavázlat felhasználását illetően lehet:  Sématábla elem  PR célú szemléltető vázlat (fali rajz)  SCADA tartalomjegyzék kép, amelyről a részletek irányába történhet átlépés

Térképi áttekintő vázlatok

3.2.3.

Mind a zónavázlatok, mind a térképi áttekintő rajzok minden technológiai elemet (üzemelőt - üzemen kívülit, sajátot - idegent) tartalmaznak. Amíg a zónavázlatokon a vonalas kapcsolat csak elvi, addig a térképi áttekintő rajzon nyomvonalhelyes csővezetékek találhatók. Az étnézetek esetében alkalmazott kis méretarány azonban csak a fő vezetékek ábrázolását teszik lehetővé, a csőhálózat teljes kiterjedtségében nincs jelen, és nem is lehet jelen. A vezetékek ehelyütt is ugyanazt a színt kapják, mint az a zónavázlatokon is szerepel. A vezeték szakaszok átmérő felírásával a csővezetéki összeköttetés jelentősége is jelölhető.

Víz

Csatorna

3-6. ábra Térképi áttekintő rajzok Megj.: Az ábrákon látható részletek még nem zónaszínezett és jelkulcsaikban eltérnek a szakmában elfogadottól

A térképi áttekintő vázlatok segítségével a hálózati kapcsolatok elégségességét is megítélni miután a kezelőművi és kúttelep kapacitások is szerepelnek ehelyütt. A térképi áttekintő vázlat felhasználását tekintve lehet:    

Sématábla elem PR célú szemléltető vázlat (falitérkép) SCADA tartalomjegyzék kép, amelyről a részletek irányába történhet átlépés Fővezetéki hálózati modellek

Veszteségelemzési körzetek (szektorok) A DRV-nél még a digitális térképek általános megjelenése előtt teret hódított magának a veszteségelemzési körzetek működési vázlat szintű ábrázolása. A veszteségelemzési körzetek vagy szektorok a zónák egészszámú alábontásai. A regionális felépítés miatt az azonos zónához tartozó egyes hálózatrészek területileg elkülönültek, miáltal kisszámú vízmérő beépítésével a veszteségelemzés könnyen megoldható.


10 / 16


A működési vázlat szintjén megjelent speciális rajzok jelentőségüket veszítik a digitalizálás megvalósítása után. Addig azonban, amíg a digitalizálás meg nem történik a veszteségelemzési körzetek rajzait érdemes aktualizálni és „zónásítani”, azaz a zónáknak megfelelően vezeték színezni.

Digitális térképek

3.2.4.

A digitalizálás méretarányát a rendelkezésre álló alaptérkép határozza meg. Ma már az ország egész területére rendelkezésre állnak az M=1:500-as alaptérképek. Következésképp a szakági tartalmak felvitele is a digitális közműegyeztetést is lehetővé tevő méretarányon lehetséges.

Fonyód 3 600 m med. Tf.: 154,7 mBf hmax= 6,0 m

3-7. ábra Részletes digitális térkép (M=1:500)

A legnagyobb részletezettséggel rendelkező M=1:500-as léptékű digitális térképi állomány ugyan adattartalma alapján alkalmas arra, hogy a felettes ábrázolási módok rajzait előállítsa. Ilyen automatizmus azonban a gyakorlatban ritkán működik. A különböző szinteken egymástól gyakorlatilag független állományok találhatók. Következésképp, aktualizálásukhoz nem biztos, hogy elegendő csupán az ún. elsődleges ábrázolási módban átvezetni a változásokat. Ezért nem baj, ha az üzemeltetés áttekinthetőségét lényegesen megkönnyíteni képes működési vázlatok már előbb elkészülnek, segítve magát a későbbi digitalizálási munkát is. Meg kell jegyezni azt is, hogy noha a digitális térképek elsősorban a hálózatok ábrázolását szolgálják, azonban a szakának része kell legyen a hidraulikai létesítmények kapcsolódása is. Ehhez azokat a digitális térképeken is szerepeltetni kell, függetlenül attól, hogy a hálózati nyilvántartások szempontjából ez korábban nem volt szokásos. A létesítmények belső részleteinek megmutatása részletrajzok feladata. A részletes digitális térkép felhasználását tekintve alapja :  Elosztóvezetéki hálózati modellnek Üzemtani szempontból feltétel a teljes körűség. (üzemeltetni akkor is kell, ha még nem készül el a digitális térkép)


11 / 16


Részletrajzok

3.2.5.

Technológiai létesítmények hidraulikai kapcsolási vázlata Még az M=1:500-as méretarányú digitalizált térképeken sem lehet ábrázolni a technológiai létesítmény kerítésen belüli, ill. az épületek falán belüli csőkapcsolatokat. Ezek a részletrajzok a digitális térkép adott pontbeli kinagyításai és részeit képezik a térinformatikai rendszernek. Felbontásukban, tartalmukban a technológiai létesítmények hidraulikai kapcsolásai megjelennek, mint SCADA képernyőtartalmak is, de ezekről a rajzokról dönthető el, érthető meg a hálózatszámítási modellek szivattyúk beillesztésének a módja.. A dolog természeténél fogva a zónák által meghatározott színezések ezeken a részletrajzokra is átöröklődnek. Ezzel a következetességgel lehet azt elérni, hogy a különböző képzettségű és a különböző szakterületekhez tartozó emberek lehetőleg tévedés mentesen tudjanak kommunikálni. Csomóponti rajzok A hálózaton a bonyolult térbeli csomópontokat szokás ún. csomóponti rajzokon kirészletezni. Ebbe a körbe tartoznak az ún. pallérrajzok is, amelyeknek idomszintű részletezettségük van. Bonyolultabb csomópontok esetén a vezeték elágazások, vezeték kapcsolatok egyértelműen csak innen állapíthatók meg, azaz korrekt elosztóvezetéki hálózati modell csomóponti rajzok ismerete nélkül nem készíthető. Villamos egyvonalas kapcsolási vázlatok Csak a teljesség okán hozzuk szóba itt a villamos egyvonalas vázlatok kérdéskörét. Vízi közművek üzemeltetése kettős technológia üzemeltetését jelenti. Üzemeltetni kell az hidraulikai rendszert és nagyrészt a hajtások céljait szolgáló villamos rendszert is. A két feladat persze nem elválasztható egymástól, mégis a sajátságok különbözősége miatt külön kell beszélni a villamos kapcsolószekrényekben megvalósuló üzemeltetési korlátokról. Ennek legbeszédesebb formája az ábrázolás. Ahogy a technológiai létesítmények hidraulikai kapcsolási rajzai esetében teljességre törekszünk, úgy a villamos egyvonalas rajzok esetében is elvárás kell legyen a 100%-os lefedettség. A villamos egyvonalas kapcsolási rajzokon is szerepet játszanak a színek, mégpedig a berendezések feszültség szintjét jelzik. Az egyes feszültségszinteknek a vonatkozó szabványban rögzített színe van. A villamos egyvonalas és hidraulikai kapcsolási rajzok többnyire párban vannak. A szivattyút villamos motor hajtja kapcsolatukat a tengelykapcsoló biztosítja. A szivattyú a hidraulikai vázlaton szerepel, a villamos motor ezzel szemben a villamos rajzon található. Kapcsolatukat a két rajz összerendelése adja. Összefoglalva a sikeres végrehajtáshoz az is kell, hogy a segédinformációk is összegyűjtésre kerüljenek, mint:  térképi áttekintő vázlatok  részletrajzok (létesítményeken belüli hidraulikai kapcsolási vázlatok, csomóponti rajzok)


12 / 16


4. Az előkészítő munka 4.1.

A bemenetek előállítása

A hálózatszámítás rendszertechnikailag a következőképpen épül fel:

topológiai adatok Térinformatika GIS

üzemi adatok Folyamatiránítás SCADA

Hálózatszámítás

számítási eredmények

4-1. ábra A hálózatszámítás bemenetei és a kimenet

A szimulációhoz szükséges információkat a GIS-ből (topológiai adatok) ill. a SCADA-ból (üzemi adatok) kapjuk. Az on-line jelző azt jelenti, hogy az adatok előállítása kezelői közreműködés nélkül (vagy legalábbis különösebb kezelői kezdeményezés nélkül történik. A GIS irányból ez a művelet egy egyszeri (de megismételhető) leválogatást jelent. Az üzemi adatok vonatkozásában a csomópontba ültetett mérési (vagy számított) csatorna azonosítóját adjuk meg, amelynek alapján az interfész megcímzi a megfelelő helyet és átemeli az adott mérési (vagy számított) értéket.

4.2.

Topológiai adatok

A GIS felöl a topológiai adatokat kapjuk. Térinformatikai eszközökkel két fájl kerül leválogatásra. A csomópontok és az ágak együtthatározzák meg a topológiát. A csomópontok fájlban a következő adatokat találjuk: Mezőnév a fájlban CSP_SSZ X Y Z CSP_NEV CD CS1 CS2 CS3

Szöveges értelmezés Csomópont szorszáma EOV X_koordináta EOV Y_koordináta Csomóponti magasság [mBf] Csomópont elnevezése Fogyasztási súly módszere Csomóponti fogyasztási súly1 Csomóponti fogyasztási súly2 Csomóponti fogyasztási súly3

Forrás GIS - ből leválogatva

Az ágak fájl az alábbi adatokat tartalmazza: Mezőnév a fájlban AG_SSZ K_CSP K_CSP


Szöveges értelmezés Ágsorszám Kezdőcsomópont száma Végcsomópont száma

Forrás GIS – ből leválogatva

13 / 16


K D L KORZET LET

Érdesség [mm]] Átmérő [mm] Hossz [m] ??? Létezik igen/nem

Kezdeti feltöltés: LET=1 SCADA környezetben a futtatáskor be/kikapcsoható.

A GIS felől a leválogatás tehát zónánként történik, azaz zónánként két fájl keletkezik.

4.3.

Üzemadatok

A SCADA felől az üzemadatok megadása történik. Az adatok időbeli összetartozása követelmény és a többnyire rádiós adatátvitel időigénye miatt a pillantértékekkel való hálózatszámítás nem jöhet szóba. A félórás átlagokkal már biztosíthatjuk az adtok szinkronját, miközben az átlagolás kiszűri a „zajokat” is. Hosszabb intervallumú átlagértékekkel (napvégi, havi adatok) már nem lesz elég szenzitív a futás. Az interfész megteremtése a megfelelő csatornahivatkozások és megfelelő gráfelem összejelölésével történik, ahogy azt a következőkben látjuk. Térfogatáramok: Mezőnév a fájlban CSP_SSZ CSP_NEV BETAP / ELVET

Szöveges értelmezés Csomópontszám Csomópont elnevezés Betáp + / Elvét -

Q_CSAT_HIV

Térfogatáram csatorna hivatkozás

Q

Félórás térfogatáram érték

Forrás Csak létező csp lehet Csak létező SCADA Q mérési (vagy számított) csatorna hivatkozás lehet SCADA mérési adatbázis

Nyomásértékek: Mezőnév a fájlban CSP_SSZ CSP_NEV P_CSAT_HIV

Szöveges értelmezés Csomópontszám Csomópont elnevezés Nyomáscsatorna hivatkozás

P

Félórás nyomásérték

Forrás Csak létező csp lehet Csak létező SCADA P mérési (vagy számított) csatorna hivatkozás lehet SCADA mérési adatbázis

Medence szintek:


Mezőnév a fájlban CSP_SSZ CSP_NEV H_CSAT_HIV

Szöveges értelmezés Csomópontszám Csomópont elnevezés Szintmérési csatorna hivatkozás

Z_FEN Z_TULF H TERF

Fenékszint [mBf] Túlfolyószint [m] Medence szint Medencetérfogat [m3]

Forrás Csak létező csp lehet Csak létező SCADA H mérési (vagy számított) csatorna hivatkozás lehet SCADA statikusadatbázisból SCADA statikus adatbázisból SCADA mérési adatbázisból SCADA mérési adatbázisból (Aktív medence térfogat =

14 / 16


TÖLT_ÜRÜL_INT

Töltődési ürülési intenzitás + töltődés - ürülés

aktív (medence kamra felület * szint)) SCADA mérési adatbázisból (előjeles időbeli szintváltozás * aktív medence kamra felület.

Az üzemadatok fájlok is zónánként állnak elő. Üzemi adat csak létező csomópontszámra mutathat.

4.4.

A számítás eredményei

A számítások eredményét is hasonló formában kapjuk. Csomóponti nyomások Mezőnév a fájlban CSP_SSZ CSP_NEV CSP_NY

Szöveges értelmezés Csomópont sorszáma Csomópont elnevezése Csomóponti számított nyomás

Azonosítás Számítási eredmény

Ágáramok Mezőnév a fájlban AG_SSZ K_CSP K_CSP ÁG_V

Szöveges értelmezés Ágsorszám Kezdőcsomópont száma Végcsomópont száma Ágsebesség [m/s]

Azonosítás

Számítási eredmény

Az on-line valósidejű hálózatszámítás során a bekészített zónánkénti hálózatszámítási modellek a folyamatirányítási rendszer környezetében futnak. Ciklikus (célszerűen óránkénti) futásukról a SCADA gondoskodik A hálózatszámítás eredményei nem maradnak a modellnél, hanem visszaírásra kerülnek a folyamatirányítási felületre. topológiai adatok Térinformatika GIS

üzemi adatok Folyamatiránítás SCADA

Hálózatszámítás

számítási eredmények

4-2. ábra A hálózatszámítás bemenetei és a kimenet on-line esetben

Ott a futási ciklusnak megfelelő órás belépésű „mérési értékként” kezeljük őket. Idősoruk ugyanúgy megjeleníthető, mint a normális analóg csatornák. A hálózatszámítási eredményadatok, mint analóg csatornákat ezenkívül határértékekkel ruházzuk fel. A határérték-figyelés rájuk ugyanúgy vonatkozik, mint bármely mérési vagy számított csatornára. Határérték túllépés estén esemény üzenet generálódik, melyet a szolgálatos diszpécser nyugtázni és lekezelni köteles.


15 / 16


A nyomás adatok esetében – miután a nyomásértékek csak pozitívak lehetnek – a határérték figyelés egyszerű. Csak a túllépést kell figyelni. Az ágáramok előjele normális módon is lehet negatív – függően a kezdő és a végsorszám megadásától . A határérték-figyelés emiatt itt nem szokványos. Az ágáramok esetén abszolút érték határérték túllépését figyeljük. Ezen túlmenően az előző futási eredményhez képesti előjelváltás is eseményüzenet generál. Futtatni elsősorban a három nagy zónát – Pesti alap, Budai alap, Keletpesti felső - érdemes. Futtatásra kijelölni azonban bármelyik zónát lehet. Ennek előfeltétele, hogy a topológiai adatok és üzemadatok fájljai, azaz a modell már létezik a rendszeren. Hiányzó modell esetén a kijelölés visszautasításra kerül. A modelldefiniálással együtt a folyamatirányítási rendszeren az eredmények „helybekészítése” is megtörténik. A futás indítása előtt a modell a modellhez tartozó bemeneti fájlokkal felparaméterezzük. A futás eredményit az adott zónának megfelelően vesszük át. A létező modellek tehát egymás után lefutnak. A futások a háttérben, feladatszegény időszakban (pl.: minden óra 15. percében) alacsony prioritás mellett hajtódnak végre.

5. Irodalomjegyzék, hivatkozások [1] Máttyus, S. nyomán (szerk.: Tolnai, B.) Vízellátás Fővárosi Vízművek zRt. kiadása, Budapest, 2007. [2] Szerzői kollektíva: Vízügyi és Környezetvédelmi Központi Igazgatóság BME Építőmérnöki Kar Víziközmű és Környezetmérnöki Tanszék Vízellátó rendszerek hidraulikai rendszervizsgálata, vizsgálati módszertana Tanulmány, Budapest 2009.


16 / 16

A hidraulikai hálózatszámítás gyakorlata

Recommend Documents