Közműhálózatok tervezése

BME Építőmérnöki Kar BSc. Képzés

Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tsz. Közműhálózatok tervezése-ASG2

Felkészülési segédanyag az építőmérnöki Bsc képzés

Közműhálózatok tervezése című tantárgyához Jelen segédlet az előadási órák rövidített, vázlatos szövegét tartalmazza. Az ábraanyag az órán vetített, letölthető ppt file-okban található. A gyakorlati oktatás fő témakörei: 1) Egy néhány ezer lakosú település vízellátási, szenny- és csapadékvíz elvezetési tanulmánytervének elkészítése. A terv elkészítésében a hidraulikai számításokhoz kötelezően alkalmazandó szoftverek: a) Vízellátás – HCWP (saját fejlesztés) b) Csapadékvíz elvezetés - US-EPA SWMM 2) Korróziós laboratóriumi gyakorlat (2 óra). A földbe fektetett vezetékek elhasználódásához vezető folyamatok megismerése céljából. 3) Csőstatikai számítási gyakorlat PAPCAD szoftverrel. A szoftverek alkalmazásához szükséges konzultációkat a gyakorlati órákon, a tanszéki számítástechnikai laboratóriumban biztosítjuk.

1.



Tantárgyra vonatkozó adatok A tantárgy megnevezése Közműhálózatok tervezése NEPTUN kód BMEEOVK-ASG2 Tantárgy rövid neve (max 20 betű) Kozmuterv Gesztor tanszék / Beoktatók Vízi Közmű és Környezetmérnöki 100 % Képzés (szakok felsorolása) Építőmérnöki szak, Infrastruktúra-építőmérnöki ágazat, Települési szakirány Jelleg szakirányos Előadás/Gyakorlat/Labor óra 1/3/0 Kredit 5 Előtanulmányi követelmény I08 Regionális közmű rendszerek Követelmény Vizsga Javasolt szemeszter Őszi Keresztfélév Rövid tantárgyprogram A közműtervezés, közmű rekonstrukció mérnöki feladatai képezik a tantárgy súlypontját. Az egyes közművek tervezési sajátosságait, követelményeit taglalja, különleges hangsúlyt fektetve az önkormányzatokkal, kivitelezőkkel, az üzemeltetőkkel tartandó kapcsolatokra, információ cserére. A tárgy keretében egy komplex tervezési feladat kerül kidolgozásra, mely kiterjed egy település vízhálózat-, szenny- és csapadékvíz elvezetésének tervezésére. Témakörök: Vízelosztó rendszerek, szenny- és csapadékvíz-gyűjtő hálózatok tervezése. Gázelosztó hálózatok, távhő- és villamos energia ellátó hálózatok tervezésének építőmérnöki vonatkozásai. Előadáskurzusra vonatkozó adatok Előadók Dr. Darabos Péter, Dr. Buzás Kálmán Aláírás megszerzés feltétele Ellenőrző dolgozatok eredményes teljesítése Félévközi feladat beadása Nyelv Magyar Számonkérés módja Szóbeli vizsga Évközi követelmények 4 ED, TF Évközi követelmény leírása 4 ellenőrző dolgozat Tervezési feladat A jegykialakítás szempontjai 50 % Vizsga, 40 % Tervezési feladat, 10 % ED Javasolt félév Őszi Jegyzetek Darabos P.-Mészáros P. (2006): Közművek, Egyetemi jegyzet, Műegyetemi kiadó, Budapest Öllős G. (1987): Vízellátás, Aqua Kiadó, Budapest Öllős G. (1990): Csatornázás-Szennyvíztisztítás, Aqua Kiadó, Budapest Sali E. (1998): Csatornázás (tervezési segédlet)

2.



14 hetes tantárgyprogram Hét 1

Előadás / Gyakorlat 2 óra ea.

1 2

2 óra gy. 4 óra gy.

3

2 óra ea.

3

2 óra gy.

4

4 óra gy.

5

2 óra ea.

5

2 óra gy.

6

4 óra gy.

7

2 óra ea.

7 8

2 óra gy. 4 óra gy.

9 9 10 11

2 óra ea. 2 óra gy. 4 óra gy. 2 óra ea.

11

2 óra gy.

12

4 óra gy.

13

2 óra ea.

13

2 óra gy.

14

4 óra gy.

Témakör 1. Közműtervezési alapismeretek. A tervezés alapadatai, rendezési tervek. A közműberuházás folyamata és ezen belül a tervezési fázisok helye és szerepe. Igények és terhelések meghatározása a vízellátásban, és a szennyvízelvezetésben. 1. Korróziós laboratóriumi gyakorlat összevont előkészítő. 2-3.Tervezési feladat kiadása. Vízellátás tervezése. Ellátási terület lehatárolása. Vízigények meghatározása. Tározó térfogat meghatározás. Hálózat helyszínrajzi vonalvezetési változatainak kidolgozása. 2. Vízellátó rendszer tervezésének feladatai. Tárózó térfogat méretezés, hálózati rendszer kialakítása, hidraulikai számítások, méretezés, ellenőrzés. 4.Ellenőrző dolgozat – Korróziós gyakorlat anyagából Vízellátás. Hálózatmodellezési ismeretek. HCWP programbemutató. Összevont gyakorlat. 5-6.Vízellátó hálózat hidraulikai méretezése, vizsgálata. Számítástechnikai laboratóriumi gyakorlat. 3. Csatornázási rendszerek. Rendszer kialakítás. Szennyvízelvezetés. Gravitációs csatornahálózatok méretezése. Nyomás alatti és vákuumos szennyvízelvezetési rendszer kialakításának és alkalmazásának szempontjai. 7. Vízellátó hálózat hidraulikai méretezése, vizsgálata. Számítástechnikai laboratóriumi gyakorlat. 8-9.Ellenőrző dolgozat – Vízellátás Szennyvíz elvezetés tervezése. Szennyvíz terhelések meghatározása. Hálózat helyszínrajzi és magassági vonalvezetési tervváltozatainak elkészítése. 4. Csapadékvíz elvezető hálózati rendszerek felépítése, kialakítása. Csapadékvíz elvezető hálózatok tervezésének feladatai. Terhelés meghatározás, lefolyás modellezés. 10. Szennyvíz hálózat hidraulikai méretezése. 11-12.Ellenőrző dolgozat – Szennyvíz elvezetés Csapadékvíz elvezetés. Hálózat helyszínrajzi és magassági vonalvezetési tervváltozatainak elkészítése. 5. Gáz-, távhő hálózati rendszerek sajátosságai, a tervezés építőmérnöki feladatai. 13.Csapadékvíz csatorna méretezése racionális módszer alkalmazásával. 14-15.Hálózatmodellezési ismeretek. SWMM programbemutató. Összevont gyakorlat. 6. Vízi közmű hálózatok kiviteli tervezése. Hálózatok kialakításának alapelvei, közmű vezetékek elhelyezése közterületen, védőtávolságok. Csőanyagok, csőrendszerek, csomópontok tervezése. Csőstatikai feladatok. Munkaárok kialakítás, víztelenítés. 16. Csapadékcsatorna hálózat hidraulikai vizsgálata (SWMM). Számítástechnikai laboratóriumi gyakorlat. 17-18. Csapadékcsatorna hálózat hidraulikai vizsgálata (SWMM). Számítástechnikai laboratóriumi gyakorlat. 7. A hálózatok elhasználódása, korróziós folyamatok. Korrózió elleni védekezés módszerei, eszközei. Rekonstrukció tervezés előkészítése, sajátosságai, módszerei. 19.Korróziós laborgyakorlat Csőstatikai laborgyakorlat 20-21.Ellenőrző dolgozat – Csapadékvíz elvezetés Feladat beadás.

3.



A TANTÁRGY SZAKMAI TARTALMA (Óravázlatok)

1. előadás Tanulmányterv (csatornázásban általános terv). Az alaptérképek méretaránya 1:4000 - 1:20 000 Rendezési tervek (tartalmukat miniszteri utasítás szabályozza): -

általános rendezési terv (ÁRT)

-

részletes rendezési terv (RRT)

Koncepciótervek (változatok) Megvalósíthatósági tanulmány - szükség esetén környezeti hatástanulmány (jóváhagyás) Beruházási program: (már nagyon fontos a gazdasági kérdések vizsgálata is - költségbecslés, ütemezés, organizáció). Engedélyezési terv: A konkrét megvalósítás irányába tett legfontosabb lépés, az összes érdekeltnek jóvá kell hagynia, nagyon bonyolult és időigényes tevékenység. Versenyfelhívási (Tender) dokumentáció: Tervezésre, vagy kivitelezésre, általában a kiviteli tervet közelítő kidolgozottsági szint. Kiviteli terv: Ez alapján történik az építés, minden olyan részletet, szakágat tartalmaznia kell, ami a megvalósításhoz elengedhetetlen (szakági tervek, kitűzés, kisajátítás stb.

1.1. Jogszabályismeret Jogalkotási hierarchia (1987. évi XI. tv. a jogalkotásról) Törvény:

A törvény mint jogi fogalom a jogszabályok hierarchiájában az alkotmány után a legfőbb jogszabályt jelenti, amelyet csak az adott állam törvényhozása alkothat meg, módosíthat vagy helyezhet hatályon kívül. A köznyelv "törvény" alatt esetenként a jog egészét, bármelyik jogszabályt illetve a bíróságot is érti.

Rendelet:

Kormány és kormány tagjai és az önkormányzatok hozhatnak, a kormány tagjai együttesen is. Jelölés pl. 4/1995. (V. 4.) KTM rendelet. Régebben az országos hatáskörű szervek rendelkezést {rek.} hozhattak (pl. OVH).

Az állami irányítás egyéb jogi eszközei:

Határozat, Utasítás, Szabvány, Közlemény, Jogi iránymutatás

Közzététel:

Magyar Közlöny - ami minden állampolgárt érinthet, a többi tárcaközlönyökben

Hatály:

visszamenőlegesség nem

Az építtetőnek érdeke, hogy az engedélyköteles építkezése előkészítéséhez és végrehajtásához szakembereket vegyen igénybe. Az egész lebonyolítás időtartamára építési műszaki ellenőrt célszerű fogadni, engedély köteles építkezés esetén tervezői névjegyzékbe bejegyzett tervező és felelős 4.



műszaki vezetői névjegyzékbe bejegyzett kivitelező bevonása nélkülözhetetlen. Bonyolultabb ügyekben szükséges lehet műszaki szakértő és ügyvéd. A jelentősebb telekalakításokhoz településtervező szükséges, földmérő viszont minden telekalakításnál. Alapvető jogszabályok: 1997. évi LXXVIII. törvény (Étv.) Az épített környezet alakításáról és védelméről 253/ 1997.(XII.20.) Korm. rendelet (OTÉK) Az országos településrendezési és építési követelményekről Az engedélyezéshez szükséges az országos rendeletek közül: 45 /1997.(XII.29.) KTM. Az építészeti-műszaki tervdokumentációk tartalmi követelményeiről 46/1997.(XII.29.) KTM. Az egyes építményekkel, építési munkákkal és építési tevékenységgekkel kapcsolatos építésügyi hatósági engedélyezési eljárásokról 85/2000. (XI.8.) FVM rendelet A telekalakításról 1957. évi IV. törvény – Az államigazgatási eljárás általános szabályairól Az engedélyezési fajtától függő további mintegy 30 szakhatósági rendelet, és ezek mellett elengedhetetlen a helyi építési szabályzatról szóló önkormányzati rendeletek vonatkozó fejezeteinek ismerete is. Természetesen az állami és helyi rendeletek, továbbá a hatósági engedélyek kötik az építkezések összes résztvevőit is. Ennek biztosítására az építési hatóság ellenőrzést köteles tartani, szükség esetén kötelezettségeket is elrendelhet. Az építési ügyek összes résztvevője az Étv. értelmében köteles együttműködni.

1.2. Az igénymeghatározás módszerei A közműrendszerek tervezésének, fejlesztésének igen fontos megalapozó feladatrésze az igények meghatározása. Mint arról már a közműrendszerek, közmű szakágak ismertetése során szó volt, a lakosságot, a települést kiszolgáló létesítmények élettartama 10 években mérhető. Ezért ezeket nem a megvalósulás időpontjában várható igényekre tervezzük, hanem úgynevezett távlati (20-30 év) igényekre. A közműfejlesztési tervezéssel kapcsolatban általánosságban megállapítható, hogy a fejlesztési terveket a tervezett létesítmény, vagy létesítménycsoport élettartamának figyelembevételével kell elvégezni. Különösen fontos, hogy a tervezett létesítmény üzemi élettartama alatt ne terhelődjön túl, vagyis a jelentkező igényeket mindíg ki tudja elégíteni. Nyilvánvaló, hogy ez a feltétel csak akkor teljesíthető, ha kellő pontossággal ismerjük a távlati igényeket. A közmű tervezés folyamatának első, és sokszor legtöbb vitát kiváltó lépése az igények meghatározása, prognosztizálása. Egy-egy nagyobb közműfejlesztési beruházás költségeit, ütemezését alapvető módon befolyásolja az igény prognózis. Az egyik legnagyobb gond a prognózis készítése során, hogy a fogyasztási szokásokra a gazdasági-politikai változásoknak is igen jelentős hatása van. Az ország EU csatlakozása ebben a tekintetben várhatóan kedvező hatású lesz, abban az 5.



értelemben, hogy a gazdaság és a politikai helyzet nagyrészt kiszámíthatóvá válik, és ezzel a prognózis készítés biztonsága is növekszik. A közmű fejlesztési tervek készítése nem csupán egyszerű statikus szerkezettervezés, mint arról a tervezési elvek, kapcsán már szó volt. A rendszerek bonyolultságára való tekintettel a tervezés bizonyos szintjéig (beruházási program) alternatívákban szokás gondolkozni, melyeket műszakigazdasági mutatóikkal kell összehasonlítani. A tervező feladata a műszaki megoldások kidolgozása mellett a gazdasági mutatók, költségek meghatározása, dokumentumba (tervbe) foglalása a döntéshozók számára értékelhető formában. A helyzetet csak bonyolítja, hogy a nagyobb közmű létesítmények kivitelezése éppen kiterjedtségük miatt hosszú időt, éveket vesz igénybe. Ezért már a tervezés során az igények kielégítését, illetve a beruházást ütemezni kell. A műszaki gazdasági mutatókat az egyes alternatívákhoz, amelyek létesítésének ütemezése akár jelentősen eltérő is lehet, az ütemezés figyelembevételével kell kimunkálni. Az igényprognózisok készítése során soha sem szaban figyelmenkívül hagyni az üzemeltetőknél felhamozódott tapasztalatokat. A szabványokban és műszaki irányelvekben rözített igénymutatókat mindíg össze kell vetni az üzemeltetői tapasztalatokkal. Különösen igaz ez a jelenlegi hazai viszonyok között, amikor a drasztikus áremelések hatására majd minden közműszakágban jelentősen visszaesett, legfeljebb stagnál a fogyasztás. A közműszolgáltatással kapcsolatos igényeket befolyásoló tényezők közül érdemes néhányat kiemelni, melyeknek minden közmű esetében alapvető szerepük van: A lakosszám, a népesedés alakulása. A lakások száma és felszereltsége Az időjárás. Településszerkezet. Fogyasztói szokások. A közműszolgáltatást a lakosságon kívül az ipari és mezőgazdasági üzemek is igénybe veszik, ezért az igények meghatározását mindhárom fogyasztói körre el kell végezni. Az igénymeghatározás során feladat az igények időbeli és térbeli megoszlásának meghatározása, a különböző fejlesztési időhorizontokra. A következőkben a VÍZELLÁTÁS és a CSATORNÁZÁS tervezése során alkalmazott igénymeghatározási módszereket vesszük sorra.

6.



1.3. Vízellátás Egy település teljes ivóvízigénye a következő részekből tevődhet össze: Lakosság ivóvízigénye Ipar ivóvízigénye Mezőgazdaság vízigénye Közületi fogyasztók vízigénye Tűzoltás vízigénye Közterület fenntartás vízigénye Szolgáltatási veszteségek

1.3.1.

A lakosság vízigényének meghatározása

A tervezés első lépéseként a rendezési tervek alapján úgynevezett fogyasztási körzeteket jelölünk ki oly módon, hogy egy-egy körzeten belül a beépítés jellege, az épületek szintszáma, az ellátottság színvonala, a fogyasztói szokások közel azonosak legyenek. Az ellátottság színvonala alapján a lakossági ellátás négy szintje különböztethető meg: Közkifolyós módon ellátott fogyasztó, aki a csőhálózatra szerelt közkifolyós vízvételi helytől, közúton mérve, legfeljebb 150 m távolságra lakik. Félkomfortos módon ellátott az a fogyasztó, akinek ingatlanán egy csapolóhely van. Komfortos módon ellátott az a fogyasztó, akinek lakásán több csapolóhely (fürdőszoba, WC,stb.) van. Összkomfortos módon ellátott fogyasztó az, aki a vízellátáson kívül egyéb rendszeres kommunális szolgáltatásban részesül (melegvíz, központi fütés, gázellátás, stb.) A vízigényeket a fogyasztási körzetekre a lakosszám és a éves átlagos fajlagos vízigények alapján a komfortfokozat ismeretében határozzuk meg. Ehhez általában az MSZ-10 158/1-84.sz. ágazati szabványban rögzített háztartások éves átlagos fajlagos vízigényeinek irányszámait használjuk fel: Félkomfortos lakóépületek Komfortos lakóépületek Összkomfortos lakóépületek

60 160 180

-

100 l/fő.d 220 l/fő.d 350 l/fő.d

Tekintettel arra, hogy itt intervallumok vannak megadva, célszrű a konkrét számításnál figyelembe veendő fajlagos értéket a jelenlegi illetve leendő üzemeltetővel egyeztetni. Tekintettel arra, hogy a lakosság vízfogyasztása időben változó, a különböző időhorizontokra jellemző vízigényeket határozunk meg:

7.



n

Q

Átlagos napi vízigény

átlag d

N iqi i 1

ahol

n

-

a fogyasztási körzetek száma

Ni

-

az ellátott fogyasztói egység mennyisége

qi

-

az átlagos fajlagos vízigény

az i-dik fogyasztási körzetben. n max

Legnagyobb napi vízigény

Qd

i

N iqi

i 1

ahol

i

-

évszakos egyenlőtlenségi tényező. Az éves átlagos és az évente egyszer előforduló legnagyobb vízigény hányadosa.

Az évszakos egyenlőtlenségi tényező tájékoztató értékei a települések jellege szerint: Település jellege

Országos kiemelt felsőfokú központ

Ipari Mezőgazdasági

1.2-1.4

Vegyes Üdülő 1

1.2-1.5

Legkisebb napi vízigény

és Felsőfokú részleges felsőfokú központ

és Középfokú központ

Alsófokú központ

1.2-1.5

1.3-1.6

1.5-1.7

1.5-1.8

1.6-2.1

1.7-2.3

1.3-1.6

1.4-1.7

1.6-2.0

1.5-2.5

2.0-3.0

2.2-3.2

Qd min =

0.8 - 0.9Qd átl

A legkisebb napi vízigényt a szabvány nem említi de ismerete a tervezés során sok esetben szükséges.

1

Az üdülési idény idôtartamára vonatkozik. 8.


1.3.2.


Az ipar vízigénye

Az ipari termelés vízigényeinek biztosítására elsősorban az ipari vízellátás hivatott. Jelentőségének és fontosságának hangsúlyozása nem választható el az alapvető ténytől, hogy az ipari víz elnevezés nem vízminőséget, hanem vízhasználati célt határoz meg. Így az ipari vízigényeket feloszthatjuk: HűtővízKazántápvízTechnológiai vízÖblítő-, mosó-, oldóvízTermékbe bedolgozott vízSzállító és osztályozó vízigényekre. Ezek közül az igények közül vannak olyanok, amelyeket ivóvíz minőségú vízzel kell kiszolgálni, ezeket az igényeket a fogyasztóval egyeztetve kell meghatározni. A fentieken kívül minden üzem részére szükséges ivóvíz minőségű ún. szociális víz biztosítása (ivás, fürdés, konyha, WC,stb.). Ez utóbbi vízigény megállapítása a lakossági vízigényekhez hasonlóan történik.

1.3.3.

A mezőgazdaság vízigénye

A mezőgazdaság az iparhoz hasonlóan kétféle vízigénnyel jelentkezik, technológiai és szociális vízigénnyel. A technológiai vízigény bizonyos esetekben lehet ivóvízminőségű (pl. állattartó telepek) melyet a közüzemi hálózatról lehet biztosítani. Ilyen esetekben a mezőgazdasági üzem szakértőivel kell konzultálni a technológiai vízigényt illetően. A szociális vízigény megállapítása itt is a lakossági vízigényekhez hasonlóan történik.

1.3.4.

A tűzoltás vízigénye

Az Országos Tűzvédelmi Szabályzat szerint (45 § (8) pont): "A lakótelep és a létesítmény közös vízellátási rendszere esetén a vízvezetéki hálózatot úgy kell méretezni, hogy az a településen a kommunális átlagos, a létesítménynél pedig a technológiai víz mellett a meghatározott oltóvízmennyiséget egyidejűleg biztosítsa." Különösen kis települések esetén a hivatkozott szabályzat rendelkezései alapján meghatározott vízigény adja a mértékadó terhelést. A tűzivíz igény meghatározására itt részleteiben nem térünk ki, csak emegemlítjük, hogy a mennyiségi igény mellett ebben az esetben is igen fontos a nyomásigény !

1.3.5.

A település jellemző vízigényei

A települések vízigénye a kommunális (lakossági), ipari, mezőgazdasági stb vízigényből tevődik össze. A településre jellemző vízigények: Átlagos napi vízigény

Qd átl

Legnagyobb napi vízigény

Qd max

Legnagyobb órai vízigény

Qh 9.



Legkisebb napi vízigény

Qd min

A legnagyobb órai vízigényt kétéle módszerrel lehet meghatározni: h

-

Napon belüli egyenlőtlenségi tényező, vagy óracsúcs tényező figyelembevételével. n h Qh

=

Qd átl 24

Qh

-

meghatározása a napi összes fogyasztás százalékában, mérési eredmények, vagy irodalmi adatok alapján.

1.4. Szennyvíz terhelés meghatározása A települési vízelvezető rendszerekben nem csak az ivóvízhasználat során keletkezett hulladékot, az ún. szennyvizet kell a településről elvezetnünk, hanem ugyanazon, vagy külön hálózatban a település vízgyüjtőjén lehullott csapadékból származó vizeket is. A két féle csatornahálózatot terhelő anyagáram jellemzőit tekintve lényegesen eltér egymástól, ezért a belőlük számítható terheléseket külön tárgyaljuk. Fontos megjegyezni, hogy a külön történő tárgyalás műszakilag is teljesen indokolt, hiszen a terhelési idősorok korrekt szuperpozíciója megengedett. A csatornahálózatok terhelésének megállapításakor az első lépés a keletkező szennyvízmennyiségek megállapítása. Ehhez célszerű a vízellátási tervezéseknél használatos vízigényekből kiindulni, hiszen a szennyvíz éppen az ivóvíz használat kapcsán keletkezik. A vízellátásnál meghatározott Qdmax kommunális jellegű vízfogyasztás mintegy 80-90 % vehető figyelembe mértékadó szennyvíz terhelésként az egyes fogyasztási körzetekben. Amennyiben nem állnának rendelkezésre a vízellátás, vízfogyasztás adatai az egyes településeken, településrészeken keletkező szennyvízmennyiségeket irodalmi illetve műszaki irányelvek (MI 10167/2) alapján is meg lehet határozni. Települési fajlagos szennyvízhozamok:

Lakosszám A település jellege

[ezer fő]

Falu

0.5 - 2.0

Üdülőtelep

3.0

Részlegesen központ

kiemelt

alsófokú 1.0 - 2.5

Fajlagos szennyvízhozam, qd [l/fő.d] 75 - 100 150 - 300 100 - 200

10.



A település jellege

[ezer fő]

Alsófokú központ

2.5 - 3.5

Fajlagos szennyvízhozam, qd [l/fő.d] 125 - 225

Kiemelt alsófokú központ

3.0 - 10

150 - 250

Középfokú központ

10 - 20

Felsőfokú központ

20 - 30

250 - 350

Kiemelt felsőfokú központ Országos központ,

80 - 200

250 - 350

1000

300 - 600

Lakosszám

200 - 300

új melegvízellátású lakótelep

Az elválasztott rendszerű csatornázott terület 1 ha-nyi vízgyüjtőterületéről várható fajlagos szennyvízhozamok: Falvak, részlegesen kiemelt alsófokú központ Fajlagos szennyvízhozam [l/s.ha]

Országos központ, Középfokú felsőfokú központ központ, kiemelt alsófokú központ Laksűrűség 500

2.3 - 5.0

-

-

400

1.8 - 4.0

1.6 - 3.9

-

300

1.4 - 3.0

1.2 - 2.9

-

200

0.9 - 2.0

0.8 - 1.9

0.6 - 1.7

100

0.5 - 1.0

0.4 - 1.0

0.3 - 0.9

50

0.3 - 0.5

0.2 - 0.5

0.1 - 0.4

Távlati koncepcionális tervezéskor a számított szennyvízmennyiséget biztonsági tényezőkkel növeljük: n

-

A lakosszám növekedés figyelembevétele. Fejlődő település esetén 1.10 - 1.15 Állandósult lakosszám esetében 1.00 - 1.05

q

-

A fajlagos vízigény növekedés figyelembevétele

1.20 - 1.30

A mértékadó biztonsági tényező: R

=

n q

11.



A települési szennyvíz napi átlagos hozama (MI 1027/2 szerint): n qd Qsz,d = R m3/d 1000 Az elvezetendő szennyvízhozamot az infiltrációs (beszivárgási) és a szabálytalan bekötésekből származó többlet víz-, ill. szennyvízhozamokkal együtt kel figyelembe venni. A beszivárgási (infiltrációs) vízhozam (Qi [m3/d.km]) a csatorna anyagának, a csatorna átmérőjének és a talajvízszint csatorna záradék feletti magasságának függvényében állapítható meg az MSZ-10311 sz. szabvány szerint. A szabálytalan bekötésekből eredő többlet terhelést ( Qb) az elválasztott rendszerű szennyvízcsatornák terhelésének meghatározásakor kell figyelembe venni. A szabálytalan bekötésből származó többlet terhelés a napi átlagos kommunális szennyvíz terhelés 10-20 %-a. Ajánlott irodalom: Darabos P.-Mészáros P. (2006): Közművek, Egyetemi jegyzet, Műegyetemi kiadó, Budapest Öllős G. (1987): Vízellátás, Aqua Kiadó, Budapest

1.gyakorlat Korróziós laboratóriumi gyakorlat összevont előkészítő. 1. mérés: Referens elektróda készítése, bemérése. 1. Az elektróda felépítése:

Porózus fadugó

Műanyag cső

cc. CuSO4 oldat

Parafa dugó

rézkábel

2. Az elektróda bemérése.

12.



Üvegpohár Csapvíz Referens elektróda acéllemez

2.sz. mérés: Szabad korróziós potenciál meghatározása: Mérési elrendezés:

Üvegpohár Csapvíz Referens elektróda Acél, alumínium, cink, réz

3.sz. mérés: Galvánelem párok potenciál-különbségeinek meghatározása.

13.



Mérési elrendezés:

Üvegpohár Csapvíz Fém 1 Fém 2

Savas pH Anyag Acél-réz Acél-alumínium Acél-cink Réz-cink Réz-alumínium Alumínium-cink Semleges pH Anyag Acél-réz Acél-alumínium Acél-cink Réz-cink Réz-alumínium Alumínium-cink Lúgos pH Anyag Acél-réz Acél-alumínium Acél-cink Réz-cink Réz-alumínium Alumínium-cink

1. sz. mérés

2. sz. mérés

3. sz. mérés

Átlag:

1. sz. mérés

2. sz. mérés

3. sz. mérés

Átlag:

1. sz. mérés

2. sz. mérés

3. sz. mérés

Átlag:

14.



4. sz. mérés: Acél polarizálása Mérési elrendezés:

Szabályozható DC áramforrás

Referens elektróda

Üvegpohár

Acéllemez A mérési eredmények ábrázolása a potenciál-áram koordinátákkal 5. sz. mérés: pH mérése A mérés leírása: Három főzőpohárból, jelük: 1-2-3 vett mintának meg kell határozni pH papírral az oldat pH értékét. A mérést két lépcsőben kell végezni: 

Először a széles spektrumú papírral el kell végezni az alapbehatárolást.



Ennek alapján a tizedes beosztású papírral el kell végezni a pontosabb mérést.

Mindkét adatot a jegyzőkönyvben rögzíteni kell! 15.



2-3.gyakorlat Tervezési feladat kiadása. Vízellátás tervezése. Ellátási terület lehatárolása. Vízigények meghatározása. Tározó térfogat meghatározás. Hálózat helyszínrajzi vonalvezetési változatainak kidolgozása.

16.



2. előadás Az igények meghatározását követően a tervezés következő lépése az elosztórendszer méretezése. Általánosságban elmondható, hogy a bonyolult elosztórendszerek méretezési eljárásai matematikai modellezéshez kötöttek. A hálózatok esetében alkalmazott modellek általában három részből tevődnek össze 1. 2. 3.

A hálózat geometriáját leíró A hálózat viselkedését leíró A fogyasztás, vagy terhelés

TOPOLÓGIAI modell FIZIKAI-HIDRAULIKAI modell FOGYASZTÁSI v. TERHELÉSI modell

A napjainkban alkalmazott modellekről általában elmondható, hogy az elosztó rendszert gráfként leírt hálózatnak értelmezik, mely gráf éleihez különböző relációkkal, algoritmusokkal fizikai tulajdonságokat rendelnek. A következökben először a topológiai modellezésről szólunk, mivel majd minden hálózatra vonatkozóan ennek a modellrésznek a kezelési technikája megegyező. Utána azon elosztórendszerek fizikai modellezésére koncentrálunk, melyeket elsősorban építőmérnökök méreteznek. Ezek: Vízellátó hálózatok Csatorna hálózatok

2.1. Topológiai modell A hálózat topológiája a hálózat geometriája anélkül, hogy a hálózat fizikai jellegével foglalkoznánk. A hálózatok egyes elemei kapcsolatának leírására a legcélszerűbb eszköz a GRÁFELMÉLET alkalmazása. A topológiai összefüggések a gráfok alkalmazásával egyértelműen leírhatók, és a matematikai modell ebben az esetben a gráfok matematikai reprezentációját képező mátrixokat jelenti (kapcsolási, hurok- stb.). Ezeknek a jelentősége a KIRCHOFF-törvények alapján felírható kontinuitási és egyensúlyi egyenletek előállításában van. A nyomás alatti csőhálózatok hidraulikai számításaiban a topológiai modell mindig egy összefüggő, irányított gráffal írható le. Az irányított gráf kapcsolatainak leírására használatos az ún. KAPCSOLÁSI MÁTRIX. A kapcsolási mátrix a gráf ágai és csomópontjai közötti összefüggést írja le oly módon, hogy a csomópontoknak a mátrix sorai, míg az ágaknak az egyes oszlopok felelnek meg. A kapcsolási mátrix egyes elemei a 0, +1 vagy -1 értékeket vehetik fel a következők szerint: a kapcsolási mátrix A(i,j) eleme: 1 -1 0

ha az i-dik csomópont a j-dik ág kezdőcsomópontja ha az i-dik csomópont a j-dik ág végcsomópontja ha az i-dik csomópont és a j-dik ág nem esik össze

A kapcsolási mátrix segítségével KIRCHOFF I. (kontinuitási) törvényét a következő alakban írhatjuk, ha pl. q az egyes ágak vízszállítás vektora:

A q

0

17.



A kapcsolási mátrixból származtathatjuk az ún. hurokmátrixot, melyben a mátrix sorainak a hurkok (gyűrűk), oszlopainak az ágak felelnek meg. A hurokmátrix egyes elemei - a kapcsolási mátrixhoz hasonlóan - a 0, +1, -1 értékeket vehetik fel az alábbiak szerint: a hurokmátrix B(i,j) eleme: 1 -1 0

ha az i-dik hurok a j-dik ágat tartalmazza, és az ág és a hurok irányítása egyezik, ha az i-dik hurok a j-dik ágat tartalmazza, de irányításuk eltérő, ha az i-dik hurok a j-dik ágat nem tartalmazza.

A hurkok előállításához először az alap kapcsolási mátrixot kell előállítani. Ez a kapcsolási mátrix particionálásával érhető el:

Aa

Af Ah

Ahol Af a faágakat, Ah a húrágakat tartalmazó kapcsolási mátrix. A hurokmátrix hasonlóan particionálható:

B

Bf Bh

Ahol Bf a faágakat, Bh a húrágakat tartalmazó hurokmátrix, és

Bh

I

vagyis egységmátrix. A részletes levezetés mellőzésével, az alap kapcsolási mátrix és a faágak hurok mátrixának transzponáltja közti összefüggés:

Bf

Af

1

Ah

Ezek után KIRCHOFF II. törvénye, ha h az ágak nyomásveszteségeinek vektora:

Bh

0

18.



2.2. Vízellátó rendszerek modellezése és méretezése 2.2.1.

A vízellátó rendszer elemeinek fizikai - hidraulikai modellje

A nyomás alatti vízelosztó hálózatok vizsgálatakor, valóságos folyadékot feltételezve, a NAVIERSTOKES egyenletekből származtatott, általános BERNOULLI egyenletből indulunk ki, melyet a csővezetékben áramló folyadék egy áramvonalára írunk fel: 2

v1

2

p1

z1

v2

p2

z2

hv

1 dv

dr 2g 2g g dt Az egyenlet jobboldali utolsó tagja, amely a nempermanens vízmozgás esetén veendő figyelembe, a folyadékszál elemi részeinek gyorsítására fordított, az egységsúlyú víztestre vonatkoztatott energiafelhasználást jelenti. Mivel az jelen esetben a nyomás alatti vízelosztó hálózatok állandósult állapotbeli vizsgálatával foglalkozunk, ezt a tagot elhanyagolhatónak tekintjük. A nyomás alatti vízelosztó hálózatokbeli permanens áramlás modellezésekor, mindig az egyes rendszerelemeken fellépő nyomásveszteség meghatározása a feladat. Lényegesnek tartjuk hangsúlyozni, hogy a topológiai modellezésből (gráfok) adódóan, a különböző rendszerelem-fajtákat, mint pl.: csővezeték tározó szivattyú kút hidráns, szabad kifolyás szűrő stb.... mind egy gráfélként lehet modellezni, és a rájuk vonatkozó nyomásveszteség össze-függéseket pedig ezekhez a gráfélekhez lehet egyérteműen rendelni. A következőkben az egyes elemfajtákat és a rájuk vonatkozó nyomásveszteség összefüggéseket mutatjuk be. 2.2.1.1. Csővezeték, valódi ág A viszkózus folyadék csővezetékben való permanens áramlása során keletkező nyomásveszteségét a klasszikus

hv

l v

2

d 2g képletből számíthatjuk. A képletben szereplő, a v középsebességtől függő ellenállási tényezőt, az IWSA ajánlása alapján a

1

2 lg

k

2 .5 1

3 .7 d

Re ún. Colebrook-White összefüggésből lehet iteratív úton meghatározni. A képlet elsősorban az ún. átmeneti tartománybeli áramlási viszonyokra vonatkoztatható.

19.



Az ellenállási tényező meghatározását a programban úgy célszerű végezni, hogy a számítás kezdetekor egy felvett, vagy megelőző számításból származó sebességértékhez határozzuk meg az ellenállási tényezőt. Az iteráció végeztével a tényleges sebességet már jól megközelítő sebességekhez újra kiszámítjuk az ellenállási tényező értékét, és az iterciót újra végrehajtjuk. Mivel a KIRCHOFF-törvények alapján felírható egyenletrendszer másodfokú, megoldása csak iteratív úton lehetséges. Az iterációs módszerek többsége relaxációs jellegű (NEWTON-RAPHSON, CROSS-LOBACSEV, stb.), így a nyomásveszteség függvénynek a sebességre, illetve a szállított vízhozamra vonatkoztatott deriváltjára is szükség van. A hurkolt hálózatokon végzett kiegyenlítő számítások során, az irányított gráf modellből adódóan a hv= C Q2 képlet helyett célszerű egy

hv

C Q Q

alakú képlettel számolni, ahol

8L

C

5

2

d g Ha az iteráció során az ellenállási tényezőt állandónak tételezzük fel, a derivált a '

hv

2C Q

alakban írható. A vezetékhálózat modelljének elkészítéséhez általában a következő adatok szükségesek: - meglévő hálózat esetében a hálózati helyszínrajzok, - tervezett hálózat esetében a tervek. A hálózat vezetékei ágakból (gráfelméleti elnevezéssel: élekből) tevődnek össze, az ágak csomópontokból (gráfelméleti elnevezéssel: szögpontokból) indulnak ki, és csomópontokba futnak be. A csomópont nemcsak egy ág kezdő-, illetve végpontja, hanem a hálózat azon helye (helyei), amelyen a fogyasztók vízigényét kiadjuk (pontosabban, ahol a fogyasztás kiadását képzeljük). Csomópontban csatlakoznak az egymást ténylegesen keresztező veze-tékek, de csomópontban változnak valamely vezeték geometriai és hidraulikai jellemzői is. A tényleges hálózat, főleg nagyobb települések esetében, nagy számú ágból és csomópontból áll, a számítógépi programok azonban - géptípustól függően - csak korlátozott számú ágból álló hálózat számítását engedik meg. Emiatt a tényleges hálózat és modellje (amit számítási hálózatnak is szokás nevezni) kisebb-nagyobb mértékben eltérhet egymástól. A modellezés érdekében tehát a tényleges hálózatot - esetleg egyes vezetékek elhagyásával - időnként csökkenteni kell. (Korábbi irodalmi adatok szerint a hálózat modellezése során figyelmen kívül lehet hagyni azokat a vezetékeket, amelyeknek átmérője kisebb, mint az egyébként előforduló legnagyobb átmérőjű vezeték átmérőjének 1/3-a. A mai, nagy kapacitású számítógépek alkalmazásával ez a probléma már esetleg fel sem merül.) A hálózat modellezésére általában egzakt, pontos tanácsok nem adhatók. A legfontosabb szempont, hogy a modell - figyelembe véve az elosztóhálózat állapotát befolyásoló nagyszámú bizonytalan tényezőt - a gyakorlati igényeknek megfelelő pontossággal utánozza a valóságot.

20.



2.2.1.2. Tározók, kötött nyomású pontok A tározók a nyomás alatti csőhálózat azon kötött nyomású pontjai, melyekben a nyomás nem függ a tározóba érkező, vagy onnan távozó vízmennyiségtől. A tározó modelljének felállításához célszerűen be kell vezetni két új fogalmat (Almássy, 1967; Bozóky-Szeszich, 1968): fiktív ág, melynek mentén a nyomásveszteség nem függ a szállított vízhozamtól, fiktív csomópont, a hálózat azon kitüntetett pontja, mely a hasonlító síkban fekszik. A tározók modellezése a fiktív ág, illetve csomópont bevezetésével két módon lehetséges: A tározót egy olyan fiktív ággal modellezzük, melynek kezdő csomópontja a fiktív csomópont és rajta a nyomásveszteség a vízforgalomtól függetlenül éppen annyi, mint az aktuális vízállás hasonlító sík feletti magassága. A fiktív csomópontot kiiktatva a hálózatból, a fiktív ágak a tározókat kötik össze, és rajtuk a nyomásveszteség a vízforgalomtól függetlenül a tározók aktuális vízszint-különbsége. A programok többségében a tározókat az adatmegadás szempontjából csomópontként szokták kezelni. Ez a megoldás a felhasználó munkáját hivatott megkönnyíteni, mivel nem kell külön foglalkoznia modelljében a fiktív csomópont, és a fiktív ágak megadásával, ezt a program automatikusan elvégzi. Fel kell hívnunk a figyelmet azonban arra, hogy minden egyes tározó egy új ágat is jelent a hálózatban, és a csomópontok minden esetben kiegészülnek egy ún. fiktív csomóponttal. Mind a magastározók, mind a mélytározók (szívómedencék) esetében a térfogat, túlfolyó és fenékszint, a tározó és hálózat kapcsolata (csőzárkamra) képezik a modellezés további alapadatait. Ha a tározót több, közvetlenül egymás mellé épült medence alkotja, akkor azokat a modellezés szempontjából egyetlen tározónak tekintjük és egyetlen csomóponttal modellezzük. Figyelembe kell venni a hálózat és a medence kapcsolatát. A medencében tárolt víz pangásának elkerülése érdekében a zárkamrában általában a hálózati vezeték töltő-, illetve ürítő- vezetékre válik szét, amelyeken visszacsapó szelepek szabályozzák a vízáramlást. Modellezés szempontjából a töltőés ürítővezeték egyetlen vezetéknek tekinthető. Más a helyzet, ha a medence megtelése esetén a töltővezetéket szintérzékelő által működtetett elzárószerkezettel zárjuk le, az ürítővezetéken lévő visszacsapó pedig akkor nyit, ha a medence környezetében a hálózati nyomás a medence vízszintje alatt van. Ilyenkor a töltővezetéket, illetőleg a rajtuk lévő elzárószerkezeteket (tolózár, illetőleg visszacsapó) modellezni kell. 2.2.1.3. Szivattyú (centrifugál szivattyú) A vízelosztó rendszerekben szinte kizárólagosan alkalmazott centrifugálszivattyúk emelőmagasságának meghatározásához a

H sz

a0

a 1 Q sz

2

a 2 Q sz

alakú polinomot szokták alkalmazni, melynek a0 , a1 , a2 paramétereit a szivattyú hitelesített jelleggörbéjéből lehet meghatározni (Füzy,1966; Verba,1975; Fáy - Troskolansky - Varga,1978). A gyakorlatban igen elterjedt, egy ennél valamivel egyszerűbb közelítés, amikor a jelleggörbe egyenlete

21.



H sz

H0

a Q sz Q sz

alakú. Ez a jelleggörbe-típus negatív Qsz értékre is ad metszéspontot bármely csőhálózati jelleggörbével, ami az iterációs számítási módszer szempontjából komoly biztonságot jelent. Ennek a (nyomásveszteség) függvénynek a deriváltja '

H sz

2 a Q sz

alakban írható fel. A szivattyút (átemelőt) egy olyan ág modellezi, amelynek csomópont-sorszámozása kötött. A szívóoldali csomópont sorszámának kisebbnek kell lennie, mint a nyomóoldali csomópont sorszáma. Ez másszóval azt jelenti, hogy a szivattyú (átemelő) esetében a víz a kisebb sorszámú csomóponttól áramlik a nagyobb felé. A szivattyúkhoz (átemelőkhöz) kiegészítő szerelvények, berendezések (elzárószerkezet, visszacsapó, vízmérő) tartoznak. Ezeket csak közvetve modellezzük a következők szerint, amikor is a modellben egy szivattyúnak négy- féle állapota lehet: A szivattyú üzemszerűen működik, ekkor jelleggörbéjét mint másodfokú parabolát adjuk meg. Az üzemelő szivattyú típusát nem ismerjük (pl. nagyobb távlatra történő tervezésnél), ekkor egy kiválasztott vízhozam adható meg. Amíg jelleggörbe megadása esetén a vízszállítást és nyomást (pontosabban szivattyú-emelőmagasságot) a hálózat hidraulikai viszonyai befolyásolják, meghatározott vízhozam megadása esetén csak a szállítómagasságot befolyásolják a hidraulikai viszonyok. A szivattyú (átemelő) nem működik, zárva van. A szivattyú (átemelő) nem működik, de a víz áramlása tetszőleges irányban lehetséges. (Ez az eset tulajdonképpen egy nyitott állapotban lévő megkerülő vezetéket modellez.) Párhuzamosan működő szivattyúk esetén mindegyik gépegységet egy-egy külön átemelő ággal is lehet modellezni, de célszerűbb a párhuzamosan üzemelő szivattyúk eredő jelleg-görbéjét megszerkeszteni, és ezt egyetlen átemelővel működtetni. A számítások időigénye így általában csökkenthető. 2.2.1.4. Kút Mivel vizsgálódásunkat csak permanens vízmozgásokra terjesztettük ki, ezért a kutak modellezésekor élhetünk a következő közelítéssel:

Hk H0 k Qk Vagyis a kút modellje egy fiktív ág és egy lineáris veszteségű ág együttese. 2.2.1.5. Szűrő A nyomás alatti zárt gyorsszűrők nyomásveszteség összefüggéseire a VITUKI-ban végeztek kísérleteket. A kísérletek eredményeinek felhasználásával Mészáros G. vezetett le összefüggést, melyet párhuzamosan kapcsolt szűrők hidraulikai vizsgálatában alkalmazott:

h vs

C Qs Qs

ks Qs 22.



Tehát a szűrőt két ágként, egy négyzetes és egy lineáris veszteségű ágként modellezte. A képletben a lineáris tag a szűrőrétegbeli, míg a négyzetes tag az egyéb szűrőbeli helyi veszteségeket veszi figyelembe. A szűrő modellje ezek után egy lineáris és egy négyzetes veszteségű ágból állhat. 2.2.1.6. Hidráns, szabadkifolyás A szabadkifolyást egy

h vh

H0

a Qh Q h

alakú kifejezéssel lehet modellezni, ahol H0 a szabadkifolyás hasonlító sík feletti magassága, míg a másik tag a kifolyás helyi ellenállását hivatott figyelembe venni. Tehát a hidráns egy fiktív és egy négyzetes veszteségű ág kombinációjaként állítható elő. 2.2.1.7. Hálózati szerelvények A hálózati szerelvények közül - modellezési szempontból - elsősorban az elzárószerkezeteknek és visszacsapóknak van jelentőségük. Mindkettőt egy ág modellezi. Elzáró (áglezárás) esetén az ág kezdő és végcsomópontjaival kapcsolatban nincs semmilyen kötöttség. Az elzárószerkezetnek a teljes elzáráson kívül feladata lehet még a vezeték fojtása is. A fojtás tulajdonképpen egy ellenállást hoz létre, tehát elvileg lehetséges lenne egy helyi ellenállási tényező figyelembevétele. Ehelyett célszerű az elzáró ág hosszát megnövelni; olyan hosszal venni fel az ágat, hogy annak ellenállása megegyezzék a helyi ellenállás értékével. Ilyenkor lehet egyenértékű ellenállásról, vagy egyenértékű csőhosszról beszélni. A fojtásos üzem másik megoldása az, hogy az ágat négyzetes veszteségű ágként adjuk meg, a konkrét fojtás értékhez kiszámolva egy C veszteségtényezőt. A visszacsapót egy olyan ág modellezi, amelynél a kisebb sorszámú csomópont felől a nagyobb sorszámú felé szabadon áramlik a víz. Ha a hidraulikai számítások eredményei szerint a nagyobb sorszámú csomóponton nagyobb a nyomás, mint a kisebb sorszámún, vagyis a víz az előbb említettel ellentétes irányba kíván áramolni, akkor a visszacsapó zár.

2.2.2. A fogyasztás modellezése A fogyasztás (illetve a vízigények) helyes, a valóságnak megfelelő modellezése a rendszervizsgálatoknál az egyik legbonyolultabb, legkevésbé egzaktul megfogható probléma. Két kérdésre keresünk választ: - a hely (hol modellezzük a különféle vízfogyasztásokat), - az idő (milyen idősorral modellezzük a különféle vízfogyasztásokat) kérdésére. 2.2.2.1. A vízfogyasztás helyének modellezése A fogyasztás - a fogyasztók - fajtái szerint általában megkülönböztetünk - lakossági - alapfokú közintézményi - közintézményi - ipari - stb. 23.



fogyasztókat. Ezek a fogyasztók a vízellátó hálózatoknál gyakorlatilag egy-egy pontban (pl. házi bekötés) vételeznek vizet. Kérdés, hogy a hálózati modell kialakításánál ezeket a vízvételezési pontokat - ezek mindegyikét - figyelembe kell-e vennünk. Ez a kérdés a lakossági (esetleg kommunális) fogyasztóknál merül fel elsősorban. Amennyiben ezen pontok (csomópontok) mindegyikét figyelembe vesszük, úgy természetesen ezekre a csomópontokra a terhelést (vízfogyasztást, vízigényt) is meg kell adnunk. Elméleti vizsgálatok bizonyították, hogy egy-egy szakaszon (pl. utcán) belüli fogyasztásokat nem szükséges koncentráltan, a konkrét helyén figyelembe venni. A fenti néhány gondolat előrebocsátása után a fogyasztás (vízigény) modellezése a következő képpen történhet. Kommunális vízfogyasztás (vízigény) modellezése 1. Az egyes lakókörzetekben a vízfogyasztást egyenletesen megoszlónak tekintjük. A hálózatra való terhelése a hossz, illetve a terület arányában történhet. Ezt az ág menti fogyasztást felel-fele arányban az ág kezdő- és végcsomópontjain adjuk ki (meglévő rendszerek, illetve új, tervezés alatt álló területek esetén alkalmazzuk). 2. Mivel a vízművek többsége rendelkezik konkrét (számítógépes adathordozón lévő) fogyasztási adatokkal, így ma már lehetőségünk van arra, hogy a fogyasztást az egyes utcák mentén (tehát nem a területen) ismerjük. Ebben az esetben a fogyasztás modellezése úgy történhet, hogy az utcák (utcarészek) menti diszkrét terhelést véve alapul, azt az ág kezdő és végcsomópontjára terheljük (akár úgy is, hogy nem tartjuk be az 1/2-1/2 arányt). Nagyfogyasztók vízfogyasztásának (vízigényének) modellezése A nagyobb közintézmények, az ipar, stb. vízfogyasztásának modellezése már nem jelent problémát, hiszen a fogyasztók helyileg lehatároltak, vízkivételük helye konkrétan megállapítható. 2.2.2.2. A vízfogyasztás időbeli változásának modellezése A vízfogyasztás nem csak területileg, hanem időben is változik. Két (sőt újabban három) jellemző értéket szoktunk figyelembe venni: az éven belüli változást, a napon belüli változást, az órán belüli változást. A település vízfogyasztásának (vízigényének) éven belüli változását az évszakos egyenlőtlenségi tényezővel ( ), és/vagy a konkrét mérési adatok figyelembevételével tudjuk meghatározni (ipari vízfogyasztásnál ez utóbbi módszer a célravezető). Az egyes körzetek napon belüli fogyasztását leíró menetgörbék egymástól kisebb-nagyobb mértékben eltérhetnek (pl. egy városközponttól távol fekvő lakótelepen a menetgörbe kora reggeli növekedése hamarabb, késő délutáni növekedése később kezdődik, mint egy központközeli lakótelepen). Mégis - közelebbi adatok hiányában - az egész településen (tehát valamennyi fogyasztási körzetben) általában ugyanazt a fogyasztási menetgörbét szokás használni. A kistérségi 24.



és regionális rendszerek esetében az egyes települések fogyasztási menetgörbéjének eltérését célszerű figyelembe venni (az egyes községek menetgörbéje könnyebben számítható a mérési eredményekből, mint a városon belüli körzetek esetében).

2.2.3.

Vízellátó hálózat méretezése és ellenőrzése

Tekintettel arra, hogy a vízellátó hálózatok viselkedését leíró KIRCHOFF egyenletekben szereplő nyomásveszteség összefüggésekben a négyzetes tag szerepel az egyenletrendszer explicit megoldása jelenlegi ismereteink szerint nem lehetséges. Ezért a méretezés a következő lépésekből áll: 1) A fogyasztási modell alapján becsléssel meghatározzuk az egyes vezeték keresztmetszetekre mértékadó vízszállításokat. 2) A mértékadó vízszállítás alapján meghatározzuk a szükséges vezeték átmérőt. 3) Iterációs hidraulikai számítással, az előbbiekben ismertetett matematikai modell segítségével, ellenőrizzük különböző jellemző üzemállapotokban a hálózatban kialakuló sebességeket és nyomásokat. 4) Amennyiben a hálózat valamely részén kedvezőtlenül nagy, vagy túl kis sebességek alakulnának ki, akkor módosítjuk a becsléssel meghatározott átmérőket, és újra elvégezzük az ellenőrzést. Egy vízellátó hálózatban a kívánatos sebesség tartomány

0.4 - 1.2 m/s.

A hálózati nyomás értéke egyetlen üzemállapotban sem lehet kisebb egyetlen csomóponton sem, mint az épületek szintszáma alapján előírt érték, illetve elosztó vezetékek esetében, nem lehet nagyobb mint 60 mvo2. 2.2.3.1. A vízellátó hálózat üzemállapotai Az üzemállapot kifejezés leszűkített értelemben az üzemi viszonyok különbözőségét jelenti. Tágabb értelemben az egyes üzemállpotokat nemcsak a betáplálások különbözősége, hanem a fogyasztási állapot is jellemzi. Úgy is fogalmazhatunk, hogy az üzemállapot a rendszer üzeméi folyamatáról készült pillanatfelvétel. A hálózat hidraulikai vizsgálata során jellemzőnek tekinett üzemállapotok céljukat tekintve két csoportba sorolhatók: Méretezési üzemállapotok, melyek a rendszert zavartalan üzem esetén jellemzik. Ellenőrzési üzemállapotok, melyek valamilyen zavaró eseményt feltételeznek, pl. tűzoltás. A hálózat méretezése szempontjából azok az üzemállapotok a jellemzőek, amelyek az egyes vezetékekben az átlagos áramlási viszonyoktól nagymértékben eltérő hidraulikai viszonyokat idéznek elő és ennek következtében szélsőséges nyomásokat idéznek elő. A hálózat egyes részeire különböző üzemállapotok lehetnek mértékadóak a csővezeték átmérők meghatározásakor (2-1.ábra):

2

méter vízoszlop 25.



M é r t é k a d ó ü ze m á lla p o t o k h o z t a r t o zó k e r e szt sze lvé n ye k

B

B

B B B

B

C

C

C

C

1 . k ö r ze t

2 . k ö r ze t

A C

A

C

2-1.ábra

Keresztmetszet jele A-A B-B

Fogyasztás

Megjegyzés

Qszmax max|Qsz-Qfmax|

C-C

Qh

A betáplálási ponttól húzódó fővezetékekre. A betáplálási pontot (pontokat) a tározóval (tározókkal) összekötő vezetékekre a szivattyúzás és fogyasztás különbségének legnagyobb pozitív, vagy legkisebb negatív értéke. Másként fogalmazva a tározók legnagyobb töltődésekor, vagy ürülésekor fellépő állapot. Az elsőrendű elosztó vezetékekre, az általuk ellátott terület óracsúcs fogyasztása a mértékadó.

26.


2.2.3.2.


Minta feladat

A következőkben egy mintafeladat kapcsán mutatjuk be a hidraulikai ellenörző számítás algoritmusát egy a 2-2.ábrán látható egyszerű vízellátó rendszerre. M in t a fe la d a t víze llá t ó h á ló za t h id r a u lik a i e lle n ô r zé sé h e z 1 . T e r h e lé s szá m ít á s

1 3 8 m Bf

dh = 2 .0 0 m

1

1 3 6 m Bf 6

DN 200 ac

2

3

DN 200 ac

4

1 . k ö r ze t

DN 150 ac

2 . k ö r ze t DN 150 ac

Q ó 1 = 2 8 l/ s m 1 = Q ó1 /

L 1 = 2 9 . 4 7 l/ s, k m

Q ó 2 = 3 5 l/ s

5

m 2 = 4 2 . 1 7 l/ s, k m

2-2.ábra A két fogyasztási körzetre adott az óracsúcs értéke a 2.ábra szerint. Ezt a terhelést a csomópontokra az ághosszak arányában bontottuk le az 2-1.táblázatban. Majd a fajlagos vezetékhosszra eső fogyasztásból számítottuk a csomóponti fogyasztásokat a 2.táblázatban. Ág jele (j)

1-2 2-3 2-5 2-4 4-5 4-6 Li

Hossz [km] Lj

Körze t [db] (i)

0.5 0.3 0.4 0.3

2 1 2 2

0.4 0.6

1 2

Körzetbe tartozó hossz [km] Li 0 0.3 0.42 0.72

1 0.2 0.3 0.3 0.15 0.95

2 0.1 0.15 0.4 0.18 0.83

Terhelések - mi Li

1 5.89 8.84 8.84 4.43

28.00

+

2

C=c l

=

4.22 6.32

5.89 8.84 13.06 10.75

16.87 7.59 35.00

16.87 7.59 63.00

3.18 8.64 11.52 8.64 11.52 3.82
2-1.táblázat 27.



Ág ( j ) 1-2 2-3 2-5 3-4 4-5 Csp ( k ) 1 2.94 2 2.95 4.42 6.53 3 4.42 5.37 4 5.37 8.44 5 6.53 8.44 6 Ez gyakorlatilag 63 l/s, megegyezik az előző táblázat kontrolljával.

4-6 2.94 13.90 9.79 17.59 14.97 3.78 62.97

3.78 3.78

2-2.táblázat A 2-3.ábrán és a 3-3.táblázatban a közelítő számítás egy iterációs lépését mutatjuk be felhasználva a 3-2.táblázatban kapott eredményeket. M in t a fe la d a t víze llá t ó h á ló za t h id r a u lik a i szá m ít á sá h o z 2 . K ie g ye n lít é s 2 9 .3 9 3 0 .0 0

3 3 .6 1 3 3 .0 0

1 3 8 m Bf

6 3 .0 0

1

1 3 6 m Bf

2 .9 4

6 3 .8 0 3 0 .6 7 2 7 .0 6

8 .6 3 1 3 .6 1 1 0 .0 0

2

-1 .1 6 3 .8 2 0 .2 1

3

2 5 .5 9 2 9 .2 0

4

N yo m á sve szt e sé g szá m ít á s 1 3 .9 0

9 .7 9

1 7 .6 0

Va ló d i á g: h v= sign (C ) C Q a b s(Q )

6 .8 3 11 .8 1

T á r o zó -fik t ív á g: h v= - sign (C ) H t K ie gye n lít é s k é p le t e : -

8 .1 4 3 .1 6

Q

5

C Q a b s(Q )

= 2

1 4 .9 7

C Q

Q i+ 1 = Q i + sign (C )

Q

2-3.ábra

28.



Ág

C

Q

CQ

1-0 0-6 6-4 4-3 3-2 2-1

-0 +0 -3.82 -8.64 -8.64 -3.18

+30.00 +33.00 -29.20 +0.21 +10.00 +27.06

2-3 3-4 4-5 5-2

+8.64 +8.64 +11.52 -11.52

13.61 3.82 11.81 3.16

0 0 111.54 1.81 86.40 86.05 285.80 117.59 33.00 136.05 36.40 323.04

CQ2 138000 -136000 +3257.08 -0.38 -864.00 -2328.53 2064.17 +1600.66 +126.15 +1606.76 -115.03 +3218.54

Q+ Q +33.61 +29.39 -25.59 +3.82 +13.61 +30.67 Q = -3.61 8.63 -1.16 6.83 8.14 Q = -4.98

2-3.táblázat

2.3. Tározótérfogatok meghatározása A tározókat rendeltetésük szerint a következő funkciókat láthatják el: Kiegyenlítik a víztermelés és a hálózati szivattyúzás közti különbséget (Víztermelő telepek térszíni medencéi) Kiegyenlítik a hálózati szivattyúzás és a fogyasztás közti különbséget (Magastározók) Szabályozzák a hálózati nyomást Különleges célokra tartalékolnak vizet (Tűzivíz, technológiai célú tározás) A tározók helyszínrajzi és magassági elhelyezését követően a feladat a tározók térfogatának meghatározása. Az 2-1.ábrán látható esetben a feladat két tározó térfogatának a meghatározását jelenti: a betáplálási pontnál lévő ún. szívómedenecéét, és az ellennyomó magastározóét. Általában a tározó térfogatot a csúcsvízigény alapján határozzuk meg. Ez azt jelenti, hogy meghatározzuk azokat a tározó térfogatokat amelyek a Qdmax vízigény esetén biztosítják az ellátást. Egy tározó térfogatának meghatározása a következő egyenlet alapján történik: T

Q ( t )dt 0 0

ahol

T Q(t) -

A kiegyenlítési időszak hossza. A tározó vízforgalma (töltődés vagy ürülés) a t időpillanatban.

29.



Az egyenlet a fizikai tartalmat tekintve, azt jelenti, hogy a tározó vízllása a kiegyenlítési időszak elején és végén egyenlő (de közben természetesen nem !). A Q(t), az ún. tározó vízforgalom a szivattyúzás és a fogyasztás pillanatértékeinek különbsége:

Q ( t ) Q sz ( t ) Q f ( t ) A tározókat általában 24 órás (napi) kiegyenlítésűre szokás tervezni. A 2-4.ábrán mintarendszerünk egy 24 órás fogyasztási és szivattyúzási menetgörbéjét tüntettük fel, melyhez tartozó adatok a 34.táblázatban láthatók. A táblázatban és az ábrákon feltüntetett fogyasztási, betáplálási adatok a napi összes fogyasztás százalékában értendők. 8,00

FO GY ASZT ÁS

7,00

6,00 SZIV A T T Y Ú ZÁ S

5,00

4,00

3,00

2,00

1,00

0,00 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

. 2-4.ábra

2 0 ,0 0 Q (t )

1 5 ,0 0

M AX +

1 0 ,0 0

5 ,0 0

0 ,0 0 1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

M AX -

- 5 ,0 0

- 1 0 ,0 0

2-5.ábra

30.



Időköz t [h]

Fogyasztás Szivattyúzás Tározó SumQ(t) Q(t) Q(t) vízforgalom [%] [%] [%] Q(t) [%]

1 2 3 4 5 6

1,00 1,20 1,50 1,60 3,50 5,50

5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00

4,00 3,80 3,50 3,40 1,50 -0,50

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

7,80 7,40 5,50 4,00 3,00 3,40 4,50 4,00 3,50 4,00 5,60 6,50 7,50 8,00 5,50 2,80

5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 0,00 0,00 0,00 0,00 5,00 5,00

-2,80 -2,40 -0,50 1,00 2,00 1,60 0,50 1,00 1,50 1,00 -5,60 -6,50 -7,50 -8,00 -0,50 2,20

23 24

1,50 1,20

5,00 5,00

3,50 3,80

0,00 4,00 7,80 11,30 14,70 16,20 15,70 12,90 10,50 10,00 11,00 13,00 14,60 15,10 16,10 17,60 18,60 13,00 6,50 -1,00 -9,00 -9,50 -7,30 -3,80

Összesen

100,00

100,00

0,00

0,00

2-4.táblázat Az 2-5.ábrán a tározott vízmennyiség időbeni alakulását tüntettük fel. A kiegyenlítéshez szükséges tározó térfogatot a összege adja.

Q(t) függvény szélsőértékei abszolutértékeinek

A fenti számítás hasonló módon elvégezhető a betáplálási ponton lévő tisztavíz, vagy szívómedencére is. Az eltéré csak az, hogy a szivattyúzásnak a víztermelés (általában időben állandó és folyamatos menetrendje, a fogyasztásnak a szivattyúzás menetrendje felel meg. Hasonló módszerrel elvégezhető több napos kiegyenlítési idejű tározók térfogatának meghatározása is. Ennek jelentősége üdülőterületek vízellátásában lehetséges. A bemutatott módszerrel egy nyomásövezet esetében csak az összes szükséges tározótérfogat meghatározása végezhető el. Amennyiben a nyomászónában több magastározó is van azok egymáshoz viszonyított térfogat arányait csak becsülni lehet. Az ilyen becslést mindíg utólagosan szimulációs számításokkal lehet ellenőrizni. Ennek részleteire a választható tárgyak keretében térünk ki (Lásd. Települési Vízgazdálkodás végszigorlati tantárgycsoport, Vízellátó rendszerek tantárgy) Ajánlott irodalom: Darabos P.-Mészáros P. (2006): Közművek, Egyetemi jegyzet, Műegyetemi kiadó, Budapest 31.



Öllős G. (1987): Vízellátás, Aqua Kiadó, Budapest

4.gyakorlat Ellenőrző dolgozat – Korróziós gyakorlat anyagából Vízellátás. Hálózatmodellezési ismeretek. HCWP programbemutató. Összevont gyakorlat.

5-6. gyakorlat Vízellátó hálózat hidraulikai méretezése, vizsgálata. Számítástechnikai laboratóriumi gyakorlat.

32.



3. előadás – Csatornázás A csatornázás a vízgazdálkodás, ezen belül a települési vízgazdálkodás fontos részterülete. A csatornamű eladata: a településen ill. a hozzá tartozó vízgyűjtőterületen keletkező szenny- és csapadékvizek műszaki, gazdasági és egészségügyi követelményeket kielégítő összegyűjtése, elvezetése, az előírásoknak megfelelő mértékű tisztítása majd elhelyezése. A csatornamű részei tehát: a csapadék- és szennyvizek összegyűjtésére és elvezetésére szolgáló csatornarendszer, és a csapadék- és szennyvizek tisztítását végző tisztítórendszer.

3.1. A csatornarendszerek osztályozása A csatornarendszerek a szenny- és csapadékvizek gyűjtési és elvezetési módja szeint egyesített, elválasztott és vegyes rendszerűek lehetnek. A csatorna üzeme szeint gravitációs, nyomás alatti és vákuumos rendszereket különböztetünk meg.

3.1.1.

Egyesített, gravitációs csatornarendszer

A hagyományos, egyesített rendszerű csatornák a szennyvizet és az időszakos, lényegesen nagyobb mennyiségű csapadékvizet ugyanazon csatornarendszerben vezetik le. A rendszer főgyűjtő vezetékeit viszonylag nagy keresztmetszetű csatornaelemek alkotják, melyeket túlterhelésük megakadályozása ill. mérséklése céljából bizonyos távolságokban un. csatornahálózati túlfolyóval (záporkiömlővel) megcsapolják és a kiömlő keverék szennyvizet közvetlenül (esetleg ülepítés után) a befogadóba vezetik. Az egyesített csatornarendszerben ideális esetben duzzasztás és túlfolyás nincs. Az egyesített rendzserű csatornahálózatok csak gravitációs üzeműek lehetnek! Az egyesített csatornarendszer előnyei: -

a rendszer üzemeltetése a csatornarendszerbeli hidraulikai lefolyási viszonyok miatt egyszerűbb, az egyetlen vezeték helyigénye kisebb, épületbekötés kedvezőbb, az egy csatorna nyilvántartása, üzemeltetése, fenntartása egyszerűbb, a beruházási költség összességében általában kisebb.

Az egyesített csatornarendszer hátrányai: -

a befogadók keverék szennyvízzel való terhelése miatt nem felel meg a környezetvédelem mai előírásainak,

33.



-

a szennyvíztisztító telep terhelése kiegyenlítetlen, a csapadékvizek miatt időszakosan jelentősen túlterhelődik,

-

az elvezetendő nagy vízmennyiségek miatt a rendszerben visszaduzzasztás gyakran előállhat (sík terep, nem megfelelő lejtés),

-

kedvezőtlen hidraulikai viszonyok létrejötte esetén a lefolyási idő növekedése a szennyvíz "berothadását" (anaerob állapot kialakulását) segíti elő, a feliszapolódás veszénye nő,

-

a rendszer új területek bekapcsolására, a fedettségi viszonyok változására a korlátozott hidraulikai kapacitás (szelvényméret) miatt kevésbé rugalmas,

-

a viszonylag nagy átmérőjű gravitációs csatornák közműalagútban általában nem helyezhetők el.

Jellegzetes, egyesített, gravitációs csatornarendszer kialakítását mutatja az 3.2-1. ábra.

3.2-1. ábra (001)

3.1.2.

Elválasztott csatornarendszer

A korszerűbb, környezetvédelmi szempontokból kedvezőbb elválasztott rendszerekben (3.2-2. ábra) a szennyvizet a szennyvízelvezető csatornák, a csapadékvizet a csapadékvíz elvezető csatornák szállítják. Ilymódon minden úttest alá két külön vezeték kerül. A szennyvíz a szennyvíztisztító telepre, a csapadékvíz - ülepítés után a befogadóba vezetendő. Az elválasztott csatornarendszerek szennyvíz csatornái lehetnek

34.



gravitációs, nyomás alatti ill. vákuumos rendszerűek. A szennyvíz mindig zárt, felszín alatti rendszerben vezetendő el, a csapadékcsatornák lehetnek nyílt árkok is. A csapadékvíz levezetése azonban mindig gravitációs módon történik. Az elválasztott csatornarendszerek előnyei: a szennyvíztisztító telep hidraulikai és szennyezőanyag terhelése kiegyenlítettebb (mivel a csapadékvíz nem terheli), gazdaságosabb szelvényméretek alkalmazhatók, a csatornahálózat kialakítása hidraulikai szempontból kedvezőbb (a szennyvízcsatornák nem lesznek túlméretezettek a csapadékvíz miatt, így kisebb a feliszapolódás veszélye), a szennyvízcsatornák közműalagútban is vezethetők, a szennyvíz- és csapadékvíz csatornák helyszínrajzilag általában a bekötési helyekhez közelebb fektethetők, a helyi adottságokhoz jobban képes alkalmazkodni (bővíthető). Az elválasztott rendszer hátrányai: a szennyvízcsatornák öblítőhatásfokuk fenntartása miatt nagyobb lejtéssel építendők, az átemelés, nyomás alatti csatornaszakaszok beiktatási igénye fokozottabb, a csapadékvíz a befogadóba tisztítatlanul jut (a befogadó szennyeződése azonban csapadékvíz tározó létesítésével mérsékelhető), a kétféle csatorna szűk utcában nehezebben helyezhető el, nyilvántartásuk, üzemeltetésük, fenntartásuk költségesebb és munkaerőigényesebb, a teljes kiépítés beruházási költsége általában nagyobb.

35.



3.2-2. ábra (002)

3.1.3.

Vegyes csatornarendszer

A vegyes csatornarendszerek az egyesített és az elválasztott rendszert részterületként, egy rendszeren belül foglalják magukba (pl. egyesített csatornarendszer későbbi bővítése során a bekapcsolandó új területekről csak a szennyvízcsatornákat kötik a meglévő csatornarendszerhez, a csapadékvizet a hálózat túlterheltségének elkerülése miatt külön rendszerben vezetik el). Az üzemeltetés szempontjából is gravitációs, nyomás alatti vagy vákuumos üzemű rendszereket egyidejűleg alkalmazhatunk (3.2-3. ábra). 36.



3.2-3. ábra (003)

3.1.4.

Nyomás alatti szennyvíz-csatornarendszer

A nyomás alatti csatornarendszer működtetéséhez külső energiaforrás szükséges. A szennyvíz a nyomás alatti rendszerekben szivattyú, légkompresszor, vagy egyidejűleg mindkettő hatására mozog. Így a csatornarendszer vonalvezetése szempontjából a magassági kötöttségektől mentesíthető. A nyomás alatti rendszer további célja számos esetben az, hogy a szennyvíz tartózkodási ideje a rendszerben csökkenthető legyen, ami különösen az összegyűjtött szennyvíz nagyobb távolságra vezetésekor fontos szempont. A nyomás alatti csatornarendszer - hidraulikai szempontból - bizonyos mértékig a vízelosztó rendszer "fordítottjának" is tekinthető (az ivóvíz elosztó rendszerben egyetlen nyomást keltő pont és nagyszámú csapolópont van, a nyomás alatti csatornarendszerben fordítva: számos nyomást keltő pont és egyetlen kifolyási pont van). A nyomás alatti csatornarendszer helyszínrajzi szempontból kétféle lehet: A hidraulikai szempontból egyértelműen méretezhető elágazó rendszer (3.2-4a-b. ábra). Az üzemzavarok csökkentése érdekében a nyomás alatti csatornaágak közé biztonsági összekötő vezetékszakaszokat is létesítenek, de ezek normál üzemben zártak. A másik megoldás a vízelosztó rendszerhez hasonló körvezetékes rendszer (3.2-5. ábra), azonban ezt is ágvezetékes (rendszeresen változtatott áramlási irányú) rendszerként üzemeltetik, és úgy is méretezik.

37.



3.2-4 a. ábra (004)

3.2-4 b. ábra (005) 38.



3.2-5. ábra (006) A szennyvíz a nyomás alatti közcsatornarendszerbe telken belüli gravitációs gyűjtéssel és házankénti vagy házcsoportonkénti dugulásmentes, aprító elõtétes szennyvíz-szivattyúkkal emelhető. Az átemelő szivattyúk egyben a csatornarendszerbeli szennyvíz mozgatásához szükséges energiát is szolgáltatják. A szennyvíz visszaáramlását az átemelő előtti gravitációs gyűjtőcsatornába (pl. úszógolyós) visszacsapó szelep akadályozza meg. Lehetséges átemelési megoldásokat mutat a 3.2-6. ábra. A nyomás alatti rendszerek üzemeltetése terén öblítés nélküli ill. öblítéses (vízöblítéses ill. pneumatikus (sűrített levegős)) rendszereket fejlesztettek ki. A nyomás alatti rendszerek esetében fontos kihangsúlyozni, hogy a gépészeti berendezések súlya miatt az üzemeltetés nagyobb odafigyelést és szakértelmet követel meg.

3.1.5.

Vákuumos szennyvíz-csatornarendszer

A vákuumos csatornarendszer működéséhez szükséges energia is külső forrásból származik: a vákuumközpontban levő vákuumszivattyú az eléje kapcsolt szennyvízgyűjtő tartályban az atmoszférával szemben 0.6 - 0.7 bar vákuumot kelt. A csatornarendszer ennek a vákuumnak a hatása alá kerül, mely a vízmozgást biztosítja. 39.



A szennyvíz az épületből gravitációs vezetéken áramlik a vákuumos szennyvíz szelephez, amely a két rendszer közötti kapcsolatot biztosítja. A szelep önműködően nyílik, ha a szelep előtti gravitációs vezetékszakaszban, vagy aknában bizonyos mennyiségű szennyvíz összegyűlt. A szennyvíz a vákuumcsatorna rendszerben csak addig áramlik, amíg a szelep nyitva van. Ezért a szennyvíz szelepen való áteresztése után légköri nyomású levegőt kell a hálózatba juttatni, mely a szelep záródása után a hálózati vákuum mértékének megfelelően kitágul, majd a szennyvízszállítás leáll. A szennyvíz a vákuumcsatornában tehát nem folyamatosan, hanem szennyvízdugók formájában halad. Ennek elvi alapja, hogy a vákuum szelep késleltetve zár, így levegõ is jut a vezetékbe, amely a vákuum hatására kiterjed és így mozgásba hozza a szennyvíz dugókat. A vákuumos szennyvízgyűjtő rendszer működési elvét és elemeit mutatja a 3.2-7. ábra. Vákuumos szennyvízcsatorna rendszerek létesítése főleg sűrű beépítésű területeken gazdaságos, ahol a domborzati és talajviszonyok nem teszik lehetővé a hagyományos, gravitációs rendszerek építését. A min. 0.5 bar vákuum biztosítását kívánó követelmény azonban csak kis távolságok (néhány 100 m) egy vákuumközponthoz kapcsolását teszi lehetővé. Hazánkban először Szentendrén alkalmaztak vákuumos csatornarendszert (3.2-8. ábra).

3.2-7. ábra (008)

3.2. Gravitációs csatornahálózatok méretezése A csatornahálózatok hidraulikai méretezése két feladatcsoport elvégzését igényli : a terhelések ( vízhozamok ) meghatározása és a terhelő hozam elszállítására megfelelő keresztmetszetű cső kiválasztása. A méretezés elvégzésének feltétele a hálózat helyszínrajzi és magassági vonalvezetésének előzetes kialakítása. A méretezés minden esetben egy-egy csatornaszelvényre vonatkozik, mely szelvényt a hálózatban a fölötte lévő méretezési szelvényig alkalmazunk.

40.



3.3. A szennyvízcsatornát terhelő vízhozamok meghatározása A szennyvízcsatornát a települési vízfogyasztásból származó szennyvíz és az esetleges építési hibák, utólagos sérülések következtében a talajvízből beszivárgó ún. infiltrációs víz terhelheti. Utóbbi csak azon csatornáknál számítandó, melyek fektetési mélysége a mértékadó talajvíz szintje alatt van. Szennyvízterhelés Valamely csatornaszelvényen a naponta átfolyó szennyvízmennyiség (Qszd ) számítható a hozzá rendelt vízgyűjtőn elfogyasztott ivóvíz mennyiségének redukálásával ( Qd ). Qszd = n * Qd , [m3/d ] ahol n 0.8, ha a vízgyűjtő beépítése kertes családiházas és * 0.95, ha az összkomfortos ellátottságú lakótelep. Ez a mennyiség egy napon belül változó hozammal folyik le. Az elvezetendő mértékadó ( legnagyobb ) szennyvízhozam a napi mennyiségből számítható / hasonlóan a vízellátás órai csúcsigényének meghatározásához / : Qm = z * Qszd , [ m3/h ] ahol z - az ún. egyenlőtlenségi tényező, melynek értéke 0.1 - 0.045 között változik a település méretének / lakosszám / függvényében. A nagyobb érték a kis településre jellemző. A szennyvízcsatorna hálózatban folyásirányban lefelé haladva a méretezési hozamok összegezhetőek. Infiltrációs víz Az infiltrálódó vízmennyiség (Qinf) arányos a csatorna fölötti talajvíz nyomásával, a talajvízbe merülő csatornahosszal és befolyásolja a csatorna tervezett anyaga és a csőkötések. Ezek függvényében ajánlott fajlagos értékek szorzataként határozhatjuk meg. Ilyen szakaszokon a mértékadó hidraulikai terhelés tehát a szennyvíz és az infiltrációs víz hozamának összege. Szabálytalan bekötések figyelembevétele !

41.



3.4. A szennyvízcsatorna szükséges méretének meghatározása A csatornák a kereskedelemben kapható átmérőjű és anyagú csőválasztékból tervezhetők. A mértékadó hozam és a csatorna lejtésének ismeretében a méretmeghatározás ( a szokásos körszelvényű csatornáknál az átmérő ) tehát választást és ellenőrzést jelent. A közcsatornák járatos átmérői : 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100 ... cm. Az átmérő kiválasztása a teltszelvényű szállítóképesség alapján lehetséges. A gravitációs csatorna teltszelvényű vízszállítása az a vízhozam, amely az éppen teljesen megtelt de nyomás alá nem került szelvényen átfolyik. Adott anyagú csőnél ez az érték csak a csatorna lejtésétől függ és számí1tással vagy nomogramok használatával meghatározható (4-1. ábra). A mértékadó hozam kisebb kell, hogy legyen a teltszelvényű vízszállításnál. Célszerű értéke annak kb. 80 %-a. 4-1.ábra (206)

A választott átmérő ellenőrzése két kritérium alapján történik : a) a mértékadó hozamnál előálló áramlási középsebesség ( v ) és b) az úsztatási mélység (h) megfelelősége szerint. A választott átmérő megfelelő, ha v 0.4 m/s, és h 2 cm. (Az úsztatási mélység a csatorna fenékszintje felett mért vízmélység. ) Az ellenőrzést az ún. teltségi görbék felhasználásával (4-2.ábra) végezhetjük el a következőképpen : a mértékadó és a teltszelvényű hozamok aránya a vízszintes tengelyen felkereshető. Ennek függőleges vetítése a Q görbét metszi, ahonnan vízszintesen vetítve a v görbén egy metszési pontot kapunk. Ebből visszatérve a vízszintes tengelyre leolvasható a v/vtelt arányszám, melyet szorozva vtelt értékével az ellenőrzendő középsebességet kapjuk meg. A Q görbéből húzott vízszintes a függőleges

4-2.ábra (207)

42.



tengelyen a h/D arányszámot adja, melyből az úsztatási mélység visszaszámítható. Ajánlott irodalom: Darabos P.-Mészáros P. (2006): Közművek, Egyetemi jegyzet, Műegyetemi kiadó, Budapest Öllős G. (1990): Csatornázás-Szennyvíztisztítás, Aqua Kiadó, Budapest Sali E. (1998): Csatornázás (tervezési segédlet)

7.gyakorlat Vízellátó hálózat hidraulikai méretezése, vizsgálata. Számítástechnikai laboratóriumi gyakorlat.

8-9.gyakorlat Ellenőrző dolgozat – Vízellátás Szennyvíz elvezetés tervezése. Szennyvíz terhelések meghatározása. Hálózat helyszínrajzi és magassági vonalvezetési tervváltozatainak elkészítése.

43.



4. előadás 4.1. A csapadékcsatornát terhelő vízhozam meghatározása (egyszerűsített módszer) A csapadékból származó elvezetendő vízhozam a mértékadó csapadék meghatározását igényli. A számítás alapelve a hidrológiából ismert racionális árhullámszámítás, amely kimondja, hogy mértékadó az a csapadék amelynek időtartama (T m, [min] ) megegyezik az adott ( a méretezendő csatornaszelvényhez tartozó ) vízgyűjtő összegyülekezési idejével ( , [min] ). A számítás előtt eldöntendő a mértékadó csapadékgyakoriság, vagy visszatérési idő ( p ). A gyakorlatban p = 0.5, 1, 2, 4, 10 éves visszatérési időket szokás figyelembe venni. A p értéke egyúttal a vízelvezetés biztonságának a mértéke. Minél nagyobb érték, annál nagyobb a biztonság, de egyúttal a szükséges csatornaméret és a költség is. ( Kár-haszon elemzés a választás alapja ! ) A számíthatóság további előfeltétele a méretezési szelvényhez tartozó vízgyűjtő lehatárolása ( A, [ha] ), valamint a lefolyási tényező ( ) meghatározása. Utóbbi a teljes terület homogén egységekre bontásával, súlyozott átlagként állítható elő. Legyen Ai , i = 1..n, a homogén részvízgyűjtő, ekkor az átlagos lefolyási tényező A1 * 1 + ... + An * n a = ---------------------------------------A A homogén területek i lefolyási tényezőit műszaki irányelv tartalmazza ( pl. tetőfelületnél 0.9, parknál 0.15-0.25, stb. ) A csapadék ( átlagos) intenzitása a csapadék időtartamának függvénye ( 4-3. ábra ) : ip = a * T (-m) , [ l/s,ha ] A csapadékból származó lefolyás a csapadékintenzitás és a vízgyűjtő szorzataként számítható : Qcs = a * ip * A,

[ l/s ]

A T = előírás feltételezi, hogy utóbbi ismert. Tekintettel azonban arra, hogy ez függ a csatornabeli áramlási sebességtől, amit a meghatározandó csatorna átmérőjének ismeretében állapíthatunk meg, ez a feltétel a számítás kezdetén nem teljesülhet. Figyelembe véve, hogy = t1 + t2 , ahol t1 - a felszíni lefolyás, míg t2 - a csatornabeli lefolyás időtartama,

44.



4-3.ábra (208)

felvett értékekkel kell kezdeni a számítást. A felszíni lefolyás településeken 5-15 perc. A csatornabeli lefolyási idő a vizsgált szakasz hosszából és egy felvett áramlási sebességből számítható. Legyen ez a felvett sebesség v1. Ezzel meghatározzuk és ip, majd Qcs értékeit. Felhasználva a 4-2.ábrát a tényleges sebesség visszaszámítható. Legyen ez v2. Ha v1 - v2

0.1 * v1 ,

felvett értékünk helyes és a hidraulikai ellenőrzést a szennyvízcsatornánál ismertetett módon elvégezhetjük. Ha a különbség nagyobb, v2 -vel az egész számítást meg kell ismételni és így tovább, ha a második közelítésünk sem lenne helyes. A számítás tehát iteratív, azonban a kisé már kis gyakorlattal rendelkező tervező ritkán kényszerül háromszori próbálkozásra. FONTOS : a csapadékcsatorna hálózatban a méretezési csapadékok az egymást követő szelvények méretezése során NEM összegezhetők, tekintettel arra, hogy minden szelvényre ( azaz minden részvízgyűjtőre ) más-más lesz a mértékadó csapadékesemény.

45.



Ajánlott irodalom: Darabos P.-Mészáros P. (2006): Közművek, Egyetemi jegyzet, Műegyetemi kiadó, Budapest Öllős G. (1990): Csatornázás-Szennyvíztisztítás, Aqua Kiadó, Budapest Sali E. (1998): Csatornázás (tervezési segédlet)

10.gyakorlat Szennyvíz hálózat hidraulikai méretezése.

11-12. gyakorlat Ellenőrző dolgozat – Szennyvíz elvezetés Csapadékvíz elvezetés. Hálózat helyszínrajzi és magassági vonalvezetési tervváltozatainak elkészítése.

46.



5. előadás - Gáz- és távhőhálózatok 5.1. Gázellátó rendszer A gáz ellátó hálózatok az energia közművek közé tartoznak. Többfajta gázzal láthatják ezek a rendszerek a fogyasztókat (lakossági, ipari, közintézményi, mezőgazdasági), mint például földgáz, városi gáz (mára már nem jellemző), propán-bután, ipari üzemek torokgázai. A kitermelt földgázt nem a termelés helyén (gázgyárak, kőolaj-, földgáz- kutak, bányák ipari üzemek), hanem attól távolabb használják fel a fogyasztók. Nagy mennyiségű gázt folyamatosan távvezetéken szállítanak. A gázt a megfelelő tisztítási és kezelési műveletek után saját nyomásával, vagy kompresszorral táplálják a rendszerbe, és – amennyiben ezt a nagy távolság szükségessé teszikompresszorállomások közbe iktatásával, tartják fent. Ennek a nyomásnak a nagysága 20-60 bar között van. A városokon belül 6 bar az elosztási nyomás, az ipari, illetve körzeti nyomásszabályozókig, majd ez utóbbitól 25-40 mbar nyomású vezetékeken látják el a földgázfogyasztókat. A nagyközép- és a középnyomású vezetékekről is kielégíthetők a fogyasztók igényei megfelelő nyomásszabályozó közbeiktatásával. A gázvezetékek nyomás szerinti csoportosítása a következő: Kisnyomású vezetékek: (27-33 mbar) Emelt kisnyomású vezetékeket (max. 100 mbar) Középnyomású gázvezeték: üzemi túlnyomás 100 mbar felett, legfeljebb 4 bar Nagyközépnyomású gázvezetékek: üzemi túlnyomás 4 bar felett legfeljebb 25 bar. Nagynyomású gázvezetékek: az üzemi túlnyomása 25 bar feletti A gázhálózatban a változó fogyasztási igények (napi, évszakos) kielégítése végett szükség van tárózásra. A tárózás módja lehet föld feletti (tartály), illetve felszín alatti (földalatti üregekben). A biztonságos gázszállítás érdekében a hálózaton különböző szerelvényeket kell elhelyezni, mint például: elzáró szerelvények (gömbcsap, tolózár, pillangó szelep, vízzárak) szűrök (biztonsági berendezések biztosítására, rozsda-, por szűrés) biztonsági lefúvatok (túlzott nyomások megakadályozására) folyadék leválasztók (kondenzvíz eltávolítására) nyomásszabályozók biztonsági gyorszárak A gázhálózatok topológiai kialakításukat tekintve két alaptípusba sorolhatók: a sugaras, és a hurkolt, illetve ezek kombinációja.

5.1.1.

Gázvezetékek méretezése, fogyasztások meghatározása

Gázigények meghatározása „ V i ” a gázkészülékek fogyasztásából kiindulva történik. Azonban feltételezzük, hogy nem minden készülék üzemel a maximális kapacitáson, ezt a tényt veszi 47.



figyelembe az „e” egyidejűségi együttható. A gázkészülékek teljesítményét a szükséges hőigényből „ Q i ” kell meghatározni. A hőigényt a felhasználás módja szabja meg, például: fűtés esetén ez az érték függ a külső, belső hőmérséklettől, a lehűlő falfelület nagyságától, a fal hőátadási tényezőjétől. A vezetékek méretezése nyomásveszteségre történik, hasonlóan az ivóvízhez, de itt figyelembe kell venni, hogy a gáz egy összenyomható közeg. A Bernoulli egyenletből kiindulva levezethető az alábbi képlet: 2

p1

2

p2

C 1 MTz λ

l d

5

2

Vn

Ahol: p1, p 2 C1 M T z λ l d V n gáz

- kezdő nyomások - 26,82822 - moláris tömeg - normál hőmérséklet - kompresszibilitási index - súrlódási tényező - a vezeték hossza - a vezeték belső átmérője - térfogatárama normál állapoton (légköri nyomás, 0 C°-on)

A gázhálózatok hidraulikai modellezésének elvi alapjai megegyeznek a vízellátó hálózatoknál tanultakkal (illeszkedési mátrix, csomóponti törvény, huroktörvény, veszteségek stb.)

5.1.2.

Gázvezetékek vízszintes és magassági elhelyezése

Gázhálózatok tervezését, építését, és üzemeltetést az MSZ EN szabvány és a Bányakapitányság utasításai szabályozzák. Építési, üzemeltetési és biztonsági okokból a vezetéket elsősorban közterületre fektetik. A gázelosztó vezeték nyomvonala nem jelölhető ki lápos, ingoványos területen, ártérben, 25 kN/m2-nél kisebb teherbírású, valamint bányaművelés okozta rétegmozgásos területen. Tilos gázvezetéket elhelyezni közúti, vagy vasúti közlekedés céljára szolgáló alagutakban, épületek, építmények, műtárgyak alatt (kivéve a közműfolyosó esetét), üzemek, villamos művek, raktártelepek, repülőterek védett, építési tilalom alá eső részein, valamint az országos ásványvagyon nyilvántartásban levő nyersanyagkészletet tartalmazó területen. A gázvezetékek minimális távolsága vele párhuzamosan futó közművektől: csatorna 1,00 m, vízvezeték 0,70 m, erősáramú kábel 0,5 m, távhőellátó vezeték födbe fektetve 1,00 m, védőszerkezetben 0,5 m, távközlő vezetékben 0,5 m. A gázelosztó vezetékek településen belül számos közművezetéket keresztezhetnek a legkisebb keresztezési szög 30°, de a gázvezeték és villamos kábel keresztezése csak 60…90° közé eshet. Keresztezéskor a közművek közötti legkisebb távolság 0,2 m lehet. Két gázvezeték keresztezésekor a nagyobb átmérő felének megfelelő, de legalább 0,10 m távolság tartása szükséges. A keresztező szakaszokra szerelvény nem építhető. Ha a gázelosztó vezeték csatorna, vízvezeték alatt, aknán, vagy üregen megy keresztül védőcsövezni kell. Védőcsőbe helyezik a vezetéket akkor is, ha az beépített területen kívül burkolt közutat, vasúti, vagy villamos vágány keresztez. A védőcső részben védi a dinamikus mechanikai hatásoktól a

48.



vezetéket, ezért erőtanilag is méretezni kell, illetve az estleges gázszivárgás esetén elvezetik a gázt, a védőcsöveket mindkét végét le kell zárni, illetve a végekre szaglónyílást kell építeni. Az egyes közművektől a függőleges távolságokat az egyes szakági előírások szabályozzák. A gázvezetékeket 0,80-1,20 m fektetési mélységben helyezzük el, és legalább 2‰ lejtésben kell kiépíteni, hogy a vezetékben kiváló kondenz vizet a vízleválasztó berendezéssel el lehessen távolítani. A gázvezetékek felett 0,50 m-re 50 mm széles sárga színű jelzőszalagot kell folyamatosan elhelyezni. A műanyag vezetékek felé célszerű jelzőhuzalt is fektetni, hogy a vezeték helyét később pontosabban be lehessen határolni. A szerelvényeket, illetve vezeték leágazásokat épület falán, illetve kerítésen táblázva kell jelölni.

5.1.3.

Gázhálózatok vezetékanyagai:

Kisebb átmérő tartományban (DN=250-315) a leggyakrabban alkalmazott vezetékanyag a PE, a vezetéket a más szakágaktól történő megkülönböztethetőség miatt sárga csíkkal látják el. Amennyiben a csőszál nem tartalmaz fém huzalt, abban az esetben, általában a vezeték fölé szokás elhelyezni, a későbbi megtalálás megkönnyítésére. Másik kedvelt anyag az acél. A korrózióra valóhajlam miatt ezt a vezetéket megfelelő aktív illetve passzív korrózió védelemmel kell ellátni.

5.2. Távhő rendszerek A távhő rendszerek szintén az energia közművek közé tartoznak, kiterjedésük változó. Megtalálhatóak a legkisebb egyedi központi fűtéstől a tömbfűtésen, a körzetfűtésen át a legnagyobb kiterjedésű városfűtésig. Fontos néhány alapvető fogalmat tisztázni távhő rendszerekkel kapcsolatban: Távhő: az az energia, amelyet a hőtermelő létesítményből (geotermikus energiát termelő létesítményből) a hőhordozó közeg (gőz, melegített víz, felszín alatti víz) alkalmazásával, távhővezetéken a fogyasztási helyre eljuttatnak Hőtermelő létesítmény: az erőmű hőtermelő létesítménye, a fűtőmű, a kazántelep, a hulladékhőt, és megújuló energiát hasznosító hőtermelő berendezés. Távhővezeték-hálózat: az a csővezeték rendszer, a hozzá tartozó műtárgyakkal, hálózati szerelvényekkel, kapcsolódó automatikákkal, műszerekkel, elektromos berendezésekkel együtt, amely a hőhordozó közegnek a hőtermelő létesítménytől illetőleg a geotermikus energiát kitermelő létesítménytől a csatlakozási pontig történő szállítására szolgál. Hőközpont: a hőhordozó kiadására, elosztására, fogadására, átalakítására, illetőleg a távhő átadására szolgáló technológiai berendezés. A hőközpont lehet termelői, szolgáltatói, és fogyasztási hőközpont. Csatlakozási pont: a szolgáltatói, és a felhasználói berendezés határán (találkozási pontján) beépített elzáró szerkezet, ennek hiányában a fogyasztási helyet magába foglaló ingatlan tulajdoni határa. Fogyasztói vezeték: a csatlakozási ponttól a fogyasztó berendezésig terjedő vezetékhálózat. Méretezési külső levegő a sokéves meterológiai statisztika alapján az adott területre hőmérséklet (tkm): meghatározott legalacsonyabb napi átlaghőmérsékletek, ami a méretezés alapjául szolgál. ( Magyarországon három érték került meghatározásra országrészek szerint csoprtosítva: -15°C, -13°C, -11°C) 49.


Fűtési határhőmérséklet: Hőigény: Hőszükséglet:


külső levegő azon napi átlag hőmérséklete, amelynél a fűtést indítani kell, illetve a fűtés leállítható, ez hagyományos technológiával készült épületeknél +12°C a fogyasztók elvárásainak kielégítéséhez szükséges hőmérsékletű és mennyiségű hő a fogyasztók hőigénye a méretezési külső levegő hőmérsékletnél.

A fogyasztók (lakossági, ipari, közintézményi) hőigényének kielégítésére hőszállító közeg szempontjából alacsony nyomású gőzfűtést, forróvíz-fűtést, melegvíz-fűtést alkalmaznak. A korszerű távhőellátás hőszállító közegéül főként forró vizet alkalmaznak. Mivel ennek hőfoka nagyobb 110 o C-nál, ezért az előremenő csővezetékben jelentős túlnyomásra van szükség. A hazai gyakorlatban általában 130-150 °C hőfokú vízre tervezik a rendszereket. A rendszer elvi sémáját a melegvízre az 5-1. ábra, fűtésre az 5-2. ábra mutatja. E lõ re m e n õ v e z e té k : 1 3 0 °C

H a s zn á la ti m e le g v íz : 4 0 °C

H õ kö z p o n t

P rim e r kö r

T e rm e lé si h õ k ö zp o n t

V is sz a té rõ ve ze té k: 8 0 °C

H á ló z a ti víz: 1 0 °C

T á p sz iv a ttyú

5-1. ábra E lõ re m e n õ v e z e té k : 1 3 0 °C

E lõ re m e n õ v e z e té k : 9 0 °C

H õ kö z p o n t R a d iá to r

P rim e r kö r

S ze ku n d e r k ö r

T e rm e lé si h õ k ö zp o n t





5-2. ábra A vezetékhálózatot az alábbi szempontok alapján lehet csoportosítani: egyvezetékes három vezetékes két vezetékes Egyvezetékes rendszerek szállítóközegeként főleg gőzt használnak, ez a kialakítás ott életképes, ahol megfelelő mennyiségű és minőségű tápvíz áll rendelkezésre, és a gőzt, illetve kondenzvizet a felhasználás helyén hasznosítani tudják. Kétvezetékes rendszer a legelterjedtebb, háromvezetékes

50.



rendszert ott célszerű kialakítani, ahol a téli és nyári időszak között nagyon nagy mértékű a hőigény különbség. A csőhálózatok topológiai rendszerének felépítése elvben hasonló a vízellátási hálózatokéhoz. A gyakorlatban kialakult főbb rendszerek az alábbiak két vagy több oldalról táplált, többszörösen hurkolt hálózatok, illetve egy pontban táplált, ágas vagy sugaras kialakítású hálózatok.

5.2.1.

Távhővezetékek vízszintes és magassági elhelyezése

Figyelembe kell venni a terület beépítettségét, illetve az általános, és részletes rendezési terveket, ezzel összhangban kell kialakítani a legkedvezőbb vezetési módot. A vezetéket ennek figyelembevételével kell elhelyezni terepszint alatt (megfelelő hőszigeteléssel és korrózióvédelemmel, esetlegesen alépítménybe), vagy felett (oszlopokon, bakokon, épületek falán., hidakon, épületek alagsoraiban, fokozott hőszigeteléssel). A hőtágulás okozta többletfeszültségek felvételére hőkompenzátorokat kell elhelyezni, ilyen feladatot látnak el például az U, vagy Z alakú lírák, tömszelencés-, lencse-, hernyó-, axiális-, kompenzátorok. A nyomvonal kialakítása során az alábbi szempontokat kell be tartani: minél kevesebb közmű keresztezés forduljon elő, műtárgyak elhelyezési lehetőségeit, védőcsatorna, beépítendő akna, kompenzátorfülkék helyszükséglete, lehetőleg ne kelljen más közművet áthelyezni, utak koronája alatti vezetést kerülni kell, vagy méretezni kell járműteherre, gerincvezetéket lehetőleg a legnagyobb hőigények környékén vigyük, a terület hősúlypontján, vagy annak közelében, a vezetékek lehetőleg kövessék a terep felszínének lejtésvonalát és a legrövidebb úton haladjanak, térszín alatti vezetésnél a felszíni terheket is figyelembe kell venni, a védőcsatorna fenékmélysége ne legyen nagyobb, mint 3 méter, ha a hőtávvezeték zöld területen halad keresztül, akkor figyelembe kell venni az altalajban keletkező hőterhelést, ezért lehetőleg gyepesített sávban, illetve egynyaras növényzet alá helyezzük, ha ez nem oldható meg akkor a legkedvezőtlenebb időjárási viszonyokra (szélmentes idő, 10°C napi középhőmérséklet) meg kell rajzolni a cső környezetében a talaj izoterma vonalait, és ennek figyelembe vételével kell a fák, bokrok gyökerétől megfelelő távolságban elhelyezni, épületek, közművek védőtávolságát, illetve közúti, vasúti űrszelvények méreteit, nem ajánlatos erősáramú kábelekkel, illetve közúti villamos vasúttal párhuzamosan vezetni (a kóbor áram okozta korróziós hatás miatt) talajvizes területet kerülni kell. A vezetékek leűríthetősége fontos szempont emiatt 2‰ lejtésben kell azokat építeni.

51.


5.2.2.


Távhővezetékekkel szemben támasztott követelmények

A vezetékek elvárható élettartama megfelelő karbantartás esetén legalább 33 év, és emellett legyen gazdaságosan építhető, üzemeltethető. Ezeknek a feltételeknek a teljesítését a következő felsorolás teszi lehetővé: a vezetékek külső víz és hőszigetelése egyszerű technológiával megvalósítható legyen, nedvességnek, talajvíz behatolásnak a szigetelés ellenálljon, üzemszünet esetén leürítés nélkül se legyen fagyveszélyes, megbízható hőszigetelés, belső külső korrózió elleni szigetelés mind biológiai és kémiai, mind kóbor áram ellen, gyökerek behatolása elleni védelem, egyenlőtlen süllyedés gátolva legyen. A távhő rendszerekben alkalmazott leggyakoribb csőanyag az acél, amelyet megfelelő, hőszigeteléssel (purhab, salakgyapot, üveggyapot, stb), és korrózióvédelemmel látnak el. Ajánlott irodalom: Darabos P.-Mészáros P. (2006): Közművek, Egyetemi jegyzet, Műegyetemi kiadó, Budapest

13.gyakorlat Csapadékvíz csatorna méretezése racionális módszer alkalmazásával.

14-15.gyakorlat Hálózatmodellezési ismeretek. SWMM programbemutató. Összevont gyakorlat.

52.



6. előadás 6.1. Csőanyag- és csőkötéstechnikai ismeretek A cső a vízszállítás- és elvezetés alaplétesítménye a négyszögletes formációból alakult ki évszázadokon keresztül. A római birodalomban – Vitruvius Pollio VIII. könyve szerint – már égetett agyagcsövek, falazott nagyszelvényű csatornák és az ólomcső is használatban volt. A középkorban némi visszafejlődés volt a jellemző, melyet azután az 1800-as évek elején jelentős fejlődés követ. Megjelenik az álló öntésű öntöttvas cső, tovább fejlődik az ólomcső a kovácsolás technikájával, továbbá a forrasztással és megkezdődik a kovácsolt acélcső gyártás is. Az egyenletes fejlődésben a két világháború közötti időszak hoz változást a fejlődés felgyorsulásával. Az öntöttvas cső centrifugális öntése, az extrudált és hosszvarratos acélcső gyártása, a kőagyag- és a betoncsövek elterjedése, hoz új szint a mennyiségében jelentősen megnövekedő csővezeték építésben. A II. Világháború elején a vas- és az acél iránti növekvő igények miatt megjelenik az új nyomócső, az azbesztcement. A II. Világháborút követő időszak változatlan csőanyagok mellett a gyártási technológiákban hoz forradalmi változásokat. Az 1960-as évektől előtérbe kerül a vasbeton csőgyártás és megjelenik a műanyag, melyet részben a korrózív hatású földgáz előretörése, másrészről az alumíniumgyártás melléktermékeként felhalmozódó klór – klorid – felhasználási igénye indikál. Az új csőanyagok serkentőleg hatnak a hagyományos csövek fejlesztésére is. Megjelenik a gömbgrafitos öntöttvas cső, amely nagyobb húzóerők felvételére alkalmas, így a falvastagságuk csökkentéséhez biztosít kedvező feltételeket. Megindul automatizált gépsorokon a spirálvarratos acélcső gyártás, amely a nagy átmérők felé is kiterjeszti az acélcső felhasználást. Az 1980-as évek második fele egy új korszakot nyit a csőanyag- és csőgyártás fejlesztésében. Ezt a csőpiacért való harc jellemzi, melyben a pénz a domináns tényező. Ennek megfelelően pozitív és negatív tényezők egyaránt adódnak a fejlesztésekben. A pozitív fejlődések a fémes csöveknél a rétegelt falszerkezet, amely kívül- és belül egyaránt a korrózióvédelmet tekinti súlyponti feladatának. Újabb műanyag csőtermék az üvegszál erősítésű poliészter és megjelenik a cement nélküli polibeton. A "hagyományos" műanyag csövek a PVC és a PE – az alapanyagár folyamatos emelkedése miatt – csak az alapanyagok szilárdság növelésével, a falvastagságok vékonyításával, újszerű üreges és rétegelt falszerkezetekkel küzd piaci részesedésének megtartásáért, esetleg bővítésért az árversenyben. A vázolt tendenciák mellett jelentősen megnövekedett a közművek megvalósításában a résztvevő mérnökök felelőssége a döntéshozatalban.

6.1.1.

A csövek osztályozása

A közműhálózatok csővezetékei több szempont szerint osztályozhatók. Anyag szerint megkülönböztetünk: 53.



- fémes anyagú, - cement kötőanyagú, - kerámia és - műanyag csöveket. Ez utóbbiak lehetnek hőre lágyuló és hőre keményedő csövek. A rendszer merevség szerinti osztályozás ugyancsak fontos szempont, beszélhetünk: - merev, - rugalmas és - átmeneti kategóriákba sorolható csövekről, attól függően, hogy a környező talaj- és a cső összenyomódásának a viszonya hogy alakul. Ezzel a témakörrel a 7. fejezet foglalkozik részletesen. A falszerkezet kialakítása is fontos tényező, mely szerint megkülönböztetünk: - homogén, - bordás, - üreges és - különböző anyagokból – rétegekből – álló vegyes falszerkezeteket. A csőkötés alapján: - felnyíló kötésű, - húzóerő felvételére alkalmas, - a cső anyagával homogén és - eltérő anyagú lehetőségekről beszélhetünk. Erőtani szempontból a tokot, mint felnyíló és a hegesztést, mint húzóerő felvételére alkalmas és folyamatos csőszálat, eredményező kötést említjük. A legfontosabb osztályozási szempont a funkció szerinti megkülönböztetés, mely szerint: - gravitációs és - nyomó csöveket különböztetünk meg. Ez a legfontosabb megkülönböztetés annak ellenére, hogy több csőanyag esetében nyomó és gravitációs gyártmány áll rendelkezésre. A továbbiakban nyomó-és gravitációs csövek bontásban foglalunk össze fontosabb ismereteket az újabb fejlesztésekre koncentrálva. 6.1.1.1.

Gravitációs csövek

A gravitációs csatornák csövekből, aknákból továbbá idomokból és szerelvényekből állnak. Ebben a legnagyobb volument a cső képviseli. Az üzemeltetési költségek szempontjából jelentős tényező az amortizáció. Ez akkor alakul kedvezően, ha a rendszerek alapelemei azonos élettartammal, illetve elhasználódással rendelkeznek. Említeni kell, hogy a hazai csatornázási rendszerben, és a fejlesztésekben egyaránt a kisebb 20-30 cm csőátmérők dominálnak. A nagyobb csőszelvények a nagyvárosok egyesített rendszerű csatornázásainak fő-és mellékgyűjtőire jellemzők. Ezek napjainkban már leginkább rekonstrukciós feladatként jelentkeznek.

54.



Az alábbiakban összefoglalunk néhány fontosabb ismeretet csőanyagonként. Öntöttvas cső A hagyományos öntöttvas csatornacső előnyös tulajdonságai a szennyvíz-elvezetésben hazai viszonylatban is közismertek. A Parlamentben az elmúlt évtizedben átépített alapcsatorna hálózat 75 év feletti élettartama és állapota igazolta az elvárásokat. A gömbgrafitos öntöttvas megjelenésével és a korszerűsödött gyártástechnológiákkal a cső húzószilárdsága, és a korrózióval szembeni ellenállása jelentős mértékben javult. A legváltozatosabb külső- és belső bevonati rendszerek szinte minden csőgyártónál szerepelnek a kínálatban. A szennyvízelvezető csatornáknál belső korrózióvédelemként katepox műgyanta, a külső felületen: polietilén, bitumen, cink és az utóbbi kettő kombinációja képezi a bevonati alternatívákat. A legalább 75 évre tervezhető élettartam a hazánkban szokásosnál kedvezőbb amortizációs leírást biztosít. A külföldi termékek idom-, szerelvény- és szakismeret ellátottsága kiváló. A szerelés szerszám igénye nem jelentős. A közcsatornákhoz ajánlott idom-, szerelvény- és szerelési alternatív lehetőségeket a 6-1.ábra szemlélteti.

6-1. ábra: GÖV vízelvezető rendszer elvi sémája A vízelvezető rendszerekhez a tokos-, és a könnyű-, vagy masszívabb kivitelű (pld.: STRAUB) bilincsek használatosak. A legáltalánosabb TYTON tokos és a masszívabb bilincsek általános sémáját a 6-2. ábra ismerteti.

6-2. ábra: GÖV vízelvezető rendszerek legáltalánosabb csőkötései: a.) TYTON – tok; b.) masszív csőbilincs; Jelölések: 1 gumitömítés, 2 tokrész, 3 korracél pánt, 4 gumimandzsetta, 5 összehúzó csavarok

A toknélküli, könnyű korracél csőbilincs kötésű cső lényegesen olcsóbb, mint a tokos kivitelű. Ennek alkalmazása a tok és a cső eltérő gyűrűmerevsége és korróziós okok miatt közcsatornaként nem ajánlható. Ezek inkább a nagyobb középületek, irodák, stb. telken belüli hálózataihoz használatosak. Erősen korrózív szennyvíz, vagy korrózív talaj-, illetve talajvíz esetén a beépítés csak védelemmel célszerű. A régi- és új városközpontokban, illetve egyéb frekventált területeken a GÖV cső hosszú távú, jó megoldást kínál. 55.



Kőagyag cső A kőagyag csövekkel is kedvezőek a hazai tapasztalatok. A századfordulón lefektetett kőagyag csatornák az üzemi érdesség és az erőtani szempontok alapján jelenleg is kifogástalanul üzemelnek. A korábbi csavaros és tokos csőkötések bitumenes kenderkóc tömítései mintegy 75 év elteltével elöregedtek. Európában (Svájc, Németország, Anglia) a szennyvízelvezetésben a leggyakrabban alkalmazott csőanyag (lásd: 6-3. ábra).

6-3. ábra: Tokos, mázas kőagyag csövek A nagyobb csőgyártó cégek kínálatában két különböző csőtípus található. A 6-4. ábrán a tokoscsapos poliuretán tokbetétes változatot tüntettük fel. Ezt a típust, NA 200 – NA 800 méretek között, szériatermékként állítják elő. Egyes gyártóknál nagyobb méretek is rendelkezésre állnak. Ezeket a csöveket Európában – feltételezhetően a tok rövid mérete miatt – körülbetonozzák, vagy betonba ágyazzák

6-4. ábra: Tokos kőagyag cső: Beton- és vasbeton csövek A beton- és vasbeton csövek korábbi kedvezőtlen korróziós tapasztalatai a terméket az egész világon – a kisebb (NA 200 – NA 600 mm) átmérőtartományokban – átmenetileg visszaszorították. Az elmúlt évtizedben Nyugat-Európa nagy csőgyáraiban jelentős fejlesztéseket hajtottak végre: áttértek a zúzott – szögletes szemcséjű – adalékanyagra, 56.



a korrózió-állóságot fokozó adalékanyagokat és bevonatokat alkalmaztak, korszerűsítették a bedolgozást (sima, zárt külső-belső felületeket hoztak létre), termékeik igény szerint elláthatók különleges korrózióvédő belső réteggel is (BKU, GFK, stb.), korszerűsítették a cső- és aknaelemek kötéstechnikáját. A 6-5.ábra a.) és b.) részlete által bemutatott kötéstechnikák – gördülő- és ellapuló gumigyűrűs tömítések – nem igazolták az elvárásokat, folyamatosan háttérbe szorulnak. A legkorszerűbb kötéseket a cellás gumiprofilos tömítések alkalmazása jellemzi. A cellás gumiprofilok – f-h.) ábrarész – kevésbé érzékenyek a tömítőanyag keménységére. Így a cellás gumitömítésű kötéseknél a tokrepedés is ritkábban előforduló jelenség. (A kötések elkészítésénél előírás az érintkező felületek csúsztatóval való kezelése. Ékes gumiprofilos csőkötésnél elégséges a csap felületét csúsztatóanyaggal kezelni.)

6-5. ábra: Beton- és vasbeton csövek, illetve aknaelemek vízzáró kötései: a.) gördülő gumigyűrű, b.) ellapuló gumigyűrű, c.) ékes gumitömítés, d.) ékes aknaelem tömítés, e.) kettős ékes aknaelem tömítés, f.) keskeny csapos cellás gumiprofil, g.) széles csapos cellás gumiprofil, h.) keskeny csapos cellás gumiprofil aknához A kisebb átmérőtartományokban (DN 200-400 mm) a talpas betoncsövek fokozott előretörése figyelhető meg. Ezzel a keresztmetszeti kialakítással – lásd: 6-6.ábra – olyan különleges beágyazás és tehereloszlás biztosítható, amely a cső teherbírását kedvezően befolyásolja. Az ’’a’’ méretre a DIN EN 1610 tekinthető irányadónak, mely szerint: a = 50 mm + 0,1 DN (illetve NA).

57.



6-6.ábra: Talpas betoncső alapozása különleges ágyazattal vagy betonlemezzel – MSZ EN 1610 szerint A fentiekben felvázolt fejlesztések hazai viszonylatban is elindultak, így a magas összenyomódási modulussal rendelkező altalajoknál, a beton- és vasbeton csövek alkalmazása ismét előtérbe kerülhet. Azbesztcement cső Az azbesztcement csövek fokozatos kiszorulása az ivóvízellátásból maga után vonta, hogy a gyártók újabb fejlesztései a vízelvezetési ágazatot helyezték előtérbe. A csőgyártási technológia adottságai kiváló külső- és belső felületi tömörséget eredményeznek. Ez a korrózióállóságot jelentős mértékben növeli. További előrelépés ezen a területen, hogy a gyártást követően gépi úton felhordható külső- és belső – különleges – korrózióvédő bevonatok is rendelkezésre állnak, a megrendelő igényei szerint. Az AC csövek megbízható kötéstechnikája – lásd: 6-7.ábra – és színvonalas idomválasztéka a kis települések szennyvízelvezetéséhez jó lehetőségeket kínál a merev-és közepesen merev csőkategóriában.

6-7. ábra: Azbesztcement csövek kötései: a.) REKA csőkötés, b.) GIBAULT kötés, c.) UNIGOM könnyű: NA 60 – 200 és UNIGOM-S: NA 200-400, d.) EFK-kötés A 6-7/b ábrán bemutatott GIBAULT kötés hátránya a fém kötőelem korrózió érzékenysége. Ugyancsak a fenti okból, valamint merevségi problémák miatt a 6-7/c.ábrán látható csőbilincsek 58.



elsődlegesen épületen belüli – szabadon szerelt – csatornacsöveknél javasolhatók. Az azbesztcement csőnek – más cement kötőanyagú termékekhez hasonlóan – jelentős utószilárdulása van nedves, párás közegben. Az AC csövek tervezéséhez az ÖNORM B 5062 és a csőgyártók alkalmazási előírásai nyújtanak további információkat. A környezetvédelem szigorodó előírásai miatt az AC csőgyártás megszüntetése és azbesztmentes technológia elterjedése valószínűsíthető. Műanyag csövek A műanyag PVC, a PP, a PE és a műgyanta kötőanyagú csöveket tárgyaljuk. A PVC, a PP és a PE cső egyértelműen a hőre lágyuló műanyagok családjába tartozik. Az alkalmazott műgyanta kötőanyag függvényében a további – általában üvegszál erősítésű – csőtípusok lehetnek: hőre lágyulók és hőre keményedők is. A műgyanta kötőanyagú csövek – a hagyományos hőre lágyuló műanyag csövekhez képest számottevően magasabb árfekvésük miatt – elsősorban a rekonstrukciósés különleges feladatok megoldásánál kerülnek alkalmazásra. A PVC, PP, és PE csövek hőre lágyuló tulajdonsága az alkalmazhatóságot és az élettartamot egyaránt befolyásolja. A fenti csőanyagok alkalmazási hőmérsékleteit a 6-8. ábra tünteti fel.

o

hőm érséklet [ C ]

6-8.ábra: Hőre lágyuló műanyag csövek alkalmazási hőmérséklet tartományai Az élettartam – feszültség – hőmérséklet összefüggéseket a nyomócsöveknél tárgyaljuk. A hőre lágyuló műanyag csövek elterjedésével néhány új fogalommal kell megbarátkozni a szennyvízelvezetésben is. Így például a névleges átmérő (NA, LW, stb.) helyett a külső átmérővel (DN, dn) jelölik a méretválasztékot. Különleges figyelmet érdemel a műanyag csövek szokatlanul magas lineáris hőtágulási együtthatója. A PVC tokos cső a hazai csatornázásban a legelterjedtebb. Minden elképzelhető feladat megoldásához teljes, jól- és könnyen szerelhető idomválaszték áll rendelkezésre. Utótömörödésre hajlamos altalajban és gyengébb minőségű csőágyazatban a rövid tok repedéshajlama növekszik. A PVC cső alacsony külső hőmérsékleten rideggé válik és néhány – a gyakorlatban ritkábban előforduló – vegyi anyaggal szemben mérsékelten ellenálló. A kommunális szennyvízelvezetésben azonban meghatározó jelentőségű. A gravitációs PVC csatornacsöveket – hazai viszonylatban – jelenleg háromféle gyűrűmerevséggel gyártják. A külső – köz – csatornákhoz D 110 – D 500 mm közötti átmérőtartományban az SN = 4,0 kNm-2 és az SN=8,0 kNm-2 gyűrűmerevségű KG-PVC, a telken belüli – bekötő – csatornákhoz az SN = 2,0 kNm-2 gyűrűmerevségű KA – PVC csövek szerepelnek a kínálatban. Európában a termékválaszték ennél lényegesen szélesebb, az átmérőtartomány és gyűrűmerevségi osztályok tekintetében is. Az átmérőtartomány felső határa 1400 mm. A gyűrűmerevségi osztályok közül érdemes megemlíteni az SN = 0,5 – 0,125 -s kategóriát, amelybe a vékonyfalú, teljes körülbetonozást igénylő – bélés – csövek tartoznak.

59.



A PP és a PE csövek elsősorban nyomócsőként ismertek, de a szennyvízelvezetésben is előfordulnak speciális feladatok megoldásánál. Ezt a PVC-nél kedvezőbb környezetbarát tulajdonságuk és a magasabb színvonalú csőkötéstechnika indokolja. A PVC és a PP, továbbá a KPE felhasználási arányainak – a jelenlegihez képest – gyors módosulása valószínűsíthető az igényesebb szennyvízelvezető rendszerek megvalósításakor. Néhány európai országban, illetve azok egyes régióiban a PE csöveket előnyben részesítik a PVC csővel szemben, melyet kizárólagosan provizórikus megoldásként engedélyeznek. Az üvegszál erősítésű műgyanta kötőanyaggal és – általában – kvarchomok adalékanyaggal készült csatornacsöveket az első időszakban tekercselő technológiával, meglehetősen kis falvastagsággal készítették. A beton-, majd később acél sablonokra tekercselt üvegszövet- és a műgyanta felhordás kezdetleges kézi technológiával történt. A kötőanyag poliészter-, vagy kátrány-epoxi műgyanta volt. A csövek illesztésére a 6-10. ábrán bemutatott kötéstechnikákat alkalmazzák Hazai viszonylatban csak a ragasztás-, majd később a tokos gumigyűrűs kötés terjedt el. A hazai ÜPE csövek a viszonylag magas előállítási költségek miatt szinte kizárólag a rekonstrukciós feladatoknál kerültek alkalmazásra. Az elmúlt években az ÜPE csövek gyártásában jelentős fejlesztések történtek, melyeket ugyancsak, a Nyomócsövek fejezetben ismertetünk.

6-10. ábra: Üvegszál erősítésű műgyanta csövek kötései: a.) ragasztás; b.) tokos gumigyűrűs; c.) tokos húzásbiztos A csatornacsövek iránti megnövekedett kereslet a műanyag csőgyártókat hatékony és gyors fejlesztésekre ösztönözte. Ezek közül a jövő szempontjából is figyelmet érdemelnek a merevített falszerkezetek, és a kétcsöves rendszerek. Merevített műanyag csövek készülnek PVC-ből, PE-ből és természetesen a különböző szilárdságú hőre lágyuló műanyagok kombinációjából is. A 6-11. és 6-12. ábrákon bemutatott bordázott PVC csatornacsövek a hazai szakmai körökben ismertek.

6-11.ábra: KD - EXTRA csatornacső metszetben és nézetben 60.



6-12. ábra: ULTRA RIB PVC csatornacső: a.) hosszmetszet és nézet. b.) az erősítőborda részlete Polimer beton cső A polimer-betonelemek a felszíni vízelvezető rendszerekben, a speciálisan agresszív szennyvizek elvezetésében és közmű-rekonstrukciós feladatokban bizonyították előnyös tulajdonságaikat. Az epoxi- és poliészter gyanták széleskörű elterjedésével: kis súlyú, nagy nyomószilárdságú, különleges vegyszer- és fagyállóságú, továbbá jelentéktelen vízfelvételű vékonyfalú betonszerkezetek előállítására adódtak lehetőségek. A csatornázásban az elemgyártók új fejlesztései a vékonyfalú csatornacsövek és a belső zsaluzatként – körülbetonozással – alkalmazható kéregelemek felé irányultak. A polimer-beton technológia közismert. A gyártástechnológia közel áll a vékonyfalú betonelemek gyártásához. Ennek ellenére hazai gyártású csövek, kéreg- és egyéb csatornázási elemek nem állnak rendelkezésre. A külföldről behozható termékek súlyos tehertétele a költséges szállítás. 6.1.1.2.

Nyomócsövek

A nyomócsövek területén is jelentős fejlesztések történtek az elmúlt évtizedben, bár ezek közel sem olyan látványosak, mint a gravitációs rendszereknél. Az alábbiakban összefoglaljuk nem azonos mélységben): -

az öntöttvas-, az acél-, a vasbeton- és a műanyag

nyomócsőgyártás és fejlesztés fontosabb ismérveit. Öntöttvas cső A gravitációs csöveknél jelzett gömbgrafitos öntöttvas (GÖV) falszerkezet a nyomócsöveknél is általánossá vált. A korábban nagyszámú európai gyár-, és a gyártókapacitások centralizációja a termékek egységesítését is maga után vonta. Az MSZ EN 545 az ivó- és tüzivíz ellátó rendszerekhez 61.



egységesítette a GÖV öntvény nyomócső és idomrendszert. A GÖV nyomócső DN 60 - DN 200 átmérőtartományban, tyton tokos-, vagy fíx karimás kötéssel és teljeskörű idomellátással szériatermék. Vízellátási célokra a belső felületen gyárilag felhordott cementhabarcs béleléssel készül. A külső felületen a legkülönbözőbb összetételű korrózió- és mechanikai védelmek szerepelnek a gyártók kínálatában. A leggyakoribb bevonati rendszerek a zink-, a bitumen-, a műgyanta és ezek kombinációi. Külső mechanikai védelemként gyári betonköpenyt is alkalmaznak. A külső bevonati rendszerek sérülés érzékenyek, melyet a megvalósítás folyamatában szem előtt kell tartani. A tokos kötés kiegészítő elemekkel húzás-biztossá tehető, és így a cső- és az ágyazat közötti súrlódási tényező függvényében 2-3 db tokos kötés rögzítésével a kitámasztó betontömbök beépítése mellőzhető. A GÖV. csövek szerelése nem szerszámigényes, a legfontosabb célszerszám NA 125 mm csőméret felett az összehúzó szerkezet. Acél cső Az acél nyomócsövek a különböző gyártási eljárásokkal szinte korlátlan átmérőtartományban készíthetők. A korszerűség ezeknél is a réteges csőfal-szerkezet kialakításában jelentkezik. A belső korrózióvédelem ennél a csőtípusnál is gyárilag felhordott 10-15 mm cementhabarcs bevonat. A külső felületen a legmagasabb fokú korrózió védelmet az extrudálással felhordott PE (polietilén) bevonat képezi (lásd: 6-14.ábra).

6-14. ábra: Szerelésre előkészített csővég, a bevonati rétegek feltüntetésével és a A-C távolságok méreteinek DIN 30670 szerinti feltüntetésével: Amax=150 mm; B=50 mm; Cmax=100 mm. A bemutatott technológiával NA 100-400 mm mérettartományban standard termékek állnak rendelkezésre. A rétegelt falú acélcsövek összekötésére négy lehetőség kínálkozik: tokos kötés (NA 100-300 mm között), hegesztés egyenes illesztéssel, hegesztés tokos kialakítással és gyári karimás kötés fix-, vagy laza karimával. A tokos kötés elkészítésének részletét a 6-15.ábra mutatja [12].

62.



6-15.ábra: Acélcső tokos kötésének szerelése A csőkötések védelmét – a korrózióvédelem folytonosságát – hőkezeléssel felhordott zsugorfólia biztosítja. A belső cementhabarcs mintegy 15 mm széles folytonossági hiányára a szakirodalom az öngyógyulást, a fokozott karbonizációs folyamatot jelöli meg. A nagyobb bújható szelvényeknél természetszerűleg a habarcs folytonossága emberi beavatkozással biztosítható. A fentiek szerint megújult acélcső kiváló alternatíva a gáz-, és a vízellátásban egyaránt. Vasbeton cső A vasbeton a nyomócsövek hazai gyártása és alkalmazása nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket. A gördülő gumigyűrűs kötés, az acélbetétek kis betontakarása miatti nem kielégítő korrózióvédelme, az építés nehézségei mind az alkalmazás ellen szólnak. Mindezek ellenére vannak törekvések, amelyek a vasbeton nyomócső rendszer megújítását célozzák. A fejlesztések csőkötésre, az acélbetétek korrózióvédelmének fokozására, és csőfal belső érdességének javítására egyaránt kiterjednek. Hazai viszonylatban több 10,0 km nagy átmérőjű távvezeték létesült vasbeton csőből, amelyeknek – tekintettel a mintegy 30 éves élettartamukra – a rekonstrukcióját nagy valószínűséggel a közeljövőben meg kell oldani. Műanyag csövek A nyomócsőként alkalmazott műanyag csövek: hőre lágyuló és hőre keményedő csoportokba sorolhatók. A hőre lágyuló műanyag csövek csoportjába: a polietilén (PE), a polipropilén (PP) és a kemény poli (vinil-klorid) (PVC) anyagú gyártmányok sorolhatók. A hőre lágyuló – termoplaszt – műanyagok melegítés hatására meglágyulnak, majd bomlás nélkül megolvadnak. Szerkezeti jellemzőjük, hogy óriási láncmolekulákból épülnek fel, amelyeket másodlagos kémiai kötések kapcsolnak össze. Előállításuk polimerizációval történik. A polimerlánc 63.



tulajdonságai adalékanyagokkal módosíthatók. Az alapmonomerhez lágyítókat, stabilizátorokat és töltőanyagokat is adagolnak. A csöveket extrudálással, az idomokat – általában – fröccsöntéssel állítják elő. Az ábrának megfelelően a PE granulátum az adagoló tölcsérből a fűtött csigaházba kerül, ahol képlékeny állapotba jut. A csiga a lágy anyagot keverés és tömörítés mellett az extruder szerszámba továbbítja. Az anyag átsajtolódik a körgyűrű formájú extruderfejen, melynek konstrukciója jelentős befolyással van a PE cső falának struktúrájára. Itt felveszi az alakját, de méretét a kalibráló szerkezet adja meg. A kalibrálás történhet túlnyomással és vákuummal. A kalibrálással egyidejűleg a hűtési folyamat is elkezdődik és folytatódik a hűtővályúban. A hűtésszabályozás alapelve, hogy a lehúzószerkezetbe kerülő cső belső felületi hőmérséklete a 85 °C-t nem haladhatja meg. A lehúzó-szerkezet után a darabolás, vagy a tekercselés művelete következik. A műanyag csöveknek – mint építőanyagoknak – kedvező tulajdonsága: a csekély önsúly, a kiváló vegyszer- és korrózióállóság, a könnyű megmunkálhatóság és a hosszú élettartam. A csövek várható élettartama: 50 év, ha az igénybevételek hatására a falfeszültség nem lépi túl az anyagra vonatkozó redukált – megengedett – feszültséget, a hőmérséklet pedig a 20° C -t. A műanyag csövek méretezése tehát "háromdimenziós" feladat, eltérően a hagyományos építőanyagoktól. További közös jellemzőjük, hogy a tartós napsugárzás – UV sugárzás – hatására bomlást szenvednek. A felsorolt anyagok közül a PP csöveket nagyobb hőfokú közegek szállításáras alkalmazzák. Ezeket elsősorban a nagyobb hőterhelésű üzemekben és a szennyvíztisztító telepeken belül, technológiai csővezetékként használják. PVC nyomócsövek ragasztott (D 16-110 mm között, PN 10 nyomásfokozatra) és tokos gumigyűrűs (D 90-450 mm között, PN 6, PN 10 és PN 16 bar nyomásfokozatra) kötésekkel rendelkeznek. A tokos (PVC KM) nyomócsöveket gyakran alkalmazzák, a segédeszközt nem igénylő gyors szerelési lehetőségek miatt. A felnyíló csőkötés miatt a húzóerők felvételéről kitámasztó betontömb-, vagy bilincsek beépítésével kell gondoskodni. A legáltalánosabban alkalmazott nyomócső a PE. A PE csövek méretválasztéka D 20-tól D 1600 mm-ig terjed. Ezek adatait, a már hivatkozott MSZ EN 12201-2:2033 szabvány tartalmazza. A csöveket szálban – általában 6, 12, 18 m hosszúságban – illetve hazai viszonylatban D 160 mm átmérőig tekercsben gyártják. A tekercsek az átmérő függvényében 100 - 300 m csőmennyiséget tartalmaznak. A PE csövet az egyedülállóan sokoldalú kötéstechnika jellemzi (lásd: 6-18. ábra). A csővezeték átmérője, funkciója, a hálózati hossz, az építési körülmények valamint a kivitelező technikai felkészültsége ismeretében válaszható ki az optimális kötésmód.

64.



6-18.ábra: PE csőkötéstechnikák: a.) tokos (rövid és hosszú), b.) alumínium feszítőcsatos gyorskötő, c.) lazakarimás hegesztőtoldatos, d.) fűtőszálas – elektromos – hegesztő idom, e.) tompahegesztés, f.) extrudációs hegesztés (nyomócsöveknél nem javasolt) Az ábrán az egyes csőkötések mellett feltüntettük a jelenlegi alkalmazási lehetőségekhez tartozó csőátmérőket. A PE csőkötések között említeni kell még a tokos- vagy polifúziós kötést is, melyet a gáziparban széles körben alkalmaztak és alkalmaznak dn 110 mm mérethatárig. Ennek részletes ismertetésétől eltekintünk, mert ezzel az eljárással a vízi-közmű építésben a munkahelyi tapasztalatok nem kedvezőek. A PE csőkötések az oldhatóság alapján rendszerezve: a mechanikus gyorskötőkkel (szorítókötés), a tokos csőkötéssel és a karimás kötéssel. A PE csővezetékek oldhatatlan kötésfajtái: a tompahegesztés, az elektromos – fűtőszálas – hegesztés és az extrudációs hegesztés. A fentiek között a legáltalánosabb és leggazdaságosabb kötésforma a tompahegesztés. A módszer lényegét – a folyamat elvi sémát – a 6-19. ábra mutatja be. A részletes technológiát, a hegesztési paramétereket – általában gázipari – technológiai utasítások foglalják össze.

6-19. ábra:A tompahegesztés egyszerűsített sémája: 65.



a.) csővég előkészítés: merőlegesítés, és hántolás: gyalulással, b.) dudorképzés és a csővég felmelegítése, c.) kötés létrehozása varratképzéssel A szabászati módszerekkel készülő idomok gyártásához manuális- és félautomata üzemi berendezéseket használnak D 20 - 1200 mm mérettartományokban. Az állvánnyal összeépített hegesztőgépek: manuál-, félautomata- és automata rendszerben D 90 - 630 mm csőméretekhez állnak rendelkezésre. Az állvány nélküli – árok – hegesztő berendezéseket D 630 - 1400 mm csőméretekhez használják. Ezek csak manuális üzemmódban állnak rendelkezésre. A tompahegesztés megfelelőségét, a varratdudor reprezentálja (lásd: 6-21. ábra). A dudor „K” – átmérőtől és falvastagságtól függő – méreteit előírások rögzítik, a falvastagság közepén mérhető úgynevezett csont szélességgel együtt. A jó minőségű manuális hegesztés varratának alakja a 4.3.4.14.ábrával egyező. A varratdudor enyhe szív alakú, a varratnyereg jól kirajzolódik.

6-21. ábra: Varrat alak manuális hegesztésnél Az automata-hegesztésnél a csont - rés keskenyebb, a dudor kívül-belül összeolvad, és félkör alakot vesz fel. A vízi-közműveknél ez kedvezően befolyásolja a hidraulikai viszonyokat a csőben. Az automata berendezések megjelenésével a tompahegesztés az egyik legmegbízhatóbb kötésformává vált. Egyenletesen jó minőségű varratok készíthetők a kezelőszemélyzet ellenőrző tevékenységével. Az automata gépek az elkészült hegesztésről bizonylatot készítenek, amely az összehegesztett csövek- és a hegesztés adatait tartalmazzák. A fentieken túlmenően az elkészült hegesztést is minősítik. Az automata gépek ismérvei az alábbiak: A tükör kiemelése emberi beavatkozást nem igényel, automatikus. Az elkészült hegesztés folyamatát dokumentálja, és bizonylatot készít. A hegesztési művelet a cső behelyezése nélkül nem szimulálható. A félautomata gépek nem bizonylatolják és minősítik a hegesztést, de a varratminőség szempontjából kényes műveleteket szabályozzák – hőmérséklet és nyomáshatárok beállítása – illetve automatizálják (tükörkiemelés). Igényes hegesztési feladatokhoz célszerű az automata gépeket előnyben részesíteni. Alacsony nyomású rendszereknél félautomata – esetleg a manuális – berendezések is alkalmazásra kerülhetnek. Az elektromos – fűtőszálas – hegesztés egy speciális idommal, az úgynevezett elektrofittinggel létrehozott csőkapcsolat. Széles átmérő tartományban; D 20 - 630 mm alkalmazható. A kötőelemek költsége és a csővégek megengedett ovalitása, illetve ezek kiküszöböléséhez szükséges berendezések kezelhetősége miatt D 315 mm csőméret felett ennek a kötéstechnikának leginkább csak a hibaelhárításban van létjogosultsága. A hegesztés folyamata ennél a kötésnél is automatizált. A kezelő szerepe a hegesztési felületek – csőpalást – előkészítésében (oxidrétegének eltávolításában) fontos. Ez a művelet a tökéletes hegesztés előfeltétele. A kötés megfelelő elkészítését a célszerszámok és a segédeszközök – merőlegességet biztosító vágóeszköz, csőhántoló, csőkaparó,

66.



központosító befogóállvány – szakszerű alkalmazása biztosítja. A korszerű kötőelemek, illetve a hegesztő berendezések vonalkóddal és lézerleolvasóval vannak ellátva. A hegesztő berendezések működése teljesen automatizált. A létrehozott kötés – megfelelő előkészítés esetén – rendkívül biztonságos. A hegesztő berendezések közül azokat a típusokat célszerű előnyben részesíteni, amelyek különböző gyártmányú kötőelem meghegesztésére is alkalmasak. A kötőelemek lehetnek fedett-, vagy nyitott fűtőszálasok. Általában a fedett fűtőszálas idomok használata kedvezőbb. Egyes gyártmányok csak építéshez-, mások – a közbenső határolóelem hiányában – építéshez és javításhoz is alkalmasak. Az elektromos kötőelemek PE 80 és PE 100 anyagból, SDR 11, továbbá SDR 17 szabványos méretaránnyal készülnek. Vannak könnyű, úgynevezett csatornaépítő és épületgépészeti termékek is. Az elektrofúziós kötőelemeket és az összekötendő csővezetéket, szilárdsági-, továbbá hegeszthetőségi szempontból össze kell hangolni. Az elektrofúziós kötéstechnika kiválóan alkalmas a különböző MRS számú – például: MRS 8 és MRS 10 – csövek összekötésére. A kötőelemnek minden esetben a magasabb MRS számhoz kell igazodnia. A polipropilén csövek kötésmódjai lényegében – és elviekben – a polietilén csövekével azonos. Az előzőekben tárgyalt szorítókötések teljesen azonos módon használhatók fel. A karimás kötések hegesztőtoldata természetesen a csövekkel homogén anyagú legyen. (A PP és PE egymáshoz tompahegesztéssel és elektrofittinggel sem köthető!) A PE csövekhez PE és PP megcsapoló-hidak és különböző idomok állnak rendelkezésre, melyek a nyomócsőrendszerek fontos kellékei. Az oldhatatlan kötések csoportjából a tompahegesztés a polipropilén csövek esetén is reális és gazdaságos alternatíva. A hegesztés paraméterei természetszerűleg nem egyeznek meg a PE csőre vonatkozókkal. A KM PVC nyomócsövek gyárilag tokos kialakításúak. A tokot az extrudálási folyamat végén, a vastagított falú csőszakaszon alakítják ki. A tömítésként alkalmazott – ajakos – gumigyűrű profilja gyártóként eltérő, de általában gyárilag behelyezett. A KM PVC csövek kötésére gyakorlatilag a tok az egyetlen – reális – alternatíva. (A sima végű PVC nyomócsövekhez D 63 mm-ig a polietilén csöveknél ismertetett szorítókötések egyes típusai egy fém belső szorítógyűrű beiktatásával alkalmazhatók.) A karimás kötés az úgynevezett F és E-idommal alakítható ki, melyeket a 6.23. ábra szemléltet.

6-23.ábra: PVC karimás idomok: a.) tokos kötőelem PVC - E, b.) sima végű kötőelem PVC - F A KM PVC csövek idomellátottsága kiváló. A cső tokos alaprendszeréhez igazodva az idomok is tokkal illeszthetők. A rákötések kialakításához rendelkezésre állnak különféle PVC és fém megcsapolóhidak, általában mechanikus kötésekkel. 67.



Az üvegszállal erősített rétegelt falszerkezettel előállított cső, a hőre keményedő (duroplaszt) műanyagok családjába tartozik. A kísérleti gyártások mintegy 35 éve a hazai próbálkozásokkal egyidejűleg kezdődtek. Az első csövek az egész világon manufakturális – kézi tekercselő – módszerekkel készültek. Az előállításhoz a kiinduló anyag a telítetlen poliészter gyanta, mint kötőanyag, folyamatos üvegszálak, továbbá töltőanyag, amely – általában – jól graduált, nagyszilárdságú előkezelt kvarchomok. Az előállított falszerkezet rétegelt, melyet a 6-24. ábra vázlatosan szemléltet.

6-24. ábra: Hőre keményedő műanyag cső falszerkezete Jelölések: 1 magas gyantatartalmú külső védőréteg, 2 üvegszövet erősítésű külső – húzóerők felvételére alkalmas – teherhordó falrész, 3 műgyanta és adalékanyag tartalmú közbenső falrész, 4 és 5 ua., mint 2, illetve 1, de a belső felületen. A 2. jelű réteg a különböző termékeknél további részekből állhat, a külső részen csak üvegszövet és műgyanta, míg a belső részén már töltőanyagot is tartalmazó rétegeltség készülhet. A külső- és belső terhelések ellensúlyozása, (a húzó- és nyomóerők felvétele) szempontjából ez a réteg a meghatározó. A 3. jelű réteg magas töltőanyag és kisebb műgyanta, továbbá üvegszál adagolással előállított réteg, melynek vastagításával a csőfal teherbírása a rétegelt falszerkezet miatt jelentősen befolyásolható. A cső egyes tulajdonságait – korrózió- és vegyszerállóság – az alkalmazott műgyanta befolyásolja. Általában telítetlen két-, vagy három komponensből álló hőre keményedő poliészter gyantákat használnak. A csövek gyártását automata gépsorokon végzik, melyek szavatolják az egyenletes anyagösszetételt, a méreteket és így a minőséget is. A gyártási technológiák nem teljesen azonosak. A Drostholm eljárás gépi berendezéseinek egy részletét a 6-25. ábra, a gyártás vázlatos sémáját a 626. ábra mutatja be.

6-25. ábra: Korszerű – nagy teljesítményű – GFK csőgyártó berendezés (Drostholm System). A másik gyártási technológia a pörgető eljárás, melynél a falszerkezet felépítése kívülről befelé történik. Az anyagkomponenseket egy töltőberendezés vezérli, melyek folyamatos adagolással egy 68.



rotáló formába kerülnek. A rétegelt falszerkezet és a rugalmas gyártási technológia nagy előnye, hogy változatos névleges nyomású-, gravitációs- és kitakarás nélküli építéstechnológiákhoz alkalmas csövek állíthatók elő. A rétegelt falszerkezet sajátossága, hogy a csőfal egyes rétegei eltérő fizikai jellemzőkkel (szilárdság, rugalmassági modulus stb.) rendelkeznek. Ezért az ÜPE csöveket a névleges nyomásfokozat (PN) mellett a névleges merevséggel (SN) is jellemzik. A két osztályozás természetszerűleg átjárható. A nyomásfokozatok általában PN 1, 4, 6, 10, 16, 20 és 25 értékek, a névleges merevség SN= 2500, 5000 és 10.000 N/m2 között változnak a standard termékekben. A korábban már ismertetett képlet alapulvételével, a 3 % behajlásnál mért érték adja a névleges- merevség mérőszámát. A vizsgált cső-, vagy a cső méretválasztékának ismeretében az E modulus számítással is meghatározható. Az így számított értékek azonban csak közelítő számítások céljaira használhatók. A csövek eddigi alkalmazási tapasztalatai kedvezőek. A nagyobb volumenű felhasználást a meglehetősen magas árfekvés kedvezőtlenül befolyásolja. A megvalósult csővezetékeknél a felnyíló kötések hátránya és az ágyazat anyagával szembeni kisebb érzékenység egyaránt beigazolódott. A csőátmérők a szokásos névleges – belső – (DN) átmérőkhöz igazodnak és 150 – 2400 mm közötti választékban állnak rendelkezésre. A csőkötések vonatkozásában – jelenleg – a felnyíló jelleg dominál az ac. csőnél megismert Simplex rendszerhez hasonlóan. (lásd: 6-28/a ábra). A karimás kötéshez általában a PE csőnél megismert csőtoldatos kötőgyűrűt használják, melyet egy további hengeres kötőelemmel kell a csővéghez illeszteni (lásd: 6-28/c ábra). A szabad szereléseknél a 6-28/b ábra szerinti csavaros korracél kötőelemek is használhatók. A kisebb átmérő tartományokban húzásbiztos kötés is van a DN 150 – 300 mm mérettartományokban.

6-28. ábra: Gyakran használt ÜPE csőkötések: a.) standard egyenes összekötő; b.) korracél kötőelem; c.) csőtoldatos kötőgyűrű lazakarimás kötéshez A csőrendszer idomellátása gyárilag – szabászati módszerekre emlékeztetően biztosított. Ezen a területen az ÜPE csőrendszer még további fejlesztéseket igényel. A külföldi és a hazai megvalósult csővezetékek igazolták a csőanyaggal kapcsolatos elvárásokat, nevezetesen: A jó építési sebesség, mely az alacsony fajlagos súly és az egyszerű csőkapcsolat eredménye.

69.



A csőfal homogén szerkezete és alacsony hőtágulási tényezője előnyös tulajdonságokat hordoz. A kiváló érdesség és a rendkívüli kopás állóság a nyomás alatt- és gravitációsan üzemelő hálózatoknál egyaránt kedvező. Nem érzékeny a hideg- és meleg hatásokkal szemben, így szinte minden időjárási viszonyok mellett építhető. Egyszerűen megmunkálható, ezért különleges rekonstrukciós feladatokhoz is jó alternatíva. Az ÜPE csővezetékrendszerek nagyobb volumenű felhasználás elsősorban a vízelvezetési- és a rekonstrukciós feladatoknál valószínűsíthető a vékonyabb falszerkezet és így, az alacsonyabb árfekvés miatt.

6.2. Munkaárok, dúculatok és víztelenítések 6.2.1.

Munkaárok

Vonalas közmű vezetékeinket általában munkaárokba fektetjük. A keskeny munkagödröt munkaároknak tekintjük. A munkaárokban biztosítani kell a biztonságos munkavégzés feltételeit, továbbá a kitermelt föld helyét biztosítani kell a kitermelés, visszatöltés ideje alatt a beomlás ellen. Legfőbb oka a munkaárok lehatárolásnak az emberi élet védelme, a környező létesítmények, mint például az útpálya, ingatlanok biztosítása. Munkaárok méreteit a beépítendő tárgy mérete, közlekedés, szállítási igény, munkavégzés, víztelenítés határozzák meg. Az oldalkialakítás módja függ a : rendelkezésre álló területtől, talajtól, talajvíz viszonyoktól, nyitva tartás idejétől, környezet beépítettségétől, létesítmény méreteitől, rendelkezésre álló eszközöktől. Ennek megfelelően a határolás a következő képpen alakítható ki: rézsűsen szádfalakkal dúcolással (állított, fekvő, nagytáblás)

6.2.2.

Munkaárok dúculatok

Függőleges földfal m 0 magasságig állékony, ekkora magasságig kiemelhető a munkaárok, de mielőbb meg kell támasztani legalább hézagos dúcolással. 70.



2,67C

m0

tg

nγ

(45

Φ

)

2

ahol: m0

-

függőleges földfal eddig a mélységig állékony megtámasztás nélkül

C

-

kohézió

-

belső súrlódási szög

γ

-

talaj térfogatsúlya

n

-

biztonsági tényező (2-3)

A dúcolást a talaj állékonysága és a munkaszint mélysége, továbbá a fellépő igénybevételnek megfelelően kell kialakítani. Amennyiben a munkagödör 5 méternél mélyebb, vagy ha a munkagödör mellett - a szakadó lapon belül - statikus és dinamikus terhelés is várható, ebben az esetben a dúcolás biztonságát számítással kell igazolni. Ha dinamikus hatás éri a talajt, vagy épület mellett van a munkaárok akkor dúcolni mindig kell. A dúcolatlan munkagödör (munkaárok) megengedett mélysége a munkavédelmi szabályzat alapján terheletlen térszint, különböző talajok és rézsűhajlások esetében a következő: A talaj Megnevezése

Függőleges fal esetén

2/4

3/4

4/4

5/4

6/4

Szárazon

0,8

1,0

1,2

1,5

3,0

3,0

Nyíltvíz tartás mellett

0,8

1,0

1,5

2,5

Szárazon

0,8

1,0

1,2

1,5

2,0

2,5

3,5


0,8

1,0

1,5

2,0

3,0

Szárazon

1,0

1,2

1,5

2,0

2,5

3,3

4,0


0,5

0,8

1,0

1,2

1,5

2,0

3,0

Szárazon

1,5

2,0

2,5

3,5

5,0

7,0

7,0


1,0

1,5

2,0

3,0

4,0

4,0

4,0

Szárazon

1,7

3,0

4,0

5,0

7,0

7,0

7,0


1,0

1,5

2,0

3,0

4,0

4,0

4,0

kitermelésének módja

Földkitermelés megengedett mélysége (m) 7/4

Laza, szemcsés talaj

Tömör, szemcsés talaj és sodorható iszap

Kemény iszap és sodorható sovány anyag

Sodorható kövér anyag

Kemény anyag

Rézsűs kialakítás A rézsű hajlását állékonysági vizsgálattal igazolni kell, amelynél figyelembe kell venni a felszíni terheket is. A deponált földet csak a szakadólapon kívül lehet elhelyezni. A rézsű állékonyságát negatívan befolyásolja a talajvízmozgás és a dinamikus hatások (szádfal verés, forgalom) illetve a csapadék. Fontos, hogy a csapadék, illetve a leszivárgó víz elvezetéséről gondoskodjunk, amelynek lehetséges megoldása a talpárok. Rézsűs kialakítás előnyei: nem kell dúcolat, 71.



viszonylag nagy hely a munkavégzéshez, munkaárok hossza korlátlan gépi munka esetén kevés élőmunka igény. hátrányai: mélységgel nem egyenes arányban nő a kitermelendő földmennyiség, szakadó lapra ügyelni kell, alkalmazása környezettől függ, nem mindig alkalmazható ld.: sűrű beépítettség víztelenítés külön árokkal. Hagyományos dúcolatok Legelterjedtebb anyagai a puhafa és az acél. Amennyiben a dúculat pallói fából vannak akkor általában fém papucsot húznak a végeire, a tartóssága növelésére, illetve lehetnek hidegen hajlított acélból, például a szádlemezek, ennek előnye a visszanyerhetőség, ezáltal a többszöri felhasználhatóság, illetve a könnyű leverhetőség a fa pallókkal szemben. A szádlemezeket általában állítva helyezik, el a fa pallókat némely esetben vízszintesen is elhelyezik. A pallókat, lemezeket a talaj állékonyságának függvényében helyezik el hézagosan, vagy zárt sorban. Minden esetben gondoskodni kell ezek megtámasztásáról, amely történhet fa dúccal, amelynek minimálisan 12 cm átmérőjűnek kell lennie. A dúc lehet még csavaros vasdúc is, amelynek előnye a tartósság, nagy teherbírás, változtatható hossz. A dúcok elhelyezésénél fontos, hogy mind vízszintes, mind függőleges értelemben egy síkban legyen a megtámasztás, mert különben a terhelés hatására a lemezek kihajolhatnak, és az egész dúcolat összeomlásához vezethet. Zárt sorú dúcolat kialakítása során célszerű hosszirányú gerendákat alkalmazni, és ezek közé elhelyezni a dúcokat. Manapság a dúcfák, illetve gerendák helyett modernebb könnyebben használható hidraulikus dúckeretet alkalmaznak, ahol hidraulikus dugattyú szorítja a földfalhoz a megtámasztást. Ennek előnye gyors, biztonságos elhelyezés, illetve változtatható a mérete a munkaárok szélességnek megfelelően. Szádfalak Anyaga vasbeton, acél, illetve fa. A szádfal nem más, mint talajba levert, egymáshoz hornyokkal kapcsolódó szádpallókból álló fal, amelynek faladata, hogy védjen a beomlás ellen, vízzáró falat képezzen az építési munka ideje alatt, esetleg a későbbiekben a szerkezet elemévé váljon, ugyanis a szádfalak, lehetnek ideiglenes határoló szerkezetek, illetve lehetnek végleges szerkezetek. Ezen munkagödör lehatárolás olyan helyen célravezető, ahol fokozott probléma a vízbetörés, mint például vízfolyás keresztezésnél. Közműépítéseknél főleg acél pallókat, néha fa pallókat alkalmaznak. Ezeket a pallókat, vagy verő, vagy vibráló berendezéssel hajtják le a talajba, és vibrációs berendezéssel húzzák ki. A szádfalakat víznyomásra, illetve földnyomásra kell méretezni. Ezen dúcolat előnye, hogy a vízzárás biztosítja, hátránya a lassú, és költséges építés. Nagytáblás dúcolatok Zártsorú dúculatok közé tartozik. Alkalmazhatósága 5 méteres árokmélységig terjed. Az építést jelentősen meggyorsítja. A távtartók segítségével a munkaárok szélessége tág határok között változtatható. Olyan tábláknál, ahol nincs vágóél, ott a dúcokat (távtartókat) lehet állítani, amely 72.



segítségével a táblákat a földfalhoz lehet szorítani, illetve süllyesztésnél, illetve kiemelésnél felengedni. Előnyei között említhetők az alábbiak: gyors építhetőség, visszanyerhető, kis élő munkaigény, változatható szélesség (csőfektetéshez, aknaépítéshez), viszonylag kis mennyiségű földkitermelés, szinte bármilyen talajban alkalmazható, könnyű szállíthatóság Hátrányai: kötött hossz, sűrű közműkeresztezések esetén nem alkalmazható speciális gépigény (zuhanás elleni védelemmel el kell látni) Védőkosaras építés: Védőkosaras építést rövid munkaárkos építésnél alkalmaznak, ahol a talaj az építés ideje alatt állékony, csak az esetleges véletlenszerű beomlás ellen kell biztosítani. Ilyen esetben a védőkosár megvédi a munkaárokban dolgozó embereket. Ezen eljárással csak rövid vezetékszakaszokat lehet beépíteni, körülbelül 2,00 méteres hosszokban.

6.2.3.

Munkaárok víztelenítés

Munkaárok, illetve munkagödör víztelenítése során távol kell tartani a talajvizet, és a felszín felöl érkező csapadékvizet, hogy ne zavarja munkákat, eközben figyelni kell, hogy ne bontsuk meg a talaj egyensúlyát, ne okozzunk hidraulikus talajtörést. A felszíni vizeket a munkaárok körüli folyókákkal, illetve övárkokkal fel egyszerűen fel lehet fogni. A beszivárgó talajvíz eltávolítására, illetve távoltartására közműépítésben több megoldás lehetséges: Nyíltvíztartás Talajvízszint süllyesztés Vízkizárás pl.: szádfalakkal vízzáró rétegig Nyíltvíztartás Ez a legköltségkímélőbb megoldás. Ennek lényege, hogy a munkaárokba jutott vizet folyókával egy zsompba, vagy a kiépített vezeték segítségével egy aknába vezetjük, és onnét szivattyú segítségével eltávolítjuk. Csak olyan talajban alkalmazható, ahol az áramló víz nem lazítja fel a talajt, ezért csak kötött talajokban, mint az agyag alkalmazható, szemcsés talajokban csak kis depresszió mellett. Folyós homokban nem javasolt a hidraulikus talajtörés miatt, ugyanis ilyenkor a talaj sűrű folyadékként beáramlik a munkaárokba. Csak akkor alkalmazható ez a megoldás, ha a víz számára 73.



megfelelően hosszú áramlási utat biztosítunk például megfelelő mélységre levert szádfallal a sebesség csökkenése érdekében. Nyíltvíztartás esetén a leszívás hatótávolsága a következő képlet segítségével számolható: R

1,3

k

T

H

n

Ahol: K T n

- szivárgási tényező - a víztelenítés kezdetétől eltelt idő - a talaj hézagtérfogata

Talajvízszint süllyesztés Talajvízszint süllyesztés alkalmával nem a munkaárokból távolítjuk el a vizet, hanem azon kívül elhelyezett kutakból. A leszívási felület miatt ennél a víztelenítésnél nagyobb mennyiségű vizet kell eltávolítani, mint nyíltvíztartás mellett. Durva szemcsés talajokban a gyors vízutánpótlás miatt nem ajánlott. Kötött talajokban a nyíltvíztartás olcsóbb. Használhatósága közepes homok, homokliszt, homokos iszap. Alkalmazása akkor előnyös, ha: Nyíltvíztartás során talajfellazulás, hidraulikus talajtörés lehetséges Szádfalazást lehet vele kiváltani Szádfal lejuttatás dinamikus hatása nem megengedett a környező épületek miatt Hátránya:

6-31. ábra

Kényes folytonos szivattyúzás Hosszú előkészítő munkák. Építés talajvízleszívás A talajvízleszívás a környező épületek süllyedését okozhatja, nagy odafigyelés szükséges

100% tartalék kell a szivattyúkból Költséges A talajvízszint süllyesztő rendszer elemei Kutak, melyek a vizek összegyűjtésére szolgálnak, 74.



Vezetékek, amelyek a vizet elszállítják Vizet mozgató gépek, mint szivattyú, gépházak Talajvízsüllyesztést csak megfelelő tervek birtokában lehet végezni. A munkaárok fenékszintje alá kell süllyeszteni a talajvizet. A süllyesztő kutakon kívül észlelő kutakat is telepíteni kell. A talajvízszint süllyesztés során víztelenítési naplót kell vezetni. A víztelenítést fokozatosan lehet csak abbahagyni, a kutak eltávolítása után a helyét gyorsan kötő cementhabarccsal kell kiinjektálni. Alapelve szerint két vízszintsüllyesztési rendszert lehet megkülönböztetni: Vákuumos (Siemens, Pontkutas, Vákuumkutas) Szivattyús A munkaárkok víztelenítésének legcélravezetőbb módjának kiválasztást segíti az alábbi 6-31. ábra, amely függ a leszívás mélységétől, és a talaj vízáteresztő képességétől. Ajánlott irodalom: Darabos P.-Mészáros P. (2006): Közművek, Egyetemi jegyzet, Műegyetemi kiadó, Budapest

16.gyakorlat Csapadékcsatorna hálózat hidraulikai vizsgálata (SWMM). Számítástechnikai laboratóriumi gyakorlat.

17-18.gyakorlat Csapadékcsatorna hálózat hidraulikai vizsgálata (SWMM). Számítástechnikai laboratóriumi gyakorlat.

75.



7. előadás 7.1. A hálózatok elhasználódása, korróziós folyamatok A csővezetékek a folyékony vagy gőz-, ill. gáznemű közeg szállítására szolgáló berendezések, amelyek az adott technológiai rendszer (pl. ivóvízellátás) fontos alkotórészei. A legtöbb szállító csővezetéket a közműhálózat alkalmazza, de nem elhanyagolható a szénhidrogéneket - kőolajat, kőolaj-származékokat és földgázt szállító távvezetékek hossza sem. A csővezetékek a szállításon kívül egyéb funkciókat is betölthetnek (pl. hőcserélők, távközlési vezetékek védőcsövei, stb.). A csővezetékek részesedése a létesítmények beruházási költségeiben igen magas, az 50-90%-ot is elérheti. A tervezésükre és építésükre fordítandó gondosságot emellett a magas költséghányad mellett meghatározza az, hogy a csővezeték által fenntartott összeköttetés megszakadása vagy elégtelenné válása a technológiai rendszer egészének akár katasztrofális következményű üzemzavarára vezet. Napjainkban a legtöbb csővezeték öntöttvas, acél, ötvözött acél, beton, ill. műanyag, elsősorban kemény PVC és polietilén (KPE) felhasználásával készül. Az öntöttvas csövek anyaga magas széntartalmú fémvas-vaskarbid-grafit elegy, amelyben a grafit lemezes vagy gömbös szerkezetű vázat alkot. A csőöntés klasszikus módszere az ún. öntőgödrös eljárás. Ebben a függőleges tengelyű cső üregét fix vagy az öntés-szilárdulás sebességével összehangolt mozgású öntőformával alakítják ki. Mindkét változatban az olvadékból felúszó szennyeződés és buborék az öntvény felső szakaszában gyűlik össze, ezért a csövet ún. vendégfejjel öntik, amelyet az öntés befejezése után a csőről le kell vágni. Ennek az a következménye, hogy az öntőgödrös eljárással készült csöveknek csak az egyik végén alakítható ki a csatlakoztatást szolgáló tok vagy karima. Ugyancsak hátránya az öntőgödrös eljárásnak, hogy az így készült öntöttvas grafitváza lemezes szerkezetű, amely ugyan jelentős szilárdságot biztosít a szerkezetnek, de ez a szilárdság ridegséggel társul. Ezeknek a hiányosságoknak a kiküszöbölésére az öntés számos eltérő módszerét próbálták ki. A legjobb eredményt a forgó öntőformába öntés adja. Ennél a technológiánál belső öntőforma nincs, az üregképzés a vízszintes tengelyű öntőforma nagy sebességű pörgetésével történik. Az így készült öntvény grafitváza gömbös szerkezetű, ez a szerkezet a kellő szilárdság mellett számottevő szívósságot is ad az anyagnak. További előny, hogy a vendégfej elmaradása miatt a cső mindkét vége a csatlakoztatás követelményeinek leginkább megfelelően alakítható ki. A kommunális vízellátás hálózataiban jelentkező szilárdsági és használati követelményeknek jól eleget tevő, ugyanakkor az öntöttvasnál kevésbé sérülékeny és takarékosabb anyag-felhasználású csövek gyárthatók a hegeszthető szerkezeti acéloknak megfelelő minőségű folytacél lemezekből a meleg alakítás és hegesztés együttes alkalmazásával. Az egyenletes és az alapanyaggal szilárdságilag egyenértékű varratot produkáló hegesztési technológiák kifejlesztése előtt a csőgyártás ilyen módszere speciális technológia, az ún. csővonás kidolgozását igényelte. A csővonás elve az, hogy a meleg alakíthatóság hőmérsékletére (kb. 1200o C) hevített széles acélszalagot speciális alakító szerszámon áthúzva az alkotók mentén egymásra lapolódó hengerpalásttá hajlítják, majd az átlapolódó szakaszt a csőfallal azonos rés-profilú henger-párokon járatva a kovácshegesztéshez hasonló eljárással egyesítik. A csővonással készült csövek hátránya, hogy a kovácshegesztéssel történő egyesítés sohasem adhat a folytonos fallal egyenértékű szilárdságot, és ez a gyengeség a éppen a legnagyobb húzófeszültségekre merőleges vonal mentén fut. Ezt a hátrányt a megbízható hegesztési technológiák kialakulása után úgy enyhítették, hogy a meghajlítandó lemezen az alkotók

76.



irányát a lemezsáv peremeivel szöget bezáró irányba vették fel, ennek eredményeként az illesztési vonal a csőpaláston futó csavarvonallá vált (spirálvarratú csövek.). A nagy belső nyomást elszenvedő acélcsövek készítésére a Mannesmann-féle varratnélküli csővonási technológiát, ill. annak továbbfejlesztett változatait alkalmazzák. A Mannesmann-féle gyártástechnológia kiinduló terméke nem lemez, hanem acéltömb, amelyet nem párhuzamosan egymás fölött fekvő, hanem egymást keresztező tengelyű forgási hiperboloid profilú, rovátkolt hengerek között járatnak át. A munkadarabnál nagyobb kerületi sebességgel forgó ún. lyukasztó hengerek rovásai a tömb felszínén előre tolják az anyagot. Ferde állásuk miatt az acélt nemcsak előrehúzzák, hanem forgatják is, ily módon a tömb olyan vastag falú zárt csővé alakul át amelyben a fémrács rostszálai csavarodva helyezkednek el. A lyukasztó hengerről lekerülő nyers csövet további melegalakítási eljárásokkal alakítják a kívánt átmérőjű és falvastagságú végtermékké. A hengerlési szálak csavarvonalas elhelyezkedése miatt a Mannesmann-eljárással készült acélcső anyaga az öntöttvasnál nagyságrenddel szilárdabbá és szívósabbá válik. (Ezt az eljárást használják a XX. sz. kezdete óta a nagy lőerejű fegyverek - gépfegyverek, harckocsi lövegek stb. - csöveinek a gyártására is.) A földbe kerülő öntöttvas korrózióállósága ugyan jobb az ötvözetlen folytvasénál de mind az öntöttvas mind az acélcsöveket védeni kell a korrózióval szemben, mert a csövek korróziója igen jelentős anyagi és környezeti kárt okozhat. Földbe fektetett csővezetékeknél sajátos gondot jelenthet a kóboráramok szerkezetroncsoló hatása, ill. a szulfátredukáló mikroorganizmusok közreműködésével zajló ún. biológiai korrózió. A korróziós hatásoknak jobban ellenálló, emiatt nagyobb élettartamú ötvözött acélcsövek alkalmazása meglehetősen drága, viszont a passzív és az aktív korrózióvédelem kombinált alkalmazásával az olcsóbb acélcsövek gyors korróziója is elkerülhető. A passzív korrózióvédelem megfelelő tapadás és felületzárás mellett kellően magas pHjú környezetet biztosító bevonat alkalmazása, az aktív védelem pedig az ún. katódos korrózióvédelem. A csőkötések feladata kettős. Egyrészt szivárgásmentes kapcsolatot kell adniuk a csatlakozó csőszakaszok közt, másrészt mechanikai értelemben is összekapcsolják a csőszakaszokat. A folytonos csőkeresztmetszettel mechanikailag egyenértékű csőkötést csak nagy nehézségek árán lehet létesíteni, de földbe helyezett csővezeték esetén erre általában nincs is szükség. Sőt, olyan esetekben, amikor a cső hőmérsékleti mozgásaira lehet számítani, kifejezetten előnyös, ha a csőkötés megengedi, hogy a dilatációs mozgások egy-egy csőszakaszon önállóan lejátszódjanak. Átlagos szilárdságú acél csővezetékek gátolt hőmérsékleti mozgása 70~80 Co hőmérsékletingadozás esetén olyan nagyságú feszültséget ébreszt, amely elérheti a szerkezeti anyag határfeszültségét. Egyes hegesztéssel vagy normálerő átvitelére alkalmas ún. karimás csőkötéssel egyesített csővezetékekbe (pl. távfűtési vezetékekbe) emiatt mozgáskiegyenlítő szakaszokat (pl. csőlírákat) kell beiktatni. A beton anyagú csővezetékek túlnyomással üzemelő hálózatokban való alkalmazást erősen korlátozza a beton húzószilárdságának alacsony volta, ezeket ezért elsősorban a gravitációs vízszállítású csatornahálózatokban alkalmazzák. Megfelelő gyártási technológia (pl. pörgetett csőgyártás), ill. szálerősítés alkalmazásával ez a húzószilárdság jelentős mértékben fokozható. Magyarországon a ROCLA cég alkalmaz pörgetett gyártási technológiát 0.3 és 3.0 m közti belső átmérőjű, 2.0-3.5 m hosszúságú, 5-27 cm falvastagságú hengeres és tokos vasbeton csőszakaszok előállítására. A csövek teherbírása az alkalmazott spirálvasalás menetemelkedésének megfelelő felvételével a körülményekhez igazítható. A nagy átmérőt igénylő vízvezetéki főnyomócsövekben fellépő nyomások felvételére is alkalmas beton anyagú csőtípusokat is kifejlesztettek, amelyekben az alacsony húzószilárdságot gyűrűirányú feszítés alkalmazásával kompenzálták. Magyarországon a 70es években a SENTAB típusú, 1.0 belső átmérőjű feszítettbeton csövek alkalmazása terjedt el. 77.



Ezekben a csövekben a gyűrűirányú előfeszítést a frissbeton ún. hidraulikus vibro - tömörítésével egyidejűleg hozzák létre. A tapasztalatok azt mutatták, hogy - szemben a korábbi várakozásokkal -a feszített beton csövek is érzékenyek az elektrolitikus és a biológiai korrózióra, ezért korrózióvédelemre szorulnak. Műanyag csővezetékek sokféle alapanyagból, ill. köztes termékből, változatos gyártástechnológiával (fröccsöntés, porsajtolás, extruzió, pulltruzió, laminálás stb.) készülhetnek. Alapvető előnyük a könnyű alakíthatóság és megmunkálhatóság, a korrózióállóság, vízzáróság, az alapanyag és a termék ára nagyobb átmérők esetén is egyre inkább versenyképessé teszi a műanyagokat a hagyományos szerkezeti anyagokkal szemben. Néhány hátrányos tulajdonságukat is meg kell azonban említeni. A műanyagok mechanikai tulajdonságai rövid idejű terhek esetén - az alacsony rugalmassági modulus kivételével - csábítóan kedvezőnek mutatkoznak, tartós teher esetén viszont nem. A hőre lágyuló műanyagok lassú alakváltozása igen jelentős ezért nagy nyomású csővezetékbe csak fémerősítéssel építhetők be. Egyes műanyagok öregedésre hajlamosak, ami a szívósságuk elvesztésében nyilvánul meg. A mechanikai tulajdonságok javíthatók szálerősítés alkalmazásával, de a szálerősítésre elterjedten használt üvegszál oldhatósága miatt sem vízszállító, sem földbe kerülő vezetékekben nem alkalmazható. Ahhoz, hogy a csövekből csőhálózat állhasson össze, sok különböző szerepű tartozékot, ún. csőszerelvényeket is alkalmaznunk kell. Ilyen csőszerelvények a csőkötések, az iránytörések, elágazások, kiágazások, keresztmetszet-váltások elemei, az elzáró és szabályzó szerelvények, mozgás-kiegyenlítő, ill. rögzítő elemek stb. Ezeket minden csőtípushoz a csőtípus sajátságainak figyelembevételével kellett kifejleszteni. Egy-egy csővezeték használhatóságát és terhelhetőségét döntően befolyásolhatják a csőszerelvények, amelyeknek az ára is jelentős tényezője a vezetéképítés költségeinek. Az acélszerkezetű csővezetékek szerelvényeit kovácsolással és hegesztéssel állítják elő, a beton és vasbeton csővezetékekhez is acél szerelvényeket használnak. A műanyag csővezetékek szerelvényeinek egy részét műanyagból készítik, az erős mechanikai igénybevételnek kitett szerelvényeket általában korrózióálló fémből készítik. A korrózió a környezet hatására az anyagok felületéről kiinduló változás, mely végül az egész szerkezetet tönkreteheti.

7.1.1.

A fémek

A fémek közé tartozik az ismert elemek nagyobbik része (négyötöde). Éles határ nincs a fémek és a nemfémek tulajdonságai között, de elektromos vezetőképességük hőmérsékletemelés hatására bekövetkező változása alapján az elemek e két csoportját egymástól egyértelműen megkülönböztethetjük. A fémek elektromos vezetőképessége a hőmérséklet emelésével csökken. A jellegzetesen fémes tulajdonságok csak cseppfolyós és szilárd állapotban érvényesülnek. A fémrács jellemzői: a rácspontokban atomok vannak, a rács összetartásáért a vegyértékelektronok egy része vagy egésze felelős, azok, amelyek delokalizálódnak a rácsban. A fémek jellegzetessége tehát, hogy szilárd és cseppfolyós állapotban fémes kötés van az egyes atomok között. A könnyen leszakadó elektronok nem tartoznak egyetlen atomhoz sem, hanem az atomtörzsek között szabadon elmozdulhatnak. A szilárd, fémes elemek kivétel nélkül kristályosak. Üveges (amorf) szerkezet nem jön létre. A fémek korróziója leegyszerűsítve a következők miatt keletkezik:

78.



A fémek többsége a természetben ércekben, vagyis oxidált alakban fordul elő. Ezt az állapotukat kell természetesnek tekintenünk. A fémek nagy részének a szabad (fémes) állapot - szokványos légköri feltételek közöt t - nem az állandósult, stabilis állapota, amelyben képesek lennének megmaradni. Ilyen esetekben ezek a fémek hajlamosak az oxidált állapotba való visszatérésre. Az oxidálás, és ennek megfelelően a korrózió, annál könnyebben megy végbe, minél nagyobb az adott fém oxigénaffinitása, tehát minél hajlamosabb az oxigénnel vegyületet alkotni. Másként, azt is mondhatjuk, hogy minél több energiára van szükség ahhoz, hogy a fémet köt öt t állapotából (ércéből) felszabadítsuk, annál könnyebben korrodálódik légköri feltételek közöt t . Mi is ez az oxigénaffinitás? Az elemek periódusos rendszerében a nemesfémek felé haladva egyre kevésbé oxidálódó és korrodálódó fémekkel találkozunk. A nehezen vagy alig korrodálódó nemesfémekből sajnos kevés van, ezért drágák, és ezen túlmenően szerkezeti anyagként általá ban nem mindig használhatók, mert például keménységük nem elegendő. Ezért kénytelenek vagyunk mindenekelőtt a könnyen hozzáférhető és olcsó vasra támaszko dni, természetesen soha nem feledkezve meg hibáiról. A vas és a belőle gyártott acél legnagyobb és általános hibája az, hogy könnyen rozsdásodik, vagyis korrodálódik. Az előbbiekben szó volt róla, hogy a legtöbb fém szabad állapotban mesterséges, nem állandó képződmény, és annál könnyebben és gyorsabban korrodálódik, minél több energiát kell befektetni az ércéből való felszabadításához. Hogy jobban megértsük a jelenség lényegét, képzeljünk el egy követ egyszer egy kis mélyedésben a domb csúcsán, másodszor pedig egy-két domb közötti völgyben. Ahhoz, hogy a követ elhelyezzük a csúcson, munkát kellett végeznünk (energiát fektetünk be), mégpedig annál többet, minél nehezebb a kő. A domb tetején levő mélyedésben nyugvó kő állapotának állandósága, stabilitása csak látszólagos. Elegendő ugyanis kis energiát közölnünk vele, hogy kiemelkedjék a mélységből, és utána már magától csússzék vagy zuhanjon le a domboldalon. Lefelé haladtában a kő felhasználja azt az energiát, amelyet a felszállításakor fektettünk be. Ezzel szemben a dombok közötti völgyben nyugvó kő tartós egyensúlyi állapotban van. Igaz, energiája nem nagy, de ezzel szemben nyugta van. Semmi sem veszélyezteti állapotát, innen lecsúszni aligha tud valahova. Hasonló a helyzet a fémek többségével. A „völgyben” vannak, vagyis természetes egyensúlyi helyzetükben vegyületek, mégpedig mindenekelőtt az oxigénnel és kénnel alkotott vegyületek. Érceikben is ezek az oxidált alakok fordulnak elő. Ezzel szemben a szabad (fémes) állapot kevés fém esetében jelent tartós egyensúlyt. Állapotuk ilyenkor a mélyedésben levő kőhöz hasonlatos, és minél kisebb a mélyedés, vagyis minél könnyebben és szívesebben kapcsolódik a fém az oxigénnel, tehát minél nagyobb a kémiai aktivitása, annál bizonytalanabb lesz az egyensúlya. A könnyebben oxidálódó fémek nagyobb kémiai aktivitásúak, tehát nehezebben választhatók ki vegyületeikből, így érceikből is (mélyebb völgyből kell őket a csúcsra feltolni). Nagyon leegyszerűsítve, belátható, hogy miért válik normális feltételek kö zött a korrózió könnyebb zsákmányává az a fém, amelyet természetbeni előfordulási formájából (ércből) csak nagy energia befektetéssel tudunk felszabadítani, és szabad állapotba átvinni (fémmé átalakítani).

79.



Sokkal nagyobb bajaink vannak azonban a láthatatlanul rongáló kén- és nitrogén-oxidokkal. A levegőben lezajló vegyi folyamatok révén ugyanis a földre ezek jelentős része kénsav és salétromsav. Ha a cinket réz-szulfát-oldatba mártjuk, akkor a felületére fémes réz válik (cementálódik) ki, miközben cinkionok mennek oldatba. A reakció egyenlete a következő: Zn+Cu2+ = Zn2++Cu,

(1)

tehát a cink korrodálódik. A reakció tulajdonképpen elektronok közvetítésével, megy végbe. A cinkionok oldatbamenetelekor a fémben visszamaradó elektronok semlegesítik a leváló rézionokat. Ennek megfelelően a folyamat két részletben is felírható: Zn = Zn2f +2e,

(2)

Cu2++2e = Cu.

(3)

Ennek a két folyamatnak az összege az (1) reakció. Meg kell ismerkednünk az oxidáció és a redukció általánosított fogalmával. Oxidációnak nevezünk tágabb értelemben minden olyan folyamatot, amelyben a szóban forgó anyag elektront ad le, így „pozitívabb” töltésűvé válik, azaz pozitív töltést nyer, már meglevő pozitív töltéseinek száma növekszik, vagy negatív töltéseinek száma csökken. A tárgyalt reakcióban a cink ionokká oxidálódik. Az oxidációs folyamatot az elektrokémiában anódos folyamatnak is hívják. Redukciónak nevezünk viszont minden olyan folyamatot, amelyben az anyag elektront vesz fel, így „negatívabb” töltésűvé válik, azaz pozitív töltéseinek száma csökken, negatív töltést nyer, vagy negatív töltéseinek száma nő. A tárgyalt reakcióban a rézionok fémrézzé redukálódnak. A redukciós folyamatokat az elektrokémiában katódos folyamatoknak is hívják. Az oxidáció és a redukció általában nem a fémfelület azonos helyén következik be, vagyis a redukcióhoz szükséges elektronok a fémben az oxidáció helyéről a redukció helyére, az anódos helyről a katódos helyre vándorolnak. Ez elektromos áramot jelent, így tulajdonképpen a felületen levő mikro-méretű, áramtermelő galvánelem működésével állunk szemben. Az elem áramköre az oldaton keresztül záródik, ahol az áramot ionok elmozdulása közvetíti. Az (1) folyamat az oxidáció és redukció helyének makro-méretekben való szétválasztásával áramtermelésre is felhasználható. A galvánelemek jellemzésére az elektromotoros erőt használják, amely az elem elektródjai közti potenciálkülönbség akkor, ha az áramkör ellenállása vég telen. Az elem elektródjai közti potenciálkülönbség felfogható úgy is, hogy potenciálkülönbség létezik mindkét elektród és az oldat között. Az elektród és az oldat közti potenciálkülönbséget elektródpotenciálnak nevezzük. Ilyen értelmezésben a galván cella elektromotoros ereje az egyenként vett elektródpotenciálok különbségéből adódik. (Itt azért kell a különbséget képezni, mert működés közben az áram ellenkező irányban halad át a két elektródon: az egyiken a fémből az oldat — a másikon pedig az oldatból a fém felé.) A (1) folyamat szerinti Daniell-elemben a cink anód az elektronfelesleg miatt a negatív — a réz katód pedig a hozzá képest pozitív pólus. A potenciáltól, ill. a pH-tól függő folyamatok végbemenetelének lehetősége, azaz az ezekre a rendszerekre vonatkozó termodinamikai viszonyok ún. potenciál—pH diagramokban ábrázolhatók szemléletesen. Ezeknek a diagramoknak a megszerkesztését Pourbaix vet et t e fel először, ezért gyakran Pourbaix diagramoknak is nevezik őket.

80.



Azoknak az egyensúlyoknak a feltételei, amelyeknek reakcióegyenletében az elektronok is szerepelnek, függnek az elektródpotenciáloktól. Hasonlóképpen azoknak az egyensúlyoknak a feltételei, amelyeknek reakcióegyenletében a H + -, vagy az ezek koncentrációjával szorosan összefüggő OH'-ionok szerepel-nek, a pH-tól függnek. Végül az olyan reakciók egyensúlyai, amelyekben elektronok is, és H + - (ill. OH--) ionok is részt vesznek, a pH-tót is meg a fém potenciáljától is függnek. Leggyakoribb oldószerünk a víz, ezért a hidrogénfejlődés és az oldott oxigénnek a redukciója, mint katódos, a korróziót „kompenzáló”, lehet ővé tevő folyamatok különös figyelmet érdemelnek. Mindkét reakció egyenletében elektronok is, és H + -, i l l . OH--ionok is szerepelnek, ezért végbemenetelük lehetősége az elektródpotenciáltól és a pH-tól egyaránt függ. 101 325 Pa nyomáson a hidrogénfejlődés a 9. ábra a egyenese alatti pH-k és elektródpotenciálok esetén mehet végbe. A b egyenes alatti pH-kon és potenciálokon redukálódhat a 101 325 Pa nyomású gáztérből feloldott oxigén, felette pedig oxigén-fejlődés mehet végbe. Az a és b egyenes között a vizes oldatból H Z és 0 2 nem fejlődhet, ez a víz stabilitási tartománya. A fémek potenciál-pH diagramjából arra kapunk felvilágosítást, hogy a korróziós folyamat milyen körülmények között lehetséges, és milyenek között nem. Az immunitás zónájában a Zn fém a stabilis, korróziós termék nem képződhet, korrózió nem alakulhat ki. A korróziós zónákban a fém oldható korróziós termékei a stabilisak, a korrózió bekövetkezik, és a termékekből védőréteg sem alakulhat ki. A passzivitás zónájában a korróziós termék igen kevéssé oldódik, így lehetőség van arra, hogy a korrózió sebességét igen jelentősen csökkentő védő-réteg alakuljon ki a fém felületén.

14 10 12 13 1 1

A cink megfelelő zónáit azaz az egyszerűsített potenciál—pH diagramot a lentebb megtalálható ábra szemlélteti. Segítségével adott pH-jú oldatban, a fém potenciálját mérve következtethetünk korróziós viselkedésre. A vas és ötvözetei alkotják legfontosabb fémes szerkezeti anyagainkat. A vas egyszerűsített potenciál pH diagramját a 12. ábra mutatja. Ebbe az ábrába egy-egy szaggatott vonallal berajzoltuk a víz stabilitási tartományát határoló egyeneseket is (a és b) azért, hogy itt most felhívhassuk a figyelmet a potenciál-pH diagramok egyik gyakorlati felhasználhatóságára. Tiszta vízben (pH = 7) a vas potenciálja nagyjából az ábra X-szel jelölt pontjának meg-felelő. Ez a korróziós zónába esik, a fém tönkremenetelével számolhatunk. A diagram szerint korrózióvédelemre:

háromféle

módszer

adódik

a

22

A vas potenciálját negatív irányba változtatjuk egészen addig, hogy a fém az immunitás tartományába jusson. Ez pl. úgy oldható meg, hogy egy külső áramforráshól vett áram segítségével katódnak kapcsoljuk a fémet. A módszert katódos védelemnek nevezzük. A diagram azt is mutatja, hogy miközben külső beavatkozással a vasat az immunitás zónájában tartjuk, hidrogén fejlődik rajta és az oldatban jelenlevő oxigén redukciója is végbemegy. Így tehát a katódos védelem megvalósítása energiafelhasználással jár.

30

32

A vas potenciálját annyira pozitívvá tesszük, hogy a passzivitás tarto mányába jussunk. Ezt szintén külső áramforrásból vett áram segítségével, anódos kapcsolásban hajthatjuk végre. A módszert anódos védelemnek nevezzük. Ameddig a potenciál a felső szaggatott vonalat el nem 39 42

81.



érte, az anódos védelem közben is tovább folyik az oldott oxigén redukciója, felette viszont oxigén fejlődik. A vas potenciálját nem változtatjuk meg, de az oldat pH-ját olymértékben növeljük, hogy a passzív tartományba jussunk. Ezzel a korróziót gyakorlatilag szintén meggátolhatjuk. A módszer alkalmazása olyan fémeken azonban eléggé veszélyes, amelyeknek csak szűk, két korróziós zóna közé ékelt passzív tartomány áll a rendelkezésre.

7.1.2.

A beton, vasbeton.

1) Passzív monomolekuláris réteg kialakulása: a) Klinker ásványok + H2O -> CSH + Ca(OH)2

pH 12-14

2) Korrózióra hajlamos anyag (Fe) 3) Oxigén (02) 4) Víz (H20) 5) pH < 9-10 (betonban) a) karbonátosodás 4 pH 7 b) klorid - ionok 4 katalizátor c) NOx, SO2 ionok Az előrelátható igénybevételek mindazok a lehetséges károsító tényezők, amelyek kedvezőtlenül befolyásolhatják a termékek, ill. a műtárgyak megfelelőségét a lényeges követelmények tekintetében. Megjegyezzük, hogy lényegesek azok a követelmények, amelyek az élet- és vagyonbiztonságot meghatározzák. A lehetséges károsító tényezők magukba foglalhatják pl. a hőmérséklet és nedvesség hatásait, az UV-sugárzás hatásait, a biológiai korróziót, az öregedést, a fáradást, stb. Beton és vasbeton szerkezetek esetében az előrelátható kedvezőtlen igénybevételek - fontossági sorrendben, Lawrence után - a következők :

82.



a. Kedvezőtlen hatású reakciók a cementpép, ill. az adalékanyag alkotói és a környezetből származó anyagok között, mint pl. klorid, széndioxid, szulfát, savas esők, kipufogó gázok, tengervíz, atmoszferiliák, stb. Ezek eredményeképpen a beton és az acél korrodál, a beton duzzad, mállik, lepattogzik, megreped, morzsolódik, stb. b. Kedvezőtlen hatású reakciók a cementpép és az adalékanyag alkotói között víz hatására, mint pl. az alkáli-kovasav és az alkáli-karbonát reakció (az alkáliák vagy a cementből vagy külső hatásból származhatnak), adalékanyag – cementkő-váz határfelületi struktúra, vérzés, stb. Ezek eredményeképpen a beton duzzad, megfolyik, morzsolódik, porozitása növekszik, kialakulnak a repedéseknek kiinduló helyei stb. c. A betont érő kedvezőtlen fizikai hatások, mint. pl. ismétlődő fagyás-olvadás, tartós fagyás, gyors hőmérsékletváltozások, a száradás és a nedvesedés ciklusai, koptatás, kavitáció, stb. Ezek következtében a beton duzzad és/vagy zsugorodik, repedezik, morzsolódik, lepattogzik, stb. d. A betont érő mechanikai terhek és hatások, mint pl. az esetleges terhek (hasznos-, szél- és hóteher), rendkívüli terhek (ütközés, robbanás, földrengés, stb.), állandó terhek. Ezek következtében a szerkezet repedezik, alakváltozása megnő, morzsolódik, roncsolódik, fárad, stb. A fenti a.) és d.) alatti hatások attól a környezettől függenek, amely a betont körülveszi. Az ebből származó hatásokat szabvány csoportosítja és "környezeti osztályoknak" nevezi. Az a.) és d.) alatti hatások a környezettől, a b.) alatti hatások a beton alkotóanyagaitól, a d.) alatti hatások a terhektől függenek. A környezeti osztályok a következők X0:

nincs korróziós veszély (csak vasalatlan betonokra vehető számításba, mert a karbonátosodás miatti acélkorrózió veszélye általában minden száraz környezetben fennáll),

XC:

lehetséges az acélbetét korróziója karbonátosodás miatt,

XD:

lehetséges az acélbetét korróziója kloridhatás miatt,

XS:

lehetséges az acélbetét korróziója tengervíz hatása miatt,

XF:

lehetséges a beton korróziója fagyás vagy olvasztósó-kezelés, vagy ezek kombinációjának a hatása miatt,

XA:

lehetséges a beton korróziója agresszív kémiai anyagok miatt,

XM:

lehetséges a korrózió, különböző fajtájú koptató hatás miatt

Ezeket a környezeti osztályokat minden országban alkalmazni kell. Ha a helyi körülmények miatt ezen túlmenő feltételeket is ajánlatos támasztani, akkor a nemzeti szabványokban ezeket is számításba kell venni. Azt is meg kell jegyezni, hogy az egyes környezeti osztályokban megfelelő ellenállást nyújtó betonok jellemzőit ugyancsak a nemzeti szabványoknak kell tartalmazniuk. A korróziós veszélyt a szabványok a környezeti osztályok alosztályai szerint különböztetik meg; az alosztályokat mindenekelőtt a környezeti páratartalomnak, a beton nedvességtartalmának és hőmérsékletének a változásai szerint csoportosítják. A különböző igénybevételekkel szemben akkor válhat megfelelő ellenálló képességűvé a betonkeverék, az előre gyártott betontermék, ill. a beton és vasbeton szerkezet, ha már a szerkezetek statikai tervezésekor

83.



Felmérik a szerkezetet, műtárgyat várhatóan érő valamennyi igénybevétel és hatás fajtáját és mértékét. Az alapanyagokat az a.) és b.) igénybevételek és hatások figyelembe vételével választják ki. A beton összetételét (mindenekelőtt víz/cement tényezőjét) az a.) és g.) igénybevételek és hatások figyelembe vételével tervezik meg. A d.) igénybevétel figyelembe vételével számítják ki a szükséges betonszilárdságot (szilárdsági jelet), de a d.) szerint kiszámított nyomószilárdságot összevetik az b.) c.) szerinti betonösszetételekből becsülhető szilárdsággal, valamint a használati élettartam szükséges idejével és az összehasonlításokból kapott nagyobb szilárdságot írják ki a terven. A környezeti osztályoktól függően a megfelelő tartósságú betonokra a szabályzatok elsősorban a víz/cement tényező értékét kötik meg. Ez található a hazai műszaki előírásban is. Ennek az a magyarázata, hogy mindenekelőtt a víz/cement tényező határozza meg a megfelelően kevert, tömörített és utókezelt beton várható szilárdságát, valamint porozitását és pórusméret eloszlását. A tartósságot tekintve nagyon fontos, hogy a betonba minél kevesebb káros anyag juthasson be, minél kevésbé vándorolhassanak a molekulák a beton belseje felé. A károsító anyagok molekulái elsősorban az egymással összekötött kapilláris pórusokban mozoghatnak, ezért mindenekelőtt a kapilláris pórustartalmat kell szabályozni. Ismeretes az az ökölszabály, hogy ezt elsősorban a víz/cement tényező (x) révén érjük el. Ha x > kb. 0,7, akkor a teljes hidratáció után is megmarad a kapilláris pórusok összekapcsoltsága, átjárhatósága. Ha x » 0,6, akkor a cement hidráttermékei fokozatosan kezdik eltömni a kapillárisokat. Ha x » 0,36, akkor teljes hidratáció után nem marad a betonban kapilláris pórus, míg x » 0,28 mellett már kb. a » 0,7 esetén (kb. 70 %-os hidratáció után, kb. 1 hónapos korban) eltömődik minden kapilláris pórus.

84.


7.1.3.


PVC, polietilén

A PVC anyagok korrózióállósága jó. A lágyító elpárolgása (ftalátok) a PVC ridegedését okozza, ami törésekhez vezet. Kutatások a lágyítót is ill. a PVC alapanyagát is rákkeltőnek minősítették, egyre több országban tiltják be használatát azokon a területeken, ahol az emberi szervezettel , vagy a táplálékokkal érintkezhet. A polietilén család kémiai, elektrokémiai korrózióállósága jó, viszont érzékeny különböző mikrobiológiai (pl. Strepotomyces, olajfaló baktériumok) infekciókra.

7.2. A korrózió elleni védekezés lehetőségei Fontos alapszabály, hogy minden körülmények között korrózióálló anyag nem létezik. A kor-rózió elleni védekezés akkor lehet műszakilag és gazdaságilag hatékony, ha és amennyiben a rendszer 85.



destrukciós potenciálját meghatározva alkalmazzuk az adott körülmények között ki-elégítő megoldást jelentő módszert, vagy a szóba jöhető védelmi módszerek kombinációját. A lehetséges módszerek négy alapelv betartásával csoportosíthatók: 1. Az adott körülmények között a korróziónak ellenálló anyag választása. 2. A szerkezeti anyag és az agresszív közeg elválasztása. 3. A szerkezeti anyagon villamos energiával korlátozni a korróziót. 4. Az agresszív közegben a korróziósebesség csökkentése inhibitorokkal.

7.2.1.

Az adott körülmények között a korróziónak ellenálló anyagok választása

Ebben az esetben a védelem kialakítása során a következőket kell betartani: A rendszer destrukciós potenciálja milyen (szélső) értékeket vehet föl, és mi-lyen valószínűségekkel. Az elemzés értelemszerűen terjedjen ki a szállított/tárolt közegre, továbbá a bennfoglaló környezetre. Kerüljük el a vegyes szerkezeti anyagok használatát. Önmagukban korrózióál-ló anyagok rendelkezhetnek olyan elektrokémiai potenciállal, amelynek követ-keztében galvánelem képződés alakulhat ki. Amennyiben egyéb technológiai okok mégis ezt kívánják meg, végezzünk-végeztessünk ellenőrző vizsgálato-kat!

7.2.2.

A szerkezeti anyag és az agresszív közeg elválasztása

Amennyiben meg tudjuk gátolni, hogy az agresszív közeg a szerkezeti anyaggal érint-kezzen, a korrózió nem indulhat meg. Az elválasztó bevonat a korrózió gátlásában je-lenlétével játszik szerepet, de nem avatkozik be a folyamatokba. Ezért az így kialakí-tott korrózió elleni védelmet általánosan passzív védelemnek nevezzük. (A horganyzásos felületvédelem pl. nem passzív védelem!) A passzív védelemre alkalmazott anyagok sokfélék lehetnek, az agresszív közeg és a szerkezeti anyag függvényében. Mindig vizsgálandó az adott rendszer destrukciós po-tenciálja, ill. annak lehetséges/várható változásai. A főbb csoportok a következők: Festékek. Felvitelük ecseteléssel, hengerrel, szórással történik. Alapvetően hi-deg technológia, alkalmazása bárhol lehetséges. Fóliás védelmek. Kialakításuk kézi vagy gépi tekercseléssel szokásos. Elsősor-ban csöveknél terjedt el. Alapvetően helyszíni alkalmazású, de van un. Speciá-lis műhelyben előkészített kivitel is. Ráöntött, rásütött védelmek. Ennek a passzív védelmi típusnak a kialakításánál a hő játszik szerepet. A megolvasztott védőanyagot ráöntik, esetleg rásütik a védendő felületre. Csak speciális üzemben alkalmazható. Újabban léteznek technológiák, ahol egy önjáró géplánc, pl. csöveknél, képes ilyen felhordásra. A passzív védelem anyaga igen sokféle lehet. A teljesség igénye nélkül néhányat csak: Festékeknél manapság elsősorban a műgyanta alapú festékek jöhetnek szóba. Régeb-ben csöveknél használtak 86.



kőszénkátrányos bevonatot, később bitument. A bevonat stabilitása érdekében megerősítették ezeket a bevonatokat, papírral, jutatextíliával, üvegszállal. A fóliás szigeteléseknél a PVC játszott sokáig vezető szerepet, manapság már döntően polietilén bázisú fóliák kerülnek alkalmazásra. A ráöntött, ráégetett tech-nológiák közül mára gyakorlatilag az extrudált polietilén bevonatokat alkalmazzák. A passzív védelemben használt anyagok mindegyikére jellemző, hogy villamos ellen-állásuk magas. Meghibásodásuk minden esetben a felületi fajlagos ellenállás csökke-nésével jár együtt. Ez bekövetkezik az öregedés, de ugyanígy a mechanikai sérülések-ből keletkező hibahelyek esetében is. Amennyiben a hibahelyek mintegy összefoly-nak, akkor hibaszakaszokról beszélhetünk.

A korróziós folyamatok korlátozása villamos energiával

7.2.3.

A Purbaix diagramok megmutatták, hogy van lehetőség a különböző fémeknél a kor-róziós folyamatok lelassítására, amennyiben a felületet polarizáljuk. A vízépítés terü-letén legelterjedtebb Fe anyag esetében az alkalmazható módszer az un. „katódos” korrózió elleni védelem. Ebben az esetben a fémfelületet negatív irányban polarizál-juk: Attól függően, hogy a villamos energiát külső áramforrás, vagy egy megfelelően megválasztott galvánelem-pár hozza létre, külső áramforrású, ill. autonóm katódos védelemről beszélhetünk. Egy Fe anyagú, semleges pH-val rendelkező kö-zeggel érintkező műtárgy esetében a szükséges és 2

elégséges védőáram igény: 50 mA/m . Amennyiben a közeg víz, és ez áramlik, a védő-áram igény minden 1 m/sec sebességnövekedéssel kb. 2

50 mA/m értékkel nő. A védettség bekövet-kezését potenciálmérések végzésével állapíthatjuk meg. Védettnek tekinthető az a fémszerkezet, amelynek elektródpotenciálja negatívabb –850 mV-nál, Cu/CuSO refe-rens elektródához mérve. 4

A külső áramforrású védelem elemei a következők: A védendő műtárgy (katód) Az egyenáramforrás (hálózati egyenirányító, szolárcella, termogenerátor) Az anódföldelő (pozitív pólus) (anyaga sokféle lehet: acélidomok, ferroszilícium, grafit, platinázott titán és nióbium, stb.) Az anódföldelő eseté-ben ivóvíz esetén elvárás, hogy az oldódó ionok egészségre ártalmatlanok le-gyenek. Összekötő kábelezés: igen jó minőségű szigeteléssel ellátott rézkábelek. Az autonóm védelem elemei a következők: A védendő műtárgy (katód) Az autonóm anód. Ez a védendő műtárgynál elektron-negatívabb fém lehet: pl.: magnézium, alumínium, cink) Aktivátor anódágy. Ez az anyag olyan speciális, az anód anyagától függő keve-rék, amely megakadályozza az anód felületének oxidációját, s így annak hasz-nálhatatlanná válását. Összekötő kábelezés: igen jó minőségű szigeteléssel ellátott rézkábelek. Minden katódos védelem eleme az un. „potenciál mérőhely” amely nem egyéb, mint a védett műtárgy fémfelületének villamos elérését biztosító pont. 87.



A katódos, korrózió elleni védelmet acél és öntöttvas műtárgyak esetében lehet hasz-nálni. A védőáram igény –és így a beruházási és üzemeletetési költségek- jelentős csökkentésére a passzív védelemmel együtt szokás alkalmazni. Ebben az esetben csak a passzív védelem hibahelyein szükséges a megfelelő mennyiségű védőáramot biztosí-tani. Jellemző szám: pl. egy jó polietilén 2

szigetelésű cső védőáram igénye mindössze 0,5-0,05 μA/m ! Alapvető elvárás, hogy a katód, azaz a védendő műtárgy teljes felülete villamosan folytonos legyen. Különleges esetekben (pl. klorid szennyeződés eredetű károsodás) vasbeton szerkeze-tek acélbetéteinek katódos korrózió elleni védelme is megépíthető. Az egyenáramú kóboráram korróziós károsítások kivédése: Az egyenáramú kóboráramok veszélyeztetését a Faraday egyenlettel lehet leírni: m = k I Δt, ahol: m= az oldatba ment fém tömege k= anyagi állandó I= az átfolyó áram Δt= a hatás ideje 1 A áram 1 év alatt ≈ 9 kg tömegű vasat visz oldatba ! Az egyenáramú kóboráramok elleni védekezés kétféle módon történhet: Csökkentjük a szerkezetre jutó áramokat. Ez megoldható, pl. a műtárgy passzív védelmének a javításával, vagy akár a műtárgy céleszközökkel történő villa-mos szakaszolásával. Ha a szállított/tárolt anyag villamosan vezető, akkor gondoskodni az ebből eredő problémák elhárításáról, pl. csövek esetében az un. „vízutas szigetelő közdarabok” használatával. Megakadályozzuk, hogy a szerkezetből kifolyó áramok másodfajú vezetés, az-az ionos vezetés formájában távozzanak. Ennek érdekében különböző eszkö-zökkel galvanikusan összekötik a veszélyeztettet műtárgyat a kóboráram forrá-sával. Ez többféle módon oldható meg, pl. csak diódát tartalmazó, un. „drenázskötések” létrehozásával, vagy diódát és egyenirányítót is tartalmazó un. „szutirázs” berendezések bekötésével. A váltóáramú kóboráramok elleni védekezés: Az új típusú, nagy villamos ellenállással rendelkező passzív védelmek magukkal hoztak egy újabb problémát, nevezetesen a váltóáramok megjelenését a műtárgya-kon. A váltóáramú befolyásoltság hatását a legújabb kutatási eredmények alapján akkor tekinthetjük veszélyesnek, ha a cső-talaj potenciál nagyobb, mint 200 mV . eff

A védekezés módja a váltóáramok megfelelő levezetése földelő rendszeren keresz-tül. Annak érdekében, hogy az aktív elektrokémiai védelem (pl. a katódos véde-lem) a földelés ellenére üzemképes maradjon, vagy Kirk cellát, vagy speciális szi-lárdtest levezetőt kell beiktatni az

88.



áramkörbe, annak érdekében, hogy a váltóáram akadálytalanul levezetődjön, de az egyenáramok számára a földelés „láthatatlan” legyen. Az agresszív közegben a korróziósebesség csökkentése inhibitorokkal. Az agresszív közegek tulajdonságainak megváltoztatására inhibitorokat lehet al-kalmazni. Az inhibitorok olyan anyagok, amelyeket a korróziós közegben, kis kon-centrációban alkalmazva a korróziósebességet jelentős mértékben lecsökkentik, anélkül, hogy a közeg agresszivitását megváltoztatnák. Az inhibitorok a fém felületén végbemenő elektrokémiai reakciók sebességére ki-fejtett hatásukkal csökkentik a korróziót. Az inhibitorokat hatásuk szerint két nagy csoportba, úgymint: Adszorpciós inhibitorok Passzivátorok oszthatjuk. A különbség az, hogy az adszorpciós inhibitorok hatására a potenciál a fém aktív oldódásának intervallumában van, a passzivátorok viszont a passzív tar-tományba tolják el a potenciált. Ha az inhibitorokat felhasználási közeg szempontjából osztályozzuk, akkor megkü-lönböztetünk: Vízben és neutrális közegben Savakban és lúgokban Gőzben, vagy levegőben Speciális közegben (festékben, lakkokban, betonban, olajban, zsírban) alkalmazott inhibitorokat. Az inhibitorok gazdaságosan elsősorban zárt rendszerekben használhatók. Ivóvizek esetében bizonyítani kell az egészségre ártalmatlan hatást, ezért ivóvízrendszerek-ben nem nagyon használatos.

89.

Építőmérnöki Kar BSc képzés

Vízí Közmű és Környezetmérnöki Tsz. BMEEOVK-ASG2

7.3. Rekonstrukciót kiváltó okok és azonosításuk 7.3.1.

Fenntartási problémák

A működő rendszerek üzemének folyamatosságát időről-időre üzemzavarok szakítják meg. Az üzemzavarok előfordulásának gyakorisága a rendszer megbízhatóságát jellemző paraméter. Feladat a rendszer megbízhatóságának növelése. E cél elérésére az üzemeltetés keretében végzett tevékenységek gyűjtőneve: fenntartás. A csőhálózat fenntartásának sajátossága elsősorban abból adódik, hogy a hálózat igen jelentős része a földbe építve üzemel. 7.3.1.1. Meghibásodások okai A vízellátó rendszer sokféle elemből és anyagból épül fel, így különböző módon viszonyulnak azokhoz a körülményekhez, amelyek között üzemelnek. A meghibásodások oka sokféle lehet. Az okok legáltalánosabban a következő képen csoportosíthatók: tervezési hibák, kivitelezési hibák, gyártási hibák, üzemelési hibák ( indokolatlanul magas nyomás, nyomáslengés), üzemi feltételek változása, környezeti hatások változása, ellátási igények változása, elhasználódás. A meghibásodások szempontjából kiemelt jelentősége van a környezeti hatások-nak és az elhasználódásnak. 7.3.1.1.1. Környezeti hatások fiziko-kémiai hatások, biológiai hatások, külső környezeti hatások: statikus hatások, dinamikai hatások, hőmérsékleti hatások. a.) Fiziko-kémiai hatások Első helyen a korróziót kell megemlíteni, amely a csővezetékek fokozatos elö-regedését, majd tönkremenetelét okozza. Korróziós folyamatok játszódnak le a cső külső-, és belső felületén. A csőhálózat külső korróziója esetén a fő indikátor az agresszív talaj és talajvíz, de a védelem hiánya is fontos kiváltó ok lehet. A korróziós folyamat a fémes anyagú csövek esetében megy végbe a leggyorsabban. A talajok agresszivitását elsődlegesen a bennük lévő kloridok, szulfátok és szerves anyagok okozzák, ezért a humuszos talaj kedvez leginkább a korróziónak. A talaj agresszivitására jellemző érték a talaj fajlagos ellenállása, a redox-potenciál és a PH érték. A külső korrózióval szemben a műanyag csövek ellenállása a legkedvezőbb.

Építőmérnöki Kar

Vízí Közmű és Környezetmérnöki Tsz.

BSc képzés

BMEEOVK-ASG2

A vezeték belső korróziója attól függ, hogy a vízből kiváló és lerakódó anyagok tudnak-e összefüggő védőréteget alkotni a csőfalon vagy sem. E réteg hiányában a fémanyagok esetében az oldott oxigéntartalom, a szabad szén-dioxid, a kedvezőtlen PH érték, a kloridok és a szerves szennyezők okozhatnak belső korróziót. Az oxidáció sebessége a felületig eljutó oxigén mennyiségétől függ. Ha a vízben kicsi az oldott oxigéntartalom, akkor a vasionok oxidációja a teljes csőkeresztmetszetben egyenletesen megy végbe, és a kiváló vas-hidroxid - rozsda - a vízzel tovább halad. Nagy oxigéntartalom esetén idővel összefüggő rozsdafelület alakul ki, amely felületén megköti a víz vas- és mangántartalmát és a lebegő anyagokat. Ennek következménye a cső érdességének, a súrlódási veszteségnek a növekedése, a szállítókapacitás csökkenése és a vízminőség romlása. Ide tartoznak a belső felületen kialakuló lerakódások (inkrusztáció) is. A lerakódások következményei hasonlóak az előbb felsoroltakhoz, de itt oly mértékben lecsökkenhet a vezeték keresztmetszete, hogy azon az áramlás gyakorlatilag megszűnik. Ilyenre lehet számítani olyan vezetékeknél, ahol a szállított közegben sok a szilárd anyag, vi-szonylag magas a PH érték (lúgos) és a hőmérséklet. Ezek a csőhálózati problémák is fokozottan igénylik víztisztítási technológiák tudatosabb tervezését, kivitelezését, üzemeltetését. b.) Biológiai hatások A lerakódások lehetnek biológiai eredetűek, ahol szintén fontos szerepe van a hőmérsékletnek, a PHnak és az oxigéntartalomnak. A lerakódások okozói lehetnek fo-nalas baktériumok, alsóbbrendű gombák vagy vezetékbe kerülő vándorkagylók (lásd a paksi atomerőmű vezetéke). Nagyobb vastartalmú vizek esetén a vasbaktériumok elsza-porodása is kellemetlen következményekkel járhat. A lerakódások a csővezeték öblítésével és tisztításával (és fertőtlenítésével) eltá-volíthatóak, de az így elért eredmény csak átmeneti. A vizsgálatok igazolták, hogy a tisztítás után a "nyers" felületen a lerakódás képződése felgyorsul. Ezért a tisztítás után el kell végezni a belső felület bevonását. A gyakorlatban a cementhabarcs bevonat készítése terjedt el leginkább. A passzív védekezési módok mellett ismertek aktív módszerek is. A csőtisztítási eljárásoknál az előbb említett hátrányok miatt a duktil öntöttvas csövek különleges cementhabarccsal, polietilén fémszórással felhordott horgannyal való nagyüzemi belső bevonása jelenthet megoldást. Az ilyen gyárilag bélelt újabb öntöttvas csőhálózatok korróziós problémái jelentéktelenek. A csőhálózatban jelentkező és lerakódást is okozó biológiai hatások jelentősen csökkenthetők, ha a nyers vizet - annak minőségét figyelembe véve - korszerű víztisztító eljárásokkal kezelik, gondolva a tisztítási technológia kialakítása során annak várható hálózati hatásaira is. c.) Külső környezeti hatások A vízhálózatokat - üzembe helyezésük után - különböző mértékben érik külső hatások, amelyek sokszor kedvezőtlen igénybevételeket okoznak a csővezetékben, az üzemmódtól és a szállított közegtől szinte függetlenül. a külső hatások a következők lehetnek: statikus hatások A csőfalban az üzemi nyomás, a földterhelés, a hibás fektetés következtében feszültségek alakulnak ki. dinamikus hatások A csőfal a talajmozgások, a forgalom dinamikus terhelése miatt állandóan változó feszültség alatt áll és benne többlet igénybevételek lépnek fel.

o:\HEFOP\HEFOP-ASG2-Kozmuhalozatok tervezese.doc

91.



BSc képzés

BMEEOVK-ASG2

hőmérsékleti hatások Ezek a hatások szintén túlzott igénybevételeket okoznak. A hőmérséklet alakulása és a csőtörések előfordulása között határozott korreláció mutatható ki. Egyrészt a hőtágulás hatása esetén fellépő húzófeszültség, másrészt a talaj felső rétegének a megfagyása miatt megnövekedett talajnyomás felelős a gyakoribb törésekért. Ezek együttes hatására a csőfal idővel elveszti a beépítéskor meglévő szilárdsági tulajdonságait és a periodikusan fellépő terhelési csúcsok olyan hatásokat váltanak ki, amit már a cső nem tud elviselni. Mindez csőtöréshez, lyukadáshoz vezet. Kimutatható, hogy a csőtörések gyakorisága összefügg a napi nyomáscsúcsokkal, valamint a forgalom sebességének növekedésével. Ilyen hatásoknak a rideg anyagú csövek állnak kevésbé ellen (pl. ac.,öv).

Meghibásodási arány [db/év/km]

7.3.1.2. Meghibásodások következményei Az elhasználódás következtében minden vezeték elérkezik egy olyan műszaki állapotba, amikor a gyakori meghibásodások következményeit az üzemeltető már nem tudja vállalni a magas költségek és szolgáltatás színvonalának csökkenése miatt. Ilyenkor a vezeték rekonstrukcióra szorul, amely egyszeri befektetés, de nagy költségráfordítást jelent. A hálózati elemek tönkremenetelének folyamatát a csővezeték élettartamgörbéje jellemzi (7-1. ábra). 1,8 1,6

3

1,4 1,2

2

1

1 0,8 0,6

4

0,4

A

C

0,2

T1

0 0

T0

T

B 20

40

60

Tv 80

100

120

Életkor, T [év]

7-1.ábra Élettartamgörbe. 1.az élettartam kezdőpontja, 2.elméleti élettartam görbe, 3.élettartam végpontja, 4. folyamatos üzem közben, a görbe normál szakasza Az élettartam főbb szakaszai: elméleti élettartam (To...Tv), beüzemelési időszak (To...T1), állandósult, zavartalan üzem (T1...T2), elöregedés időszaka (T2...Tv).


92.



BSc képzés

7.3.2.

BMEEOVK-ASG2

Vízminőség változások

A vízminőség alakulása függ a hálózat állapotától, a betáplált víztől és a rendszer többi elemétől. A hálózatban áramló víz minőségének a szivattyúteleptől a fogyasztóig kimutatható fokozatos romlását az okozza, hogy az adott víztérfogat a csőben vándorolva több tízezer négyzetméter csőfelülettel kerül érintkezésbe. Megfigyelhető, hogy a hordalék lerakódása, a korróziós képződmények kialakulása és a biológiai eredetű rétegek tapadása a kisebb méretű vezetékeken gyakrabban fordul elő, azaz függ az áramlási sebességtől és a vízhozam / csőfelület viszonyától. A szállított vízben mindig találhatók szerves vagy ásványi részecskék. Ezek vagy a betáplált vízben is jelen voltak, vagy az áramlás során váltak, csapódtak ki, de gyakran a fektetés, javítás során a vezetékben hagyott szennyeződések maradékai. Ezeket a víz magával ragadja és a kisebb sebességű helyeken lerakja (végágak, tárolók, stb). Az ivóvízben az egészségre ártalmatlan csírák is előfordulnak. Kedvező körülmények között elszaporodhatnak, és a csőfalon bevonatot alkotnak. Ezt a szakirodalom biofilmnek nevezi. A csőfalon található szervetlen anyagok kationjai a szerves anyagokat hasznosítva tovább fejlődnek addig ,amíg a növekedésük a tápanyag hozzáférhetőségét nem akadályozza. Azért veszélyesek, mert a biofilm alatt oxigén hiányos környezet alakul ki, ami a korróziós folyamatokat serkenti. A hálózat üzemeltetése szempontjából a vízminőség megőrzése céljából mindenekelőtt a következő alapvető szempontokat kell figyelembe venni: pangó víz előfordulását el kell kerülni, 1 m/s-os vízsebességet célszerű fenntartani, hogy a csőfalon elegendő oxigén érkezzék, illetve a lerakódás veszélye elhárítható legyen, az elágazó hálózatok végágaiban a víz sebessége lelassul, hatására a víz a vezetékben pang, ilyenkor célszerű a végágak összekötése - körvezetékké alakítása -, amiáltal a vízmozgás a hálózaton belül növekszik, a vízmű a termelő, elosztó, fogyasztó, tároló egységek együttese, amely rendszerre a dinamikus egyensúly a jellemző. Vízminőség szempontjából fontos a különböző minőségű vizek hálózatbeli keveredésének az elkerülése. A keverék vizek nem csak minőségi változásokat okoznak, hanem fiziko-kémiai reakciók hatására bekövetkező szennyeződés miatt gazdasági következményei is vannak. Vízellátó rendszerek fontos eleme a tározó, ahol szintén minőségi változások jöhetnek létre. A medencéből távozó víz szinte sohasem azonos a medencébe érkező víz minőségével, s a szennyeződés mértéke akkor növekszik meg, amikor a vízszint közelebb kerül a fenékre leülepedett réteghez. Ennek kedvezőtlen hatása ellen részben a medence sűrűbb mosásával, részben utóklórozó telepítésével lehet védekezni. A víztárolás fő célja ugyan vízmennyiség-, és energiatárolás, de célja lehet a vízminőség javítása is. Ha a vízben utólagos vegyi folyamatok hatására lebegőanyag válik ki, azt tárolóban célszerű visszafogni, és nem szabad az elosztóhálózatba engedni. Ez a viszonylag új követelmény, aminek a mai medencetípusok nagy része nem felel meg, ezért ezek is rekonstrukcióra szorulhatnak (pl.a belső hidraulikai viszonyok javításával).

7.3.3.

Elavulás

A csőhálózat üzemeltetési ideje alatt az ellátandó övezet, település fejlődése következtében megváltoznak a fogyasztási viszonyok. Növekszik a fogyasztók száma, a fajlagos vízigény és a hálózaton belüli fogyasztás eloszlása. Ennek következtében az üzemelő főnyomó-, és


93.



BSc képzés

BMEEOVK-ASG2

gerincvezetékek szerepe módosulhat, és a hatások kedvezőtlen együttes előfordulásának eredményeként a hálózat egésze nem felel meg a biztonságos vízellátás követelményeinek. Az elavulás következtében a vízellátás színvonala egyes körzetekben fokozatosan romlik, és egyre gyakoribbak lesznek a nyomáshiányok és a vízhiányok. A hibák felderítésére ilyen esetben a hálózat különböző üzemállapotban történő hidraulikai vizsgálatát hívják segítségül (üzemszimuláció). Ehhez nélkülözhetetlen segítséget nyújt a hálózat nyomás-, és vízmennyiség mérések végrehajtása, regisztrálása és a mérési eredmények évenkénti összehasonlító elemzése, melyek alapján lehetővé válik a szimuláláskor használt hálózati modell identifikálása, és azon keresztül a megváltozott paraméterek - érdesség, átmérő - megfelelő figyelembevétele. Ezek világítanak rá a hálózat kényes pontjaira, azokra a területekre, ahol az ellátási körülmények megengedhetetlen módon romlanak.

7.3.4. 7.3.4.1.

Költségek csökkentését célzó rekonstrukciók Fenntartási, javítási költségek

Ezeknek a típusú költségeknek az alapját "Meghibásodások következményei" című pont tartalmazza. 7.3.4.2. Energia költségek A cél, hogy az energia költségeket csökkentsük, mivel az energia drága. A hazai hálózatok nagy része abban az időben épült, amikor a mai illetve a belátható időn belül várható arányoktól lényeges eltért az energia ár és a csővezeték építési ár viszonya. Közvetlenül az energia csökkentése a következő módon valósítható meg. Az energia egységára a napszaktól függően változik, ami azt jelenti, hogy az energiaár az éjszakai órákban alacsonyabb. Megfelelő tároló kapacitás lehetővé teszi, hogy a szivattyúzások egy részét az éjszaka végezzék el. Közvetett módon csökkenthetőek az energia költségek, ha a vezeték érdességét, ezáltal a súrlódási veszteségeket csökkentik.

7.3.5.

A rekonstrukciót kiváltó okok felderítése

A vizsgálat végrehajtása szempontjából: bejárható (DN > 1000 mm), be NEM járható (DN 1000 mm) keresztmetszetű vezetékeket különböztetünk meg. A vizsgálati módszerek közül a roncsolásmentes vizsgálatokat célszerű előnyben részesíteni, amelyek a vízellátó-hálózatok mindenfajta csőanyag esetében lehetővé teszik a tényleges állapot feltárást. A vizsgálati eszközök egy csoportja csak a hibahelyek feltárására, a rendellenességek felderítésére alkalmas, több berendezés azonban a hibákat kiváltó okok megállapítására is felhasználható. 7.3.5.1.

Hagyományos vizsgálati eljárások

a.) Vizuális vizsgálat (szemrevételezés) b.) Nyomáspróba


94.



BSc képzés

BMEEOVK-ASG2

Hosszabb hálózati szakaszok vizsgálati eszköze a nyomáspróba, amelyet általában vízzel hajtanak végre, de végezhető levegővel is. A vízellátó csőhálózatok nyomáspróbájakor a hálózat elzáróinak megbízhatóan kell tömíteni. A vizsgálatnál betartandó: 500 m-nél ne legyen hosszabb a szakasz, szintkülönbség ne haladja meg a 20 métert. A vizsgálat nyomásértéke: Pp = 1,5 Pü + 1 [bar], ahol Pp a próbanyomás értéke, Pü az üzemi nyomás értéke. Ezzel a vizsgálattal csak általános információkhoz lehet jutni, a hiba jellege, oka, helye rejtve marad. c.) Akusztikai vizsgálat A vízvezeték szivárgási helyének felderítése régi probléma, mivel a csővezeték kisebb, lokális hibái gyakran rejtve maradnak. A hibahelyek pontos behatárolására a szivárgás által keltett hangot használják fel a műszerek. A mérés elve, hogy szivárgás hangja a hiba helyétől távolodva fokozatosan csökken. 7.3.5.2. Korszerű vizsgálati eljárások a.) Vezetőképességen alapuló vizsgálat A vizsgálat során elektromágneses szondákat használnak vas és acél csővezetékek lokális hibáinak kimutatására. A csőbe egy mozgó és forgó tekercset helyeznek, amely a csőfalban elektromágneses erőteret hoz létre. A hibahelyeken az erővonalak folytonossága megszakad, és ezeket a helyeket a csővégekre szerelt műszerek rögzítik. b.) Akusztikai vizsgálat Az akusztikai vizsgálatok területén rohamos volt a fejlődés. Az új műszerekkel a mérések nagy pontossággal, megbízhatósággal és az emberi hallás igénybevétele nélkül végezhetők el. A korrelátorok is a víz által keltett zajt használják fel hibakeresésre, de nem a zajerősség, hanem a zajhasonlóság alapján. A vizsgálat lényege, hogy a korrelátorok meghatározzák azt az időkülönbséget, amely egy szivárgó csőszakasz két végén elhelyezett érzékelőket elérő, azonos zajok között van. c.) Vizsgálat fényképezéssel és ipari televízióval Az ivóvízvezetékek esetében színes felvételekkel olcsón beszerezhető, fontos információkhoz lehet jutni. Az eljárásnak hátrányai, hogy az információ pontszerű, a kritikus pontok rejtve maradhatnak és az értékeléshez hosszú idő kell. A zárt láncú ipari televízió térhódítása új fejezetet nyitott a be nem járható csővezetékek vizsgálatában. A berendezés főbb részei: kamera, megfigyelőhely (monitor), összekötőkábel és segédeszközök.


95.



BSc képzés

BMEEOVK-ASG2

Ajánlott irodalom: Darabos P.-Mészáros P. (2006): Közművek, Egyetemi jegyzet, Műegyetemi kiadó, Budapest

19.gyakorlat Korróziós laborgyakorlat Csőstatikai laborgyakorlat

20-21.gyakorlat Ellenőrző dolgozat – Csapadékvíz elvezetés Feladat beadás.


96.

Közműhálózatok tervezése

Recommend Documents