Eötvös József Főiskola Műszaki és Közgazdaságtudományi Kar Vízellátási és Környezetmérnöki Intézet Vízellátás-Csatornázás Szakcsoport Salamon Endre Környezetmérnöki szak Vízgazdálkodás szakirány
2013 – 2014 1. félév
XJFQJA XIII. Évfolyam 1379. tankör
Települési vízgazdálkodás 1. 1. Évközi feladat 2014. szeptember 16.
Vízszerzés aknakútból
Tartalom: Feladatkiírás 1. Üzemi vízszint meghatározása 2. Leszívási és visszatöltődési görbe 3. Szivattyú választás 3.1. Csővezeték méretezése 3.2. Szükséges emelőmagasság számítása 3.3. Választott szivattyú jelleggörbéje és adatlapja 3.4. Ellenőrzések 3.4.1. Szívómagasság ellenőrzése 3.4.2. Nyugalmi és üzemi vízszinthez tartozó nyomás ellenőrzése 3.4.2.1. Csővezetéki jelleggörbék ábrája 3.5. Méretezési vázlat 4. EPANET eredmények 5. Műszaki/üzemelési leíás
Se
Települési vízgazdálkodás 1. évközi feladat
Kiadva: 2014.09.16. 12:12:00
Salamon Endre (neptun kód: XJFQJA) hallgató részére. Elkészítendő egy aknakútból való vízbeszerzés számítása. A kiindulási adatok az alábbiak: - Terepszint a kútnál: 133,00 m B.f. - Nyugalmi vízszint a kútban: 131,00 m B.f. - Kút belső átmérője: 2,5 m - Kút fenékmélysége a terepszinttől számítva: 9,5 m - Terepszint a csapolóhelynél: 150,00 m B.f. (A kifolyás 1,5 m-el van a terepszint felett.) - Csapolóhely távolsága a kút tengelyétől: 300 m - Minimális nyomásigény a csapolóhelyen: 4,0 bar - Maximális megengedett nyomás a csapolóhelyen: 5,0 bar - Vízigény a csapolóhelyen: 170 liter/perc - A kút vizsgálatakor folyamatosan 1000 liter/perc vizet termeltek ki. A kútbeli leszívás és visszatöltődés az alábbi táblázat szerint alakult az idő függvényében: Idő (perc)
Leszívás (m)
Idő (perc)
Leszívás (m)
0
0
43
4,28
2
1,11
46
3,68
4
1,97
49
3,17
6
2,64
52
2,73
8
3,16
55
2,35
10
3,57
58
2,02
12
3,88
61
1,74
14
4,13
64
1,5
16
4,32
67
1,29
18
4,47
70
1,11
20
4,59
73
0,95
22
4,68
76
0,82
24
4,75
79
0,71
26
4,81
82
0,61
28
4,85
85
0,52
30
4,88
88
0,45
32
4,91
91
0,39
34
4,93
94
0,33
36
4,94
100
0,25
40
4,97
Feladat: 1. Porchet módszere alapján (a görbe meredekségét két mérési pont közötti egyenes szakasz meredekségével becsülve) határozza meg a vízigénynek megfelelő vízhozam kitermelésekor előálló leszívást! 2. Grafikonon ábrázolja a leszívási és a visszatöltődési görbéket, a becsült üzemi leszívást és a hozzá szerkesztett közelítő érintőket! 3. Válasszon szivattyút és csővezetéket a feladat megoldására! A szivattyú szívóüzemben működjön és a kútban/kútfejben kerüljön elhelyezésre! 4. Ellenőrizni kell: - A választott szivattyú NPSHa és NPSHr értékét - nyugalmi vízszintről történő induláskor a maximális nyomás túllépését - az üzemi vízszintnél a minimális nyomás meglétét 5. Ábrázolja ugyanazon a Q-H diagramon a csővezetéki és a szivattyú jelleggörbét, ezzel igazolva, hogy a kívánt vízigény rendelkezésre áll a megadott nyomástartományon belül! Ha megfelelt a rendszer, ábrázolja egy méretezési vázlaton, a fontosabb adatok feltüntetésével.
6. Készítsen a tervezett rendszerről EPANET modellt és eredményeit hasonlítsa össze a kézi számításban kapott eredményekkel! 7. Rövid műszaki/üzemlési leírásban tömören ismertesse a rendszer kialakítását és rendeltetésszerű használatát. Kötelezően meg kell jegyezni, hogy a szívóüzem elkerülendő és másik szivattyú telepítési módot kell javasolni. Részletes tartalmi és formai követelményeket a kiadott (vki.ejf.hu honlapról letölthető) példa tartalmazza! Beadás: egyetlen .pdf fájlba összefűzött dokumentációt kell feltölteni a SZEREND-be. A fájl neve: „1_XJFQJA_TVG1” legyen!
Salamon Endre s.k.
1. Üzemi vízszint meghatározása A vízigénynek megfelelő vízhozamhoz tartozó leszívás meghatározásakor úgy járunk el, hogy felveszünk egy adott leszívást (célszerűen egy mérési ponthoz tartozó értéket) és kiszámítjuk hozzá a görbe érintőjének közelítő meredekségét. A meredekség ismeretében meghatározható a felvett leszíváshoz tartozó vízhozam. Ha ez kevéssel nagyobb, mint a szükséges, akkor a vízszintet elfogadjuk üzemi vízszintenk. Azért, hogy a szükséges leszívást ne becsüljük alá, mindig a kisebb meredekségű érintőt veszük figyelembe az adott pontban. s = 1,11 m leszíváshoz tartozó vízhozam:
1,11 − 0 0,95 − 1,11 m1 = = 0,5550 = 0,0533 2−0 73 − 70 0, 0533 l l m1 q = Q⋅ = 1000 ⋅ = 87, 6 < 170 ⇒ Nagyobb leszívás kell 0,5550 + 0, 0533 p p m + m1 m=
s = 1,29 m leszíváshoz tartozó vízhozam:
1,97 − 1,11 1,11 − 1, 29 m1 = = 0, 43 = 0, 06 4−2 70 − 67 0, 06 l l m1 q = Q⋅ = 1000 ⋅ = 122, 4 < 170 ⇒ Nagyobb leszívás kell 0, 43 + 0, 06 p p m + m1 m=
s = 1,5 m leszíváshoz tartozó vízhozam:
1,97 − 1,11 1, 29 − 1,50 = 0, 43 m1 = = 0, 07 4−2 67 − 64 0, 07 l l m1 q = Q⋅ = 1000 ⋅ = 140, 0 < 170 ⇒ Nagyobb leszívás kell 0, 43 + 0, 07 p p m + m1 m=
s = 1,74 m leszíváshoz tartozó vízhozam:
1,97 − 1,11 1,5 − 1, 74 = 0, 43 m1 = = 0, 08 4−2 64 − 61 0, 08 l l m1 q = Q⋅ = 1000 ⋅ = 156,9 < 170 ⇒ Nagyobb leszívás kell 0, 43 + 0,08 p p m + m1 m=
s = 1,97 m leszíváshoz tartozó vízhozam:
1,97 − 1,11 1, 74 − 2, 02 m1 = = 0, 43 = 0, 0933 4−2 61 − 58 0, 0933 l l m1 q = Q⋅ = 1000 ⋅ = 178,3 > 170 ⇒ Megfelelő 0, 43 + 0, 0933 p p m + m1 m=
2. Leszívási és visszatöltődési görbe 0
5
10
15
20
25
30
35
40
Leszívási görbe 45 50 55
0,00
0,50
1,00
1,50
Becsült leszívás 170 l/p víztermelésnél: 1,97 m 2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00 Leszívás (m)
Visszatöltődési görbe 60 65 70 75
80
85
90
95
100
Eltelt idő (perc)
3.1. Csővezeték méretezése A csővezetéket úgy méretezzük, hogy 0,8-1 m/s áramlási sebesség alakuljon ki benne. 3 l −3 m qi = 170 = 2,833 ⋅10 p s
Aszüks
qi 2,83 ⋅10−3 = = = 3,54 ⋅10−3 m 2 0,8 v
d szüks =
4A
π
=
4 ⋅ 3,54 ⋅10−3
π
= 0, 067 m = 67 mm
A választott cső: PE 80 dn = 75mm PN 6 (6 > 5,0 bar → megfelel)
Ellenőrzés:
v=
4 ⋅ qi
=
4 ⋅ 2,83 ⋅10−3
( d n − 2 ⋅ emax ) ⋅ π ( 0, 075 − 2 ⋅ 0, 0041) ⋅ π 2
2
= 0,81
m ⇒ Megfelel s
3.2. Szükséges emelőmagasság számítása Üzemi vízszint: H1 = 131,00 − 1,97 = 129,03 m Kifolyás szintje: H 2 = 150,00 + 1,50 = 151,50 m
H g ,üz = 151,50 − 129, 03 = 22, 47 m Áramlási veszteségek: - szívókosár+lábszelep: ξ = 8,5 - nyitott gömbcsap (2 db): ξ = 2 ⋅ 0,1 = 0, 2 - 90o-os ív (2db): ξ = 2 ⋅1 = 2 - Összesen: ξ = 8,5 + 0, 2 + 2 = 10, 7 A csővezeték összes függőleges hossza, ha a szívócsonk 1 m-el van az üzemi vízszint alatt:
l f = 151,50 − 129, 03 + 1, 00 = 23, 47 m A csővezeték vízszintes hossza: lv = 300 m A csővezeték teljes hossza: l = lv + l f = 300 + 23, 47 = 323, 47 m
A választott csőátmérő: d = dn − 2 ⋅ emax = 0,075 − 2 ⋅ 0,0041 = 0,0668 m A választott cső abszolút érdessége: 0,1 mm = 0,0001 m
v ⋅ d 0,81⋅ 0, 0668 = = 41303 v 1,31⋅10−6 k 0, 0001 = = 1, 49 ⋅10−3 d 0, 06678 1 1 = = 0, 0259 λ1 = 2 2 2,51 k 2,51 −3 −2lg 0, 27 + −2lg 0, 27 ⋅1, 49 ⋅10 + 41303 ⋅ 0, 025 d Re λ0 λ2 = 0, 0259 ⇒ λ = 0, 0259 Re =
2 323, 47 0,812 l v + 10, 7 ⋅ = 4,55 m = 0, 0259 ⋅ hv = λ + ξ 0, 0668 d 2g 2 ⋅ 9,81
A szivattyú szükséges emelőmagassága, plusz a megkívánt minimális kifolyási nyomás biztosításához 4,5 bar: H üz = H g ,üz + hv + 45 = 22, 47 + 4,55 + 45 = 72, 02 m 3.3. Választott szivattyú jelleggörbéje és adatlapja: Választott szivattyú: Wilo Helix VE 1006-1/16/E/S
W ILO SE Nortk irche nstr. 100 D 44263 Dortm und Phone 0231/4102-0 Fax 0231/4102-7363
Helix VE 1006-1/16/E/S Sys tem: H igh pres s ure c entrifugal pump
Custom e r
Proje ct
Custom e r no.
Proje ct no.
Contact
Position no.
Care of
Location Date
[m] Head 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
170
l/min
Head
7 2 ,0 2
m
Fluid
Water, pure
Fluid temperature
20
°C
Dens ity
1
kg/dm³
Kinematic vis c os ity
1 ,3 1
mm²/s
V apor pres s ure
0
bar
90%
30%
60%
50%
40%
70%
80%
Pump data 100% 90% 80%
1
30%
60%
50%
40%
70%
Efficiency
40
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
20 NPSH-values
4 2
30% 0
Flow
100%
2
[m]
Page 1 / 1
Requested data
[kW] Shaft power P2 3
[%]
06.08.2013
40
80
120
40% 160
50%
60%
200
70%
240
80%
280
90%
320
M ake
WI LO
T ype
Helix V E 1 0 0 6 -1 /1 6 /E /S
P umpe type
Single head pump
P res s ure rating
PN 16
M in. fluid temperature
-20
120 M ax. fluid temperature M inimum E ffic ienc y I ndex (M EI )
°C °C >=0,7 0
100%
Hydraulic data (duty point)
[l/min]
Flow
170
l/min
Head
72
m
Speed
3 6 00
1 /min
Shaft power P 2
2 ,9 6
kW
NP SH
1 ,2 5
m
Materials / Shaft seal P ump hous ing
1 .4 3 0 1
I mpellers
1 .4 3 0 7
Stage hous ing
1 .4 3 0 7
Shaft
1 .4 3 0 1
O 'Ring
E P DM
mm
Dimensions per pump H H2 M X
921 587 220 284
Suc tion s ide
G 1½
/ PN 16
Dis c harge s ide
G 1½
/ PN 16
Weight
6 8 ,4
kg
Motordata per Motor/Pump/ Rated power P 2
4
kW
Nominal s peed
2 9 00
1 /min
Rated voltage
3 ~4 0 0 V, 5 0 Hz
M ax. c urrent
9 ,7
Degree of protec tion
IP 55
A
P ermitted voltage toleranc e +/- 1 0 % I tem no. of s tandard vers ion
Reserves to change any technical data.
Software version
3.1.12 - 11.01.2013 (Build 82)
User group
DE
data status
4 1 64 6 2 9
01.01.2013
3.4. Ellenőrzések 3.4.1. Szívómagasság ellenőrzése A szivattyút a nyugalmi vízszint felett 1 m magasan (132,00 m B.f.) beépített járórácsra helyezzük, a szívócsonk tengelye a talapzata felett 80 mm = 0,08 m-re van. Az üzemi vízszint és a szivattyú szívócsonkjának magasságkülönbsége: H = 132, 08 – 129, 03 = 3, 05 m Áramlási veszteségek: - szívókosár+lábszelep: ξ = 8,5 - nyitott gömbcsap (1 db): ξ = 0,1 - 90o-os ív (1db): ξ = 1 - Összesen: ξ = 8,5 + 0,1 + 1 = 9, 6 A szívőcső hossza (a biztonság javára a szivattyú szívócsonkjának tengelye és a szívócsonk végének magasságkülönbségével számítva): l = 132, 08 – 128, 03 = 4, 05 m 2 4, 05 0,812 l v hv = λ + ξ = 0, 0259 ⋅ + 9, 6 ⋅ = 0,37 m 0, 0668 d 2g 2 ⋅ 9,81
A vízgőz telített gőznyomása 20 oC-n: 2334 Pa A rendelkezésre álló nettó pozitív szívómagasság:
NPSH a =
p0 − pg
ρg
− H − hv =
101325 − 2334 − 3, 05 − 0,37 = 6, 67 m > 1,25 m = NPSH r 1000 ⋅ 9,81
Tehát lehetséges a szívóüzem. Megjegyzés: az ellenőrzés más módon is elvégezhető (egyenértékű az előzővel): Kritikus nyomás a szívócsonkban:
1 1 psk = pg + NPSH r ⋅ ρ ⋅ g − ρ v 2 = 2334 + 1, 25 ⋅1000 ⋅ 9,81 − ⋅1000 ⋅ 0,812 = 14268,5 Pa 2 2 Ehhez képest a tényleges üzemi nyomás a szívócsonkban:
1 2 ρ v + hv 2 1 ps = p0 − H ρ g + ρ v 2 + hv ρ g = 2 p0 = ps + H ρ g +
1 = 101325 − 3, 05 ⋅1000 ⋅ 9,81 + ⋅1000 ⋅ 0,812 + 0,38 ⋅1000 ⋅ 9,81 = 2 = 67348, 7 Pa > 14268,5 Pa 3.4.2. Nyugalmi és üzemi vízszinthez tartozó nyomás ellenőrzése Az üzemi vízszintnél az eddigiek és a választott szivattyú jelleggörbéje alapján a kilépési nyomás:
H ki ,üz = H üz − H g − hv = 72, 02 − 22, 47 − 4,55 = 45 m = 4,5 bar ⇒ Megfelel Geodetikus emelőmagasság a nyugalmi vízszintnél: Nyugalmi vízszint: H1 = 131, 00 m Kifolyás szintje: H 2 = 150,00 + 1,50 = 151,50 m
H g ,ny = 151,50 − 131, 00 = 20,50 m A jelleggörbéről leolvasva (a biztonság javára felfelé kerekítve): H ny = 70,50 m
H ki ,nz = H ny − H g ,ny − hv = 70,5 − 20, 5 − 4, 55 = 45,45 m = 4,55 bar < 5 bar ⇒ Megfelel A már egyszer kiszámolt 4,55 m veszteséget szintén a biztonság javára (és az egyszerűség kedvéért) vettük figyelembe, ugyanis a nyugalmi vízszinthez nagyobb vízszállítás és ezzel arányban nagyobb áramlási veszteség tartozna, így a számítás biztosítja, hogy az 5 bar értéket a kifolyási nyomás nem lépi túl. Cső jellemzők Fizikai állandók:
hossz [m] DN [mm]
9,81
g [m/s 2]
k [mm] ν [m2/s]
1,31·10-6
323,47 66,8 0,1
∆/DN 1,497E-03
Vízszállítás [l/min]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
170
180
200
220
v [m/s]
0,000
0,095
0,190
0,285
0,380
0,476
0,571
0,666
0,761
0,808
0,856
0,951
1,046
Re
0
4850
9700
14550
19400 24250 29100 33950 38800 41225 43650 48500 53350
0,0306
0,0290 0,0280 0,0272 0,0266 0,0261 0,0259 0,0257 0,0254 0,0251
λ
0,0393 0,0333
∑ξ
10,7
10,7
10,7
10,7
10,7
10,7
10,7
10,7
10,7
10,7
10,7
10,7
10,7
hv [m v.o.]
0,00
0,09
0,32
0,66
1,12
1,68
2,36
3,15
4,05
4,54
5,05
6,16
7,39
Hg,ny [m v.o.]
20,50
20,50
20,50
20,50
20,50
20,50
20,50
20,50
20,50
20,50
20,50
20,50
20,50
Hg,üz [m v.o.]
22,47
22,47
22,47
22,47
22,47
22,47
22,47
22,47
22,47
22,47
22,47
22,47
22,47
Szüks. kifolyási nyomás [m v.o.]
45,00
45,00
45,00
45,00
45,00
45,00
45,00
45,00
45,00
45,00
45,00
45,00
45,00
Hny [m v.o.]
65,50
65,59
65,82
66,16
66,62
67,18
67,86
68,65
69,55
70,04
70,55
71,66
72,89
Hüz [m v.o.]
67,47
67,56
67,79
68,13
68,59
69,15
69,83
70,62
71,52
72,01
72,52
73,63
74,86
Szivattyú [m v.o.]
81
80,5
80
79,5
79
78
77
75,5
73,5
72,02
70
65
59
3.4.2.1. Csővezetéki jelleggörbék ábrája Nyugalmi vízszintnél
Üzemi vízszintnél
Szivattyú jelleggörbe
81,00 80,00 79,00 78,00 77,00 76,00 75,00 74,00 73,00 72,00 71,00 70,00 69,00 68,00 67,00 66,00 65,00 64,00 63,00 62,00 61,00 60,00 59,00 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
3.5. Méretezési vázlat
4. EPANET eredmények Üzemi vízszintnél:
Nyugalmi vízszintnél:
Az eredmények jól közelítik a számítottakat. Üzemi vízszint esetén 4,546 bar a számított 4,5 helyett, nyugalmi vízszintnél 4,743 bar a számított 4,55 helyett. A nyugalmi vízszinthez tartozó nagyobb eltérés oka, hogy az EPANET-ben csak a közelítő szivattyú jelleggörbét adtunk meg.
5. Műszaki/üzemelési leíás A vízszerzés megoldása: A vízszerzés céljára szolgáló 2,5 m átmérőjű és a terepszinntől számítva 9,5 m fenékmélységű aknakútba vízszerzés céljára beépíteni javasolt szivattyú típusa: Wilo Helix VE 10061/16/E/S. A szivattyú az 1,00 m-el a nyugalmi vízszint felett és 1,00 m-el a terepszint alatt, a kútaknába rögzített járórácsra kerül felszerelésre. A szívócsonkon közdarab és elzáró szerelvény után 900-os könyökidommal halad a szívócső függőlegesen lefelé, a tervezett üzemi vízszint alá. A szívócső végére szűrőkosár és lábszelep kerül beépítésre. A nyomóoldalon közdrabot és elzáró szerelvényt követően a kútakna falát áttörve,kb. 0,92 m fektetési mélységben DN 75 KPE csövön vezetjük a vizet a 151,50 m B.f. kifolyási magassággal rendelkező csapolási helyre. (Részletesen le kell írni, milyen szerelvények szükségesek, a szivattyú, az elzáró szerkezetek, a KPE csővezeték összeépítésére, katalógusból meg lehet nevezni.) A gépészet védelmére a kútakna fölé fedett, zárható, szellőzővel ellátott kútház szükséges. A szivattyúhoz való lejutást az akna falába épített hágcsókkal, vagy a helyszínen tartott létrával lehet biztosítani. Amennyiben a szivattyú szívóképessége ezt lehetővé teszi, az egyszerűbb kialakítás érdekében a szivattyút nem szükséges a kútaknába telepíteni, hanem terepszinten is el lehet helyezni a kútházban. Működtetés: A szivattyú a csapolóhelynél elhelyezett kapcsolóval indítható és állítható meg. A csapolóhelyen megfelelő elzáró szerelvényt kell felszerelni, amellyel a vízszállítás szabályozható, a szivattyú megengedett fojtásának mértékéig. A szivattyút tartalmazó kútházban is indító, valamint tiltókapcsolót kell elhelyezni. Ajánlott szintkapcsoló használata, ami a kút vízszintjének a megadott üzemi vízszint alá csökkenése esetén automatikusan leállítja a szivattyút. A szívóüzem kedvezőtlen tulajdonságai miatt (kavitáció veszélye, vezeték leürülés a lábszelep hibája esetén, indítás előtti feltöltés szükségessége) célszerűbb volna a vízszerzést a kútba telepített búvárszivattyúval megoldani! További önálló mondanivaló!
Aláírás s.k. Dátum
