{"id":6582,"date":"2019-12-11T17:16:59","date_gmt":"2019-12-11T16:16:59","guid":{"rendered":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/artykul\/po-stronie-przewodow-tlocznych-w-pompowniach-sciekow\/"},"modified":"2022-11-16T12:27:32","modified_gmt":"2022-11-16T11:27:32","slug":"from-the-side-of-pressure-mains-in-sewage-pumping-stations","status":"publish","type":"artykul","link":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/article\/from-the-side-of-pressure-mains-in-sewage-pumping-stations\/","title":{"rendered":"From the side of pressure mains in sewage pumping stations"},"content":{"rendered":"\n
\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

Wst\u0119p <\/strong><\/p>

Eksploatacja pompowni kanalizacyjnych jest cz\u0119sto uci\u0105\u017cliwa. Z uwagi na niebezpiecze\u0144stwo wyst\u0105pienia kawitacji [13], zasysania powietrza [1], [2] i oplatania wirnik\u00f3w w\u0142\u00f3kninami [10], [11] oraz gromadzenia si\u0119 osad\u00f3w w komorze czerpalnej szczeg\u00f3lnej wagi nabieraj\u0105 rozwi\u0105zania po stronie ssawnej pomp. Jednak po stronie t\u0142ocznej r\u00f3wnie\u017c spotykamy utrudnienia eksploatacyjne, kt\u00f3rych zmniejszenie wymaga starannego rozwa\u017cenia parametr\u00f3w projektowych przewod\u00f3w t\u0142ocznych. Nale\u017c\u0105 do tych utrudnie\u0144 mi\u0119dzy innymi : niebezpiecze\u0144stwo uszkodzenia przewod\u00f3w w czasie uderzenia hydraulicznego [4], zmniejszenie przepustowo\u015bci przewod\u00f3w przez osady (cz\u0119sto t\u0142uszcze oblepiaj\u0105ce sklepienie przewod\u00f3w ci\u015bnieniowych [3]) oraz wytwarzanie odorant\u00f3w i powodowanie korozji siarczanowej po\u0142o\u017conych dalej grawitacyjnych kana\u0142\u00f3w betonowych [5], [6].<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Opory przep\u0142ywu<\/strong><\/p>\n

W terenie o zabudowie rozproszonej w Polsce najcz\u0119\u015bciej stosowane s\u0105 systemy pompowe oparte na pompach wirowych o stosunkowo \u0142agodnie opadaj\u0105cej charakterystyce H(Q). Jednak\u017ce zdarzaj\u0105 si\u0119 r\u00f3wnie\u017c inne rozwi\u0105zania i tak przyk\u0142adowo w gminie Kobylnica zbudowano sie\u0107 obs\u0142ugiwan\u0105 przez 730 pomp Presskan o stromych charakterystykach [4]. Dla pojedynczych gospodarstw domowych stosuje si\u0119 uproszczone systemy pompowe EPSP, EPS-PS. Powszechnie stosowane s\u0105 pompy Wilo , Grundfos, Flygt i inne. Jednym z podstawowych problem\u00f3w kanalizacji ci\u015bnieniowej w terenie o zabudowie rozproszonej s\u0105 du\u017ce opory przep\u0142ywu i zwi\u0105zana z tym konieczno\u015b\u0107 powt\u00f3rnego przepompowywania \u015bciek\u00f3w na d\u0142ugiej trasie. W r\u00f3wnaniu Darcy Weisbecha (1) na strat\u0119 wysoko\u015bci ci\u015bnienia \u2206hstr na d\u0142ugo\u015bci przewodu, wewn\u0119trzna \u015brednica przewodu d znajduje si\u0119 w mianowniku. Nie oznacza to, \u017ce przy sta\u0142ej pr\u0119dko\u015bci opory przep\u0142ywu s\u0105 dok\u0142adnie odwrotnie proporcjonalne do tej \u015brednicy, gdy\u017c w przeci\u0119tnych warunkach mamy do czynienia z ruchem przej\u015bciowym i wsp\u00f3\u0142czynnik opor\u00f3w \u03bb zale\u017cy od liczby Reynoldsa, a przy tej samej zast\u0119pczej chropowato\u015bci piaskowej, chropowato\u015b\u0107 wzgl\u0119dna od \u015brednicy przewodu. Niemniej wp\u0142yw \u015brednicy na opory jest znacz\u0105cy, co powoduje trudno\u015bci w pompowaniu \u015bciek\u00f3w na du\u017ce odleg\u0142o\u015bci.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

W r\u00f3wnaniu (1) L jest d\u0142ugo\u015bci\u0105 przewodu, v liczon\u0105 na ca\u0142\u0105 powierzchni\u0119 zwil\u017con\u0105 pr\u0119dko\u015bci\u0105 przep\u0142ywu, a g przyspieszeniem ziemskim.<\/p>\n

Pr\u0119dko\u015bci ekonomiczne przep\u0142ywu s\u0105 tym mniejsze im mniejsze s\u0105 \u015brednice, ale w przypadku pompowania \u015bciek\u00f3w zmniejszanie pr\u0119dko\u015bci przep\u0142ywu natrafia na ograniczenie wynikaj\u0105ce z konieczno\u015bci utrzymania wymaganych warto\u015bci napr\u0119\u017cenia \u015bcinaj\u0105cego na granicy \u015bciana przewodu \u2013 p\u0142yn\u0105ce \u015bcieki. Wz\u00f3r na warto\u015b\u0107 tego napr\u0119\u017cenia \u03c4 jest nast\u0119puj\u0105cy [3],[7]:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

W r\u00f3wnaniu (2) S jest spadkiem hydraulicznym w przewodzie poziomym a \u03c1 g\u0119sto\u015bci\u0105 \u015bciek\u00f3w. Wed\u0142ug literatury, warto\u015b\u0107 napr\u0119\u017cenia \u015bcinaj\u0105cego \u03c4 nie powinna by\u0107 mniejsza ni\u017c 2,5 N\/m2, chocia\u017c niekt\u00f3rzy przyjmuj\u0105 za doln\u0105 granic\u0119 1,8 N\/m2 [3].<\/p>\n

\u00a0<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Zawory zwrotne<\/strong><\/p>\n

W wi\u0119kszych pompowniach \u015bciekowych pojawia si\u0119 problem wytrzyma\u0142o\u015bci przewodu na uderzenia hydrauliczne. Pompy chronione s\u0105 przez zawory zwrotne, najcz\u0119\u015bciej o konstrukcji kulowej. Zak\u0142ada si\u0119 je na pionowych odcinkach przewod\u00f3w t\u0142ocznych. Kule zamykaj\u0105ce i otwieraj\u0105ce przew\u00f3d t\u0142oczny wykonane s\u0105 zazwyczaj z metalu i wulkanizowane gum\u0105, tak aby nie wywo\u0142ywa\u0142y nadmiernego ha\u0142asu. W przeciwie\u0144stwie do takich zawor\u00f3w w pompowniach wodoci\u0105gowych kule s\u0105 ci\u0119\u017csze, tak aby by\u0142y w stanie zapewni\u0107 szczelno\u015b\u0107 zamkni\u0119cia, nawet gdy w zaworze zostanie zatrzymany kawa\u0142ek tekstyli\u00f3w albo papieru. Ta r\u00f3\u017cnica w ci\u0119\u017carze odbija si\u0119 na minimalnej pr\u0119dko\u015bci przep\u0142ywu, kt\u00f3r\u0105 nale\u017cy zachowa\u0107 dla utrzymania pe\u0142nego otwarcia zaworu. Zawory te dopiero przy pe\u0142nym otwarciu utrzymuj\u0105 sta\u0142\u0105 warto\u015b\u0107 wsp\u00f3\u0142czynnika opor\u00f3w miejscowych \u03b6 . Przy cz\u0119\u015bciowym otwarciu warto\u015bci tych wsp\u00f3\u0142czynnik\u00f3w s\u0105 tym wi\u0119ksze im mniejszy jest stopie\u0144 ich otwarcia, kt\u00f3ry si\u0119 zmienia, co powoduje niestabilno\u015b\u0107 opor\u00f3w przep\u0142ywu. Wreszcie niemal przy ca\u0142kowitym zamkni\u0119ciu wsp\u00f3\u0142czynnik opor\u00f3w miejscowych jest bardzo du\u017cy. Kr\u00f3ciec t\u0142oczny ma mniejsz\u0105 \u015brednic\u0119 ni\u017c przew\u00f3d t\u0142oczny i warto sprawdzi\u0107 czy je\u017celi zainstalowany zostanie dyfuzor przed zaworem zwrotnym to pr\u0119dko\u015b\u0107 przep\u0142ywu zapewni ca\u0142kowite otwarcie tego zaworu. Nale\u017cy w tym celu korzysta\u0107 z aktualnych danych podawanych przez producenta gdy\u017c mog\u0105 by\u0107 wprowadzane zmiany konstrukcyjne lub wyst\u0105pi\u0107 inne powody, dla kt\u00f3rych dane literaturowe s\u0105 nieaktualne. Zestawienia<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Tabela <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tabela 1. ,br\/>Wymagania co do najmniejszego przep\u0142ywu\nQmin powoduj\u0105cego otwarcie zawor\u00f3w\nkulowych do \u015bciek\u00f3w przy \u015brednicy 200mm,\nwed\u0142ug zestawienia wykonanego w pracy [14]\ni miejscowa strata wysoko\u015bci ci\u015bnienia, kt\u00f3ra tym\nprzep\u0142ywom odpowiada [14] <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

takie, jak cytowane w tabeli 1 mo\u017cna traktowa\u0107 jedynie jako dane orientacyjne. Je\u017celi konieczne to rozszerzenie przewodu t\u0142ocznego powinno nast\u0105pi\u0107 dopiero za zaworem zwrotnym. Wed\u0142ug zestawionych w pracy [14] danych zawory kulowe stosowane przez r\u00f3\u017cnych producent\u00f3w wymagaj\u0105 dla pe\u0142nego otwarcia warto\u015bci najmniejszych nat\u0119\u017ce\u0144 przep\u0142ywu Qmin i przy tym najmniejszym nat\u0119\u017ceniu wytwarzaj\u0105 lokalny spadek wysoko\u015bci ci\u015bnienia \u2206hstrmin podany w tabeli 1. Dane te odnosz\u0105 si\u0119 do \u015brednicy nominalnej 200mm. W zestawieniu tym [14] najwi\u0119ksze miejscowe straty wysoko\u015bci ci\u015bnienia odpowiadaj\u0105ce g\u00f3rnemu zakresowi przep\u0142ywu wynosz\u0105 od 2 do 10m H2O, zale\u017cnie od producenta.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Pompowanie w pionie<\/strong><\/p>\n

R\u00f3wnanie (2) pozwala na taki dob\u00f3r pr\u0119dko\u015bci przep\u0142ywu w przewodzie, aby przekroczy\u0107 warto\u015b\u0107 napr\u0119\u017ce\u0144 \u015bcinaj\u0105cych na granicy \u015bciana przewodu \u2013 \u015bcieki, przy kt\u00f3rej nie dochodzi do nadmiernego gromadzenia si\u0119 osadu. Podej\u015bcie to wprowadzono najpierw w krajach skandynawskich [3] i obecnie jest ono szeroko stosowane jako oparte na prawach fizyki. R\u00f3wnanie (2) mo\u017cna wyprowadzi\u0107 [3] por\u00f3wnuj\u0105c rozproszenie energii potencjalnej, wynikaj\u0105ce ze spadku kana\u0142u grawitacyjnego, z prac\u0105 napr\u0119\u017ce\u0144 \u015bcinaj\u0105cych wzd\u0142u\u017c obwodu zwil\u017conego. R\u00f3wnanie (2) ma zastosowanie dla kana\u0142\u00f3w prowadzonych w niedu\u017cych spadkach. Opr\u00f3cz takich przewod\u00f3w zdarzaj\u0105 si\u0119 przypadki pompowania mieszaniny cieczy oraz cia\u0142 sta\u0142ych w pionie. Przyk\u0142adem mog\u0105 by\u0107 pompy zainstalowane w kopalniach w\u0119gla, a w kanalizacji tak zwane pompownie przewa\u0142owe s\u0142u\u017c\u0105ce do transportu w\u00f3d deszczowych, lub \u015bciek\u00f3w og\u00f3lnosp\u0142awnych, z kana\u0142u grawitacyjnego po\u0142o\u017conego ni\u017cej do kana\u0142u usytuowanego powy\u017cej. W tym przypadku pompowni pompy nie wsp\u00f3\u0142pracuj\u0105 ze sob\u0105 i nie ma potrzeby zak\u0142adania zawor\u00f3w zwrotnych na przewodzie t\u0142ocznym, gdy\u017c ca\u0142y przep\u0142yw wsteczny mo\u017ce dotyczy\u0107 jedynie wyp\u0142ywu z kilkumetrowego przewodu t\u0142ocznego. Pompy musz\u0105 mie\u0107 w\u00f3wczas \u0142o\u017cyska pozwalaj\u0105ce na przeciwny obr\u00f3t wirnika. W tym rozwi\u0105zaniu pompy pracuj\u0105 jako zatopione w \u015bciekach, a dla unikni\u0119cia gromadzenia si\u0119 w pompowni zbyt du\u017cej ilo\u015bci osad\u00f3w zastosowa\u0107 mo\u017cna mechaniczne urz\u0105dzenia dodatkowe, jak przyk\u0142adowo mieszacze.<\/p>\n

W pompowniach przewa\u0142owych nie ma potrzeby zak\u0142adania zawor\u00f3w zwrotnych, ale poniewa\u017c przep\u0142yw odbywa si\u0119 niemal pionowo, a transportowane s\u0105 \u015bcieki z zanieczyszczeniami, wi\u0119c niezb\u0119dne jest aby w przewodzie t\u0142ocznym mo\u017cliwe by\u0142o przetransportowanie ziaren piasku i \u017cwiru, kt\u00f3rych obecno\u015b\u0107 w kanalizacji og\u00f3lnosp\u0142awnej i deszczowej jest nieuchronna, co w mniejszym stopniu dotyczy te\u017c kanalizacji sanitarnej. Ta zawsze charakteryzuje si\u0119 wi\u0119kszymi przep\u0142ywami w czasie i zaraz po opadach deszczu. Oznacza to, \u017ce przyjmuje wody przypadkowe i infiltracyjne. Mo\u017cliwo\u015b\u0107 transportu piasku i drobnego \u017cwiru w pompowni o pionowym przewodzie t\u0142ocznym b\u0119dzie zapewniona gdy pr\u0119dko\u015b\u0107 przep\u0142ywu \u015bciek\u00f3w przekroczy swobodn\u0105 pr\u0119dko\u015b\u0107 opadania najwi\u0119kszych ziaren pobieranych kr\u00f3\u0107cem ssawnym pompy. Tak wi\u0119c konieczne jest okre\u015blenie pr\u0119dko\u015bci swobodnej sedymentacji ziaren, to znaczy takiej, kt\u00f3r\u0105 ziarno osi\u0105ga bez oddzia\u0142ywania z innymi, a wi\u0119c na pocz\u0105tku pracy pompy, gdy w przewodzie t\u0142ocznym nie zgromadzi si\u0119 zawieszona chmura ziaren, kt\u00f3rych pompa nie b\u0119dzie w stanie przetransportowa\u0107 do po\u0142o\u017conego nad pompowni\u0105 kana\u0142u grawitacyjnego. Potrzebne jest wi\u0119c okre\u015blenie najmniejszej dopuszczalnej pr\u0119dko\u015bci przep\u0142ywu w przewodzie pionowym, a do tego potrzebna jest znajomo\u015b\u0107 swobodnej pr\u0119dko\u015bci sedymentacji ziaren.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Pr\u0119dko\u015b\u0107 sedymentacji<\/strong><\/p>\n

W ksi\u0105\u017cce C. Grabarczyka [12] podane zosta\u0142y r\u00f3wnania na pr\u0119dko\u015b\u0107 swobodn\u0105 sedymentacji ziaren, kt\u00f3re zestawiono w tabeli 2. W tabeli tej wprowadzono nast\u0119puj\u0105ce oznaczenia:<\/p>\n

Ar \u2013 liczba Archimedesa,<\/p>\n

d \u2013 \u015brednica zast\u0119pcza ziarna,<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Tabela <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Tabela 2
Przedzia\u0142y granicznych warto\u015bci liczb Reynoldsa Reo i Archimedesa <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

Reo \u2013 liczba Reynoldsa okre\u015blona w odniesieniu do swobodnie sedymentuj\u0105cego ziarna w osadniku,<\/p>\n

vs \u2013 pr\u0119dko\u015b\u0107 swobodnej sedymentacji ziarna,<\/p>\n

Liczba Reynoldsa zosta\u0142a w tabeli 2 zdefiniowana r\u00f3wnaniem (3), a liczba Archimedesa r\u00f3wnaniem (4).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Jak wszystkie liczby kryterialne zar\u00f3wno liczba Reynoldsa, jak i Archimedesa s\u0105 bezwymiarowe.<\/p>\n

W tabeli 2 podano graniczne warto\u015bci liczb Reynoldsa i Archimedesa, dla kt\u00f3rych panuje w czasie sedymentacji przep\u0142yw laminarny, przej\u015bciowy oraz turbulentny. W poszczeg\u00f3lnych zakresach ruchu (przep\u0142ywu) zastosowanie maj\u0105 r\u00f3\u017cne r\u00f3wnania na pr\u0119dko\u015b\u0107 swobodnej sedymentacji ziaren. Jest ona r\u00f3wnie\u017c uzale\u017cniona od ich kszta\u0142tu [19] i nale\u017cy pami\u0119ta\u0107, \u017ce tabela 1 dotyczy kszta\u0142t\u00f3w kulistych, a medium, w kt\u00f3rym znajduj\u0105 si\u0119 ziarna jest czysta woda, a nie \u015bcieki. O ile g\u0119sto\u015b\u0107 \u015bciek\u00f3w bez zawieszonych ziaren drobnego \u017cwiru i piasku nieznacznie r\u00f3\u017cni si\u0119 od g\u0119sto\u015bci wody, o tyle warto\u015bci wsp\u00f3\u0142czynnika kinematycznej lepko\u015bci mog\u0105 by\u0107 znacznie r\u00f3\u017cne nie tylko pomi\u0119dzy wod\u0105 i \u015bciekami ale r\u00f3wnie\u017c pomi\u0119dzy poszczeg\u00f3lnymi rodzajami \u015bciek\u00f3w p\u0142yn\u0105cych kanalizacj\u0105 sanitarn\u0105 lub og\u00f3lnosp\u0142awn\u0105. Dlatego przeprowadzone tutaj obliczenia minimalnej pr\u0119dko\u015bci sedymentacji ziaren maj\u0105 wy\u0142\u0105cznie charakter szacunkowy.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Pr\u0119dko\u015b\u0107 sedymentacji piasku<\/strong><\/p>\n

W przypadku piasku (d \u2264 4 mm) dysponujemy informacjami dotycz\u0105cymi nie tylko pr\u0119dko\u015bci sedymentacji kulek w wodzie (r\u00f3wnania z tabeli 2), ale r\u00f3wnie\u017c warto\u015bciami swobodnej pr\u0119dko\u015bci sedymentacji w tym zakresie ziaren naturalnych z r\u00f3\u017cnych minera\u0142\u00f3w. Dysponujemy tymi informacjami gdy\u017c pr\u0119dko\u015b\u0107 tej sedymentacji jest intensywnie badana z uwagi na dob\u00f3r parametr\u00f3w p\u0142ukania filtr\u00f3w pospiesznych wody oraz dob\u00f3r uziarnienia w filtrach wielowarstwowych. Rozr\u00f3\u017cnia si\u0119 nawet pr\u0119dko\u015bci sedymentacji piasku \u0142amanego i wybieranego ze z\u0142\u00f3\u017c, a wi\u0119c o obtoczonych kraw\u0119dziach [8], [20], [21].<\/p>\n

Na rysunku 1 przedstawiono graficznie wyniki pomiar\u00f3w sedymentacji swobodnej ziaren piasku w temperaturze 12oC. Temperatura ma wp\u0142yw na swobodn\u0105 pr\u0119dko\u015b\u0107 sedymentacji mniejszych ziaren piasku a przy wi\u0119kszych jej wp\u0142yw jest trudny do zauwa\u017cenia. Na rysunku 1 przez \u201epiasek\u201d oznaczono piasek kwarcowy.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Rys.1\nPr\u0119dko\u015bci <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Rys.1
\nPr\u0119dko\u015bci swobodnej\nsedymentacji frakcji\npiaszczystych zbudowanych\nz r\u00f3\u017cnych\nminera\u0142\u00f3w w zakresie\nuziarnienia stosowanym\ndo budowy filtr\u00f3w\npospiesznych\nwody. Rysunek\npowsta\u0142 na podstawie\npomiar\u00f3w wykonanych\nprzez T.Siwca\n[21] przy temperaturze\nwody 12oC <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

W pionowych przewodach t\u0142ocznych wed\u0142ug zalece\u0144 podawanych przez pracownika Uniwersytetu w Berlinie [18], [22] powinno si\u0119 przyjmowa\u0107 pr\u0119dko\u015bci przep\u0142ywu nie mniejsze od 1,1 m\/s.<\/p>\n

Z rysunku 1 jednoznacznie wynika, \u017ce przy stosowaniu przyjmowanych powszechnie pr\u0119dko\u015bciach przep\u0142ywu w pionowych przewodach t\u0142ocznych nie ma obawy aby gromadzi\u0142 si\u0119 w nich piasek o nawet najgrubszych ziarnach. Jest to istotne gdy\u017c ich nagromadzenie w pionowym przewodzie t\u0142ocznym mog\u0142oby znacznie obni\u017cy\u0107 wydajno\u015b\u0107 pompy, a piasek jest powszechnie spotykanym sk\u0142adnikiem \u015bciek\u00f3w i transportowanych kanalizacj\u0105 w\u00f3d deszcowych, szczeg\u00f3lnie gdy piasek jest w zimie u\u017cywany do posypywania jezdni. Sk\u0142ad granulometryczny piasku usuwanego w piaskownikach oczyszczalni ze \u015bciek\u00f3w og\u00f3lnosp\u0142awnych dop\u0142ywaj\u0105cych z terenu miejskiego by\u0142 wed\u0142ug pomiar\u00f3w raportowanych w internecie [http:\/\/ www.instsani.pl\/711\/piaskowniki] nast\u0119puj\u0105cy:<\/p>\n