Waterdistributie en afvoer -...

2007-2008

Calle Bram Goethals Jan

Cappelle Sam Vandenberghe Pieter

Saeys Frank

Waterdistributie en afvoer

Prof. dr. ir. R. Verhoeven

Academiejaar 2007-2008 Waterzuivering en –transport 2

Met bijzondere dank aan:

ing. E. Compernol, firma AMCAL

ir. L. Vandersteen, TMVW Gent voor hun bereidwillige uitleg.


Inhoudsopgave

Inleiding .................................................................................................................. 4

Opgave .................................................................................................................... 5

Dimensionering van het pompstation .................................................................. 7

1) Bepaling van het debiet ................................................................................. 7

2) Bepaling van de diameters ............................................................................ 7

3) Leidingskarakteristiek .................................................................................... 9

3.1) Wrijvingsverliezen ................................................................................ 9

3.2) Leidingskarakteristiek......................................................................... 10

3.3) Bepaling van de karakteristieken van de vlinderklep ......................... 13

4) Pompconfiguratie ........................................................................................ 15

4.1) Werkingspunt: situatie ‟s nachts ........................................................ 15

4.2) Pompkeuze ........................................................................................ 15

4.2.1) Voorstel 1: NB40-200/206 ......................................................... 16

4.2.2) Voorstel 2: CR45-3-2 ................................................................ 17

4.2.3) Besluit ....................................................................................... 18

4.3) Werkingspunt: situatie overdag .......................................................... 18

4.4) Pompkeuze ........................................................................................ 19

5) Geleverde debieten bij aan- en afslagpeil .................................................. 20

5.1) Bepaling debiet aanslagpeil: situatie overdag .................................... 20

5.2) Bepaling debiet afslagpeil: situatie „s nachts ...................................... 21

5.3) Bepaling debiet aanslagpeil: situatie overdag .................................... 22

5.4) Bepaling debiet afslagpeil: situatie „s nachts ...................................... 23

6) Beveiliging tegen waterslag ....................................................................... 24

6.1) Alternatieven ...................................................................................... 24

6.2) Vergelijking ........................................................................................ 24

Dimensionering van het aanzuigreservoir ......................................................... 25

1) Aanzuigleiding CR45-3-2 .......................................................................... 25

2) Aanzuigleiding CR15-4(kleine pomp) ........................................................ 25

3) Aanzuigreservoir ....................................................................................... 26


Inleiding

In het kader van het opleidingsonderdeel “Waterzuivering en -transport”, Eerste

Master burgerlijk bouwkundig ingenieur en bio-ingenieur: bodem- en waterbeheer,

bestaat deze opdracht er in om een pompstation te dimensioneren aan de hand van

een gegeven situatie. Door middel van dit pompstation wordt drinkwater van een

reinwaterbekken naar twee hoger gelegen watertorens verpompt.

Het doel van deze opdracht omvat het toepassen en kritisch reflecteren van de

behandelde leerstof uit de lessen.


Opgave

Opgave 1c: Waterdistributie en afvoer Er wordt gevraagd een pompstation te ontwerpen dat per etmaal in een twaalftal uren gedurende de nacht drinkwater verpompt van een reinwaterbekken naar 2 watertorens. Beide watertorens hebben een volume van 950 m³. Elke dag wordt er ongeveer 825 m³ van die 950 verbruikt voor elke watertoren. Overdag zorgt een kleinere pomp voor een constante toevoer van 4l/s. De toevoer naar de reinwaterkelder bedraagt, naargelang de productie 10 à 25 l/s. De peilen aangegeven bij de watertorens zijn de uitstroompeilen van de leidingen (vrije uitstroming). Het schema van het probleem is weergegeven op onderstaande figuur. Voor de berekening van de drukverliezen in de leidingen kan de verliescoëfficiënt in de formule van Darcy-Weissbach op 0.016 = Cte genomen worden. Er worden geen speciale verliezen in rekening gebracht. Het ontwerp wordt gemaakt voor het gemiddeld peil tussen aanslagpeil en afslagpeil van de pompen. Ook dienen de geleverde debieten bij aan- en afslagpeil te worden berekend. Het verslag bevat als eerste blz. de opgave. Naast de ontwerpberekening dient ook een duidelijke schets gemaakt van de opstelling van de pompen en van het (correct gedimensioneerde) aanzuigreservoir. Voor vragen: [email protected]

Bij het uitwerken van deze opdracht gaan we als volgt te werk:


Voor de uitwerking van deze opdracht gaan we als volgt te werk:

Opgave

Criterium: snelheden

Berekening diameters

Wrijvings-verliezen

Berekening debiet

Berekening regelklep

Leidingskarakteristiek

Opvoerhoogte

Bepaling pompconfiguratie

Criterium: rendement

Werkingspunt

Dimensionering aanzuigreservoir

Schets opstelling

Beveiliging waterslag


Dimensionering van het pompstation

1 Bepaling van het debiet

Het gemiddeld dagverbruik bedraagt 2 x 825m³ = 1650m³. Overdag (gedurende 12

uur) zorgt een pomp voor een constante toevoer van 4 l/s. Dit betekent dat overdag

een totaal volume van 4l/s.3600.12u = 172,8m³ wordt verpompt. Bijgevolg moeten de

pompen ‟s nachts nog 1650m³ - 172,8m³ = 1477,2m³ verpompen. Dat komt overeen

met een gemiddeld debiet van 123,1m³/h of 34,19l/s.

Figuur1: Debiet gedurende een etmaal

2 Bepaling van de diameters

Als onder- en bovengrens voor de snelheden in de leidingen nemen we

respectievelijk 0,5m/s en 1m/s. Indien de snelheid veel hoger ligt dan 1m/s krijgen we

heel grote ladingsverliezen. Dit is bijgevolg niet economisch voor het energieverbruik

en de belasting van de pompen. Anderzijds wordt de minimumgrens gekozen om

sedimentatie in de drinkwaterleiding te voorkomen. Hieruit kunnen we dan grenzen

voor de diameters van de leidingen berekenen. We berekenen deze grenzen voor

het gemiddeld debiet zowel ‟s nachts als overdag.

Voor het bepalen van de leidingdiameter, gaan we als volgt te werk:


Dit levert ons onderstaande tabel op voor de minimum – en maximumdiameters:

debiet [m³/s]

Ø min.snelheid

Ø max.snelheid

overdag

leiding 1 0,0040 0,1303 0,0714

leiding 2 0,0020 0,0921 0,0505

leiding 3 0,0020 0,0921 0,0505

s nachts

leiding 1 0,0342 0,3809 0,2086

leiding 2 0,0171 0,2694 0,1475

leiding 3 0,0171 0,2694 0,1475

Tabel1: berekening diameters

Indien we de waarden in de tabel bekijken, merken we op dat we niet aan alle

voorwaarden van de snelheden kunnen voldoen. We kiezen ervoor om de snelheden

altijd te beperken tot de maximale grens van 1,0m/s. De snelheid van het water is

dan weliswaar overdag te laag. Aangezien deze situatie slechts tijdelijk is - 12 uren

per dag – is onze keuze verantwoord.

We houden bij het ontwerp rekening met de commerciële afmetingen van de buizen.

In onderstaande tabel worden de buiten- en binnendiameter, de dikte en de prijs per

lopende meter vermeld. We gebruiken steeds de binnendiameter in onze

berekeningen.

Ø x s [mm]

binnendiameter [mm]

L [m]

prijs [€/m]

Ø x s [mm]

binnendiameter [mm]

L [m]

prijs [€/m]

20x2,0 16 50 0,97 90x8,2 73,6 12 14,28

20x2,0 16 100 0,97 90x8,2 73,6 50 14,28

25x2,4 20,2 50 1,39 90x8,2 73,6 100 14,28

25x2,4 20,2 100 1,39 110x10 90 6 21,18

32x3,0 26 6 2,13 110x10 90 12 21,18

32x3,0 26 50 2,17 110x10 90 50 21,18

32x3,0 26 100 2,17 110x10 90 100 21,18

40x3,7 32,6 6 3,44 125x11,4 102,2 6 27,5

40x3,7 32,6 50 3,51 125x11,4 102,2 12 27,5

40x3,7 32,6 100 3,51 125x11,4 102,2 50 27,5

50x4,6 40,8 6 5,31 125x11,4 102,2 100 27,5

50x4,6 40,8 50 5,41 160x14,6 130,8 6 44,95

50x4,6 40,8 100 5,41 160x14,6 130,8 12 44,95

63x5,8 51,4 6 8,33 200x18,2 163,6 12 70,09

63x5,8 51,4 50 8,48 250x14,8 220,4 12 79,86

63x5,8 51,4 100 8,48 280x16,6 246,8 12 98,64

75x6,8 61,4 6 9,9 315x18,7 277,6 12 126,32

75x6,8 61,4 12 9,9 355x21,1 312,8 12 159,12

75x6,8 61,4 50 9,9 400x23,7 352,6 12 203,28

75x6,8 61,4 100 9,9 450x26,7 396,6 12 254,86

90x8,2 73,6 6 14,28 500x29,7 440,6 12 317,99

Tabel2: Technische gegevens van HDPE-buizen (Dyka)


3 Leidingskarakteristiek

3.1 Wrijvingsverliezen

Om, tijdens het bepalen van de leidingskarakteristieken, gemakkelijk de leidingen te

kunnen benoemen, voeren we een nummering in als volgt:

Van pompstation tot 9,50m TAW: leiding 1

Van 9,50 TAW tot 40m TAW (watertoren 1): leiding 2

Van 9,50 TAW tot 42m TAW (watertoren 2): leiding 3

Uitgaande van de leidingskarakteristieken van de verschillende leidingen zullen we

proberen via een combinatie van serie- en parallelschakeling te komen tot de

karakteristiek van het geheel. Om het ladingsverlies h over een leiding te kennen in

functie van het debiet Q, moeten we onderstaande formule gebruiken om de invloed

van de wrijving op het ladingsverlies in rekening te brengen:

2

iiiiQLKh

waarbij L de lengte van de leiding voorstelt en K berekend wordt volgens de formule

van Darcy-Weissbach:

ii

iDAg

K2

2

met A de dwarssectie, D de diameter en =0,016 de verliescoëfficiënt van de

leidingen.

Voor iedere leiding tellen we daar nog de opvoerhoogte bij:

Voor leiding 1: van het gemiddeld peil van het reinwaterbekken tot 9,5m TAW

= 9,5m – (6+1)/2m = 6m

Voor leiding 2: van 9,5m tot 40m TAW = 40m - 9,5m = 30,5m

Voor leiding 3: van 9,5m tot 42m TAW = 42m - 9,5m = 32,5m

Alles werd uitgerekend in EXCEL en de corresponderende waarden zijn

weergegeven in onderstaande tabel:

leiding g (m/s²) D (m) A= D²/4 (m²) A² (m4) K

1 0.016 9.81 0.2204 0.0382 0.00146 2.542

2 0.016 9.81 0.1308 0.0134 0.000181 34.530

3 0.016 9.81 0.1308 0.0134 0.000181 34.530 Tabel 3: Bepaling van K


3.2 Leidingskarakteristiek

leiding K L (m) Q (m³/s) Q² (m6/s²) H m H

1 2.5420 1900 0.0342 0.0012 5.6459 11.646

2 34.53047 35 0.0171 0.00029 0.3532 30.853

3 34.53047 713 0.0171 0.000292 7.195 39.695

Tabel 4: Bepaling van de opvoerhoogte voor de gevraagde debieten

Via EXCEL hebben we de leidingskarakteristiek bepaald. Daarvoor gaan we als volgt

te werk. We bepalen de leidingskarakteristiek van leiding 1, 2 en 3 afzonderlijk.

Aangezien we te maken hebben met een serie- en parallelschakeling moeten we de

leidingskarakteristieken optellen. Leiding 2 en 3 staan parallel ten opzichte van

elkaar, terwijl de resultante van 2 en 3 dan weer in serie staat met leiding 1. Parallel

betekent dat we de leidingskarakteristieken horizontaal optellen, bij serie gebeurt de

optelling verticaal. In ons geval betekent dit concreet dat we de karakteristieken van

leiding 2 en 3 horizontaal optellen en de resulterende karakteristiek vervolgens

verticaal optellen met de karakteristiek van leiding 1. Dit levert ons onderstaand

resultaat:

Figuur 2: Leidingskarakteristieken


Er valt op te merken dat de cyaankleurige lijn eerst de curve van leiding 2 volgt om

vervolgens een knik te vertonen. Deze knik is ook te zien in de resultante van de 3

leidingen. De knik is niet echt uitgesproken omwille van het vlak verloop van

leidingskarakteristiek 2. Het ontwerppunt moet rechts gelegen zijn van het knikpunt,

zoniet betekent dit dat er geen water vloeit in leiding 3 en alles via leiding 2 stroomt.

In onderstaande grafiek hebben we het werkingspunt bepaald aan de hand van een

fictieve pompkarakteristiek.

Figuur 3: Leidingskarakteristieken + pompcurve

Die pompcurve bepalen we aan de hand van het ontwerpdebiet met bijhorende

opvoerhoogte. We bepalen de snijpunten met de assen door 1,33 maal de

opvoerhoogte uit te rekenen en twee maal het ontwerpdebiet te nemen. Dit geeft

onderstaande waarden voor de situatie ‟s nachts. Hetzelfde kan nogmaals uitgevoerd

worden voor de situatie overdag. Het enige verschil is de ligging van het

werkingspunt ten gevolge van een andere pompcurve. Het punt zal naar linksonder

verschuiven (voor bepaling ontwerpdebiet en opvoerhoogte, zie verder):

opvoerhoogte h (m) debiet (m³/s) 56,284 0

42,319 0,0342

0 0,0684

Tabel 5: Bepaling punten pompcurve


Het werkingspunt is het snijpunt van de pompcurve met de resulterende

leidingskarakteristiek, hier aangeduid met de letter P. Uitgaande van het

werkingspunt kunnen we de debieten bepalen die door elke leiding stromen.

P‟ is het debiet dat door leiding 1 stroomt. Er valt af te lezen op de grafiek dat

het debiet van leiding 2 gelijk is aan dat van leiding 1. Bijgevolg stroomt

geen(!) water door leiding 3. Er is namelijk geen snijpunt tussen de horizontale

door P‟ en leiding 3. De watertoren, gevoed door leiding 2, zal eerst gevuld

worden vooraleer de andere watertoren van water voorzien wordt. Deze

configuratie is dus niet aanvaardbaar.

Wij opteren voor een configuratie waarbij de ladingsverliezen in beide

leidingen een even groot aandeel in beslag nemen. Dit kunnen we praktisch

aanpakken door:

een verkleining van de leidingdiameters,

de installatie van een vlinderklep.

De aanpassing van de diameters is af te raden omwille van het feit dat de

snelheden onaanvaardbaar worden. Bovendien is dit een weinig dynamisch

systeem. Indien de capaciteit om één of andere reden moet verhoogd worden,

lukt dit moeilijk zonder diameteraanpassing.

De installatie van een vlinderklep biedt veel meer perspectieven. Een vlinderklep

kan de stroming geheel of gedeeltelijk afsluiten met een schijf die om haar

middellijn draait. Door draaiing over een hoek van 90° gaat de vlinderklep dus

van open naar dicht of omgekeerd. Vlinderkleppen dienen vooral als afsluiter,

maar kunnen ook als regelklep dienen. De bediening kan met de hand gebeuren

of automatisch: elektrisch of pneumatisch. Vlinderkleppen zijn vooral interessant

in grote leidingen, waar ze goedkoper zijn dan andere soorten kleppen.

Aangezien leiding 3 de grootste ladingsverliezen vertoont, zal deze

leidingskarakteristiek bepalend zijn. De leidingskarakteristiek ziet er dan als volgt

uit:


Figuur 4: Leidingskarakteristieken

3.3 Bepaling van de karakteristieken van de vlinderklep

Om er voor te zorgen dat er door de leidingen evenveel water stroomt en bijgevolg

de watertorens synchroon gevuld worden moeten we het ladingsverlies in leiding 2

artificieel opdrijven tot aan het ladingsverlies in leiding 3. Door de invoering van de

vlinderklep moeten we de formule voor het ladingsverlies voor leiding 2 als volgt

aanpassen:

22'

iiiiiQKQLKh

met ²2

1'

AgK

ς=plaatselijke ladingsverliescoëfficiënt

We bepalen het ladingsverlies die door de klep

veroorzaakt moet worden door het verschil te nemen

van het ladingsverlies in leiding 3 en 2. Uit dit verschil

kunnen we ς bepalen waarmee we de openingshoek

kunnen bepalen. Figuur5: Vlinderklep


We berekenen dit voor de situatie ‟s nachts (Q = 2

19,34 = 17,095 l/s). Analoog kan dit

voor de situatie overdag berekend worden. De enige parameter die hierbij gewijzigd

dient te worden, is het debiet:

8.8422m30.8528m-39.69499m23

hh

mQKi

8.8422'2

2

³

²28.8422

iiQ

Ag

107.3101428

(°) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 90

ς 0.24 0.52 0.9 1.54 2.51 3.91 6.22 10.8 18.7 32.6 58.8 118 256 751 Tabel 6: ς-waarden voor de vlinderklep

Figuur 6: Bepaling openingshoek vlinderklep

Via de vergelijking van de trendlijn kunnen we de exacte waarde van bepalen. Deze bedraagt 58,09161°.

Berekenen we dit vervolgens voor de situatie overdag (Q=2 l/s), dan bekomen we:

2.0936m30.5048m-32.59848m23

hh

mQKi

2.0936'2

2

³

²22.0936

iiQ

Ag

111,5328191

Na berekening via de trendlijn bekomen we dat de klep overdag een hoek van 45,6195° moet innemen.

BEPALEN OPENINGSHOEK VLINDERKLEP

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 200 400 600 800

ς

(°)


4 Pompconfiguratie

4.1 Werkingspunt: situatie ‘s nachts

‟s Nachts worden de torens gevuld, het totale pompdebiet bedraagt dan 34,19 l/s

(zie: 1 bepaling van het debiet).

Debiet:

Het is onmogelijk, en tevens onverstandig, om dit debiet te leveren door

een enkele pomp. We kiezen er voor om vier pompen(3+1reservepomp) in

parallel te schakelen:

Opvoerhoogte: Uit deel drie kunnen we de opvoerhoogte berekenen:

Leiding 1: H = 6,626 mWK

Leiding 2 + 3: H = 35,693 mWK

Leiding 1 + 2 + 3: H = 42,319 mWK

Werkingspunt: [ Q: 41,0 m³/h ; H: 42,319 mWK ]

4.2 Pompkeuze

De keuze van de pomp is gebaseerd op:

Benodigde debiet en druk aan de watertoren;

Drukverliezen als gevolg van hoogteverschillen;

Weerstandsverliezen in het leidingsnetwerk;

Het hoogste rendement op het berekende werkpunt.

Vervolgens raadplegen we de catalogus van GRUNDFOS om de bijhorende pomp te

configureren:


4.2.1 Voorstel 1: NB 40-200/206

Het type NB is een „multi purpose‟-pomp die

geschikt is voor een grote waaier aan toepassingen

die betrouwbare en rendabele resultaten levert.

De NB-pompen zijn eentraps centrifugaalpompen

met aszuiging en radiale uitgang.

Figuur7: NB 40-200/206

We merken op dat de pompcurve zorgt voor een nieuwe instelling van het

werkingspunt. Dit punt levert ons een (lichte) toename van de drukhoogte en het

debiet.

Let wel: De rode curve is een simulatie van een leidingskarakteristiek - met dezelfde

statische hoogte en werkingspunt - en stemt dus goed overeen met de werkelijke

leidingskarakteristiek.


Zoals af te lezen is op bovenstaande grafiek bedraagt het rendement:

4.2.2 Voorstel 2: CR45-3-2

Het type CR is een meertraps centrifugaalpomp. Eigenlijk bestaat

de pomp dus uit een serieschakeling van centrifugaalpompjes.

(zie nevenstaande figuur)

Het voordeel van deze pomp: de pomp is gemakkelijk te

installeren in een leiding (axiaal)

Nadeel van deze pomp: de pomp vereist een hogere NPSH dan

de eentraps centrifugaalpomp. Dit heeft echter geen belang in

ons geval, vanwege de overdruk in de aanzuigleiding.

Figuur8: CR 45-3-2


Het rendement van deze pomp bedraagt:

Ter controle kunnen we het rendement ook zelf berekenen als volgt:

We bekomen dus hetzelfde resultaat als de waarde die we aflezen op de grafiek.

4.2.3 Besluit:

Beide pomptypes voldoen aan het vereiste debiet en opvoerhoogte. De

voorkeur gaat echter uit naar het tweede pomptype, omwille van haar hoger

rendement.

De configuratie van de pompen bestaat uit een parallelschakeling van vier

pompen „CR 45-3-2‟, waarvan één reservepomp.

4.3 Werkingspunt: situatie overdag

Overdag zorgt een kleinere pomp voor een debiet van 4l/s.

Debiet:

Opvoerhoogte: Uit deel drie kunnen we de opvoerhoogte berekenen:


Leiding 1: H = 6,077 mWK

Leiding 2 + 3: H = 32,98 mWK

Leiding 1 + 2 + 3: H = 38,97 mWK

Werkingspunt: [ Q: 14,4 m³/h ; H: 38,97 mWK ]

4.4 Pompkeuze

Voor het bepalen van de ideale pomp bij dit werkingspunt

gaan we analoog te werk als in voorgaande:

Een pomp is hier genoeg om het nodige debiet overdag te

leveren.

Figuur9: pompcurve CR 15-4

Deze pomp komt bij de parallelschakeling van het pompstation.


5 Geleverde debieten bij aan- en afslagpeil

5.1 Bepaling debiet aanslagpeil: situatie ’s nachts

Het maximaal aanslagpeil bevindt zich op 6m TAW. Alle berekeningen werden

uitgevoerd voor het gemiddeld peil tussen aan- en afslagpeil, zijnde 3,5m TAW.

Bijgevolg ontstaat er een vermindering van de opvoerhoogte met 2,5m (6m-

2,5m). De resulterende leidingskarakteristiek van de leiding 1, 2 en 3 wordt

bijgevolg vertikaal naar onder verschoven over een afstand van 2,5m. We krijgen

dan een nieuw werkingspunt. Dit werkingspunt is bijgevolg ook 2,5m verschoven.

Uit onze grafiek, met weergave van de leidingskarakteristiek en pompcurve, halen

we de coördinaten van ons nieuw werkingspunt. De opvoerhoogte bedraagt nu

nog 42m en het bijhorend debiet 54,8m³/h.

Figuur 10: Pompcurve „s nachts


5.2 Bepaling debiet aanslagpeil: situatie overdag

De verschuiving van de leidingskarakteristiek verandert niet t.o.v. de situatie ‟s

nachts. Enkel de grafiek ter bepaling van het werkingspunt ziet er anders uit. We

hebben een andere pompcurve en bijgevolg een ander werkingspunt. Het debiet ligt

hier ook veel lager dan bij de situatie ‟s nachts.

Figuur 11: Pompcurve overdag

Uit de grafiek halen we de nieuwe waarden voor het werkingspunt:

opvoerhoogte 37m corresponderend met een debiet van 20,8 m³/h.


5.3 Bepaling debiet afslagpeil: situatie ’s nachts

Het minimaal aanslagpeil bedraagt 1m TAW. De opvoerhoogte zal nu toenemen

met een waarde van 2,5m. De leidingskarakteristiek moet nu over een hoogte van

2,5m naar boven verschoven worden. Het werkingspunt is 2,5m naar boven

verschoven. Bijgevolg stijgt de opvoerhoogte en zal het debiet dalen. We gaan op

dezelfde manier te werk voor de bepaling van de coördinaten van het

werkingspunt als hierboven beschreven. De nieuwe opvoerhoogte en debieten

bedragen respectievelijk 47m en 49m³/h.

Figuur 12: Pompcurve „s nachts


5.4 Bepaling debiet afslagpeil: situatie overdag

De verschuiving van de leidingskarakteristiek zal in deze situatie eveneens 2,5m

verticaal naar boven bedragen. De pompcurve behoudt zijn vorm. Het nieuwe

werkingspunt heeft een opvoerhoogte van 42m en een debiet van 18,8m³/h.

Figuur 13: Pompcurve overdag


6 Beveiliging tegen waterslag

Omwille van de relatief lange leidingen en grote opvoerhoogtes, of m.a.w. hoge

drukken, bestaat er gevaar voor waterslag. Een aantal mogelijke oplossingen worden

hieronder vergeleken:

6.1 Alternatieven

Het plaatsen van vliegwielen op de pompen

nadeel: - Geen oplossing wanneer een pomprotor blokkeert

-5 pompen en dus 5 vliegwielen is vrij duur

Luchtinlaatkleppen en overdukkleppen

nadeel: -Het is niet gewenst dat bij onderdruk lucht in de leidingen komt

Windketel (bufferschacht)

nadeel: -Vrij duur

-Wordt meestal toegepast voor grotere leidingssystemen (> 3000 à

5000 m).

Sturing van de pompen en afsluiters

nadeel: -Bij stroompanne valt de pomp uit en werkt de sturing niet meer.

Bypass met terugslagklep

nadeel: -Enkel te gebruiken bij positieve, of kleine negatieve aanzuighoogte

-Opletten voor de teruggekaatste drukgolf!

6.2 Vergelijking

De windketel is een veelgebruikt middel tegen waterslag bij grote leidingsnetwerken.

In ons geval is de totale leidinglengte te beperkt om dit systeem als oplossing te

verkiezen. Bovendien is hij tamelijk duur in aanschaf en onderhoud.

De elektronische sturing daarentegen is een goed alternatief maar dit alleen is niet

voldoende (bij bvb. stroompanne). De bypass met terugslagklep tenslotte is ook een

goede oplossing, want we hebben een positieve aanzuighoogte en bovendien is er

geen gevaar voor terugkaatsing van de drukgolf.

We opteren dus voor een bypass met terugslagklep, gecombineerd met een

elektronische sturing van de pompen.


Dimensionering van het aanzuigreservoir

1) Aanzuigleiding CR45-3-2

We ontwerpen onze leiding zodat de snelheid de maximale waarde van 1m/s nooit

overschrijdt. Het maximale debiet (werkingspunt, zie grafiek) bedraagt 51,4m³/h.

Indien de diameter kleiner wordt dan deze berekende waarde is de snelheid te hoog,

dus nemen we een commerciële diameter die net hoger is.(Tabel2):

2) Aanzuigleiding pomp CR 15-4 (kleine pomp)

Op analoge wijze dimensioneren we de aanzuigleiding voor de kleine pomp:

Dit correspondeert met een leidingdiameter van (zie Tabel2):


3) Aanzuigreservoir

De aanvoer in het aanzuigreservoir is variabel tussen 10 en 25 l/s. Wij opteren om

via een debietbepalende regelklep te zorgen voor een constante input van 19,4 l/s.

Deze waarde is exact gelijk aan het gemiddeld verbruik. Op die manier creëren we

de meest economische oplossing.

Overdag wordt er meer aangevoerd dan verbruikt en tijdens de nacht treedt het

omgekeerde op. Uit deze redenering kunnen we dan de nodige buffercapaciteit

berekenen.

Verlies ‟s nachts: 34,19 l/s – 19,085 l/s = 15,105 l/s = 652m³

Winst overdag = 19,085 l/s – 4 l/s = 15,085 l/s = 652m³

We dimensioneren dus zodanig dat hetgene wat overdag gestockeerd wordt, ‟s

nachts verpompt wordt. We hebben daarbij nood aan een buffer van 652m³. We

zullen een veiligheidsmarge nemen van om en bij de 10% en zo komen we tot een

volume van 720m³. Dit volume moet over een hoogte van 5m (verschil aan- en

afslagpeil) verdeeld worden. Het grondvlak van het aanzuigreservoir moet bijgevolg

gelijk zijn aan:

We opteren voor een vierkant van 12m x 12m.

De hoogte van het reinwaterbekken bepalen we als volgt:

De hoogte tussen het afslag- en aanslagpeil.

Wegens technische opleggingen moet er altijd een waterhoogte van anderhalve

keer de diameter van de zuigleiding boven de bovenkant van de leiding bevinden.

Tellen we daar de diameter van de buis bij, komen we tot een hoogte van 2,5 D

vanaf de bodem gelegen. Maar om het sediment niet op te zuigen in de

pompinstallatie, voorzien we nog een extra hoogte van D/2 tussen de onderkant

van de zuigleiding en de bodem.

Uiteindelijk komt er een hoogte gelijk aan 3 keer D bij. De diameter van de

grootste zuigleiding bedraagt 0,1636m. De bijkomende hoogte is 0,4908m. Dit

zorgt voor een totaal van 5,4908m wat, omwille van constructieve redenen,

afgerond wordt tot 5,5m. De pompen worden mooi verdeeld over de volledige

breedte van het aanzuigreservoir zodat ze elkaar niet beïnvloeden.


Onderstaande figuren verduidelijken de omvang van het aanzuigreservoir

enerzijds en het pompstation anderzijds.

Figuur 14: Zijaanzicht aanzuigreservoir

Figuur 15: Bovenaanzicht aanzuigreservoir

Waterdistributie en afvoer -...

Documents

Transcript of Waterdistributie en afvoer -...