1.6. CRPNE STANICE
Crpna stanica je gra đ evina evina s pripadnom elektrostrojarskom opremom, kojom kojom se voda voda crp crp podiže podiže (pot (potisk iskuje uje)) na tlač nu nu visinu potrebnu za osiguranje zahtijevane raspodjele vode potroša č ima. ima.
Crpne se stanice koriste ako izvorište nema energijskog potencijala u odnosu na vodoopskrbno područ je, ili je raspoloživi nedovoljan, pa ga treba postići (osigurati) na umjetni način. Sukladno Sukladno slikama slikama 1.2::03 1.2::03 do 1.2::05 1.2::05 oloža cr nih stanic stanica a i n ihova izvedba izvedba su su između ostalo ostalo a diktirani položajem i kapacitetom vodozahvata, položajem vodoopskrbnog podru č ja i vodospreme (vodotornja), mogućnostima proširenja vodoopskrbnog sustava te imovinsko - pravnim odnosima. ,
.
,
(1) crpke (crpni agregati), , (3) strojarnica, (4) komandna prostorija. Crpne stanice u pravilu sadrže i opremu za eliminiranje i ublažavanje vodnog udara. 1
1.6.1. CRPKE
Crpke su osnovni element crpne stanice, kojima je podre đena njena cjelokupna konfiguracija i konstrukcija. Crpka, odgovarajućeg kapaciteta i visine dizanja, s pogonskim strojem (u pravilu elektromotorom) određene sna e i ostol ostol em, za edno edno čine cr ni a re at . U vodoop vodoopskr skrbi bi se uglavn uglavnom om korist koriste e centrifuga koje rade rade na princi principu pu transm transmisi isije je centrifugalne lne crpke crpke, koje centrifugalne sile na masu vode u energiju njenog strujanja (dizanja) kroz cjevovod. Kapaciteti centrifugalnih crpki su od nekoliko do više stotina litara u sekundi, s visinom dizanja tako đer do ne o o stot stot na metara metara.. Podjela centrifugalnih crpki mogu ća je po različitim kriterijima, kao npr. prema: (i) broju okretnih kola: jednostupanjske i višestupanjske, višestupanjske, (ii) priključku usisne cijevi: radijalne, radijalne, aksijalne i mješovite, mješovite, (iii) položaju elektromotora: u suhom (suhe izvedbe) izvedbe) i u mokrom (mokre izvedbe, izvedbe, potopljene, potopljene, uron ene ili odvodne , (iv) položaju osi crpke: horizontalne i vertikalne, vertikalne, (v) visini dizanja dizanja vode, H [m]: niskotlač ne, ne, H < 80 [m], srednjetlač ne, ne, 80 < H < 200 [m] i v so o a ne,
>
m. 2
Neke od spomenutih vrsta i načina ugradnje centrifugalnih crpki prikazani su na slici 1.6::01.
Slika 1.6::01 Dijelovi crpne stanice s vrstama centrifugalnih crpki i nač inima ugradnje (a) vertikalna crpka suhe izvedbe; (b) vertikalna crpka mokre izvedbe; (c) horizontalna radijalna crpka suhe izvedbe;
1 – crpka; 2 – crpni spremnik; 3 – strojarnica; 4 – komandna prostorija
U biti, proračun crpke (ili crpki) svodi se na definiranje snage elektromotora, kojime se masa vode s jedne točke (npr. izvorišta) crpi i potiskuje na drugu (npr. vodospremu). Izraz za snagu, P [kW], na os crpke proizlazi iz energije potrebne za obavljanje odre đenoga rada u jedinici vremena i savladavanje unutarnjih otpora crpke. Ako se radi o vodi ( ρ = 1000 [kg m-3]),
3
=
9.81 H
1.6-01
η
gdje su: Q
- protok (količina crpljenja), [m3 s-1],
H man - manometarska visina dizanja (vode), [m], η
- koeficijent korisnog djelovanja crpke, [1].
Gornji izraz daje teoretsku snagu crpke. Za savladavanje tromosti sistema (polazni otpori) potrebno je još oko 15 [%] rezervne snage. Iznos rezerve ovisi, kako o veli čini sistema, tako i od uvjeta rada. Snaga crpke koja uklju čuje i rezervnu snagu, naziva se instalirana snaga crpke, P i . (1) Protok , odnosno koli čina crpljenja, Q, ovisi s jedne strane o potrebnim količinama vode, a s ruge strane o re mu ra a crp , o nosno tra an u crp en a. Iz dosadašnjih se analiza vodoopskrbnih sustava, slike 1.2::03 do 1.2::04, uo čavaju dva osnovna položaja crpnih stanica prema ostalim gra đevinama u vodoopskrbnom sustavu. (a) crpne stanice s izravnim potiskivanjem vode (glavnim dovodnim cjevovodom) od vodozahvata do vodospreme, slika 1.2::04(d) do (f), ili s potiskivanjem vode (glavnim dovodno – opskrbnim cjevovodom) u razdjelnu mrežu i/ili vodospremu, slika 1.2:: 04(a) do (c). crpne stan ce s zravn m pot s van em vo e u g avn ops r n c evovo slika 1.2::03.
raz e nu mre u, 4
Ako u vodoopskrbnom sustavu postoji i uređaj za kondicioniranje vode, tada se u prvom slu čaju , od uređaja do vodospreme, ili od uređaja u glavni dovodno – opskrbni cjevovod, a posredstvom njega i u vodospremu. U drugom slučaju voda se također najprije potiskuje do uređaja za kondicioniranje vode, a potom u glavni opskrbni cjevovod i razdjelnu mrežu.
Prema tome, u prvom će slučaju količina crpljenja iznositi: Q=
. -
max
t p
a u drugom, u satu najveće potrošnje: (1.6-03)
Q = qmax
gdje su: Qmax - najveća dnevna potrošnja vode, [m3 d-1], qmax - najveća satna potrošnja vode, [m 3 s-1], t p
- vrijeme crpljenja [s d-1].
Vrijeme crpljenja je kod proračuna crpnih stanica vrlo značajan ekonomski faktor, za koji treba nastojati da ne prijeđe ukupno 16 [h] dnevno, a samo iznimno 20 [h] dnevno.
5
(2) Manometarska visina dizanja, H man, je visina koju crpka treba savladati da bi se voda mogla prepumpavati, slika 1.6::02.
Slika 1.6::02 Definicijska shema manometarske visine dizanja 6
Definirana je izrazom: 2
H man = H st ,us + Δ H us + H st ,tl + Δ H tl +
vtl
(1.6-04)
2g
d e su: H st,us
- usisna stati č ka visina dizanja, [m], jednaka geodetskoj visinskoj razlici izme đu najniže razine vode u crpnom bazenu (vodozahvatu) i osi crpke,
ΔH us
- hidraulički gubici (linijski i lokalni) zbog tečenja vode kroz usisnu cijev, [m],
H st,tl
- tlač na stati čk a visina dizanja, [m], jednaka geodetskoj visinskoj razlici izme đu osi crpke i najviše razine vode u vodospremi,
ΔH tl
- hidraulički gubici (linijski i lokalni) zbog tečenja vode kroz tlačni cjevovod, [m],
v tl
- brzina vode u tlačnom cjevovodu, [m s-1],
g
- ubrzanje polja sile teže, [m s-2].
Zbroj usisne statičke i tlačne statičke visine dizanja naziva se stati čk a visina dizanja, H st , dakle: H st = H st ,us + H st ,tl
(1.6-05) Hidraulički gubici, ΔH us, definirani su izrazom: m
Δ H us = Δ H lin ,us + ∑ ΔH lok ,us
. -
i =1
7
a hidraulički gubici, ΔH tl , izrazom: m
Δ H tl = Δ H lin ,tl + ∑ ΔH lok ,tl
(1.6-07)
i =1
d e e m 1 bro m esta lokalnih ubitaka na usisno ci evi i tlačnom c evovodu. Uz ove, pojedine oznake sa slike 1.6::02 i maju slijedeće značenje: v us - brzina vode u usisnoj cijevi, [m s - ], Lst - duljina usisne cijevi, [m], Ltl - duljina tlačnog cjevovoda, [m], Dst - unutarnji promjer usisne cijevi, [mm], Dtl - unutarnji promjer tlačnog cjevovoda, [mm]. Pošto je najčešće: Dus = Dtl ⇒ vus = vtl
(1.6-08)
U praktičnim se problemima obično izostavljaju lokalni gubici u tla čnom cjevovodu, zbog njihovog neznatnog doprinosa manometarskoj visini dizanja.
8
Isto tako, ne treba smetnuti s uma da e zbo pojave kavitacije praktički potrebno osigurati:
eliminaci e diskontinuiteta toka u usisno ci evi i
2
H st ,us + Δ H us +
vus 2g
≤7
[m]
(1.6-09)
U prethodnim je analizama potisni cjevovod od crpne stanice do rezervoara nazvan tla čnim. To je učinjeno stoga što se u inženjerskoj praksi potisni cjevovodi češće nazivaju tlačnima, dakle, prema načinu a ne rema uzroku tečen a er e za razliku od ravitaci skih kod otisnih sustava tečen e uvijek pod tlakom. Radi toga se i ovdje priklonilo, za praksu uobičajenijem, načinu imenovanja i označavanja Kod veće duljine, naročito tlačnog cjevovoda, njegov unutarnji promjer je bitna ekonomska a egor a, o pro z az na az ana ze ro ova zgra n e o r avan a pogona crpnog s s ema. Za praktične potrebe može se kod preliminarnih analiza uzeti da je ekonomičan promjer, D [mm]: D = K
Q
1.6-10 .
3 -1 gdje je K p [1] koeficijent ovisan o trajanju crpljenja, t p, a Q količina crpljenja u [m s ]. Orijentacijski se obično uzima K p = 1.50.
9
(3) Koeficijent korisnog djelovanja, η, je promjenljiva veličina za pojedine odnose Q i H man crpnih , . , . Naime, svaki agregat ima svoje unutarnje gubitke uslijed trenja, tako da se uvijek unijeta energija ne iskoristi 100 [%], već reducirano na koeficijent korisnog djelovanja, η. max .
Slika 1.6::03 Odnos Q – H, Q – P i Q – η –
,
–
–
.
. 10
Osim ovih krivulja, kod analize rada crpki često je od interesa i krivulja crpnog sustava. Ova se krivulja dobije računanjem manometarske visine dizanja za razli čite protoke, slika 1.6::04. Njeno je ishodište u statičkoj visini dizanja, H st , za protok Q = 0. Ako se na isti graf nacrta i Q – H krivulja crpke, dobije se sjecište ovih dviju krivulja. Točka sjecišta .
Slika 1.6::04 Krivulja crpnog sustava i radna toč ka
11
Kod projektiranja crpnih stanica izbor crpki provodi se iz proizvodnih kataloga na temelju karakteristika crpki, tj. Q – H , Q – P i Q – η krivulja, budući da su svi crpni agregati tipizirani. Jedan takav dijagram karakteristika podvodnih crpki, primjerenih za crpljenje vode iz bušenih zdenaca, prikazan je na slici 1.6::05. S ovoga dijagrama možemo očitati da je npr. za količinu crpljenja Q = 30 [l s-1], i manometarsku visinu dizanja H man = 50 [m], potrebna crpka tipa PC 125 – 2 ili dvije crpke (svaka za Q = 15 [l s-1]) tipa PC 100 – 5 , spojene u paralelnom radu.
Slika 1.6::05 Dijagram karakteristika podvodnih crpki
12
Kod izbora veličine i broja crpki treba respektirati činjenicu da je u pogonskom pogledu sigurnije, , , . pristup naročito opravdan za slučaj fazne izgradnje vodoopskrbnog sustava, kada po četne potrebe za vodom, u odnosu na kona čne, iznose samo dio. I kod najmanjih pogona uvijek predvi đamo barem dvije crpke istih karakteristika, od kojih je jedna radna a jedna rezervna.
1.6.2. CRPNI SPREMNIK STROJARNICA I KOMANDNA PROSTORIJA
(1) Crpni spremnik je prostor koji služi za sakupljanje i zadržavanje (retenciju) vode koja se prepumpava, slike 1.5::02 i 1.6::01. Veličina mu bitno ovisi o režimu rada crpki i dotoka, pa se . međusobno odvojenih, kako bi se omogu ćila revizija i popravci bez prekida rada crpki. Voda u crpni spremnik ulazi kroz jedan ili više otvora (dovoda), direktno ili kroz rešetke i mreže. Na otvorima treba također postaviti zasune kako bi se crpni spremnik mogao povremeno prazniti. Kod crpnih stanica s uronjenim crpkama, slika 1.6::01(b), prostor crpnog spremnika treba prilagoditi i gabaritima crpki. U sluča u cr ki suhe izvedbe, u cr nom s remniku se ostavl a očetak usisne ci evi o skrbl ene usisnom košarom, slika 1.6::01(a), (c) i (d). Crpni spremnik mora imati otvor i elemente za komunikaciju (reviziju), ventilacijski otvor i preljev koji se aktivira kod visine punjenja koja prelazi dopuštenu. Tako đer, dno crpnog spremnika se zvo u pa u o na n e o e o e g e se ra pra n en a spremn a zvo mu n spus . 13
(2) Strojarnica služi za smještaj crpnih agregata, kontrolnih instrumenata, krajeva usisnih cijevi i spajanja crpnih agregata u jedinstveni tla čni sustav), te druge opreme. Strojarnica mora biti izvedena s odgovaraju ćim otvorima za komunikaciju, održavanje, montažu i demontažu opreme. U slučaju teške opreme postavlja se i dizalica. I unutar ovog prostora treba osigurati ventilaciju, a po potrebi i grijanje. Kod manjih crpnih stanica s uronjenim crpkama, slika 1.6::01(b), strojarnice uopće nema. oman na pros or a e pros or o sa r po re nu e e rons u opremu za au oma s o upravljanje crpnim agregatima, odnosno radom crpne stanice. Automatski rad se sastoji u ukapčanju i iskapčanju crpki sukladno njihovom režimu rada. Pored ovoga, automatika obuhva ća i jednoliko radno opterećenje svih crpki, uključujući i rezervne. ▪▪▪
, elektrodistribucijskog poduzeća, pa se često uz crpnu stanicu (naročito za crpne stanice velikog instaliranog kapaciteta) izvodi i transformatorska stanica.
14
▪ ▪ ▪
og startan a mogu nost ontro ranog ne ontro ranog zaustav an a pogona e nog sv crpnih agregata, promjene opterećenja, te brzog zatvaranja cjevovoda, kod crpnih se stanica može javiti vodni udar . Zato crpne stanice naj češće sadrže i opremu za zaštitu od vodnog udara. U na čelu, proračun vodnog udara radi se za slu čajeve kada je duljina tlačnog cjevovoda ve ća od m , a v s na zan a o m. o se u a e potre n m, za t ta o vo nog u ara se o no provodi ugradnjom: 1
ovratno ventila ko i se s ori e zatvara, tako da dio ovratne vode ro ušta kroz cr ku nazad,
u crpni spremnik, (2) obilaznog cjevovoda s kontrolnom zapornicom koja se otvara kad tlak poraste iznad dopuštenog, također propuštajući vodu natrag, u crpni spremnik, (3) zrač nog kotla koji ima zadatak (a) da kompenzira smanjenje tlaka u cjevovodu, odnosno da sprečava prekidanje vodnog stupca kada se udarni val rasprostire od crpke i (b) da amortizira udarni val kada se on rasprostire prema crpki, (4) vodne komore koja nadomješta vodu izgubljenu u gibanju i amortizira povratni udarni val. Primjena vodne komore dolazi u obzir ako za njen smještaj postoje povoljni visinski odnosi u okolini crpne stanice.
15
