Τ.Ε.Ι. ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ : ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ Τ.Ε. - ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ
ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε
ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ : ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε
ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
ΘΕΜΑ
: ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ ΥΔΡΕΥΣΗΣ ΔΗΜΟΤΙΚΗΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ ΛΥΔΙΑΣ ΔΗΙΜΟΥ ΚΑΒΑΛΑΣΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ :
ΑΝΑΓΝΩΣΤΟΥ ΧΡΙΣΤΙΝΑ Α.Ε.Μ. 5271
ΠΑΡΑΣΚΕΥΑ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ Α.Ε.Μ. 5494
Τουλάχιστον το 35% του
χάνεται στην Ελλάδα από τ^ δίκτυα ύδρευσης, κυρίως λόγω διαρροών.
Το νερό είναι ένα κοινωνιι^ά αγαθό, όμως η τιμή του είναι εξαιρετικά χαμηλή,-Έτσ^ φ ο ρ ές ο ι Δή μ ο ι δεν α φ ο ύ τίΤκοστοι^ -Α βί^ ίχίίΐ μ ε γ α λ ό τ β # ι^ ^ π ^ ^ Ι||^ ^ ^ '.
ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΠΑΝΑΓΙΩΤΙΔΗΣ ΘΕΟΛΟΓΟΣ
Κ Α Β Α Λ Α
Μ Α Ι Ο Σ 2 0 1 5
ΕΙΣΑΓΩΓΗ...11
ABSTRACT...11
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ... 12
ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ... 12
1.1 ΑΡΙΘΜΟΣ REYNOLDS... 12
1.2 ΕΞΙΣΩΣΗ BERNOULLI...12
1.3 ΣΤΡΩΤΗ ΡΟ Η ... 1 4 1 .4 ΤΥΡΒΩΔΗ ΡΟΗ... 15
1.5 ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΚΛΙΣΗ...1 6
1.6 ΓΡΑΜΜΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ...1 6
1.7 ΤΥΠΟΙ ΒΑΛΒΙΔΩΝ...1 7
1.8 ΥΔΡΑΥΛΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ... 2 4
1.9 ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΠΟ ΥΔΡΑΥΛΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ...2 5
1 .9 .1 ΒΟΛΑΝ... 2 6
1.9 .2 ΔΟΧΕΙΑ Α ΕΡΑ ... 2 6
1.9 .3 ΠΥΡΓΟΣ ΑΝΑΠΑΛΣΕΩΣ... 2 7
1 .9 .4 ΒΑΛΒΙΔΕΣ ΑΝΤΕΠΙΣΤΡΟΦΗΣ... 2 7
1 .9 .5 ΒΑΛΒΙΔΕΣ ΕΛΕΓΧΟΥ...2 8
1 .9 .6 ΒΑΛΒΙΔΕΣ ΕΠΙΒΡΑΔΥΝΣΗΣ ΚΥΜΑΤΟΣ... 2 9
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ... 3 0
ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΣΩΛΗΝΩΣΕΩΝ... 3 0
2.1 Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΚΟΛΛΗΣΗΣ...3 0
2.2 ΤΥΠΟΙ ΑΣΤΟΧΙΩΝ ΣΕ ΣΩΛΗΝΕΣ ΝΕΡΟΥ ΑΠΟ ΠΟΛΥΑΙΘΥΛΕΝΙΟ... 32
2.3 ΜΟΛΥΝΣΗ ΣΕ ΣΥΝΔΕΣΜΟ ΠΟΛΥΑΙΘΥΛΕΝΙΟΥ...3 6
2 .4 ΕΙΔΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΣΤΗΝ ΚΟΛΛΗΣΗ... 3 9
2.5 ΠΙΕΣΗ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΚΟΛΛΗΣΗ... 4 0
2 .6 ΠΙΕΣΗ ΟΠΙΣΘΕΛΚΟΥΣΑΣ... 4 1
2 .7 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΤΗ ΞΗ Σ... 4 1
2 .8 ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΣΩΛΗΝΑ... 4 1
2 .9 ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ΑΚΡΟΥ ΤΟΥ ΣΩΛΗΝΑ ΚΟΠΗ ΚΑΙ ΜΟΛΥΝΣΗ 4 2
2 .1 0 ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΙΣΗ ΣΩΛΗΝΩΝ... 4 2
2 .1 1 ΧΡΟΝΟΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ... 4 3
2 .1 2 ΧΡΟΝΟΣ ΠΑΡΑΜΟΝΗΣ... 4 4
2 .1 3 ΔΙΑΣΦΑΛΙΣΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΈΛΕΓΧΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ... 4 4
2 .1 4 ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΚΟΛΛΗΣΗ...4 4
2 .1 5 ΕΠΙΘΕΩΡΗΣΗ ΡΑ Φ Η Σ... 4 5
2 .1 6 ΔΟΚΙΜΗ ΛΥΓΙΣΜΟΥ... 4 6
2 .1 7 ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΈΛΕΓΧΟΙ...4 7
2 .1 8 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ... 4 8
11
2 .1 9 ΗΛΕΚΤΡΟΣΥΝΤΗΞΗ... 4 8
2 .2 0 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...52
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ... 53
ΒΑΛΒΙΔΑ ΠΡΟΣΣΑΣΙΑΣ ΑΠΟ ΤΔΡΑΤΛΙΚΟ ΠΛΗΓΜΑ...53
3.1 ΓΕΝΙΚΑ... 53
3.2 ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ... 55
3.3 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ...55
3 .4 ΚΥΡΙΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ... 5 6 3.5 ΑΠΟΔΟΣΕΙΣ...5 6 3 .6 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ... 5 8 3 .7 ΕΠΙΔΟΣΗ ΕΚΡΟΗΣ...5 9 3 .8 ΡΥΘΜΙΣΗ... 5 9 3 .9 ΠΕΡΙΟΧΗ ΡΥΘΜΙΣΗΣ...5 9 3 .1 0 ΤΕΛΙΚΗ ΔΟΚΙΜ Η... 6 0 3 .1 1 ΠΑΡΑΓΓΕΛΙΑ... 6 1 3 .1 2 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ... 6 1 3 .1 3 ΣΥΝΤΗΡΗ ΣΗ... 62
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ... 63
ΤΥΠΟΙ ΣΩΛΗΝΩΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΟΧΗ ΝΕΡΟΥ... 63
4 .1 ΣΩΛΗΝΕΣ ΑΠΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ...63
4 .2 ΣΩΛΗΝΕΣ ΑΠΟ ΕΛΑΤΟ ΣΙΔΗΡΟ... 6 5
4 .3 ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΣ ΣΩΛΗΝΑΣ ΑΠΟ FIBERGLASS... 6 7
4 .4 ΤΨΗΛΗΣ ΠΤΚΝΟΣΗΣΑΣ ΠΟΛΤΑΙΘΤΛΕΝΙΟ (H D P E )...6 9
4 .5 ΣΩΛΗΝΕΣ ΑΠΟ ΠΟΛΥΜΕΡΕΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ...7 1
4 .6 ΣΩΛΗΝΕΣ ΑΠΟ ΠΟΛΥΒΙΝΥΛΟΧΛΩΡΙΔΙΟ (PVC)... 72
4 .7 ΧΑΛΥΒΔΙΝΟΙ ΣΩΛΗΝΕΣ...73
4 .8 ΣΩΛΗΝΕΣ ΑΠΟ ΕΝΥΑΛΩΜΕΝΟ ΠΗΛΟ... 7 4
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ...7 6
5.1 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΑΝΤΛΙΩΝ...7 6
5.2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΑΝΤΛΙΩΝ ΑΚΤΙΝΙΚΗΣ ΡΟΗΣ... 7 8
5.3 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΑΝΤΛΙΩΝ ΘΕΤΙΚΗΣ ΕΚΤΟΠΙΣΕΩΣ...8 0
5 .4 ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ... 8 0
5 .4 .1 ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΑΚΤΙΝΙΚΗΣ Ρ Ο Η Σ ...8 1
5.4 .2 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΩΝ
ΑΝΤΛΙΩΝ ΑΚΤΙΝΙΚΗΣ ΡΟ Η Σ ...8 1
5.4 .3 ΕΙΔΗ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΑΝΤΛΙΩΝ ΑΚΤΙΝΙΚΗΣ ΡΟ Η Σ ... 8 4
5 .4 .4 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΤΥΠΟ ΤΗΣ ΦΤΕΡΩΤΗΣ...8 6
5 .4 .5 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΩΝ ΕΙΣΟΔΩΝ...8 9
5 .4 .6 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΩΝ ΦΤΕΡΩΤΩΝ...8 9
5 .4 .7 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΑΞΟΝΑ...8 9
5 .4 .8 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΑΝΑΡΡΟΦΗΣΗΣ...9 0
iv
5 .4 .9 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΤΡΟΠΟ ΠΟΥ ΑΝΟΙΓΕΙ ΤΟ ΚΕΛΥΦΟΣ...9 0
5 .4 .1 0 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΤΡΟΠΟ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΤΗΣ ΑΝΤΛΙΑΣ ΜΕ ΤΟΝ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ... 9 1
5 .4 .1 1 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΤΡΟΠΟ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ...9 2
5 .4 .1 2 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΕΙΔΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ... 9 2
5 .4 .1 3 ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΑΝΑΡΡΟΦΗΣΗΣ... 9 3
5.5 ΑΝΤΛΙΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΡΟΗΣ (AXIAL FLOW PU M PS)...9 5
5.6 ΑΝΤΛΙΕΣ ΜΙΚΤΗΣ ΡΟΗΣ...9 6
5.7 ΠΕΡΙΦΕΡΙΚΕΣ Η ΣΤΡΟΒΙΛΑΝΤΛΙΕΣ Η ΑΝΑΓΕΝΝΗΤΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ...9 7
5.8 ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΕΙΔΙΚΟΥ ΤΥ Π Ο Υ ... 9 8
5 .8 .1 ΕΓΦΥΤΗΡΕΣ (ΤΖΙΦΑΡΙΑ, JET EJECTORS)... 9 8
5.9 ΠΑΛΙΝΔΡΟΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ...1 0 1
5 .9 .1 ΑΝΤΛΙΕΣ ΜΕ ΠΙΣΤΟΝΙ (PISTON PU M PS)... 1 0 2
5.9 .2 ΑΝΤΛΙΕΣ ΑΜΕΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η ΙΠΠΑΡΙΑ (DIRECT ACTING PUMPS) 1 0 8
5.9 .3 ΑΝΤΛΙΕΣ ΜΕ ΒΥΘΙΖΟΜΕΝΟ ΕΜΒΟΛΟ (PLUNGER P U M P S )... 1 0 9
5 .9 .4 ΑΝΤΛΙΕΣ ΜΕ ΔΙΑΦΡΑΓΜΑ (DIAPHRAGM PU M PS)... 1 0 9
5 .1 0 ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΕΚΤΟΠΙΣΕΩΣ...1 1 1
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ...1 1 2
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΙΚΤΥΟΥ...1 1 2
6.1 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΑΦΡΟΥ... 1 1 2
6.2 ΣΤΕΝΗ ΤΑΦΡΟΣ ΜΗ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΜΕΝΩΝ, ΚΑΘΕΤΩΝ ΤΟΙΧΩΜΑΤΩΝ113
6.3 ΕΥΡΕΙΑ ΤΑΦΡΟΣ...1 1 3
6 .4 ΤΑΦΡΟΣ ΜΙΧΤΗΣ ΔΙΑΤΟΜΗΣ... 1 1 4
6.5 ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΜΕΝΗ ΤΑΦ ΡΟΣ... 1 1 4
6 .6 ΚΙΝΗΤΗ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΜΕΝΗ ΤΑΦΡΟΣ... 1 1 6
6 .7 ΒΑΘΟΣ ΤΗΣ Τ Α Φ ΡΟ Υ ... 1 1 7
6 .8 ΔΑΠΕΔΟ ΤΗΣ ΤΑΦΡΟΥ... 1 1 7
6 .9 ΥΛΙΚΑ ΕΜΠΕΔΩΣΗΣ...1 1 7
6 .1 0 ΣΥΜΠΙΕΣΗ... 1 2 1
6 .1 1 ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ... 1 2 3
6 .1 2 HAUNCHING... 1 2 4
6 .1 3 ΑΡΧΙΚΗ ΕΠΙΧΩΣΗ...1 2 5
6 .1 4 ΤΕΛΙΚΗ ΕΠΙΧΩΣΗ... 1 2 5
6 .1 5 ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗ ΣΩΛΗΝΩΝ... 1 2 6
6 .1 6 ΈΝΩΣΗ ΣΩΛΗΝΩΝ ΜΕ ΚΟΛΛΗΣΗ...1 2 9
6 .1 7 ΔΟΚΙΜΕΣ... 1 3 4
6 .1 8 ΠΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΓΡΑΜΜΗΣ... 1 3 5
6 .1 9 ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΗ ΔΟΚΙΜΗ ΠΙΕΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΡΡΟΗΣ...1 3 5
6 .2 0 ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ... 1 3 7
6 .2 0 .1 ΣΥΝΔΕΣΗ ΠΑΡΟΧΗΣ...1 3 7
VI
6 .2 0 .2 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ... 1 3 7
6 .2 0 .3 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ... 1 3 9
6 .2 0 .4 ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΔΕΣΜΟΥ...1 4 3
6 .2 0 .5 ΚΟΛΑΡΑ ΠΑΡΟΧΗΣ... 1 4 4
6 .2 0 .7 ΣΕΛΛΕΣ ΠΑΡΟΧΗΣ ΚΑΙ ΒΑΛΒΙΔΕΣ...1 4 7
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ... 1 5 3
ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ...1 5 3
7.1 ΛΥΔΙΑ ΚΑΒΑΛΑΣ... 1 5 3
7.2 ΤΟ ΙΕΡΟ ΒΑΠΤΙΣΤΗΡΙΟ ΤΗΣ ΑΓΙΑΣ ΛΥΔΙΑΣ...1 5 3
7.3 ΟΙ ΦΙΛΙΠΠΟΙ ΚΑΙ ΤΟ ΒΑΠΤΙΣΤΗΡΙΟ ΤΗΣ ΑΓΙΑΣ ΛΥΔΙΑΣ ΤΗΣ
ΦΙΛΙΠΠΙΣΙΑΣ ΣΗΜΕΡΑ...1 5 4
7 .4 ΤΟ ΑΡΧΑΙΟ ΘΕΑΤΡΟ ΤΩΝ ΦΙΛΙΠΠΩΝ...1 5 5
7.5 Ο ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΧΩΡΟΣ ΤΩΝ ΦΙΛΙΠΠΩΝ...1 5 6
7 .6 Η ΦΥΛΑΚΗ ΤΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΥ ΠΑΥΛΟΥ... 1 5 6
7 .7 Ο ΑΠ. ΠΑΥΛΟΣ ΣΤΟΥΣ ΦΙΛΙΠΠΟΥΣ...1 5 6
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ... 1 5 8
ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ...1 5 8
8 .1 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗΣ ΖΗΤΗΣΗΣ... 1 5 8
8.2 ΕΠΙΛΥΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ...1 6 2
8.3 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...1 6 6
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...1 7 4
Πίνακας εικόνων
Εικόνα 1 απεικόνιση στρωτής ροής www.physicsforums.com...14
Εικόνα 2 απεικόνιση τυρβώδους ροής en.wikipedia.org...15
Εικόνα 3 υδραυλική γραμμή σε αγωγό... 16
Εικόνα 4 σφαιροειδής βαλβίδα en.wikipedia.org/...17
Εικόνα 5 βαλβίδα πεταλούδα en.wikipedia.org/... 18
Εικόνα 6 βαλβίδα ελέγχου en.wikipedia.org/... 18
Εικόνα 7 βαλβίδα στραγγαλισμού www.petrolvalves.com...19
Εικόνα 9 βαλβίδα συρταρωτή en.wikipedia.org/...20
Εικόνα 10 globe valve τομή en.wikipedia.org...20
Εικόνα 11 globe valve en.wikipedia.org...21
Εικόνα 12 μαχαιρωτή βαλβίδα saudivalves.com...21
Εικόνα 13 βελονοειδής βαλβίδα www.valves.co.uk...22
Εικόνα 14 pinch valve news.directindustry.com...22
Εικόνα 15 Βαλβίδα εμβόλου advseal.com...23
Εικόνα 16 plug valve en.wikipedia.org/...23
Εικόνα 17 βαλβίδα ασφαλείας en.wikipedia.org...24
Εικόνα 18 δοχείο αέρα www.velcon.com...26
Εικόνα 19 πύργος αναπάλσεως...27
Εικόνα 20 βαλβίδες αντεπιστροφής...28
Εικόνα 21 βαλβίδα ελέγχου www.teco-inc.com...28
Εικόνα 22 βαλβίδα επιβράδυνσης κύματος www.cla-val.com...29
Εικόνα 23 συσκευή κόλλησης σωλήνων πολυαιθυλενίου...31
Εικόνα 24 ανάμιξη των μορίων κατά την διάρκεια της κόλλησης...31
Εικόνα 25 τύποι αστοχίας σωλήνων πολυαιθυλενίου...32
Εικόνα 26 ελατή αστοχία σωλήνα πολυαιθυλενίου από υδροστατική πίεση...33
Εικόνα 27 αλληλουχία η οποία οδηγεί σε θραύση...34
Εικόνα 28 ψαθυρή αστοχία σωλήνα πολυαιθυλενίου...35
Εικόνα 29 επιφάνεια ψαθυρής θραύσης...36
Εικόνα 30 καταστροφική αστοχία κόλλησης...38
Εικόνα 31 μέσα προστασίας για το σωλήνα...39
Εικόνα 32 αρχικό στάδιο ανάπτυξης ρωγμών σε σωλήνα...40
Εικόνα 33 ανάπτυξη ρωγμής από τάση λόγο μόλυνσης...42
Εικόνα 34 ψυχρή κόλληση σωλήνα πολυαιθυλενίου...43
Εικόνα 35 επιθεώρηση ραφής από κόλληση...45
Εικόνα 36 αστοχία σε κόλληση σωλήνα...46
Εικόνα 37 αποτελέσματα μιας λανθασμένης κόλλησης...49
Εικόνα 38 ξύστρα απόξεσης υλικού για σωλήνες πολυαιθυλενίου...50
Εικόνα 39 δοκιμή εφελκυσμού σε δείγμα κόλλησης από ηλεκτροσύντηξη...52
viii
Εικόνα 40 βαλβίδα για προστασία από υδραυλικό πλήγμα...53
Εικόνα 41 τομή βαλβίδας προστασίας υδραυλικού πλήγματος...54
Εικόνα 42 εκτόνωση υδραυλικού πλήγματος...56
Εικόνα 43 διαγγράμα απόδωσης της βαλβίδας...57
Εικόνα 44 καμπύλες λειτουργείας της βαλβίδας προστασίας...58
Εικόνα 45 διαστάσεις βαλβίδας υδραυλικού πλήγματος...60
Εικόνα 46 φρεάτιο τοποθέτησης της βαλβίδας...62
Εικόνα 47 σωλήνες από σκυρόδεμα www.cpm-group.com...63
Εικόνα 48 διαδικασία microtunneling www.gruppomelfi.it...64
Εικόνα 49 σωλήνες από ελατό σίδηρο www.electrosteel.com...65
Εικόνα 50 σωλήνας από fiberglass www.waterworld.com...68
Εικόνα 51 σωλήνας υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλενίου (hdpe) www.hdpewaterpipe.com...69
Εικόνα 52 διαδικασία sliplining www.undergroundsolutions.com...70
Εικόνα 53 σωλήνες πολυβινυλορλωρίδιου (pvc) www.waterworld.com...73
Εικόνα 54 χαλύβδινοι σωλήνες www.ststeelpipe.com...74
Εικόνα 55 σωλήνας ενυαλωμένου πηλού www.rocla.com.au...75
Εικόνα 56 αρχή της λειτουργίας φυγοκεντρικής αντλίας ακτινικής ροής...82
Εικόνα 57 φυγοκεντρική αντλία ακτινικής ροής...83
Εικόνα 58 μηχανολογικό σχέδιο τομής φυγοκεντρικής αντλίας ακτινικής ροής...84
Εικόνα 59 φυγοκεντρική αντλία ακτινικής ροής με σπειροειδές κέλυφος...85
Εικόνα 60 φυγοκεντρική αντλία ακτινικής ροής με κέλυφος...86
Εικόνα 61 τύποι φτερωτών φυγοκεντρικών αντλιών ακτινικής ροής...87
Εικόνα 62 τύποι φτερωτών φυγοκεντρικών αντλιών ακτινικής ροής...88
Εικόνα 63 φυγοκεντρική αντλία εγκατεστημένη σε πλαίσιο...91
Εικόνα 64 Αντλία αξονικής ροής...96
Εικόνα 65 Αντλία μικτής ροής με δύο βαθμίδες...97
Εικόνα 66 περιφερική αντλία (ή Στροβιλαντλία ή Αναγεννητική αντλία)...99
Εικόνα 67 περιφερική αντλία αποσυναρμολογημένη... 100
Εικόνα 68 σχέδιο τομής εγχυτήρα... 100
Εικόνα 69 διβάθμιος εγχυτήρας... 101
Εικόνα 70 αντλία με πιστόνι στη φάση της αναρρόφησης... 103
Εικόνα 71 αντλία με πιστόνι στη φάση της κατάθλιψης... 103
Εικόνα 72 αρχή λειτουργίας της αντλίας με πιστόνι διπλής ενέργειας, μετάδοση κίνησης με στρόφαλο... 105
Εικόνα 73 μηχανολογικό σχέδιο τομής αντλίας με πιστόνι διπλής ενέργειας...106
Εικόνα 74 φωτογραφία τομής αντλίας με πιστόνι διπλής ενέργειας, μετάδοση κίνησης με στρόφαλο... 106
Εικόνα 75 διακυμάνσεις της παροχής αντλιών θετικής εκτοπίσεως με το χρόνο (α) μονοκύλινδρη αντλία με πιστόνι απλής ενέργειας (β) μονοκύλινδρη αντλία με πιστόνι διπλής ενέργειας (γ) δικύλινδρη αντλία με πιστόνι διπλής ενέργειας... 107
Εικόνα 76 αρχή λειτουργίας αντλίας άμεσης ενέργειας με πιστόνι διπλής ενέργειας ... 107
Εικόνα 77 τομή αντλίας άμεσης ενέργειας με πιστόνι διπλής ενέργειας... 108
Εικόνα 78 αντλία με βυθιζόμενο εμβολο , μετάδοση κίνησης με στρόφαλο... 108
Εικόνα 79 αντλία με διάφραγμα, η παλινδρομική κίνηση δίδεται στο διάφραγμα από υδραυλικό υγρό που κινείται με τη βοήθεια εμβόλου...109
Εικόνα 80 αντλία με διάφραγμα με κινητήριο μέσο πεπιεσμένο αέρα... 110
Εικόνα 81 τάφρος σε τομή www.traceyconcrete.com...112
Εικόνα 82 τομή ευρείας τάφρου... 114
Εικόνα 83 τομή τάφρου μιρτής διατομής... 114
Εικόνα 84 αναλυτική περιγραφή τάφρου με πλευρικές στηρίξεις www.cpp-pipe.com ... 115
Εικόνα 85 κινητή υποστηριζόμενη τάφρος www.coateshire.com.au... 116
Εικόνα 86 συμπίεση τάφρου www.acewheels.com... 123
Εικόνα 87 στρώσεις επικάλυψης τάφρου www.harvel.com... 124
Εικόνα 88 επίστρωση υλικού σε σωλήνα www.ads-pipe.com... 125
Εικόνα 89 συναρμολόγηση σωλήνα σφήνα-καμπάνα www.grippergasket.com...126
Εικόνα 90 συναρμολόγηση σωλήνα με υποβοήθηση... 128
Εικόνα 91 κόλληση σωλήνα... 130
Εικόνα 92 αυτοματη κοπή σωλήνα www.gbcindustrialtools.com... 132
Εικόνα 93 δοκιμή σωλήνα για διαρροές www.wilkinson-env.co.uk... 136
Εικόνα 94 Εργαλείο διάνοιξης οπών σε αγωγό www.iplex.com.au... 138
Εικόνα 95 βάνα σύνδεσης www.plumbinghelp.ca... 139
Εικόνα 96 κολάρο παροχής www.iplex.com.au... 145
Εικόνα 97 σέλλα παροχής www.directindustry.com...146
Εικόνα 98 σέλλα παροχής συνδεδεμένη σε σωλήνα www.mickieservice.com...148
Εικόνα 99 συντελεστές ροής για διάφορους τύπους βαλβίδων...149
Εικόνα 100 τοποθεσία δικτυού ύδρευσης... 158
Εικόνα 101 κάτοψη δικτύου στο AutoCAD... 163
Εικόνα 102 δυσμενέστερη διαδρομή σε κάτοψη στο AutoCAD...164
Εικόνα 103 κάτοψη δικτύου στο water cad...165
Εικόνα 104 διάγραμμα υδραυλικής κλίσης... 167
Εικόνα 105 πίνακας αποτελεσμάτων για τους κόμβους... 172
Εικόνα 106 πίνακας αποτελεσμάτων για τους σωλήνες...173
Εικόνα 107 πίνακας αποτελεσμάτων για τους πυροσβεστικούς κρουνούς... 173
x
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η παρούσα πτυχιακή εργασία είναι στην επιστημονική κατεύθυνση της μηχανικής των ρευστών και πιο συγκεκριμένα στο τομέα των κλειστών αγωγών.
Το αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η μελέτη ενός δικτυού ύδρευσης σε μια κωμόπολη. Στην συγκεκριμένη εργασία αναλύεται ο σχεδιασμός του δικτύου και γίνονται υπολογισμοί με βάση την χαραχθείσα σωληνογραμμή για τη εύρεση μεγεθών όπως η πίεση λειτουργίας ,οι ταχύτητες και οι απώλειες.
Υπολογίζεται η υδραυλική κλίση και προτείνονται τρόποι βελτιώσεως του υπάρχοντος δικτυού. Στην εργασία γίνεται επίσης αναφορά στις βοηθητικές συσκευές που υπάρχουν σε ένα δίκτυο όπως δοχεία συστολών αντλίες αντεπιστροφής και εκτόνωσης αλλά και αντλίες για προστασία από υδραυλικό πλήγμα. Επίσης γίνεται μια εκτενής αναφορά στις διαδικασίες εγκατάστασης ενός δικτυού ύδρευσης αλλά και στα υλικά κατασκευής του.
ABSTRACT
The paper is placed in the scientific field of fluid mechanics and more specifically in the field of closed ducts. The purpose of this paper is the calculation of the elements of a water distribution network in a small city. An analysis was conducted above the design of the specific network and calculations were done above the designed pipeline to find the pressure of the network during its operation, the velocities and the losses due to friction and other factors. It is also calculated the hydraulic grade line and proposed ways to improve the existing network. They are also mentioned the parts which installed in water network for protection such as safety valves, standpipes, one way valves and ways of protection against the hydraulic hammer. The last part of the paper includes the installation of a water network and its construction materials.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ
1.1 Αριθμός Reynolds
Στη μηχανική των ρευστών, ο αριθμός Reynolds (Re) είναι μια αδιάστατη ποσότητα που χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στην πρόβλεψη πρότυπων ροής σε διαφορές καταστάσεις ροής του ρευστού. Η έννοια εισήχθη από τον George Gabriel Stokes το 1851, αλλά ο αριθμός Reynolds πήρε το όνομά του από τον Osborne Reynolds (1842-1912), ο οποίος διέδωσε τη χρήση του το 1883.
Ο αριθμός Reynolds καθορίζεται ως ο λόγος των αδρανειακών δυνάμεων προς τις ιξώδεις δυνάμεις και συνεπώς ποσοτικοποιεί τη σχετική σημασία αυτών των δύο τύπων των δυνάμεων για δεδομένες συνθήκες ροής. Ο αριθμός Reynolds συχνά προκύπτει όταν υπάρχει κλιμάκωση σε προβλήματα δυναμικής των ρευστών, και ως εκ τούτου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσδιοριστεί η δυναμική ομοιότητα μεταξύ δύο διαφορετικών περιπτώσεων της ροής του ρευστού. Χρησιμοποιείται επίσης για τον χαρακτηρισμό διαφορετικών καθεστώτων ροής εντός παρόμοιου ρευστού, όπως στρωτή ή τυρβώδης ροή:
Στρωτή ροή εμφανίζεται σε χαμηλούς αριθμούς Reynolds, όπου οι δυνάμεις ιξώδους είναι κυρίαρχες, και χαρακτηρίζεται από την ομαλή, και συνεχή κίνηση του υγρού.
Τυρβώδης ροή εμφανίζεται σε μεγάλους αριθμούς Reynolds και κυριαρχείται από δυνάμεις αδρανείας, οι οποίες τείνουν να παράγουν χαοτικές δίνες, στροβίλους και άλλες αστάθειες ροής.
Ο τύπος του Reynolds για κλειστούς αγωγούς δίνεται από την σχέση Re =vDH
V
DH: υδραυλική ακτίνα (m).
V: η μέση ταχύτητα του ρευστού (m/s).
ν: το κινηματικό ιξώδες του ρευστού (Pa*s).
1.2 Εξίσωση Bernoulli
Η ρευστοδυναμική, αρχή του Bernoulli δηλώνει ότι για μια ιδεατή ροή ενός μη αγώγιμου ρευστού, μία αύξηση της ταχύτητας του ρευστού λαμβάνει χώρα
ταυτόχρονα με μια μείωση της πίεσης ή μια μείωση του δυναμικού της ενέργειας του ρευστού. Το θεώρημα πήρε το όνομά του από τον Daniel Bernoulli που το δημοσίευσε στο βιβλίο του Hydrodynamica το 1738.
Η αρχή του Bernoulli μπορεί να εφαρμοστεί σε διάφορους τύπους ροής υγρού, με αποτέλεσμα την εξίσωση του Bernoulli. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν διάφορες μορφές της εξίσωσης Bernoulli για διαφορετικούς τύπους ροής. Η απλή μορφή της αρχής του Bernoulli ισχύει για ασυμπίεστες ροές (π.χ. οι περισσότερες ροές υγρών και αερίων που κινούνται σε χαμηλό αριθμό Mach).
Πιο προηγμένες μορφές μπορούν σε ορισμένες περιπτώσεις να εφαρμοστούν σε συμπιεστές ροές σε υψηλότερους αριθμούς Mach.
Η αρχή του Bernoulli προέρχεται από την αρχή της διατήρησης της ενέργειας.
Αυτό δηλώνει ότι, σε μια σταθερή ροή, το άθροισμα όλων των μορφών ενέργειας σε ένα ρευστό κατά μήκος μίας γραμμής ροής είναι η ίδια σε όλα τα σημεία της γραμμής ροής. Αυτό προϋποθέτει ότι το άθροισμα της κινητικής ενέργειας, της δυναμικής ενέργειας και της εσωτερικής ενέργειας παραμένει σταθερό. Έτσι, μια αύξηση της ταχύτητας του ρευστού - υπονοώντας μια αύξηση τόσο στην δυναμική πίεση και στην κινητική ενέργεια - συμβαίνει με ταυτόχρονη μείωση στην στατική πίεση του, την δυναμική ενέργεια και την εσωτερική ενέργεια. Αν το ρευστό ρέει έξω από μια δεξαμενή, το άθροισμα όλων των μορφών ενέργειας είναι το ίδιο σε όλες τις γραμμές ροής, επειδή σε μία δεξαμενή η ενέργεια ανά μονάδα όγκου είναι η ίδια παντού.
Αρχή του Bernoulli μπορεί επίσης να προέρχεται απευθείας από το 2ο νόμο του Νεύτωνα. Εάν ένας μικρός όγκος ρευστού ρέει οριζοντίως από μια περιοχή υψηλής πίεσης σε μια περιοχή χαμηλής πίεσης, τότε υπάρχει μεγαλύτερη πίεση πίσω σε σχέση με το μπροστινό μέρος. Αυτό δίνει μια καθαρή δύναμη στον όγκο, την επιταχύνοντας τον κατά μήκος της γραμμής ροής.
Τα σωματίδια του υγρού υπόκεινται μόνο στην πίεση και το ίδιο το βάρος τους.
Εάν ένα ρευστό ρέει οριζοντίως και κατά μήκος ενός τμήματος μίας γραμμής ροής, όπου η ταχύτητα αυξάνεται, μπορεί να είναι μόνο και μόνο επειδή το υγρό σε αυτό το τμήμα έχει μετακινηθεί από μια περιοχή υψηλότερης πίεσης σε μια περιοχή χαμηλότερης πίεσης και αν η ταχύτητα του μειώνεται, μπορεί να είναι μόνο επειδή έχει μετακινηθεί από μια περιοχή χαμηλότερης πίεσης σε μια περιοχή υψηλότερης πίεσης. Κατά συνέπεια, σε ένα ρευστό που ρέει οριζόντια, η υψηλότερη ταχύτητα εμφανίζεται όπου η πίεση είναι χαμηλότερη, και η χαμηλότερη ταχύτητα εμφανίζεται όπου η πίεση είναι υψηλότερη.
1.2.1 Εξίσωση για ασυμπίεστη ροη
u 2 p
---- l· gz + — = cons tan t
2 P
Όπου
u: η ταχύτητα του ρευστού σε ένα σημείο στην γραμμή ροής.
g: η επιτάχυνση της βαρύτητας
ζ: το υψόμετρο σε σχέση με ένα σταθερό σημείο αναφοράς.
P: η πίεση σε ένα συγκεκριμένο σημείο ρ: η πυκνότητα του ρευστού.
1.3 Στρωτή Ροη
Στη ρευστοδυναμική, στρωτή ροή έχουμε όταν ένα ρευστό ρέει σε παράλληλα στρώματα, χωρίς διάσπαση μεταξύ των στρωμάτων. Σε χαμηλές ταχύτητες, το ρευστό τείνει να ρέει χωρίς πλευρική ανάμιξη και τα γειτονικά στρώματα ολισθαίνουν μεταξύ τους σαν τραπουλόχαρτα. Δεν υπάρχουν εγκάρσια ρεύματα κάθετα προς την κατεύθυνση της ροής, ούτε δίνες ή στροβιλισμός του ρευστού.
Στη στρωτή ροή, η κίνηση των σωματιδίων του ρευστού είναι πολύ ομαλή με όλα τα σωματίδια να κινούνται σε ευθείες γραμμές παράλληλες προς τα τοιχώματα του σωλήνα . Η στρωτή ροή είναι ένα καθεστώς ροής που χαρακτηρίζεται από υψηλή διάχυση ορμής και χαμηλή μεταφοράς ορμής.
Εικόνα 1 απεικόνιση στρωτής ροής www.physicsforums.com
Όταν ένα ρευστό ρέει μέσω ενός κλειστού διαύλου, όπως ένα σωλήνα ή μεταξύ δύο επίπεδων πλακών, ένας από τους δύο τύπους ροής μπορεί να συμβεί, ανάλογα με την ταχύτητα του ρευστού: στρωτή ροή ή τυρβώδη ροή. Η στρωτή ροή τείνει να συμβεί σε χαμηλότερες ταχύτητες, κάτω από ένα όριο μετα από το οποίο γίνεται ταραχώδης. Η τυρβώδης ροή είναι μια κατάσταση λιγότερο
ομαλής ροής που χαρακτηρίζεται από δίνες ή μικρά πακέτα σωματιδίων του ρευστού που οδηγούν σε πλευρική ανάμιξη. Σε μη-επιστημονικούς όρους, η στρωτή ροή είναι ομαλή, ενώ η τυρβψδης ροή είναι τραχιά.
1.4 Τυρβώδη Ροή
Σε ρευστοδυναμική, τύρβη ή τυρβώδης ροή είναι μια κατάσταση ροής που χαρακτηρίζεται από χαοτικές αλλαγές στη ροη. Αυτό περιλαμβάνει χαμηλή διάχυση ορμής, υψηλή μεταγωγή ορμής, και την ταχεία μεταβολή της πίεσης και της ταχύτητας της ροής στο χώρο και το χρόνο.
Η ροή στην οποία η κινητική ενέργεια εξασθενεί λόγω της δράσης του μοριακού ιξώδες του ρευστού ονομάζεται στρωτή ροή. Ενώ δεν υπάρχει κανένα θεώρημα που να σχετίζει τον αδιάστατο αριθμό Reynolds (Re) με την τύρβη για, αριθμούς Reynolds μεγαλύτερους από 5000 είναι συνήθως (αλλά όχι απαραίτητα) τυρβώδη, ενώ εκείνες σε χαμηλούς αριθμούς Reynolds συνήθως παραμένουν στρωτές. Στη ροή Poiseuille, για παράδειγμα, οι αναταράξεις μπορεί να διατηρηθούν, εάν ο αριθμός Reynolds είναι μεγαλύτερος από μία κρίσιμη τιμή από περίπου 2040 , εξάλλου, ο στροβιλισμός αναμιγνύεται με την στρωτή ροή μέχρι ένα μεγαλύτερο αριθμό Reynolds περίπου πάνω από 4.000.
Εικόνα 2 απεικόνιση τυρβώδους ροής en.wikipedia.org
Στη τυρβώδης ροή, ασταθείς δίνες εμφανίζονται σε πολλές κλίμακες και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Η οπισθέλκουσα λόγω της τριβής του οριακού
μερικές φορές έχοντας ως αποτέλεσμα τη μείωση της συνολικής οπισθέλκουσας. Μολονότι η μετάβαση από την στρωτή στην τυρβώδη ροη δεν διέπεται από τον αριθμό Reynolds, η ίδια μετάβαση πραγματοποιείται εάν το μέγεθος του αντικειμένου αυξηθεί σταδιακά, ή το ιξώδες του υγρού ελαττωθεί, ή εάν η πυκνότητα του υγρού αυξηθεί.
1.5 Υδραυλική Κλίση
Η υδραυλική κλίση είναι το άθροισμα του πιεζομετρικού ύψους (p/γ) και της υψομετρικής διαφοράς (ζ). Για ανοιχτό κανάλι ροής, το ύψος του υδραυλικού βαθμού είναι το ίδιο με την επιφάνεια του νερού. Για ένα σωλήνα υπό πίεση, ο υδραυλικός βαθμός αντιπροσωπεύει το ύψος στο οποίο μία στήλη νερού θα αυξηθεί σε ένα πιεζόμετρο. Όταν ο υδραυλικός βαθμός χαράσσεται ως προφίλ κατά το μήκος του τμήματος μεταφοράς, τότε αναφέρεται ως πιεζομετρική γραμμή, ή HGL.
1.6 Γραμμή Ενέργειας
Η ενεργειακή κλίση είναι το άθροισμα της υδραυλικής κλίσης και του φορτιού ταχύτητας (V2 / 2g). Ο βαθμός αυτός είναι το ύψος στο οποίο η στήλη του νερού θα αυξηθεί σε ένα σωλήνα Pitot μια συσκευή παρόμοια με ένα πιεζόμετρο, αλλά αντιπροσωπεύει επίσης και την ταχύτητα του ρευστού. Όταν απεικονίζεται σε προφίλ, αυτή η παράμετρος συχνά αναφέρεται ως γραμμή ενέργειας, ή EGL. Για μια λίμνη ή δεξαμενή στην οποία η ταχύτητα είναι ουσιαστικά μηδέν, η υδραυλική κλίση είναι ίδια με την γραμμή ενέργειας.
1.7 Τύποι Βαλβίδων
Βαλβίδες μπορούν να ταξινομηθούν στις ακόλουθες βασικές
Σφαιροειδής βαλβίδα , για έλεγχο ανοίγματος κλεισίματος χωρίς πτώση της πίεσης, η οποία είναι ιδανική για γρήγορη διακοπή, αφού μια στροφή 90 ° προσφέρει πλήρες κλείσιμο , σε αντίθεση με τις πολλαπλές στροφές που απαιτούνται στις περισσότερες χειροκίνητες βαλβίδες.
Εικόνα 4 σφαιροειδής βαλβίδα en.wikipedia.org/
Βαλβίδα πεταλούδα, για τη ρύθμιση της ροής σε σωλήνες μεγάλων διαμέτρων.
Εικόνα 5 βαλβίδα πεταλούδα en.wikipedia.org/
Βαλβίδα κεpαμικού δίσκου, πνυ χpησιμοποιείται θυρίως σε εφαpμογές υψηλών απαιτήσεων ή σε υγρά τα οποία προκαλούν φθορές. Ο κεραμικός δίσκος μπορεί επίσης να παρέχει στεγανοποίησε από διαρροές κλάσης IV
Βαλβίδα ελέγχου ή βαλβίδα αντεπιστροφής, επιτρέπει στο υγρό να κινηθεί σε μία μόνο κατεύθυνση.
Εικόνα 6 βαλβίδα ελέγχου en.wikipedia.org/
Βαλβίδα στραγγαλισμού , είναι μια βαλβίδα η οποία εισάγει η αποτραβά ένα στερεό κύλινδρο που τοποθετείται γύρω ή μέσα σε ένα άλλο κύλινδρο, ο οποίος έχει οπές ή σχισμές. Χρησιμοποιείται για μεγάλες πτώσεις πίεσης που συναντούνται σε φρέατα πετρελαίου και φυσικού αερίου.
Εικόνα 7 βαλβίδα στραγγαλισμού www.petrolvalves.com
Βαλβίδα διαφράγματος , η οποία ελέγχει τη ροή από την κίνηση του διαφράγματος. Η πίεση στα ανάντη , ή στα κατάντη , ή μία εξωτερική πηγή (π.χ., πεπιεσμένο αέρα,) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αλλάξει τη θέση του διαφράγματος.
Βαλβίδα συρταρωτή, κυρίως για έλεγχο ανοίγματος κλεισίματος , με χαμηλή πτώση πίεσης.
Εικόνα 9 βαλβίδα συρταρωτή en.wikipedia.org/
Globe valve: η οποία είναι πολύ καλή για τη ρύθμιση της ροής.
Εικόνα 10 globe valve τομή en.wikipedia.org
Εικόνα 11 globe valve en.wikipedia.org
Μαχαιρωτή βαλβίδα η οποία είναι, παρόμοια με μια συρταρωτή βαλβίδα , αλλά συνήθως πιο συμπαγής. Συχνά χρησιμοποιείται για πολύ πηκτά υγρά όπως στον έλεγχο πολτών ή σε σκόνες.
Εικόνα 12 μαχαιρωτή βαλβίδα saudivalves.com
Βελονοειδής βαλβίδα για ακριβή έλεγχο της ροής.
Εικόνα 13 βελονοειδής βαλβίδα www.valves.co.uk
Pinch valve, γηα τη ρύθμηση θαη tov άιεγχν τηο ρνήο τοπ πολτού.
Εικόνα 14 pinch valve news.directindustry.com
Βαλβίδα με εμβολα , για ρύθμιση των υγρών που μεταφέρουν στερεά σε αιώρηση.
Εικόνα 15 Βαλβίδα εμβόλου advseal.com
Plug valve, μια λεπτή βαλβίδα για έλεγχο ανοίγματος κλεισίματος, αλλά με κάποια πτώση πίεσης.
Εικόνα 16 plug valve en.wikipedia.org/
Βαλβίδα ασφαλείας βρίσκει εφαρμογή όπου υπάρχει ανάγκη για προστασία από την υπερβολική αύξηση της πίεσης σε ένα κλειστό κύκλωμα ρευστού.
Εικόνα 17 βαλβίδα ασφαλείας en.wikipedia.org
1.8 Υδραυλικό Πλήγμα
Εισαγωγή στο υδραυλικό πλήγμα
Γρήγορο κλείσιμο των βαλβίδων, αντλίες θετικής μετατόπισης, και ροή σε κάθετους σωλήνες μπορούν να δημιουργήσουν καταστροφικές πιέσεις, που οδηγούν σε καταστροφή των μεμβρανών, σωληνώσεων, διαφραγμάτων, παρεμβυσμάτων και μετρητών.
Τα υγρά για πρακτικούς σκοπούς, δεν είναι συμπιέσιμα, οπότε οποιαδήποτε ενέργεια εφαρμόζεται μεταδίδεται αμέσως. Αυτή η ενέργεια γίνεται δυναμική στη φύση, όταν μια δύναμη όπως το γρήγορο κλείσιμο μιας βαλβίδας ή μια αντλία παρέχουν ταχύτητα στο υγρό.
Το υδραυλικό πλήγμα, όπως είναι κοινώς γνωστό είναι το αποτέλεσμα μιας ξαφνικής αλλαγής στην ταχύτητα του υγρού. Υδραυλικό πλήγμα συνήθως συμβαίνει όταν ένα σύστημα μεταφοράς σταματά ή εκκινεί απότομα ή κάνει μια γρήγορη αλλαγή στην κατεύθυνση του. Οποιαδήποτε από αυτά τα γεγονότα μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφική αποτυχία των εξαρτημάτων του συστήματος. Χωρίς αμφιβολία, η κύρια αιτία του υδραυλικού πλήγματος είναι
το γρήγορο κλείσιμο της βαλβίδας κλεισίματος, είτε αυτό γίνεται με χειροκίνητο ή με αυτόματο τρόπο.
Ένα κλείσιμο της βαλβίδας σε 1.5 δευτερόλεπτο ή λιγότερο, μπορεί να προκαλέσει μια απότομη διακοπή της ροής. Η τιμή της πίεσης (ακουστικό κύμα) που δημιουργήθηκε από το γρήγορο κλείσιμο της βαλβίδας μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο πέντε φορές η πίεση του συστήματος λειτουργίας.
Ανεμπόδιστη, αυτή η πίεση ή κύμα επιταχύνει γρήγορα μέχρι την ταχύτητα του ήχου στο υγρό, η οποία μπορεί να υπερβαίνει τα 4000 ft / sec. Είναι δυνατόν να εκτιμηθεί η αύξηση της πίεσης από τον ακόλουθο τύπο
Τύπος υπολογισμού υδραυλικού πλήγματος : P = (0.070) (V) (L) / t + P1 όπου P = αύξηση στην πίεση
P1 = εσωτερική πίεση V = ταχύτητα ροής ft/sec
t = χρόνος κλεισίματος της βαλβίδας sec L = μήκος σωλήνα σε feet
Παράδειγμα υπολογισμού υδραυλικού πλήγματος κατά το κλείσιμο βαλβίδας σε σωλήνα μήκους 50 ποδιών.
L = 50 ft V = 5.0 ft / sec
t = 40 ms χρόνος κλεισίματος βαλβίδας P1 = 50 psi εσωτερική πίεση
Οπότε
P = 0.07 x 5 x 50 / 0.040 + P1 Άρα P = 437.5 psi + P1
Συνολική πίεση = 437.5 + 50 = 487.5 psi
Όπως γίνεται εμφανές από τον παραπάνω υπολογισμό η πίεση φτάνει σε τιμή δεκαπλάσια της αρχικής τιμής του συστήματος κάτι το οποίο είναι καταστροφικό για το σύστημα.
1.9 Συσκευές Προστασίας Από Υδραυλικό Πλήγμα
Κάθε σύστημα παροχής νερού είναι μοναδικό σε σχέση με τις επιπτώσεις που
πρόβλημα υδραυλικού πλήγματος μπορεί να είναι μια μεμονωμένη συσκευή ή ένας συνδυασμός συσκευών προστασίας. Τα συγκριτικά πλεονεκτήματα των διαφόρων συσκευών πρέπει να συγκρίνονται και η καλύτερη λύση να αξιολογείται κατά τη φάση σρεδιασμού ενός νέου έργου. Ένας αριθμός συσκευών προστασίας που χρησιμοποιούνται συνήθως περιγράφονται παρακάτω.
1.9.1 Βολάν
Μια αποτελεσματική συσκευή που είναι συνδεδεμένη με αντλίες για γενικά μικρότερα μήκη αγωγού. Βοηθούν ώστε να αμβλύνονται οι αιχμές επιβραδύνοντας ομαλά την ταχύτητα της αντλίας κατά την διακοπή λειτουργίας της αντλίας.
1.9.2 Δοχεία αέρα
Ένα δοχείο πίεσης που περιέχει αέρα και νερό. Είναι μια πολύ αποτελεσματική συσκευή για τον έλεγχο τόσο των θετικών όσο και των αρνητικών μεταβολών της πίεσης και συχνά χρησιμοποιείται ως έσχατη λύση, λόγω του υψηλού κόστους κατασκευής.
Εικόνα 18 δοχείο αέρα www.velcon.com
1.9.3 Πύργος αναπάλσεως
Μια κατασκευή με το ένα άκρο της ανοικτό προς την ατμόσφαιρα συνδεδεμένη με τον αγωγό με μία βαλβίδα ελέγχου. Επιτρέπει στο νερό να εισαρτεί στον αγωγό όταν ο αγωγός υποβάλλεται σε πιέσεις αναρρόφησης.
Εικόνα 19 πύργος αναπάλσεως
1.9.4 Βαλβίδες ανχεπισχροφής
Αυτές χρησιμοποιούνται συχνά σε περιπτώσεις όπου έχουμε απότομη αύξηση πίεσης κατά την άντληση. Μπορούν να βοηθήσουν στο να αποτραπεί η προς τα πίσω κίνηση του ρευστού στην βαλβίδα ελέγχου της αντλίας έτσι ώστε να μην έχουμε παύση της λειτουργίας της αντλίας.
Εικόνα 20 βαλβίδες αντεπιστροφής
1.9.5 Βαλβίδες ελέγχου
Συχνά τοποθετούνται σε αντλίες απόρριψης. Αυτές ανοίγουν και κλείνουν αργά για να μειώσουν το νερό κατά τη διακοπή της αντλίας και την εκκίνηση. Δεν είναι αποτελεσματικές κατά τη διάρκεια μιας απότομης διακοπής λειτουργίας της αντλίας.
Εικόνα 21 βαλβίδα ελέγχου www.teco-inc.com
1.9.6 Βαλβίδες επιβράδυνσης κύματος
Βρίσκουν εφαρμογή σε αντλίες διανομής. Είναι βαλβίδες ελέγχου υδραυλικά ελεγχόμενες που ανοίγουν κατά το σταμάτημα και την εκκίνηση μιας αντλίας και κλείνουν όταν η πίεση αρχίζει να αυξάνει καθώς το αντίστροφο κύμα φτάνει στην αντλία. Το αργό κλείσιμο της βαλβίδας ελαχιστοποιεί τις πιέσεις που προέρχονται από το υδραυλικό πλήγμα.
Εικόνα 22 βαλβίδα επιβράδυνσης κύματος www.cla-val.com
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΣΩΛΗΝΩΣΕΩΝ 2.1 Η Διαδικασία Της Κόλλησης
Ο σωλήνας πολυαιθυλενίου παρέχεται συνήθως σε μήκη 6 μέτρων ή 12m μέτρων (μπαστούνια), ή ρολά από 50 μέτρα. μέχρι 150 κέηξα ζε μήκος. Καηά συνέπεια, είναι απαραίτητο να δημιουργηθοΧν συνδέσεις μεταξύ των σωλήνων κατά τη μετάβαση από το ένα μέγεθος του σωλήνα στο άλλο, αλλά και συνδέοντας συστολές για την σύνδεση καταναλώσεων με το κεντρικό.
Υπάρχουν 3 βασικοί τύποι γεωμετρίας στις ενώσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν 1. Συγκόλληση άκρων
2. Κόλληση υποδοχής α. Ηλεκτροσύντηξη
β. Κόλληση υποδοχής πυρακτωμένου σιδήρου 3. Κολάρο παροχής
α. Ηλεκτροσύντηξη
β. Κόλληση υποδοχής πυρακτωμένου σιδήρου
Η τεχνική ένωσης των άκρων είναι μια απλή διαδικασία όπου τα δύο άκρα των σωλήνων που πρόκειται να ενωθούν υπόκεινται σε μια κατεργασία όπου τα πρόσωπα των ακριανών επιφανειών τους γίνονται επίπεδα και στη συνέχεια θερμαίνονται χρησιμοποιώντας μια επίπεδη θερμαινόμενη πλάκα ελέγχοντας την θερμοκρασία, τον χρόνο και την πίεση για την ένωση.
Εικόνα 23 συσκευή κόλλησης σωλήνων πολυαιθυλενίου
Η ηλεκτροσύντηξη περιλαμβάνει τη χρήση χυτών τεμαχίων από πολυαιθυλένιο εντός των οποίων θα εισάχθουν οι αγωγοί. Ενσωματωμένα μέσα στο εξάρτημα είναι μια σειρά από καλώδια θέρμανσης, που βρίσκονται λίγο ποιο κάτω από την επιφάνεια της εσωτερικής οπής του εξαρτήματος, με τους ακροδέκτες εξωτερικά του εξαρτήματος για την ηλεκτρική σύνδεση. Αυτά τα καλώδια, όταν ενεργοποιούνται από μια ελεγχόμενη πηγή ηλεκτρικής ισχύος για μια προκαθορισμένη διάρκεια, παράγουν την απαραίτητη θερμότητα για να λιώσει το πλαστικό και αφού αφήνεται να ψυχθεί, σχηματίζουν μια κόλληση.
Η διαδικασία της ένωσης περιλαμβάνει τη θέρμανση του σωλήνα, έως ότου το υλικό φτάσει στο σημείο κρυσταλλικής τήξης στο οποίο γίνεται μια ιξωδοελαστική τήξη. Σε αυτή τη τηγμένη κατάσταση, υπό τη δράση της πίεσης, η μεγάλες αλυσίδες όπως τα μόρια του πολυαιθυλενίου μπορούν να ξετυλιχθούν, να αποδεσμευτούν και να ολισθαίνουν πάνω στις άλλες (ροή διάτμησης) όπως φαίνεται στο σχήμα. Δύο ξεχωριστές φάσεις τήξης, δηλαδή ο σωλήνας και η κοινή επαφή, μπορούν στη συνέχεια να ενωθούν επιτρέποντας στα μόρια να ανακατευτούν δηλαδή όταν ολισθαίνουν το ένα με το άλλο και περιπλέκονται έχουν ως αποτέλεσμα την μοριακή ανάμιξη. Κατά την ψύξη, η κινητικότητα της αλυσίδας μειώνεται οι αλυσίδες δημιουργούν νέες σπείρες, και υπάρχει εκ νέου εμπλοκή και η κρυσταλλική ζώνη αποκαθίσταται με
είναι τόσο ισχυρή όσο το αρχικό υλικό Επιτυχής αρμολόγηση των σωλήνων πίεσης πολυαιθυλενίου κάνοντας χρήση αυτών των μεθόδων απαιτεί αυστηρό έλεγχο των παραμέτρων και συνθηκών.
Μια άλλη δυσκολία είναι πως η αξιόπιστη επιθεώρηση των αρθρώσεων των σωλήνων πολυαιθυλενίου με τη χρήση NDT έχει αποδειχθεί ότι είναι δύσκολη, αφού η ακτινογραφία και οι υπέρηχοι δεν μπορούν να εντοπίσουν ενδείξεις που είναι γνωστό ότι επηρεάζουν του συνδέσμους σε σωλήνες πολυαιθυλενίου όπως μόλυνση από λεπτά σωματίδια, ψυχρή ένωση σε αντικριστές συγκολλήσεις, κακή ευθυγράμμιση και μόλυνση στις αρθρώσεις ηλεκτροσύντηξης.
Επιπλέον, οι νέες εξελίξεις, όπως η δέσμη υπερήχων και τα μικροκύματα δεν έχουν ακόμα αποδειχθεί αρκετά αξιόπιστα και αποδοτικά για ευρεία εφαρμογή.
Κατά συνέπεια, προκειμένου να εξαλείφουν οι αποτυχίες στην κόλληση θεωρείται ως μια θεμελιώδης απαίτηση να χρησιμοποιούνται απλές μέθοδοι σε τεχνικές διασφάλισης της ποιότητας και στον έλεγχο διαδικασιών.
2.2 Τύποι Αστοχιών Σε Σωλήνες Νερού Από Πολυαιθυλένιο
Ανάπτυξη ρωγμής από τάση (SCG) είναι ένα φαινόμενο κατά το οποίο τα υλικά από πολυαιθυλένιο αναπτύσσουν ρωγμές με αργό ρυθμό οι οποίες οφείλονται σε τάσεις στο υλικό. Είναι ευρέως αναγνωρισμένο ότι η μακροχρόνια αντοχή του σωλήνα πίεσης πολυαιθυλενίου εξαρτάται από την αντοχή του στο να αναστείλει την έναρξη και την αργή ανάπτυξη των ρωγμών. Αυτός ο μηχανισμός αστοχίας μπορεί επίσης να προκύψει σε όλους τους τύπους των κολλήσεων. Οι πρώτες έρευνες σε αγωγούς HDPE έδειξαν ότι η ανάπτυξη ρωγμής από τάση ήταν ένας από τους τύπους αστοχίας για τους σωλήνες πολυαιθυλενίου, όπως φαίνεται στο σχήμα.
Ελατός τρόπος αποτυχίας I, οδηγεί σε διαρροή και αντανακλά την τάση ενός υλικού να υποστεί μεγάλης κλίμακας, μη αναστρέψιμη «πλαστική»
παραμόρφωση όταν βρίσκεται κάτω από την πίεση. Ο μηχανισμός έχει ως αποτέλεσμα την τοπική επέκταση τμήματος του τοιχώματος και την τελική ρήξη της παραμορφωμένης ζώνης, όπως φαίνεται στο σχήμα.
Εικόνα 26 ελατή αστοχία σωλήνα πολυαιθυλενίου από υδροστατική πίεση
Αστοχία τύπου II συνδέεται με τον ερπυσμό, θραύση λόγω ερπυσμού και ανάπτυξη ρωγμής από τάση. Ο ερπυσμός είναι εξαρτώμενος από το χρόνο και είναι μη αναστρέψιμη παραμόρφωση, όταν εκτίθεται σε μια σταθερή τάση εφελκυσμού. η ρήξη στον ερπυσμό είναι το τελικό στάδιο και είναι ένα μέτρο του χρόνου που ένα υλικό κάτω από ένα σταθερό, φορτίο εφελκυσμού χρειάζεται για να αποτύχει.
Η ρήξη λόγο ερπυσμού μπορεί να επιταχυνθεί με
> Θερμοκρασία
> Συγκεντρώσεις τάσεων
> Κόπωση
> Χημικό περιβάλλον
Τα γεγονότα που οδηγούν σε θραύση λόγω ερπυσμού απεικονίζονται στο σχήμα. Μετά την έναρξη της ρωγμής τα κενά συνεχίζουν να αναπτύσσονται μπροστά από την ρωγμή. Αυτά τα κενά σταδιακά συγχωνεύονται σε μεγαλύτερα
ίνες του υλικού. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως Crazing και συνεχίζεται μέχρι το σημείο όπου οι πιο υψηλά φορτισμένες ίνες θα αστοχήσουν καταλήγοντας σε θραύση.
Εικόνα 27 αλληλουχία η οποία οδηγεί σε θραύση
Για το πολυαιθυλένιο , η συνεκτικότητα των ινιδίων και την αντοχή τους στη ρήξη είναι σε μεγάλο βαθμό εξαρτώμενη από τη μοριακή αρχιτεκτονική, ιδιαίτερα το μοριακό βάρος, την κατανομή μοριακού βάρους, την διακλάδωση, την κρυσταλλικότητα και τους δεσμούς των μορίων. Οι δεσμοί των μορίων είναι ενσωματωμένοι στους κρυσταλλίτες και σε εγκάρσιες άμορφες περιοχές, που ενεργούν ως μηχανικές συνδέσεις μεταξύ των κρυσταλλικών τομέων, και διαδραματίζουν αποφασιστικό ρόλο στην ανθεκτικότητα του ινιδίου έναντι της αστοχίας και στις συνολικές μηχανικές ιδιότητες όταν αυτό υποβάλλεται σε τάση. Ο τύπος αποτυχίας III σχετίζεται με την υποβάθμιση και την ευθραυστότητα του πλαστικού που οφείλεται στην θερμό-οξείδωση σε σχέση με τον χρόνο.
Πρώιμη έρευνα έδειξε ότι ήταν αναγκαίο να ληφθεί υπόψη η μακροπρόθεσμη αποτυχία του πολυαιθυλενίου έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η ασφαλής λειτουργία των δικτύων διανομής. Ύψιστης σημασίας είναι μια μεγάλη τιμή στη μακροπρόθεσμη αντοχή, προκειμένου να είναι ανθεκτική σε θραύση από ερπυσμό για παρατεταμένη φόρτιση σε χαμηλή πίεση για 50 έτη και άνω. Η αντίσταση στην ρωγμάτωση ήταν επίσης κρίσιμη για να αναστέλλει η ανάπτυξη των ρωγμών από βλάβες τύπου εγκοπής (γρατσουνιές και σχισμές) που αναπτύχθηκαν κατά τη μεταφορά και την εγκατάσταση, καθώς και τη σημειακή
φόρτιση. Ως εκ τούτου, ένας σημαντικός παράγοντας σχεδιασμού για σωλήνες πολυαιθυλενίου έγινε κοινώς γνωστός ως περιβαλλοντική αντοχή σε ρωγμάτωση λόγο τάσης (ESCR), η οποία οδήγησε στην ανάπτυξη μέσης πυκνότητας πολυαιθυλενίου ή MDPE.
Το MDPE ήταν λιγότερο κρυσταλλικό σε σύγκριση τις πρώτες γενιές HDPEs, δίνοντας βελτιωμένη αντοχή σε θραύση προερχόμενη από τάση SCG, και στην ταχεία διάδοση της ρωγμής (RCP). Το MDPE κυριάρχησε στην παραγωγή σωλήνων πολυαιθυλενίου για 30 χρόνια, αλλά είχε περιορισμό όσον αφορά την ικανότητα αντοχής σε πίεση, δηλαδή 8MPa για 50 χρόνια. Μηχανικοί επιδίωξαν με διάφορες προσπάθειες να αυξήσουν την αντοχή στην πίεση και τελικά η Solvay έκανε την καινοτομία στα μέσα της δεκαετίας του 1980 με την παραγωγή ενός HDPE βαθμονομημένου ως PE100, δηλαδή 10MPa για 50 χρόνια, με άριστη συμπεριφορά σε θραύση από τάση και στην ταχεία διάδοση ρωγμής και ανακηρύχθηκε ως η «τρίτη γενιά σωλήνων πολυαιθυλενίου».
Ο γενικός τύπος αστοχίας που αναφέρθηκε για σωλήνες πολυαιθυλενίου είναι η θραύση μέσω του τοιχώματος του σωλήνα που οφείλεται στη συγκέντρωση τάσεων στη ζώνη κόλλησης. Αυτές οι ρωγμές μπορούν να ξεκινήσουν από μικροσκοπικές ατέλειες που λειτουργούν ως σημεία συγκέντρωσης τάσεων, εγγενείς στη βασική παραγωγή σωλήνων ή, πιο πιθανό, από ελαττώματα. Αυτές οι μηχανικές βλάβες είναι συνήθως ρωγμές με την μορφή σχισμής που έχουν παράλληλη φορά με την κατεύθυνση εξώθησης του σωλήνα. Περιμετρικές στεφανιαίες τάσεις στα τοιχώματα του σωλήνα είναι η κινητήρια δύναμη για τη δημιουργία ρωγμών. Μια τέτοια ρωγμή φαίνεται στο σχήμα .
Εικόνα 28 ψαθυρή αστοχία σωλήνα πολυαιθυλενίου
