Normativ 2010 Utcb - Calc Si Comb Lov de Berb La Cond Pt Transp Apei

8/6/2019 Normativ 2010 Utcb - Calc Si Comb Lov de Berb La Cond Pt Transp Apei

1/55

UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTIBd. Lacul Tei 124 * Sect. 2 * RO-020396 * Bucuresti - ROMANIA

Tel.: +40-21-242.12.08, Tel./Fax: +40-21-242.07.81, www.utcb.ro

Functionare conform HG nr. 223/2005, cod fiscal R13726642

CALCULUL SI COMBATEREA LOVITURII DE

BERBEC LA CONDUCTELE PENTRUTRANSPORTUL APEI NORMATIV

Faza 1 - Redactarea I

Contract nr. 443 din 22.12.2009

Beneficiar: M.D.R.T. ( M.D.R.L.)

Bucuresti, iunie 2010


2/55

1

CALCULUL SI COMBATEREA LOVITURII DE BERBEC LA CONDUCTELE PENTRU

TRANSPORTUL APEI NORMATIV

1. Obiect

1.1. Prezentul normativ privete totalitatea aciunilor ce trebuie ntreprinse i a msurilor care

trebuie luate n vederea combaterii sau limitrii efectelor negative ale loviturii de berbec la

conductele pentru transportul apei, cnd aceasta introduce solicitri care depesc capacitatea

portant a subansamblelor mecanice (conducte, armturi etc.) i / sau atunci cnd parametrii de

funcionare ai mainilor hidraulice ies n afara limitelor admise.

1.2. Normativul cuprinde reguli obligatorii pentru toate fazele realizrii conductei i anume:calcul, proiectare, execuie, punere n funciune i exploatare. Obligativitatea acestor reguli deriv

din faptul c fenomenul necontrolat poate produce avarii majore ale conductelor i ale

subansamblelor aferente. Pe lng efectele economice nedorite, aceste avarii sunt de natur s pun

n pericol viaa oamenilor (n cazul conductelor supraterane, de ex. prin explozia conductelor) saus afecteze grav mediul nconjurtor (n cazul conductelor subterane, de ex. prin afectarea pnzei

freatice, fie prin poluarea ei, fie prin ridicarea nivelului acesteia, mergnd pn la iniierea unor

alunecri de teren).

1.3. Normativul mai cuprinde unele recomandri, n special la faza de proiectare, n ce privetealegerea msurilori mijloacelor de protecie n vederea limitrii efectelor negative ale loviturii de

berbec. Experiena acumulat pn n prezent a dovedit c, pentru fiecare tip de aduciune exist

anumite strategii de protecie, respectiv combinaii de msuri i mijloace de protecie care s-au

dovedit optime att din punct de vedere tehnic ct i economic. Normativul recomand alegerea,

dup caz, a uneia sau alteia din aceste strategii.

2. Domeniul de aplicare

2.1. Normativul se aplic la toate conductele care transport ap sub presiune (ap potabil sau

industrial, inclusiv pentru centrale hidro-electrice, ap de canalizare, ap pentru irigaii sau de la

desecri etc.), att la cele n care curgerea se face gravitaional ct i la cele la care curgerea se face

prin pompare. Normativul se poate aplica i la conductele care transport alte lichide (de ex.,

produse petroliere).

2.2. Normativul se aplic indiferent de rapiditatea fenomenului de micare nepermanent,

respectiv att n cazul loviturii de berbec care are caracter de micare rapid variabil ct i n

cazul oscilaiei n mas care are caracter de micare lent variabil.

3. Definiii i terminologie

3.1. Micarea nepermanent este aceea la care parametrii locali, care caracterizeaz starea demicare (presiuni, debite, viteze) ntr-un punct dat, variaz n timp. Prin lovitur de berbec senelege fenomenul de micare nepermanent care ia natere ntr-o instalaie hidraulic sub presiune

ce transport lichide, ca urmare a modificrii brute sau relativ rapide a regimului de funcionare,

fiind caracterizat printr-o variaie important i rapid a parametrilor locali. Prin oscilaie nmas se nelege fenomenul de micare nepermanent ntr-o instalaie hidraulic, caracterizat

printr-o variaie lent n timp a acestor parametri.


3/55

2

3.2. Caracterul ondulatoriu al loviturii de berbec rezid n aceea c perturbaiile (variaiile parametrilor presiune, debit etc.) se propag n lungul conductelor cu o vitez finit denumit

vitez de propagare. In acest caz, viteza de propagare se confund cu celeritatea care reprezintviteza de propagare a sunetului prin lichidul n repaus.

3.3.Efectele negative ale fenomenului se manifest asupra:

- conductelor i armturilor, fiind provocate de variaiile de presiune ce conduc, pe de oparte, lapresiuni maxime ca urmare asuprapresiunilor(presiuni care le depesc pe cele de regim

normal de funcionare) i, pe de alt parte, lapresiuni minime ca urmare asubpresiunilor(presiunimai mici dect cele din regimul normal de funcionare);presiunile minime sunt periculoase doar ncazul n care produc vacuumi, eventual, cavitaie.

- mainilor hidraulice: la turbine, ambalarea acestora (depirea peste limita admis aturaiei); la turbopompe, inversarea sensului de curgere i a sensului se rotaie (regim de frn sau

de turbin, inclusiv ambalare).

3.4. Modele de calcul. In acest caz, exist dou modele de calcul:

- Modelul fluidului compresibil reprezint modelul de calcul exact (care ine seama decompresibilitatea real a lichidului i de deformabilitatea real a conductelor); se aplic tuturor

micrilor nepermanente, att celor rapid ct i celor lent variabile.

- Modelul fluidului incompresibilreprezint un model de calcul simplificat n care se faceipoteza c lichidul este incompresibil i conductele, perfect rigide; se aplic doar micrilornepermanente lent variabile.

3.5. Msur de protecie: Aciune sau opiune ce poate fi aplicat n toate fazele (proiectare,execuie, exploatare) i care are ca efect reducerea efectelor negative ale loviturii de berbec.Mijloace (dispozitive) de protecie: Anumite dispozitive sau ansambluri de dispozitive care,amplasate i dimensionate n mod adecvat, reduc amplitudinea oscilaiilor de presiune; principalele

mijloace de protecie utilizate sunt: castelul de echilibru, hidroforul de protecie, ventilul de aeri

supapa de suprapresiune.

3.6. Strategie de protecie: Combinaia dintre unele m suri de protecie i unele mijloace deprotecie, ntr-o anumit amplasare spaial, care reprezint, principial, soluia optim din punct de

vedere tehnico-economic pentru un anumit tip de instalaie hidraulic, n genere dintre cele mairspndite n practic (gravitaionale sau cu pompare, cu diferite destinaii).

3.6. Organ perturbator: Dispozitiv sau ansamblu de dispozitive, plasat oriunde pe conduct saupe un branament al acesteia, la care se modific parametrii de funcionare, producnd o manevrperturbatoare ce genereazperturbaia primar care, la rndul ei, declaneaz fenomenul delovitur de berbec (de ex., vane, ventile, pompe, turbine; spargerea unei conducte i altele, care, de

asemenea, declaneaz un fenomen de lovitur de berbec sunt asimilate cu un organ perturbator);

3.7. Timp de manevr: Timpul in care organul perturbatori modific parametrii de funcionare(de ex., timpul de nchidere / deschidere al vanei, timpul de oprire / pornire al pompei). Legea demanevr: arat modul n care variaz n timp parametrul care se modific la organul perturbator(de ex., variaia, de-a lungul timpului de manevr, a coeficientului pierderii de sarcina locale ntr-o

van care se nchide);3.8. Atunci cnd organul perturbatoreste o van care se nchideautomat(de ex., la cderea

alimentrii cu energie electric a unei staii de pompare), de regul, la tipurile de vane fabricate n

prezent se poate face o programare a legii de nchidere (de manevr) astfel nct aceasta s senchid cu viteze de nchidere variabile n timp. Pentru cazul staiilor de pompare,experiena arat c legile de nchidere favorabile sunt cele convexe n care, la nceput,

viteza de nchidere e mare i scade apoi spre nchiderea total. In alte cazuri, forma optima

a legii de nchidere depinde de la caz la caz. In toate cazurile, forma legii de nchidere itimpul de nchidere vor face obiectul cercetrii pentru obinerea unei soluii optime, cu


4/55


5/55

4

Scheme si ipoteze de calcul

Scheme de calcul

4.5. In schema de calcul cu diferene finite din programele electronice de calcul, la mprirea

conductei ntr-un numr de tronsoane desprite prin noduri de calcul vor fi respectate

urmtoarele reguli:

- timpul de propagare a undelor loviturii de berbec va fi aproximativ acela i pentru

toate tronsoanele de calcul i, totodat, aproximativ egal cu pasul de calcul n timp;

regula timpilor egali de propagare pentru unde se va respecta cu att mai strict cu ctfenomenele sunt mai rapide;

- la fixarea numrului de tronsoane i plasarea nodurilor de calcul se va urmri ca

punctele caracteristice ale profilului n lung al conductei (schimbri mari de pant, puncte

nalte, puncte joase, puncte de branament etc.) s coincid cu nodurile de calcul sau s

fie aezate n apropierea lor;

- la reele de conducte, fiecare nod al reelei va fi un nod de calcul i, pentru a

respecta regula timpilor egali de propagare, se vor plasa noduri de calcul intermediare pe

artere;

4.6. Pasul de calcul n timp nu va putea fi mai mare dect o optime din timpul de

manevr. Avnd n vedere c, n schemele cu diferene finite din programele electronice decalcul, de regulpasul de calcul n timp se alege ca valoare minim a timpilor de propagare pe tronsoanele de calcul (condiia Courant), la nevoie se va mri n mod corespunztornumrul acestor tronsoane i respectiv al nodurilor de calcul.

4.7. Va fi exploatat la maximum oportunitatea pe care o ofer schemele de calcul cu diferene

finite astfel nct modelul de calcul s se apropie ct mai mult de instalaia real, astfel:

- pentru fiecare tronson de calcul se vor introduce valorile reale pentru diametrul

interior, rugozitate sau coeficient de rugozitate i celeritate, preluate din fiele tehnice deprezentare ale furnizorilor; n mod excepional, n lipsa unor informaii certe, acestea vorfi evaluate cunoscnd grosimea peretelui conductei mpreun cu natura i modulul de

elasticitate al materialului, folosind formulele clasice din literatura de specialitate; la

interpretarea rezultatelor calculelor, se va avea n vedere, de asemenea, c fiecare tronsonde calcul poate avea valori diferite pentru presiunile extreme (maxime sau minime)

admisibile;

- pentru fiecare nod de calcul se vor introduce valorile reale ale cotelor geodezice

(de regul, cot ax conduct), n conformitate cu profilul longitudinal real al conductei

precum i valorile acelor parametri care caracterizeaz funcionarea unor dispozitive

plasate n nodurile respective (vane, ventile, pompe, turbine etc.);

4.8. Dac n nodul de calcul se afl o van sau un alt tip de armatur, n mod obligatoriu se vaindica coeficientul pierderii de sarcin; dac vana are i rol de organ perturbator, se va indicalegea de manevr.

4.9. Dac n nodul de calcul se afl un branament, n mod obligatoriu se va indica consumul

din nod sau, dup caz, coeficientul pierderii de sarcina al vanei de pe branament; dacbranamentulare i rol de organ perturbator, se va indica legea de manevr.

4.10. Dac n nodul de calcul se afl o main hidraulic (turbopomp sau turbin), n modobligatoriu se va furniza caracteristica generalizat de funcionareH Q n (nlime debit turaie), in toate cadranele reprezentrii H - Q. In mod excepional, dac nu se dispune decaracteristica generalizat de funcionare a mainii hidraulice reale, se pot folosi caracteristici

generalizate adimensionale, preluate din literatura de specialitate. Dacmaina hidraulicare i rol de organ perturbatorse va indica, n mod obligatoriu, valoarea real a momentului de


6/55

5

inerie al tuturor parilor rotative aflate in cuplaj (rotorul pompei / turbinei + apa din interiorulpompei / turbinei + rotorul motorului / generatorului electric + cuplaje mecanice).

4.11. Dac n nodul de calcul se afl un mijloc (dispozitiv) de protecie, n mod obligatoriu sevor indica valorile reale ale acelor parametri care au un rol determinant n efectul protectiv al

acestuia, astfel (pentru mijloacele de protecie cele mai folosite):

- la castele de echilibru i hidrofoare de protecie, variaia pe vertical a seciuniiorizontale;

- la hidrofoarele de protecie, volumul geometric i volumul iniial al pernei de aer;

- n cazul tuturor tipurilor de dispozitive de protecie, rezistenta hidraulic abranamentului la conducta protejat;

- n cazul ventilelor de aer, modulul rezistenei hidraulice n poziia deschis sau diagramapierdere de sarcin funcie de debitul de aer;

- n cazul supapelor de suprapresiune, presiunea (calibrat) de deschidere a supapei imodulul rezistenei hidraulice in poziia deschis sau diagrama pierdere de sarcin funcie de

debitul de ap;

4.12. Pentru calcule de verificare, toi parametrii menionai pentru tronsoane i noduri suntcei reali, din situaia existent care face obiectul verificrii. Pentru calcule de dimensionare, o

parte dintre parametrii menionai, n special cei care se refer la mijloacele de protecie, facobiectul cercetrii, adic primesc valori, n variante succesive, pn cnd, din aproape n

aproape, se ajunge la o soluie de protecie care este optim att din punct de vedere tehnic ct i

economic (presiunile se ncadreaz n limitele admise iar costul este minim).

Ipoteze de calcul

4.13. In ce privete manevrele perturbatoare care declaneaz fenomenul de lovitur de berbec,n mod obligatoriu calculul le va lua n considerare pe acelea care au caracter accidental sau

imprevizibil, neputnd fi controlate i prevenite de personalul de exploatare, astfel:

- la aduciunile gravitaionale avnd ca destinaie alimentarea cu ap a unor obiective civile

sau industriale, n mod obligatoriu se va lua n considerare nchiderea vanei de la captul aval (de

la beneficiar); pentru aduciunile foarte lungi, se va lua n considerare i nchiderea vanelor delinie de pe traseul aduciunii; de regul, n aceste cazuri, n urma calculului se va recomanda un

timp minim de nchidere al acestor vane astfel nct presiunile s se nscrie n limitele admise,aceasta fiind, n fapt, i singura msur de protecie recomandat; ntruct, n aceste cazuri, n fapt

nu exist personal calificat de exploatare i intervenia la vane poate fi fcut de persoane

neavizate, proiectantul va lua msurile specifice prin care nclcarea condiiei de timp minim denchidere s nu fie posibil;

- la aduciunile gravitaionale avnd ca destinaie alimentarea cu ap a turbinelor din

centralele hidroelectrice, n mod obligatoriu se va lua n considerare nchiderea rapid (i

automat) a vanei de la captul aval (de la intrarea n turbine), menit s previn ambalarea

turbinelor;

- la aduciunile cu pompare, n mod obligatoriu se va lua n considerare anularea brusc amomentului motor primit de la motoarele electrice de antrenare a pompelor, ca urmare a

ntreruperii accidentale a alimentrii cu energie electric; se va lua n considerare ipoteza cea mai

dezavantajoas, n care toate pompele din staia de pompare erau n funciune la momentul cderii

alimentarii cu energie electric;

- la aduciunile cu pompare la care s-au prevzut ca mijloace de protecie ventilele de aeri

/ sau hidrofoarele de protecie i la care pernele de aer introdus de ctre acestea n conducte devin,

la rndul lor, mijloace de protecie (acionnd ca nite hidrofoare suplimentare), calculul se va face


7/55

6

i in ipoteza opririi pariale a staiei de pompare, inclusiv oprirea unei singure pompe, pentru a

evalua astfel situaia cnd tamponul de aer introdus n conduct are un volum mai mic;

- la aduciunile cu pompare prevzute cu clapete de sens sau cu vane cu nchidere automat

la cderea alimentarii cu energie electric, n mod obligatoriu se va lua n considerare prezena

acestora cu caracteristicile lor tehnice reale deoarece nchiderea lor reprezint surse suplimentare

de perturbaii, generatoare a unor fenomene suplimentare de lovitur de berbec;

- la toate tipurile de aduciuni, n funcie de sensibilitatea mai mare a acestora la

suprapresiuni sau la subpresiuni, se va alege combina ia cea mai dezavantajoas ntrenivelele piezometrice de la capetele aduciunii (de exemplu, nivelele de aspiraie i de

refulare, n cazul aduciunilor cu pompare);

- opional, la aduciunile cu pompare la care pompele sunt prevzute fiecare, pe refulare, cu

clapete de sens sau cu vane cu nchidere automat i la care exist riscul nenchiderii acestora,

pentru a vedea care este efectul curgerii inverse, mai ales n cazul pompelor care nu rezist timp

ndelungat la turaie invers, se va examina i cazul cnd o pomp se oprete accidental,

cu organul de nchidere n poziie deschis, iar restul pompelor rmn n stare de

funcionare;

- opional, la aduciunile cu pompare prevzute cu clapete de sens la care nu este sigur

nchiderea odat cu inversarea debitului, se va examina situaia care rezult pentru

ansamblul instalaiei din nchiderea brusc a acestora, cu un decalaj de 0,5... 1 secundefa de momentul inversrii debitului;

4.14. Manevrele perturbatoare executate n mod curent de personalul calificat de exploatare(pornire / oprire pompe / turbine, manevre de vane pentru reglajul debitului etc.) nu vor fi luate n

considerare la calculul loviturii de berbec i alegerea masurilor i mijloacelor de protecie. In

schimb, pentru efectuarea acestor manevre vor fi concepute proceduri prin care s nu se afecteze

negativ sistemul hidraulic; aceste proceduri vor fi nscrise n regulamentele de exploatare i vor fi

respectate n mod obligatoriu de ctre personalul de exploatare.

Date de baz

4.15. Pentru stabilirea coeficienilor rezistenelor hidraulice se vor folosi informaiiledin fiele tehnicede prezentare ale furnizorilor (pentru conducte i armturi); doar n cazuln care asemenea informaii nu pot fi obinute, se vor folosi indicaiile coninute n

manuale i ndreptare de calcule hidraulice. Pentru instalaii importante, n care se

folosesc dispozitive noi sau care nu pot fi asimilate cu cele existente n literatur, se vor

face determinri experimentale.

4.16. Presiunea de cavitaie (la care se produce ruperea coloanei de ap) se va lua 0,8bari pentru apa rece i altitudini joase (zona de cmpie i de deal). In zona de munte,aceasta se va calcula, innd seama de variaia presiunii cu altitudinea, cu formula:

n care z este altitudinea n metri.

4.17. Presiunile admisibile, maximi minim (vacuumul maxim admis), se preiau dinfiele tehnice de prezentare ale furnizorilor (pentru conducte i armturi). Ca regulgeneral, solicitrile suplimentare date de lovitura de berbec vor fi considerate ca sarcini

accidentale de scurt durat.

4.18. Dac nu se cunoate presiunea maxim admis i doar pentru conducte

confecionate din material omogen, n special pentru cele cu perei subiri cum sunt cele

din metal, presiunea maxim admis poate fi calculat cu aproximaie folosind formula

cazanelor:


8/55

7

pmax,ad = 2.e.ad/D

unde

-D este diametrul interior al conductei;

- e este grosimea peretelui conductei;

- ad este efortul admisibil la rupere, la solicitarea de ntindere, al materialuluidin care e confecionat conducta.

4.19. La conductele din oel i din materiale plastice lipite sau sudate, la stabilirea presiunii maxime admisibile printr-un calcul de specialitate (de rezistenta materialelor),

avndu-se n vedere natura accidental i de scurt durat a solicitrii din lovitura de

berbec, se admite o scdere a coeficientului de siguran cu 5% pn 15%, fa de cel

admis pentru sarcinile fundamentale, n raport de importanta lucrrii.

4.20. La evaluarea vacuumului maxim admis n conducte i dac aduciunea econfecionat din tuburi prefabricate mbinate pe antier, se va ine seama de sistemul de

etanare folosit i de posibilitatea ca vacuumul s afecteze etaneitatea aduciunii.

4.21. Considernd faptul c, la construcia aduciunilor, n practic, exist riscul unor

imperfeciuni, mai ales atunci cnd acestea sunt pozate subteran, pentru a se evita

deteriorarea calitii apei prin aspirarea unor substane din exterior, se recomand s nu se

admit un vacuum mai mare de 23 m.c.a.

Etape de calcul. Corelarea cu fazele de proiectare. Coninutul calculelor.

4.22. Calculul i proiectarea dispozitivelor de protecie contra loviturii de berbec vor fi

corelate cu proiectarea ntregii instalaii. La stabilirea dispoziiei generale a instalaiei se

va avea n vedere i comportarea ei n regim nepermanent: se va opta pentru acea

dispoziie general pentru care costul proteciei la lovitura de berbec este cel mai redus

(un exemplu curent n acest sens l reprezint forma profilului n lung al conductei care

depinde e traseul ales).

4.23. Culegerea i stabilirea datelor de baz este esenial i determinant pentrucorectitudinea calculelor i viabilitatea practic a soluiei de protecie; de aceea, trebuie

fcut cu maxim rigurozitate. De regul, datele de baz se vor obine direct de lafurnizori (conducte, armturi, ventile, maini hidraulice etc.) care rspund pentru

corectitudinea lor. Dac datele de baz nu pot fi obinute din surs direct sigur, acestea

se pot aprecia din proiecte similare sau din literatura de specialitate dar, n acest caz, se

vor alege valorile care conduc la situaiile cele mai dezavantajoase.

4.24. In prima faz, se execut calculul iniial care se efectueaz pentru instalaianeprotejat. Scopul acestui calcul este s decid dac este necesar protecia mpotrivaloviturii de berbec i, n caz afirmativ, care sunt efectele negative periculoase

(suprapresiunile sau subpresiunile sau ambele sau depirea turaiei mainilor hidraulice

.a.m.d.) i care sunt seciunile cele mai afectate.

Tot n aceast faz se va studia posibilitatea lurii unor m suri de protecie care, de

principiu, nu presupun investiii suplimentare ca n cazul dispozitivelor de protecie. Deexemplu, n cazul cnd pe conduct sunt instalate vane cu nchidere automat a cror lege

de nchidere poate fi programat (vane cu viteza de nchidere variabil de-a lungultimpului de nchidere), tot n aceast faz se va face un calcul de optimizare a legilor denchidere n sensul gsirii acelor legi care produc efectele negative cele mai reduse.

4.25. In a doua faz, se executcalculul de dimensionare care se efectueaz n scopulalegerii i dimensionrii soluiei de protecie contra loviturii de berbec, constnd ninstalarea unordispozitive de protecie care presupun investiii suplimentare. Schemele de

protecie se stabilesc pe baza experienei acumulate i pot fi luate cu titlu informativ din


9/55

8

literatura de specialitate. Cteva recomandri se dau i n normativul de fa , la cap. 5.Mai multe detalii, recomandri si indicaii se gsesc n NDRUMTORUL anexat

prezentului normativ.

In cursul acestei etape, se vor examina una sau mai multe variante de scheme de

protecie i se va face, prin ncercri succesive, optimizarea lor constnd n gsirea acelor

parametri care caracterizeaz dispozitivele de protecie pentru care acestea asigur

protecia conductei la un cost minim. Dup ce s-a stabilit soluia de protecie, dac e

cazul, se vor reconsidera legea i timpul de nchidere al vanelor astfel ca s corespund

noilor condiii. Tot de la caz la caz, se vor stabili eventualele restric ii n exploatare.

4.26. Calculele de verificare const n refacerea calculelor atunci cnd intervinschimbri n datele de baz, fie n decursul procesului de proiectare fie la execuia

lucrrilor, urmare a modificrii unor parametri de baz ai instalaiei (ai conductei i

echipamentelor sau ai dispozitivelor de protecie) fa de situaia iniial sau de cea

recomandat. Se vor face calcule de verificare i atunci cnd rezultatele unor msurtori

experimentale indic necesitatea stabilirii mai precise a unor date de baz. Calculele de

verificare se vor face nainte de darea n func iune i apoi, pe timpul exploatrii, ori de

cte ori se fac modificri n instalaie, dac acestea sunt de natur s influeneze

fenomenul de lovitur de berbec.

Interpretarea i prezentarea rezultatelor calculelor

4.27. Interpretarea rezultatelorcalculelor const, n principal, n compararea presiunilorobinute prin calcul cu cele admisibile, astfel:

- dac, n toate nodurile de calcul, presiunile obinute prin calcul sunt mai mici dect cele

maxime admisibile atunci, la calculul iniial se va trage concluzia c nu sunt necesare msuri imijloace suplimentare de protecie iar n calculul de dimensionarei n cel de verificare se va trageconcluzia c msurile i mijloacele de protecie propuse sau existente sunt satisfctoare din

punctul de vedere alproteciei la suprapresiuni; n caz contrar, se va analiza o alt soluie deprotecie sau, dup caz, se vor modifica parametrii determinani la soluia propus sau existent;

- dac, n toate nodurile de calcul, presiunile obinute prin calcul sunt mai mari dect cele

minime admisibile atunci, la calculul iniial se va trage concluzia c nu sunt necesare msuri i

mijloace suplimentare de protecie iar in calculul de dimensionarei n cel de verificare se va trageconcluzia c msurile i mijloacele de protecie propuse sau existente sunt satisfctoare din

punctul de vedere alproteciei la subpresiuni; n caz contrar, se va analiza o alt soluie deprotecie sau, dup caz, se vor modifica parametrii determinani la soluia propus sau existent.

4.28. Dac pe sistemul hidraulic sunt instalate maini hidraulice, interpretarearezultatelorva cuprinde i compararea turaiilor maxime obinute prin calcul cu cele admisibile.

4.29. Prezentarea rezultatelorcalculelor se va face sub forma unui studiu unitar, destinat acesteiprobleme i care va cuprinde toate elementele avute n vedere la calculul fenomenului, cu detaliile

numerice aferente, astfel:

- metoda de calcul, respectiv programul de calcul folosit cu condiiile generale i specificede aplicare;

- schema de calcul; n primul rnd, discretizarea conductei n tronsoane de calculdelimitate de noduri de calcul i, apoi, precizrile necesare privind dispozitivele plasaten nodurile de calcul;

- datele de baz, att cele ale tronsoanelor ct i cele ale dispozitivelor plasate nnodurile de calcul;

- ipotezele de calcul, n primul rnd cele referitoare la manevrele perturbatoare,generatoare ale fenomenului de lovitur de berbec;


10/55

9

- coninutul calculelor pe etape (n calculul iniial i n cel de dimensionare); nmod obligatoriu se vor prezenta numeric (tabelar) presiunile maxime i minime n toate

nodurile de calcul, n fiecare dintre ipotezele analizate; op ional se pot face i reprezentri

grafice sub forma unor linii piezometrice maxime i minime, pe profilul longitudinal al

conductei;

- interpretarea rezultatelori prezentarea concluziilor, care va conine n mod explicit idetaliat soluia de protecie recomandat, constnd n msuri i / sau mijloace de protecie; dup

caz, odat cu prezentarea soluiei de protecie recomandate, se vor face i precizrile necesare

n ce privete alctuirea constructiv a mijloacelor de protecie, pentru a obine ofuncionare corect i o eficacitate maxim a acestora; totodat, se vor face precizrile

necesare i n ce privete anumite prevederi ce trebuie introduse n regulamentul de

exploatare pentru a avea, de asemenea, o funcionare corect i o eficacitate maxim a

proteciei mpotriva loviturii de berbec.

5. Alegerea msurilor i a mijloacelor (dispozitivelor) de protecie

5.1. Pentru alegerea soluiilor de protecie i a dispozitivelor aferente nu se dau norme

cu caracter obligatoriu. Soluia de protecie, constnd n msuri i mijloace (dispozitive)

de protecie, trebuie s rezulte din parcurgerea etapelor indicate la capitolul 4 i depinde

de foarte muli parametri; ca atare, ea este caracteristic fiecrei instalaii concrete,neputndu-se face generalizri.

5.2. Schema de protecie va fi corelat cu dispoziia de ansamblu a instalaiei hidraulice,

folosind n mod judicios avantajele oferite de dispoziia general sau modificnd-o n sens

convenabil, mai ales n ceea ce privete profilul n lung sau caracteristicile echipamentelor

ale cror caracteristici au influen asupra apariiei i desfurrii loviturii de berbec. La

instalaii importante se va da o justificare tehnico-economic a soluiei.

5.3. In schemele de protecie vor fi folosite dispozitive cunoscute, alese n funcie de

caracteristicile i avantajele fiecruia; pot fi folosite i dispozitive noi, dar numai dup o

prealabil verificare experimental sau numai prin calcul, dac exist sigurana unui model

matematic corect sau acoperitor.

5.4. Folosirea dispozitivelor care introduc aer n conducta protejat este interzis n

urmtoarele situaii:

- dac exist posibilitatea ca aerul s fie evacuat prin turbine;

- dac nu este asigurat circulaia liber a aerului, dup caz ctre bazinul de refulare

sau ctre rezervorul de alimentare, respectiv dac pe traseu nu exist ventile de aer

sau derivaii care s permit evacuarea aerului n atmosfer, comandate sau nu de

vane.

- dac evacuarea aerului n atmosfer se face cu dispozitive (vane, ventile etc.) care

nu au rezistene hidraulice suficient de mari pentru a nu produce ocuri hidraulice

importante la evacuarea aerului; aceast condiie se aplic i branamentelor

castelelor de echilibru.

5.5. Folosirea hidroforului de protecie trebuie tratat cu deosebit atenie n sensul cntre volumul geometric i volumul pernei de aer, pe de o parte, i rezistena hidraulic a

branamentului la conducta protejat, pe de alta parte, exist o singur combinaie careasigur eficacitatea hidroforului ca mijloc de protecie; aceast combinaie se determin cu

exactitate doar prin calcul i ea trebuie respectat cu rigurozitate n execuie; este interzis

instalarea hidrofoarelor de protecie fr un calcul prealabil, cu volume (orict de mari) i

rezistene hidraulice luate la ntmplare ntruct este foarte probabil ca prezena lor, n

aceste condiii, s produc mai mult ru dect dac hidroforul n-ar fi fost instalat deloc.


11/55

10

5.6. Ca regul general, hidroforul de protecie trebuie s fie plasat n apropiereaorganului perturbator unde are eficacitatea maxim i unde, de regul, exist condiii

pentru supravegherea i ntreinerea acestuia (de exemplu, la ieirea dintr-o staie de

pompare sau n imediata apropiere a acesteia, funcie de situaia din teren). Instalarea

hidroforului n alte amplasamente trebuie s fie foarte bine justificat.

5.7. Experiena arat c, dac hidroforul de protecie este folosit pentru atenuareasuprapresiunilor, atunci rezult ca fiind optime rezistene hidraulice mari alebranamentului la conducta protejat i, n consecin, rezult volume mici de hidrofor;

din contr, dac hidroforul de protecie este folosit pentru atenuarea subpresiunilor, atuncirezult ca fiind optime rezistene hidraulice mici ale branamentului la conducta protejat

i, respectiv, rezult volume mari de hidrofor; atunci cnd rolul protector al hidroforului

trebuie s se manifeste n ambele sensuri (hidroforul trebuie s asigure protecie att la

suprapresiuni ct i la subpresiuni), apare astfel o incompatibilitate care, tehnic, poate fi

rezolvat n mai multe moduri, descrise n literatura de specialitate i care au, fiecare,

avantaje i dezavantaje; pentru astfel de situaii , strategia de protecie recomandat denormativ e descris la art. 5.8.

5.8. Pe baza cunoaterii din domeniu i, mai ales, n urma acumulrii unei vaste experiene,

inclusiv la nivel naional, n realizarea de aduciuni de ap sub presiune, cu cele mai diverse

destinaii, s-au putut trage o serie de concluzii, cu caracter de standardizare, privind schemele de

protecie cele mai avantajoase, respectiv cele care asigur un cost total minim al protecieimpotriva efectelor negative ale loviturii de berbec. Acestea reprezint adevrate strategii de

protecie i const n anumite combinaii de msuri i / sau dispozitive de protecie care ofer oeficacitate maxim n cazul anumitor tipuri de aduciunii. Ca urmare, prezentul normativ face

urmtoarele recomandri:

- la aduciunile gravitaionale pentru alimentarea cu ap a unor obiective civile sauindustriale, se recomand, ca unic msur de protecie, controlul timpului de nchidere i, eventual,a legii de nchidere a vanei de la captul aval; doar n mod excepional, pentru profile longitudinale

ieite din comun, cu puncte nalte proeminente sau cu zone foarte adnci, se pot aduga, ca mijloace

de protecie, ventilele de aeri, respectiv supapele de suprapresiune; aceeai recomandare se face la

aduciunile gravitaionale pentru alimentarea cu ap a unormicro-hidrocentrale;

- la aduciunile gravitaionale pentru alimentarea cu ap a unor hidrocentrale de mareputere se recomand schema clasic, descris n literatura de specialitate, constnd n aduciune,castel de echilibru i conduct forat (detalii, in INDRUMATORUL anexat);

- la aduciunile cu pompare care au profile longitudinale convexe, cu puncte nalte i / saucu puncte proeminente de schimbare de panti care trebuie protejate doar la subpresiuni din cauza

vacuumului avansat care se produce doar n aceste puncte, se recomand, ca mijloace de protecie,

doar folosirea ventilelor de aer, plasate in aceste puncte i, eventual, i n cteva puncte

intermediare i / sau adiacente;

- la aduciunile cu pompare care auprofile longitudinale concave, fr puncte nalte i / saufr puncte proeminente de schimbare de pant i care trebuie protejate doar la subpresiuni din

cauza vacuumului avansat care se produce pe o parte nsemnat din lungimea conductei, se

recomand, ca mijloc de protecie, folosirea unui hidrofor de protecie plasat la ieirea din staia depompare; este posibil, n anumite situaii, s fie necesare, n plus, i cteva ventile de aer plasate

spre captul aval al aduciunii, ctre bazinul de refulare.

- la aduciunile cu pompare care auprofile longitudinale concave, cu puncte foarte adnci,care trebuie protejate doar la suprapresiunile care se produc n aceste puncte, se recomand, ca

mijloace de protecie, doar folosirea supapelor de suprapresiune, plasate n aceste puncte i,

eventual, i n cteva puncte intermediare i / sau adiacente;


12/55

11

- la aduciunile cu pompare care auprofile longitudinale concave, fr puncte foarte adnci,care trebuie protejate doar la suprapresiunile care se produc ns pe o parte nsemnat din lungimea

conductei, se recomand, ca mijloc de protecie, folosirea unui hidrofor de protecie plasat la ieireadin staia de pompare;

- la aduciunile cu pompare care trebuie protejate att la suprapresiuni ct i lasubpresiuni strategia de protecie recomandat este urmtoarea: a). la ieirea din staia de

pompare se instaleaz un hidrofor de protecie dimensionat ca s protejeze ntreaga conductdoar mpotriva suprapresiunilor; rezult astfel un hidrofor de mici dimensiuni cu o rezisten mare

de branament care va atenua ns doar parial subpresiunile i anume doar n apropierea staiei de pompare; b). pentru atenuarea subpresiunilor pe toat lungimea aduciunii, se instaleaz

suplimentar, de regul la distane mai mari de staia de pompare, un numr de ventile de aer, n

puncte i cu caracteristici care se determin prin calcul, concomitent cu caracteristicile hidroforului;

6. Probe tehnologice i reguli de exploatare

Probe tehnologice

6.1. Probele tehnologice ale instalaiilor de protecie contra loviturii de berbec au drept

scop s verifice buna funcionare a schemelor de protecie, nainte de intrarea n exploatare

a instalaiei hidraulice. Operaia const n msurarea valorilor presiunilor n diferite puncte

ale conductelor protejate dup efectuarea unor manevre care genereaz lovitura de berbeci, apoi, compararea lor cu valorile admisibile. Aceste opera ii se efectueaz pe instalaia

executat, n timpul probelor de punere n funciune. Se vor efectua, n primul rnd, acele

manevre care au reprezentat ipotezele obligatorii luate n considerare la calculul loviturii

de berbec.

6.2. Operaiile de verificare prin msurtori se vor efectua pentru toate instalaiile

supuse loviturii de berbec; n acest scop, prin proiect, acestea vor fi prevzute cu tuurile

necesare pentru branarea traductorilor de presiune, n conformitate cu procedurile

corespunztoare, concepute odat cu proiectul i fcnd parte integrant din acesta.

Rezultatele vor fi consemnate n documentele de ncheiere a probelor de punere n

funciune sau n cele de recep ie a lucrrilor.

6.3. Msurtorile vor fi efectuate cu aparatura adecvat unor fenomene rapid variate,

respectiv traductori de presiune cu inerie mici aparatur electronic pentru achiziia de

date n timp real, cu posibiliti de stocare i prelucrare pe calculator. De preferin, n

acest scop se va avea n vedere angajarea unor firme specializate i acreditate n

msurtori hidraulice de acest tip.

6.4. Pentru instalaii importante i instalaii la care lovitura de berbec ridic probleme

speciale (reglaje, dispozitive noi sau modificate), probele tehnologice se vor desfura

dup un program special, stabilit de proiectant. Programul special va cuprinde:

- releveul instalaiei de protecie i al profilului n lungul conductei;

- comparaia releveului cu proiectul i efectuarea unor calcule de verificare dac

exist deosebiri fa de proiect;

- verificarea montri i i funcionrii corecte a elementelor dispozitivelor de

protecie;

- verificarea reglajului dispozitivelor de protecie (vane, supape de suprapresiune

etc.);

- efectuarea de manevre generatoare ale loviturii de berbec, msurarea

caracteristicilor i compararea lor cu valorile admisibile i cu prevederile

proiectului.


13/55

12

6.5. Manevrele generatoare de lovitur de berbec se vor efectua dup ce n prealabil s-a

constatat c instalaia este executat n bune condiii, cu respectarea prevederilor

proiectului i c dispozitivele sunt reglate corect. Se va ncepe cu manevre care dau

solicitri mici i, dup verificarea lori constatarea c sunt n concordant cu calculele, se

va trece treptat la manevre mai dure.

6.6. Msurtorile se vor face n diferite puncte ale conductei i anume:

- lng pomp sau lng van;

- lng branamentul dispozitivului de protecie;

- n alte puncte caracteristice ale conductei, care se stabilesc pe baza informaiilor

furnizate de calculele de dimensionare.

6.7. In cursul manevrelor i msurtorilor se va urmri vizual i se vor nota aspectele

mai deosebite n funcionarea dispozitivelor de protecie (ventile de suprapresiune,

hidrofoare, ventile de aer, castele de echilibru etc.), a organelor de reglaj sau de nchidere

(vane, clapete etc.) i / sau altor dispozitive.

6.8. Constatrile i concluziile stabilite pe baza programului special de msurtori vor fi

consemnate ntr-un referat care va cuprinde:

- descrierea instalaiei hidraulice i a schemei de protecie contra loviturii de

berbec;

- descrierea probelor efectuate, cu indicarea rezultatelor msurtorilor;

- descrierea funcionrii instalaiei, aprecieri asupra comportrii ei, recomandri

pentru perfecionare (dac e cazul) i indicaii pentru exploatare care se vor

nscrie n instruciunile de exploatare;

- concluzii asupra recepiei, care vor fi afirmative dac presiunile extreme se

ncadreaz n limitele prevzute de proiect i dac n cursul manevrelor nu au

aprut defeciuni; n cazul concluziilor negative, se vor arta cauzele i

modalitatea de remediere.

Un exemplar din actul menionat se va pstra la organul de exploatare.

Reguli de exploatare

6.9. La instalaiile hidraulice sub presiune la care exist dispozitive de protecie contra

loviturii de berbec, n instruciunile de exploatare se va introduce un capitol privind

protecia contra loviturii de berbec. Acest capitol va cuprinde:

- schia instalaiei hidraulice n ansamblul sau, inclusiv profilul n lung, cu toate

detaliile i datele principale ale acesteia;

- descrierea schemei de protecie contra loviturii de berbec;

- descrierea funcionrii schemei de protecie n diferite ipoteze care au fost avute

n vedere la proiectare i indicarea defeciunilor posibile care ar putea deranja

funcionarea corect a instalaiei de protecie; aici se vor arta i parametrii la

care trebuie s se afle sau s fie reglate diferitele dispozitive componente ale

schemei de protecie contra loviturii de berbec;

- instruciuni privind controlul periodic, revizia i ntreinerea instalaiei; se va

prevedea probarea periodic a dispozitivelor a cror funcionare incorect poate

produce i / sau amplifica efectele negative ale loviturii de berbec.

- instruciuni privind procedurile care trebuie urmate i respectate n mod

obligatoriu la operarea curenta a instalaiilor (de ex., la nchiderea / deschiderea

vanelor, oprirea / pornirea pompelor etc.) astfel nct s nu se produc efecte


14/55

13

negative suplimentare ale loviturii de berbec sau s nu fie amplificate cele

existente.

6.10. Organele de exploatare au obligaia de a face controalele i reviziile periodice

indicate n instruciuni precum i lucrrile de ntreinere prevzute. Ele sunt obligate s

remedieze in cel mai scurt timp eventualele defeciuni constatate n cursul probelor de

control i al reviziilor.

7. Msuri administrative

7.1. Prevederile prezentului normativ sunt obligatorii pentru toate proiectele care au ca

finalitate realizarea practic a unor conducte de transport lichide sub presiune, fie c sunt

noi sau reabilitate i indiferent care e denumirea pe care o poart sau o va purta n viitor

faza de proiectare n conformitate cu prevederile altor normative (proiect tehnic de

execuie, detalii de execuie, detalii de proiectare etc.).

7.2. Pentru faze de proiectare de fezabilitate sau pre-fezabilitate, prevederile prezentului

normativ sunt opionale dar se recomand ca ele s fie, de asemenea, respectate deoarece

aplicarea lor ofer garania unor evaluri corecte, att a soluiilor tehnice ct i a

elementelor de cost din cadrul analizelor cost-beneficiu.

7.3. Respectarea prevederilor prezentului normativ este asigurat de ctre verificatorii de proiectautorizai. Acetia au obligaia de a verifica existena calculului de lovitur de berbec nBreviarulde calcule i, pentru ansamblul proiectului, respectarea tuturor normelor obligatorii stipulate n

prezentul normativ. In mod deosebit, se va verifica dac proiectantul a redactat corect i n

conformitate cu normativul, procedurile de punere n funciune (probele tehnologice) iregulamentele de exploatare. Dac prevederile normativului nu sunt respectate, verificatorul nu vaaproba proiectul. Verificatorul de proiect care ncalc prevederile acestui articol i pierde atestatul.


15/55

UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTIBd. Lacul Tei 124 * Sect. 2 * RO-020396 * Bucuresti - ROMANIA

Tel.: +40-21-242.12.08, Tel./Fax: +40-21-242.07.81, www.utcb.ro

Functionare conform HG nr. 223/2005, cod fiscal R13726642

INDRUMATOR

PRIVIND CALCULUL LOVITURII DE BERBEC SI

ALEGEREA MSURILOR OPTIME DE

PROTECTIE

ANEX LA NORMATIVUL

CALCULUL SI COMBATEREA LOVITURII DE BERBEC LA

CONDUCTELE PENTRU TRANSPORTUL APEI

Faza 1 - Redactarea I

Contract nr. 443 din 22.12.2009

Beneficiar: M.D.R.T. (M.D.R.L.)

Bucuresti, iunie 2010


16/55

INDRUMATOR PRIVIND CALCULUL LOVITURII DE BERBEC I ALEGEREA MSURILOROPTIME DE PROTECIE ANEX LA NORMATIVUL CALCULUL SI COMBATEREA

LOVITURII DE BERBEC LA CONDUCTELE PENTRU TRANSPORTUL APEI_______________________________________________________________________________

1

INDRUMATOR PRIVIND CALCULUL LOVITURII DE BERBEC I ALEGEREA

MSURILOROPTIME DE PROTECIE

CUPRINS

1 Calculul micrilor nepermanente n conducte sub presiune ............................................. 3

1.1 Ecuaii generale ................................................................................................................. 3

1.2 Metode de calcul ............................................................................................................... 4

1.2.1 Celeritatea .................................................................................................................... 4

1.2.2 Unde directe i unde inverse ...................................................................................... 6

1.2.3 Relaia lui Jukovski ..................................................................................................... 6

1.2.4 Reflexia si refracia undelor ...................................................................................... 7

1.2.5 Metoda undelor fizice ................................................................................................. 8

1.2.6 Metoda undelor de calcul ........................................................................................... 8

2 Aspecte caracteristice ale desfurrii fenomenului .................................................................. 17

2.1 Aduciunile gravitaionale pentru alimentarea cu ap de consum ..................................... 17

2.2 Aduciunile gravitaionale pentru alimentarea cu ap a centralelor hidroelectrice ............ 19

2.3 Aduciunile cu pompare ..................................................................................................... 22

3 Dispozitive de protecie .......................................................................................................... 27

3.1 Castelul de echilibru........................................................................................................... 27

3.2 Hidroforul de protecie ....................................................................................................... 28

3.3 Ventilul de aer .................................................................................................................... 32

3.4 Supapa de suprapresiune .................................................................................................... 33

3.5 Volanta adiional .............................................................................................................. 33

3.6 Conducta de ocolire ........................................................................................................... 33

4 LISTANOTAIILOR............................................................................................................... 35

5 BIBLIOGRAFIE SELECTIVA ................................................................................................. 37

5.1 Autori strini (n ordine cronologic) ................................................................................ 37

5.2 Autori romni (n ordine cronologic)............................................................................... 38


17/55


18/55



3

1 Calculul micrilor nepermanente n conducte sub presiune

1.1 Ecuaii generale

Regimul nepermanent de micare a fluidelor constituie un caz frecvent n funcionareainstalaiilor hidraulice care transport lichide sub presiune. El apare ori de cte ori seschimb regimul de micare, adic ori de cte ori au loc modificri ale condiiilor la limitale curgerii, cum ar fi nchiderea sau deschiderea unei vane, oprirea sau pornireapompelor, eliminarea aerului, spargerea unei conducte etc.

Regimul nepermanent poate introduce solicitri importante ale sistemului. La micarealichidelor n conducte, pot aprea suprapresiuni care s ntreac de cteva ori sau zeci deori presiunea de regim i, de asemenea, depresiuni importante, n ambele cazuri putndu-se ajunge la distrugerea instalaiei.

Modelul de calcul al regimului nepermanent n conducte sub presiune este, ca i n

cazul regimului normal, permanent, modelul curgerii unidimensionale n care se considerc pe toat seciunea transversal, n toate punctele acesteia, viteza este aceeai i anume,egal cu viteza medie:

V = Q/A

unde Q este debitul iar A este aria seciunii transversale.

Proprietatea lichidelor care este determinant n desfurarea fenomenelor de micarenepermanent este compresibilitatea. Ea determin caracterul ondulatoriu al acestormicri iar ecuaiile care descriu cel mai exact mi carea nepermanent a lichidelor suntidentice cu ecuaiile coardei vibrantei anume:

undeHeste cota piezometric iar c este celeritatea, adic viteza de deplasare, n lungul sistemuluihidraulic, a perturbaiilor, conform definiiei undelor.

Dac se ine seama i de pierderile de sarcin, atunci ecuaiile capt forma:

unde Jeste panta hidraulic.

Aceste ecuaii sunt valabile pentru toate micrile nepermanente i sunt obligatorii,modelnd corect din punct de vedere matematic fenomenele reale, atunci cnd acestea suntrapid variabile n timp.

Cu ct micrile sunt mai lent variabile n timp, cu att caracterul ondulatoriu sereduce, micarea capt din ce n ce mai mult un caracter de oscilaie n mas iarcompresibilitatea joac un rol mai puin important. La limit, pentru micri foarte lent

variabile n timp, compresibilitatea se poate neglija i se ajunge la modelul simplificat al


19/55



4

fluidului incompresibil care poate fi, ns, folosit doar n acest caz, al mi crilor foartelent variabile n timp

Fenomenele de micare nepermanent rapid variabile vor fi denumite in continuare

fenomene de lovitur de berbec" iar cele lent variabile vor fi denumite micri deoscilaie in mas". Piesele, instalaiile sau construciile care se prevd special cu scopul dea controla lovitura de berbec vor fi numite dispozitive de protecie".

Exist mai muli factori care determin rapiditatea fenomenului, n primul rnd vitezarelativ cu care are loc modificarea condiiilor la limit (de ex., nchiderea unei vane) dari evoluia micrii n funcie de dispozitivele existente pe conduct (de ex., castelul deechilibru sau hidroforul de protec ie schimb, prin reflexia undelor, caracterul rapid almicriintr-unul lent).

ntruct nu se poate stabili o delimitare clar ntre micrile rapid variabile i cele lentvariabile i nu se poate decide cu siguran dac modelul simplificat poate fi aplicat, se

recomand ca, n toate cazurile s se aplice doar modelul exact al fluidului compresibil .

1.2 Metode de calcul

Fenomenele de lovitur de berbec au un caracter ondulatoriu. O modificare a condiiilorla limit, ntr-un punct oarecare al conductei, provoac schimbri locale ale debitului i

presiunii, schimbri care se transmit din aproape n aproape, cu vitez finit, numit vitezde propagare, pe seama elasticitii lichidului i a materialului conductei, formnd undeplane de debit i respectiv de presiune.

In cazul loviturii de berbec, viteza de propagare se confund practic cu celeritatea,adic cu viteza de propagare n lichidul aflat n repaus.

Prin perturbaie se va nelege variaia (creterea sau descreterea) de debit sau depresiune care se propag.

Caracteristica principal a undelor de debit i de presiune este aceea c sunt undeasociatedeoarece ele se formeaz i se propag simultan, formnd mpreuna unda sonic;

ntre undele asociateexist o relaie bine determinat, cunoscut sub numele de relaia luiJukovski.

1.2.1 Celeritatea

Viteza cu care se propag undele asociate prin fluidul n repaus se numete celeritateieste egal cu viteza sunetului (viteza de propagare a micilor perturbaii prin conduct).

Valoarea celeritii este esenial pentru corectitudinea calculului de lovitur de berbec;de aceea, este necesar s se cunoasc valoarea sa real sau s se aprecieze o valoare ctmai apropiat de cea real.

In acest sens, valorile cele mai corecte sunt cele ob inute direct de la furnizoriiconductelor care, la rndul lor, trebuie s le determine pe cale experimental, apelnd lalaboratoare de specialitate.

In cazul cnd valoarea celeritii nu se poate obine n acest fel, direct de la furnizori,

aceasta se poate aprecia cu ajutorul formulei de mai jos care este, ns, valabil doar


20/55



5

pentru conducte confecionate dintr-un material omogen (nu se aplic, de ex., la conductedin beton armat, din materiale compozite, stratificate etc.).

Formula ine seama de elasticitatea fluidului dar i a peretelui conductei precum i decondiiile de rezemare ale acesteia.

In aceast relaie, s-au fcut urmtoarele notaii:

- este modulul de elasticitate al lichidului. Pentru ap = 2,1.104 kgf/cm2 =2,1.9,81.108 Pa;

- este densitatea lichidului. Pentru ap = 1 000 kg/m3= 101,9 kgf .s2/m4;

- E este modulul de elasticitate al materialului din care este confec ionat conducta.

Pentru otel, E = 2,1.106 kgf/cm2 = 2,1 .9,81 .1010 Pa

Pentru font, E = 1.106 kgf/cm2 = 1.9,81.1010 Pa

Pentru beton, E~2.105 kgf/cm2 = 2.9,81.109 Pa

Pentru azbociment, E = 2.105 kgf/cm2 = 2.9,81.109 Pa

Pentru cauciuc, E=2060 kgf/cm2= (2060).9,81.104Pa

-D este diametrul interior al conductei;

- e este grosimea peretelui conductei;- C1 este un coeficient care ine seama de grosimea peretelui conductei i de condiiile derezemare ale acesteia, astfel:

La conducte cu peretele subire (D/e>25) i dac sunt permise deplasrilelongitudinale:

La conducte cu peretele sub ire (D/e>25) la care deplasrile longitudinale sunt

mpiedicate:

La conducte cu peretele gros (D/e


21/55



6

1.2.2 Unde directe i unde inverse

Clasificarea n unde directe i unde inverse este convenional i este important,mai ales, pentru aplicarea formulelor de calcul n cadrul metodelor de calcul.

Criteriul de clasificare l constituie un sens de parcurgere pozitiv al conductei care sealege in mod convenional.

Undele directesunt cele care se deplaseaz n sensul pozitiv iar undele inverse sunt celecare se deplaseaz n sensul negativ.

1.2.3 Relaia lui Jukovski

Relaia dintre cele dou unde asociate , unda de presiune p = pf - pii unda de debit Q= Qf- Qieste cunoscut sub numele de relaia lui Jukovskii este urmtoarea:

semnul plus fiind valabil pentru undele directe iar semnul minus, pentru undele inverse.Relaia lui Jukovski se mai folosete practic i sub forma:

undeH = Hf- Hi este unda de cotpiezometric.

In relaiile de mai sus, indicii fi isemnific valori finale, respectiv, iniiale iar zi mse numesc rezisten de und" (prin analogie cu fenomenele din electricitate) avndexpresiile de mai jos:

Relaia lui Jukovski se mai folosete practic i pentru calculul variaiei de presiune care

se produce la nchiderea brusc a unei vane, cnd poate fi folosit i sub forma

undeV = Vf- Vieste variaia de vitez care se produce prin nchiderea vanei.

In toate aceste relaii:

- este densitatea lichidului;-

este celeritatea;- este aria seciunii transversale a conductei;- este viteza medie pe seciune;- este debitul;- este presiunea;- este cota piezometric;- -

.g este greutatea specifica;

- este acceleraia gravitaiei.


22/55



7

1.2.4 Reflexia si refracia undelor

Ca n orice fenomen ondulatoriu, i n cazul undelor sonice se produc fenomenele dereflexie i de refracie atunci cnd se schimb condiiile de propagare. De exemplu (fig.1.1), o und incident 1 care se propag pe o conduct cu rezistena de und z1 i careajunge ntr-un punct n care caracteristicile conductei se modific brusc, rezistena de unddevenind z2, sufer fenomenul de reflexie prin care se creeaz unda reflectat 1 irespectiv fenomenul de refracie prin care se creeaz unda refractat 2.

Fig. 1.1. Reflexia si refracia undelor:

1unda incident ; 2unda refractat ; 1unda reflectat

Fenomenele de reflexie i de refracie se cuantific cu ajutorul urmtorilor coeficieni:

- Coeficientul de reflexie al undei de debit:

- Coeficientul de reflexie al undei de presiune:

- Coeficientul de refracie al undei de debit:

- Coeficientul de refracie al undei de presiune

In cazul cnd unda incident ajunge n dreptul unui rezervor de dimensiuni foarte mari(z2=0) sau n cazul cnd unda incident ajunge n dreptul unui capt nchis de conduct


23/55



8

(z2=), are loc fenomenul de reflexie total, cnd nu exist unde refractate. Din formulelede mai sus, rezult urmtorii coeficieni de reflexie total pentru cele dou cazuri frecvent

ntlnite la capetele sistemelor hidraulice i anume:

- cazul unui rezervor de mari dimensiuni - cazul unei conducte (vane) nchise

Coeficientul de reflexie al undei de presiune pentru cazul unui rezervor de mari

dimensiuni este, n mod particular, interesant ntruct el explic efectul protector alcastelelor de echilibru i al hidrofoarelor de protecie. Valoarea semnific faptulc o perturbaie de presiune este reflectat cu semn schimbat i, suprapunndu-se pesteunda incident, i anuleaz efectul iniial (o cretere de presiune se transform, prinreflexie, ntr-o descretere de presiune care anuleaz, cel puin parial, creterea iniial, iinvers).

1.2.5 Metoda undelor fizice

Cunoscnd caracterul ondulatoriu al loviturii de berbec, aceast metod calculeazvariaia n timp a debitului i a presiunii prin compunerea diferitelor unde care se propag

pe conduct.

Metoda de calcul a undelor fizice const n suprapunerea efectelor diferitelor unde careau trecut, de-a lungul timpului, printr-o sec iune a conductei. Formulele care dau cota

piezometric i debitul ntr-o seciune oarecare sunt:

n care H0 i Q0 sunt valori iniiale, iar Hd, Hi Qd, Qi sunt undele directe i inverse,de cot piezometric i de debit, care au trecut prin seciune de la momentul ini ial pn lamomentul de calcul.

ntruct pe conduct se propag att undele produse direct de ctre schimbareacondiiilor la limit ct i cele reflectate sau refractate, numrul de unde care trebuiecompuse este att de mare nct metoda nu poate fi aplicat practic dect n cazuri extremde simple; la instalaii mai complicate, n fapt la cele reale, metoda poate fi folosit,eventual, numai pentru a studia primele momente de desfurare ale fenomenului.

In concluzie, metoda undelor fizice poate fi folosit doar pentru calcule extrem desimple precum i n scop didactic, pentru nelegerea desfurrii fenomenului de loviturde berbec i a modului n care diferite dispozitive modific caracterul loviturii de berbec.

1.2.6 Metoda undelor de calcul

Pornind de la metoda undelor fizice:


24/55



9

printr-un artificiu simplu (nmulind a doua relaie cu m i apoi, adunnd-o i scznd-o

din prima, rezult:

Din aceste relaii rezult c:

- expresia H+mQare caracter de und direct n sensul cea pstreaz o valoareconstant pentru un observator care se deplaseaz n sensul pozitiv cu viteza c(celeritatea); din acest motiv, aceast expresie poart numele de und de calculdirect sau invariant Riemann direct;

- expresia H-mQ are caracter de und invers n sensul cea pstreaz o valoare

constant pentru un observator care se deplaseaz n sensul negativ cu viteza c(celeritatea); din acest motiv, aceast expresie poart numele de und de calculinvers sau invariant Riemann invers;

Se precizeaz c aceste relaii sunt valabile n lipsa pierderilor de sarcin (pe modelulde fluid ideal, lipsit de vscozitate); pentru a suplini aceast deficien a modelului decalcul, toate pierderile de sarcin (inclusiv cele liniare) se introduc concentrat, sub formaunor pierderi de sarcin locale, respectiv a unor dispozitive (diafragme fictive) plasate

n nodurile de calcul.

Faptul c metoda undelor de calcul opereaz cu valori globale ale parametrilor i nu cuvariaii ale acestora face ca aceast metod s fie mult mai practic. In plus, pentru c

diferitele condiii la limit se exprim, de cele mai multe ori, ca nite relaii tot ntrevalorile globale ale parametrilor, aceast metod poate fi folosit i n cazurile cnd peconduct exist condiii la limit complicate, cum sunt cele impuse de pompe, hidrofoare,castele, vane simple sau cu nchidere programat etc.

Fig. 1.2. Metoda undelor de calcul - problema elementar (nod simplu)

De aceea, aceasta este metoda aplicat practic pentru calculul loviturii de berbec lainstalaii reale i ea st la baza unor algoritmi foarte eficieni i a unor programe de calculelectronic automat, folosind principiul diferen elor finite.

Existena undelor de calcul permite scrierea de sisteme de ecua ii formate dintr-unnumr de relaii egal cu numrul necunoscutelor.

K K+1K-1


25/55



10

Metoda undelor de calcul a fost elaborat de Riemann (1860) n cazul general iaplicat pentru cazul loviturii de berbec de Schnyder (1929) i apoi de Bergeron (1935)care a fcut o prezentare general i sistematic a ei.

Expresiile constante H+mQi H-mQpoart numele de invariani Riemann, dup numelecelui care a descoperit condiiile n care aceste expresii se menin constante. Expresiilerespective au fost notate de Riemann respectiv cu R i S, notaie care s-a folosit i ncontinuare.

Posibilitile metodei sunt valorificate la maximum prin folosirea diferen elor finiteaplicate n form numeric. In trecut, cnd nu existau posibilitile de calcul oferite decalculatoarele actuale, s-au folosit i metode grafice sau hibride care actualmente sunttotal depite.

Folosirea diferenelor finite aplicate n form numeric este explicat pe scurt cunotaiile din figura 1.2. Conducta se mparte n tronsoane de calcul delimitate de noduri

de calcul iar n figur sunt desenate trei noduri succesive (K-1, K, K+1). Tronsoanele potavea rezistene de und diferite, ident ificate cu indicele nodului mai mare iar n nodurilede calcul, valorile debitului i cotei piezometrice pot fi diferite de o parte i de alta anodului.

Considernd c timpii de parcurs ai tronsoanelor sunt egali ntre ei i egali, la rndullor, cu pasul de calcul n timp din metoda diferenelor finite tK= tK+1 = t, proprietateaundelor de calcul conduce la urmtoarele relaii de und:

undejij+1reprezint dou momente succesive: tj+1 = tj+ t .Simplificnd notaiile, aceste relaii se scriu:

Cunoscnd debitele i cotele piezometrice de la momentul iniial j (adic, valoareainvarianilor Riemann) se obin astfel dou relaii ntre valorile debitelor i cotelor

piezometrice de la momentul final j+1. Necunoscutele (valorile debitelor i cotelorpiezometrice de la momentul final) fiind n numr de patru

, pentru

nchiderea sistemului de ecuaii mai trebuie adugate nc dourelaii.In cazul nodului simplu (figura 1.2), aceste relaii sunt:

In cazul nodului cu diafragm, adic o pierdere de sarcin local cu modulul de rezistenthidraulic (figura 1.3), aceste relaii sunt:

||


26/55



11

Acest tip de nod se folosete n mod curent pentru a prinde n calcule efectul pierderilorde sarcin liniare, dar ecuaiile respective pot fi folosite i n cazul cnd pe conduct seafl o rezisten local real aa cum este cazul vanelor cu sau fr nchidere programat,

clapete de sens (de reinere) .a. De la caz la caz, Mkpoate fi constant sau variabil dup olege cunoscut.

Fig. 1.3. Nod interior cu diafragma (cu modulul de rezistenta M k)

In cazul nodului cu hidrofor sau cu castel de echilibru ( figura 1.4), existnd unbranament (o ramificaie), notnd cu Qd debitul pe branament i alegnd ca pozitivsensul de intrare n nod, se poate scrie relaia de continuitate:

Notnd cu Md modulul de rezisten al conductei de branament, se poate scrie

pierderea de sarcin pe conducta de branament, ca diferen ntre cota piezometricHd ndispozitiv i cota piezometric din conduct. Considernd, pentru a nu complica ecuaiile,c n nodul cu asemenea dispozitive nu existdiafragm se poate scrie:

||S-au scris, deci, nc trei ecuaii, dar au aprut nc dou necunoscute. In continuareecuaiile difer cu natura dispozitivului.

In cazulcastelului (figura 1.3 b), cota piezometric n castel Hd se confund cu cota apein castel Zdadic:

Cunoscnd forma castelului, adic seciunea orizontal a castelului F n funcie cota

apei Zd , F=F(Zd) , se poate calcula cota apei la momentul final j+1 (pentru simplificareanotaiilor, acest indice nu s-a mai scris) pe baza cotei la momentul ini ial ji a volumului

de ap ce se transfer ntre castel i conduct, din relaia:

K

MK

||Linie

piezometric

Plan de referin


27/55



12

( ) ( )

S-a obinut un numr de ecuaii egal cu numrul necunoscutelor.

Fig. 1.4. Nod interior cu castel sau hidrofor:

ahidrofor; b castel

In cazulhidroforului (figura 1.4 a), n mod asemntor

unde pd reprezint presiunea n perna de gaz a dispozitivului care poate fi pus n relaiecu presiunea la momentul iniial j prin relaia de stare a gazului. Se poate folositransformarea politropic:

Plan de referin


28/55



13

unde d reprezint volumul pernei de gaz iar n este coeficientul de transformarepolitropic (n = 1,0.. .1,4) pentru care se poate lua valoarea medie n = 1,25.

Volumul de aer la momentul final j+1 poate fi calculat pe baza celui de la momentul

iniial ji a debitului pe branament:

Pe de alt parte, cunoscnd forma hidroforului, volumul pernei de gaz este cunoscut n

funcie de cota apei in hidrofor:

i n acest caz se obine un numrde ecuaii egal cu cel al necunoscutelor.

In cazul apariiei cavitaiei, conform cu schema de diferene finite adoptat, attcontrolul apariiei ct i calculul efectiv al cavitaiei se pot face numai n ipotezacavitaiei concentrate n nodurile schemei de calcul. De aici rezult dou neajunsuri:

- primul i cel mai important este acela c schema nu reflect corect realitatea, deoarece,practic, cavitaia se produce concentrat numai n anumite cazuri (puncte nalte sau ncare panta profilului longitudinal convex sufer o puternic modificare);

- al doilea neajuns rezult din faptul c rezultatele calcului depind de numrul detronsoane n care s-a mprit conducta (de aici decurgnd numrul de coloane care sesepar la apariia cavitaiei precum i numrul i succesiunea ciocnirii lor).

Ambele neajunsuri se pot remedia, ns numai parial, printr-o alegere corespunztoare a poziiei i numrului de noduri precum i prin calculul difereniat al cavitaiei dup cum

n nodul respectiv poate sau nu sapar ruperea coloanei.

Calculul nodului n cavitaie se face n dou etape:

- Verificarea apariiei cavitaiei:se trateaz nodul ca un nod obinuit (fr cavitaie)i apoi se verific daca aprut cavitaia. Dac

unde hca v este nlimea vacuumetrica de producere a cavitaiei, atunci nodul respectivintr n cavitaie i calculul trebuie refcut. In caz contrar, rezultatele calculului (pentrunod fr cavitaie) sunt corecte.

-

Calculul cavitaiei folosete relaiile de und:

la care se adaug condiia suplimentar:

De aici rezult:


29/55



14

Prin ruperea coloanei se produce o pung de vapori al crui volum poate fi calculat:

In timp, punga de vapori evolueaz avnd perioade de cretere sau de descretere a

volumului. La fiecare timp de calcul trebuie verificat dac volumul pungii de vapori s-aanulat, caz n care, nodul devine un nod obi nuit (fr cavitaie).

Ecuaiile de mai sus sunt valabile numai pentru cazul nodurilor interioare simple;pentru alte tipuri de noduri, sistemul de ecuaii trebuie scris de la caz la caz, innd seamade condiiile la limit sau de dispozitivele din nodul respectiv.

In cazulnodurilor de captse dispune de o singur relaie de und, invers sau direct,dup cum nodul este situat la nceputul sau la sfritul conductei (nceputul i sfritul sedefinesc n conformitate cu sensul pozitiv ales).

Restul relaiilor, necesare pentru a nchide sistemul, se obin din condiiile la limit,care variaz de la caz la caz. De exemplu:

- Rezervor cu nivel constant egal cu H0 : la orice moment Hk = H0 ;

- Vana cu nchidere brusc: la orice moment Qk = 0 ;

- Orificiu cu debuare n atmosfer: la orice moment Hk = Zk (Zkeste cota geodezica axului orificiului).

Cazul nodului cu turbo-maini este uzual la conductele de alimentare cu api poate ficauza loviturii de berbec atunci cnd se ntrerupe accidental alimentarea cu energie amotoarelor de antrenare (la pompe) sau la nchiderea aparatului director (pentru turbine).Nu se recomand ca, n calcule, s se nlocuiasc turbo-maina cu alt dispozitiv maisimplu pentru c e necesar s se in seama de efectul ineriei prilor rotative i a ntregiicaracteristici de funcionare a mainii care, de exemplu n cazul pompelor, pot contribui nmod substanial la ameliorarea situaiei de pe conduct.

In continuare se dau relaiile de calcul n ipoteza c n nod se afl o turbo-pomp iaceasta se gsete n ultimul nod, deci se va folosi relaia dat de unda direct.

Se presupune ca turbo-pompa are nivelul inferior (de aspiraie) Ha, c nlimea sa depompare, respectiv cderea in regim de turbin, este Hp care e funcie de debitul Qp ituraia ni cprile rotative au un moment de inerie total J=GD2/4g.

In aceste condiii, se pot scrie relaiile:

unde Hp, Qpi n sunt legate ntre ele prin caracteristica general a pompei:


30/55



15

Turaia la momentul final j+1 poate fi pus n legtur cu turaia la momentul iniial jprin ecuaia de micare a prilor rotative:

unde:

- este momentul de inerie al prilor rotative (GD2 fiind o valoare uzualindicat de furnizori);

- este viteza unghiular (radiani/secund);

- Mm este momentul motor (se anuleaz dac se ntrerupe alimentarea cu energieelectric);

- Mr este momentul hidraulic rezistent (Mr este egal cu Mm att timp ct micarea estepermanent);

Scriind aceast relaie n diferene finite rezult:

[( ) ]Momentul hidraulic (rezistent) este, de asemenea, o funcie de debit i de turaie:

Se obine un numrde ecuaii egal cu numrul necunoscutelor.

Pentru calcule foarte exacte este necesar s se dispun de caracteristica general a

turbo-pompelor instalate, att n ceea ce privete nlimea de pompare ct i momentulrezistent, ca funcii de debit i turaie.

Aceste caracteristici se dau, de regul, sub form tabelar i difer, n principal, nfuncie de turaia specific; ele sunt ntocmite n mrimi adimensionale iar mrimile dereferin pentru debite, nlimi de pompare, turaii i momente rezistente sunt respectiv:

- QR care este debitul nominal pompei (la randament maxim);

- HR care este nlimea nominal de pompare (la randament maxim);

- nR care este turaia nominal a pompei;

-

Mr,R care este momentul rezistent corespunztor lui QR, HR, nR;Cnd pe aceeai conduct sunt racordate mai multe turbo-pompe, se poate proceda n

dou feluri:

- fie se scriu relaiile respective pentru fiecare pomp n parte, ceea ce conduce laecuaii i respectiv algoritmi complicai;

- fie se nlocuiete grupul cu o singur turbo-pompechivalent,

La grupuri de turbo-pompe identice montate n paralel, turbo-pompa echivalent vaavea aceeai turaie i aceeai nlime de pompare ca i fiecare turbo-pomp n parte ntimp ce debitul i momentul de inerie se vor gsi prin nsumarea debitelor i respectiv

momentelor de inerie ale turbo-pompelor din grup. La grupuri de turbo-pompe n serie,debitul i turaia rmn neschimbate, iar nlimile i momentele de inerie se adun.


31/55


32/55



17

2 Aspecte caracteristice ale desfurrii fenomenuluiPentru a alege i proiecta cele mai potrivite soluii de protecie contra loviturii de berbec, pentru

a asigura exploatarea corect a acestora i pentru a evita producerea unor situaii generatoare deocuri hidraulice, este necesar ca aspectele generale ale fenomenului de lovitur de berbec s fiecunoscute att de cei care proiecteaz ct i de cei care execut sau, mai ales, exploateazinstalaiile hidraulice prevzute sau nu cu dispozitive de protecie.

n ceea ce privete valorile parametrilor (n spe, a presiunilor) i variaia lor n timp, respectivdesfurarea fenomenului de lovitur de berbec, acestea sunt proprii fiecrei instalaii concrete i,practic, nu pot fi fcute generalizri. Unele particulariti ale schemei generale, care aparent suntnesemnificative, pot fi cauza unor deosebiri importante n mersul fenomenelor. Se pot distingetotui trei categorii de instalaii la care fenomenul de micare nepermanent are anumite trsturitipice. Acestea sunt: conductele unifilare (aduciunile) gravitaionale pentru alimentarea cu ap deconsum (a unor obiective civile sau industriale), conductele unifilare (aduciunile) gravitaionale

pentru alimentarea cu apa unor centrale hidroelectrice mari i conductele unifilare (aduciunile) cupompare. Pentru aceste trei categorii de instalaii, mai jos se trec n revistaspectele i problemelespecifice, cu caracter de generalitate, privind lovitura de berbec.

2.1 Aduciunile gravitaionale pentru alimentarea cu ap de consumAlctuirea unei aduciuni gravitaionale pentru alimentarea cu ap a unui obiectiv civil sau

industrial e dat, n form simplificat-schematizat, n figura 2.1, unde se afl, de asemenea,elementele explicative ale desfurrii fenomenului de lovitur de berbec.

Se presupune c aduciunea, cu lungimea total L are, pe toat lungimea, aceeai valoare a

celeritii c. Manevra care produce lovitura de berbec n astfel de cazuri, obligatoriu a fi luat nconsideraie conform Normativului, este nchiderea vanei de la captul aval, manevrat debeneficiarul apei furnizate. Parametrul principal care determin valoarea variaiilor de presiune lreprezint timpul Ti de nchidere al vanei. O anumit influen o are i forma legii de nchidere.ntruct descrierea de fa are doar o valoare calitativ, se va prezenta numai influena lui Ti, cumeniunea c i reprezentarea grafic a liniilor piezometrice din figur este, de asemenea,orientativ.

Prin nchiderea vanei, se produce mai nti faza suprapresiunilor, adic o cretere a presiunilorpeste cele iniiale iar nfurtoarea presiunilor maxime e reprezentatn figur sub forma linieipiezometrice maximale, notatL.p.maxcare se afl deasupra liniei piezometrice de regim, notat cuL.p.0.

In faza a doua, urmare a reflexiei cu semn schimbat a undelor de presiune la rezervorul de lacaptul amonte, se producefaza subpresiunilor, adic o descretere a presiunilor sub cele iniiale iarnfurtoarea presiunilor minime e reprezentat n figur sub forma liniei piezometrice minimale,notatL.p.mincare se afl dedesubtul liniei piezometrice de regim, notat cu L.p.0.

Amplitudinea variaiilor de presiune, notat, n dreptul vanei, cuH precum i forma liniilorpiezometrice maximal i minimalL.p.maxiL.p.min depinde n primul rnd de valoarea timpuluide nchidere Ti.

Astfel, dac Ti < 2L/c (timpul de nchidere e mai mic dect dublul timpului de parcurs alconductei de ctre undele sonice, denumit i timp de reflexie), atunci H are valoarea care s-arobine dac vana s-ar nchide brusc, adic valoarea dat de formula lui Jukovski, notat cuH(Juk.)

vezi figura 2.2. Totodat, forma liniilor piezometrice maximal i minimal este cea din figura

2.1, unde acestea sunt notate cuL.p.max(Juk.)iL.p.min(Juk.).


33/55



18

Dac Ti > 2L/c (timpul de nchidere e mai mare dect timpul de reflexie), atunciHare o valoaremai mic dectH(Juk.), notat cuH(Ti), valoare cu att mai mic cu ct Ti este mai marevezi

figura 2.2. Totodat, forma liniilor piezometrice maximal i minimal este cea dinfigura 2.1, unde

acestea sunt notate cuL.p.max(Ti)iL.p.min(Ti).

Figura 2.1 - Aduciunea gravitaional pentru alimentarea cu ap de consum

Figura 2.1 pune n eviden i importana major pe care o are forma profilului longitudinalasupra regimului presiunilor. Profilul convex, cu puncte nalte (desenat cu linie continu), estefavorabil n regim normal (permanent) de funcionare cnd presiunile sunt reduse ; n schimb, nregim nepermanent, el este foarte sensibil la subpresiuni, linia piezometric (minimal) putndajunge cu uurin sub axul conductei, producndu-se vacuum sau chiar cavitaie. Din punctul devedere al loviturii de berbec, profilul concav (desenat n figur cu linie ntrerupt) este maiavantajos.

Aa cum se precizeaz i n Normativ, valoarea exact att a presiunilor maxime ct i a celorminime se determin prin calcul dar din cele de mai sus rezult clar c,n aceste cazuri, e posibil ca

singura msur de protecie contra loviturii de berbec s o reprezinte impunerea unui timp minim denchidere al vanei.

L.p.0

L.p.max(Juk.)

L.p.min(Juk.)

L.p.min(Ti)

L.p.max(Ti)

H(Juk.)

H(Juk.)

H(Ti)

H(Ti)


34/55



19

2.2 Aduciunile gravitaionale pentru alimentarea cu ap a centralelorhidroelectrice

Aduciunile gravitaionale pentru alimentarea cuap a centralelor hidroelectrice,n special celede mare putere, reprezint amenajri de mare complexitate. Din punctul de vedere strict al lovituriide berbec, principala deosebire fa de cele care alimenteaz consumatori civili sau industrialiobinuii o constituie faptul c vana din aval trebuie s se nchid foarte rapid pentru a preveniambalarea turbinelor la anularea momentului rezistent al generatorului electric, situaie careintervine brusc i imprevizibil atunci cnd acioneaz sistemele de protecie din staiile electrice detransformare.

Figura 2.2Dependena variaiilor de presiunen funcie de timpul de nchidere al vanei la o aduciune gravitaional

Forma i alctuirea unei aduciuni gravitaionale pentru alimentarea cu ap a centralelorhidroelectrice este destul de bine definit n urma unei experiene ndelungate; n formsimplificat-schematizat, ea e datnfigura 2.3, unde se afl, de asemenea, elementele explicativeale desfurrii fenomenului de lovitur de berbec.

Linia piezometric din regimul permanent, notat cu L.p.0, arat avantajele acestei forme nprimul rnd n regim normal de funcionare, mai precis faptul c aceasta e soluia cea mai ieftin nce privete costul total al aduciunii, astfel:

- Conducta de aduciune C.A., reprezentnd cea mai mare parte din lungimea total aaduciunii, e plasat la cote ridicate, avnd practic doar o pant mic, din considerentetehnologiceconstructive; n acest fel, presiunile sunt reduse i costul, de asemenea.

H

TiO 2L/c

H(Juk.)


35/55



20

- Conducta forat C.F., de lungime mic, consumpractic ntreaga cdere a amenajrii;ea e supus unor presiuni mari dar, avnd o lungime mic, nu afecteaz foarte multcostul total.

Lovitura de berbec e declanat de nchiderea rapid a vanei V.R. de la intrarea n central. Incondiiile unui timp de nchidere Ti care este foarte mic n raport cu timpul de reflexie 2L/c,corespunztor unor lungimi mari ale aduciunii in absena unor mijloace de protecie, variaiile de

presiune ar fi extrem de mari i ar afecta ntreaga aduciune, inclusiv conducta de aduciune C.A(vezifigura 2.1).

Figura 2.3 - Aduciunea gravitaional pentru alimentarea cu ap a unei centralehidroelectrice

Pentru protecie se folosete castelul de echilibru C.E., plasat n punctul de schimbare de pantal profilului longitudinal. Poziia optim a castelului ar fi fost chiar lng sursa loviturii de berbec

vana V.R. dar, n acest caz, ar fi rezultat un castel cu o nlime extrem de mare , foarte scump i,n concluzie, imposibil de realizat practic. In poziia din figur, reflectnd undele sonice care vin dela vana V.R., castelul reduce n mod semnificativ variaiile de presiune de pe conducta de aduciuneC.A.dar i pe cele de pe conducta forat C.F.

Castelul mparte astfel aduciunean dou pri distincte:

C.A.

C.F.

C.E.

C.S.

C.I.

V.R.

max

min

L.p.max.c.a.

L.p.min.c.a.

L.p.0

L.p.max.c.f.

L.p.min.c.f.


36/55



21

- Conducta de aduciune C.A., reprezentnd cea mai mare parte din lungimea total aaduciunii, care e supus unor variaii de presiune relativ mici i cu caracter lent variabil;

n acest fel, costul conductei de aduciune C.A. rmne redus i pentru a face fa

regimului nepermanent;- Conducta forat C.F., de lungime mic, e supus unor variaii mari de presiune (dar,totui, mai mici dect in absena castelului) i cu caracter rap id variabil de oc; eatrebuie s fie dimensionat s reziste acestor solicitri dar, avnd o lungime mic, acestlucru nu afecteaz foarte mult costul total.

Practic, castelul de echilibru transform fenomenul de lovitur de berbec (rapid variabil intimp), declanat de nchiderea rapid a vanei V.R., ntr-un fenomen de oscilaie n mas; acestaare loc pe conducta de aduciune C.A., ntre bazinul din amonte (lacul de acumulare) unde nivelul econstant i castel,n care (acesta avnd o seciune limitat) au loc variaii ale nivelului apeintre unnivel maxim i unul minim. Acest fenomen poart numele de salt n castel i el determinnlimea (i,n ultim instan costul) acestuia.

Pentru reducerea nlimii castelului precum i pentru prevenirea intrrii aeruluin ad

Normativ 2010 Utcb - Calc Si Comb Lov de Berb La Cond Pt Transp Apei

Documents

Transcript of Normativ 2010 Utcb - Calc Si Comb Lov de Berb La Cond Pt Transp Apei