Model funkcjonalny KSB: Pęcherzyki powietrza w rurociągach

W przypadku rurociągów o wyraźnych punktach wysokich wzniesień istnieje niebezpieczeństwo, że w obszarach tych będą gromadzić się nierozpuszczone gazy podwyższające opór przepływu. Prowadzi to do utraty energii i zmniejszenia przepływu. Rozwiązanie: odpowietrzenie rurociągów. Jakie są jednak możliwości odpowietrzenia rurociągów przy różnych prędkościach przepływu?

Model funkcjonalny KSB prezentuje efekty występujące w przypadku pęcherzyków powietrza w rurociągach. Ukazuje różne możliwości odpowietrzenia rurociągów przy różnych prędkościach przepływu.

Budowa modelu:

Model funkcjonalny składa się z rurociągu z wyraźnymi punktami wysokimi i niskimi. Po stronie dopływu rurociąg ten jest połączony z pompą stojącą w zbiorniku wodnym. Po stronie odpływu woda jest ponownie odprowadzana do zbiornika.

Tłoczoną ilość wody, a tym samym prędkość przepływu, można regulować za pomocą zasuwy po stronie dopływu oraz po stronie odpływu. Realizowana wysokość tłoczenia pompy jest prezentowana za pomocą słupa wody w pionowej rurze. Wyświetlacz wskazuje natężenie przepływu.

Czym jest pęcherzyk powietrza?

Pojęcie „pęcherzyk powietrza” jest nieprecyzyjne – bardziej trafne byłoby tutaj mówienie o „pęcherzyku gazu”, ponieważ powietrze jest mieszaniną określonych gazów o odpowiedniej proporcji. Dzięki temu uwzględniony zostałby także temat ścieków z wydzielaniem gazów, powstawania metanu lub tworzenia gazów z przyczyn chemicznych. Hydrauliczne zachowanie w systemach rurociągów jest identyczne.

Jakie niebezpieczeństwa istnieją?

Projektowana wydajność pompowania przewidzianych do zastosowania pomp również nie może zostać osiągnięta ze względu na straty energetyczne. W zależności od nasilenia pompy mogą przejść w stan trybu nieustalonego, ponieważ słup cieczy w systemie rurociągu podlega wahaniom. Dodatkowe straty ciśnienia spowodowane poduszką gazową w wysokich punktach rurociągu zwiększają niebezpieczeństwo pracy pompy wirowej pod częściowym obciążeniem. Charakterystyka wysokości tłoczenia spada wraz ze wzrostem objętościowego udziału gazu. Jeżeli profil rurociągu nie jest znany, zaleca się przeprowadzenie pomiaru.

Mieszanina gazów jest lżejsza niż tłoczone medium i podczas przepływu przez pompę zostaje od niego oddzielona w wyniku ruchu obrotowego wirnika. W zależności od kształtu wirnika może dojść do silnego wzbudzenia wahań w pracy pompy. Krótkotrwałe zachowanie całego systemu, a więc pompa – rurociąg – płyn (gaz, ciecz), ulega zmianie. Dokładne obliczenia (np. analiza uderzeń hydraulicznych) są utrudnione i skrywają w sobie odpowiednie potencjalne zagrożenie.

W przypadku przepompowni ścieków istnieje niebezpieczeństwo tworzenia się kożucha ściekowego na powierzchni wody w wyniku wydostawania się gazu. Już przy pierwszym napełnieniu rurociągu mogą utworzyć się pęcherzyki gazu.

W ten sposób można uniknąć pęcherzyków gazu:

  • Oceń płyn pod kątem zawartości gazu/tworzenia się gazu.
  • Zwróć uwagę na odpowiednie ukształtowanie studzienki pompowej. Wskazówka: Studzienka pompowa powinna być tak ukształtowana, aby nie dochodziło do wprowadzania gazu przez napór na powierzchnię cieczy. Jeżeli nie da się tego uniknąć, należy zwiększyć odległość pompy od tego miejsca, aby pęcherzykom gazu dać możliwość wzniesienia się/odgazowania.
  • Jeżeli to konieczne, przeprowadź odpowietrzanie punktów wysokich.
  • Jeżeli to możliwe, oblicz zdolność samo odpowietrzania; przeważnie jest to jednak niewykonalne ze względu na dobór niedostatecznie dużej pompy. Dodatkowo warunkiem koniecznym do tego jest wystarczająca objętość użytkowa studzienki pompowej.

W jakich rurociągach powstają pęcherzyki gazu?

Do powstawania pęcherzyków gazu może dochodzić, jeżeli tłoczone medium wykazuje skłonność do wytwarzania gazu lub zawiera już gaz. Wraz z rosnącą zawartością gazu w objętości tłoczonej cieczy wydajność pompy pogarsza się.

Im bardziej w profilu rurociągu występują geodezyjne punkty wysokie, tym silniejsza jest tendencja do występowania poważnych problemów w procesie tłoczenia.

Jeżeli masz jeszcze pytania lub potrzebujesz porady, skontaktuj się z naszymi ekspertami KSB.

Kolejny materiał z naszego cyklu tematycznego „Hydrauliczne próby modelowe” poświęcony będzie tematowi „przedostawania się powietrza”. Serdecznie zapraszamy do lektury.