Zjawisko uderzenia hydraulicznego opisywane jest przez licznych badaczy już od połowy XIX w. [1, 2]. Występuje powszechnie w systemach ciśnieniowego przesyłu cieczy, w tym w pompach i pompowniach, przede wszystkim w momentach uruchomienia i zatrzymania ich pracy. Powstające wówczas uderzenie charakteryzuje się jednoczesnym występowaniem w obrębie pomp, po ich stronie ssawnej i tłocznej, tzw. uderzenia dodatniego (początkowy wzrost ciśnienia), jak również ujemnego (początkowy spadek ciśnienia) [3]. Na pompę działają więc jednocześnie dwie fale – zwiększonego i zmniejszonego ciśnienia, co potęguje potencjalne efekty niszczące. Zgodnie z badaniami Kwietniewskiego i Raka [4] niemal 60% awarii pompowni wodociągowych w Polsce, w ostatnich 10 latach, związane było ze skutkami pojawiającego się tam uderzenia hydraulicznego. Skala tego zjawiska skłoniła autorów do badań nad nowym urządzeniem, nazwanego przez nich zaworem różnicowym, ograniczającym skutki uderzenia hydraulicznego w pompowniach.

Celem artykułu jest prezentacja zarówno koncepcji zaworu różnicowego, jak również badań pilotażowych z jego wykorzystaniem, w warunkach laboratoryjnych.

Koncepcja zaworu różnicowego

Koncepcję zaworu różnicowego autorzy artykułu opracowali, przyjmując następujące założenia:

- brak konieczności wykorzystania energii elektrycznej i automatyki sterującej do prawidłowego działania,

- jednoczesne, po obu stronach pompy, ograniczanie skutków uderzenia hydraulicznego.

Powstałe rozwiązanie zgłoszono do Urzędu Patentowego [5].

RYS. 1 Schemat koncepcyjny zaworu różnicowego – układu ograniczania skutków uderzenia hydraulicznego. 1 – pompa, 2 – przewód ssawny, 3 – przewód tłoczny, 4 – obejście, 5, 6 – zawór bezpieczeństwa [3]

 Przeprowadzone badania w warunkach laboratoryjnych [2, 3] wykazały stosunkowo wysoką skuteczność opracowanego zaworu. Uwidoczniły jednak jednocześnie występowanie kilku problemów z jego zastosowaniem. Przede wszystkim, pomimo wielu prób i modyfikacji, nie udało się uzyskać pełnej szczelności zastosowanych w nim zaworów bezpieczeństwa, w warunkach normalnej pracy pompy, co obniżało jej sprawność energetyczną. W efekcie zdecydowano o uproszczeniu konstrukcji zaworu różnicowego, rezygnując z jednego zaworu bezpieczeństwa i zastępując go zaworem zwrotnym. Dodatkowo, dla celów badawczych, prototyp zaworu różnicowego wyposażono w dwa zawory odcinające oraz dwa manometry kontrolne, zgodnie z rysunkiem 2.

RYS. 2 Schemat koncepcyjny zmodyfikowanego układu ograniczania skutków uderzenia hydraulicznego. 1 – pompa, 2 – przewód ssawny, 3 – przewód tłoczny, 4 – obejście, 5 – zawór bezpieczeństwa, 6 – zawór zwrotny, 7 – zawór odcinający, 8 – manometr

Przedstawione na rys. 2 rozwiązanie umożliwia przepływ wody przez obejście, zarówno w kierunku od przewodu ssawnego do tłocznego pompy, jak i odwrotnym. W przypadku zatrzymania pompy (ciśnienie po stronie ssawnej wyższe niż tłocznej) otwiera się zawór zwrotny (6). W przypadku uruchomienia pompy, przepływ przez obejście (4) odbywa się, gdy różnica ciśnień po obu stronach pompy będzie większa od nastawy zaworu bezpieczeństwa (5). Powyższy układ pracuje niezależnie od dostawy energii elektrycznej. Nie wymaga również specjalnego układu sterowania. Prostota konstrukcji predestynuje go do zastosowań w pompowniach bezobsługowych, ze szczególnym uwzględnieniem wodociągów wiejskich.

 

Cały artykuł został opublikowany w nr 1/2017 półrocznika Pompy Pompownie.