Normativ privind calculul loviturii de berbec la conductele pentru transportul apei,

Indicativ NP 128:2011

cap.1. Obiect

cap.2. Domeniul de aplicare

cap.3. Defini�ii �i terminologie

cap.4. Calculul fenomenului

cap.5. Alegerea m�surilor �i a mijloacelor ( dispozitivelor ) de protec�ie

cap.6. Probe tehnologice �i reguli de exploatare

cap.7. M�suri administrative

Partea a II-a INDRUMATOR PRIVIND CALCULUL LOVITURII DE BERBEC �I

ALEGEREA M�SURILOR OPTIME DE PROTEC�IE Terminologie �i abrevieri

cap.1. Calculul mi�c�rilor nepermanente în conducte sub presiune�

1.1. Ecua�ii generale 1.2. Metode de calcul

1.2.1. Celeritatea 1.2.2. Unde directe �i unde inverse 1.2.3. Rela�ia lui Jukovski 1.2.4. Reflexia �i refrac�ia undelor 1.2.5. Metoda undelor fizice 1.2.6. Metoda undelor de calcul

cap. 2. Aspecte caracteristice ale desf��ur�rii fenomenului

2.1. Aduc�iunile gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� de consum 2.2. Aduc�iunile gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� a centralelor hidroelectrice 2.3. Aduc�iunile cu pompare

cap. 3. Dispozitive de protec�ie�

3.1.Castelul de echilibru 3.2. Hidroforul de protec�ie 3.3.Ventilul de aer 3.4. Supapa de suprapresiune 3.5.Volanta adi�ional� 3.6. Conducta de ocolire�

Anexa 1-Documente de referin��

CUPRINS Partea I-a

CALCULUL �I COMBATEREA LOVITURII DE BERBEC LA CONDUCTELE PENTRU TRANSPORTUL APEI

Partea I-a Calculul �i combaterea loviturii de berbec la conductele pentru transportul apei

cap.1. Obiect (1) Prezentul normativ prive�te totalitatea ac�iunilor ce trebuie întreprinse �i a m�surilor care trebuie

luate în vederea combaterii sau limit�rii efectelor negative ale loviturii de berbec la conductele pentru transportul apei, când aceasta introduce solicit�ri care dep��esc capacitatea portant� a subansamblelor mecanice (conducte, arm�turi etc.) �i/sau atunci când parametrii de func�ionare ai ma�inilor hidraulice ies în afara limitelor admise.

(2) Normativul cuprinde reguli obligatorii pentru toate fazele realiz�rii conductei �i anume: calcul,proiectare, execu�ie, punere în func�iune �i exploatare. Obligativitatea acestor reguli deriv� din faptul c� fenomenul necontrolat poate produce avarii majore ale conductelor �i ale subansamblelor aferente. Avarierea conductelor poate lipsi beneficiarii de ap� pe o perioada îndelungat� de timp iar efectele economice nedorite sunt importante �i multiple. În plus, aceste avarii sunt de natur� s� pun� în pericol via�a oamenilor (în cazul conductelor supraterane, de exemplu prin explozia conductelor) sau s� afecteze grav mediul înconjur�tor (în cazul conductelor subterane, de exemplu prin afectarea pânzei freatice, fie prin poluarea ei, fie prin ridicarea nivelului acesteia, mergând pân� la ini�ierea unor alunec�ri de teren).

(3) Normativul mai cuprinde unele recomand�ri, în special la faza de proiectare, în ce prive�tealegerea m�surilor �i mijloacelor de protec�ie în vederea limit�rii efectelor negative ale loviturii de berbec. Experien�a acumulat� pân� în prezent a dovedit c�, pentru fiecare tip de aduc�iune exist� anumite „strategii” de protec�ie, respectiv combina�ii de m�suri �i mijloace de protec�ie care s-au dovedit optime atât din punct de vedere tehnic cât �i economic. Normativul recomand� alegerea, dup� caz, a uneia sau alteia din aceste strategii.

cap.2. Domeniul de aplicare (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 iriga�ii sau de la desec�ri etcetera), atât la cele în care curgerea se face gravita�ional cât �i la cele la care curgerea se face prin pompare. Normativul se poate aplica �i la conductele care transport� alte lichide .

(2) Normativul se aplic� indiferent de „rapiditatea” fenomenului de mi�care nepermanent�, respectivatât în cazul „loviturii de berbec” care are caracter de mi�care rapid variabil� cât �i în cazul “oscila�iei în mas�” care are caracter de mi�care lent variabil�.

cap.3. Defini�ii �i terminologie (1) Mi�carea nepermanent� este aceea la care parametrii locali, care caracterizeaz� starea de mi�care

(presiuni, debite, viteze) într-un punct dat, variaz� în timp. Prin “lovitur� de berbec” se în�elege fenomenul de mi�care nepermanent� care ia na�tere într-o instala�ie hidraulic� sub presiune ce transport� lichide, ca urmare a modific�rii bru�te sau relativ rapide a regimului de func�ionare, fiind caracterizat� printr-o varia�ie important� �i rapid� a parametrilor locali. Prin “oscila�ie în mas�” se în�elege fenomenul de mi�care nepermanent� într-o instala�ie hidraulic�, caracterizat printr-o varia�ie lent� în timp a acestor parametri.

(2) Caracterul ondulatoriu al “loviturii de berbec” rezid� în aceea c� perturba�iile (varia�iileparametrilor–presiune, debit, etcetera ) se propag� în lungul conductelor cu o vitez� finit� denumit� vitez� de propagare. În acest caz, viteza de propagare se confund� cu celeritatea care reprezint� viteza de propagare a sunetului prin lichidul în repaus.

5

(3) Efectele negative ale fenomenului se manifest� asupra:

a) conductelor �i arm�turilor, fiind provocate de varia�iile de presiune ce conduc, pe de o parte, lapresiuni maxime ca urmare a suprapresiunilor (presiuni care le dep��esc pe cele de regim normal de func�ionare) �i, pe de alt� parte, la presiuni minime ca urmare a subpresiunilor (presiuni mai mici decât cele din regimul normal de func�ionare); presiunile minime sunt periculoase doar în cazul în care produc vacuum �i, eventual, cavita�ie.

b) ma�inilor hidraulice: la turbine, ambalarea acestora (dep��irea peste limita admis� a tura�iei);la turbopompe, inversarea sensului de curgere �i a sensului se rota�ie (regim de frân� sau de turbin�, inclusiv ambalare).

(4) Modele de calcul. În acest caz, exist� dou� modele de calcul:

a) Modelul fluidului compresibil reprezint� modelul de calcul exact (care �ine seama decompresibilitatea real� a lichidului �i de deformabilitatea real� a conductelor); se aplic� tuturor mi�c�rilor nepermanente, atât celor rapid cât �i celor lent variabile.

b) Modelul fluidului incompresibil reprezint� un model de calcul simplificat în care se faceipoteza c� lichidul este incompresibil �i conductele, perfect rigide; se aplic� doar mi�c�rilor nepermanente lent variabile.

(5) M�sur� de protec�ie: Ac�iune sau op�iune ce poate fi aplicat� în toate fazele (proiectare, execu�ie,exploatare) �i care are ca efect reducerea efectelor negative ale loviturii de berbec. Mijloace (dispozitive) de protec�ie: Anumite dispozitive sau ansambluri de dispozitive care, amplasate �i dimensionate în mod adecvat, reduc amplitudinea oscila�iilor de presiune; principalele mijloace de protec�ie utilizate sunt: castelul de echilibru, hidroforul de protec�ie, ventilul de aer �i supapa de suprapresiune.

(6) Strategie de protec�ie: Combina�ia dintre unele m�suri de protec�ie �i unele mijloace de protec�ie,într-o anumit� amplasare spa�ial�, care reprezint�, principial, solu�ia optim� din punct de vedere tehnico-economic pentru un anumit tip de instala�ie hidraulic�, în genere dintre cele mai r�spândite în practic� (gravita�ionale sau cu pompare, cu diferite destina�ii).

(7) Organ perturbator: Dispozitiv sau ansamblu de dispozitive, plasat oriunde pe conduct� sau pe unbran�ament al acesteia, la care se modific� parametrii de func�ionare, producând o manevr� perturbatoare ce genereaz� perturba�ia primar� care, la rândul ei, declan�eaz� fenomenul de lovitur� de berbec (de exemplu, vane, ventile, pompe, turbine; spargerea unei conducte �i altele, care, de asemenea, declan�eaz� un fenomen de lovitur� de berbec sunt asimilate cu un organ perturbator);

(8) Timp de manevr�: Timpul în care organul perturbator î�i modific� parametrii de func�ionare (deexemplu, timpul de închidere / deschidere al vanei, timpul de oprire / pornire al pompei). Legea de manevr�: arat� modul în care variaz� în timp parametrul care se modific� la organul perturbator (de exemplu, varia�ia, de-a lungul timpului de manevr�, a coeficientului pierderii de sarcina locale într-o van� care se închide);

(9) Atunci când organul perturbator este o van� care se închide automat (de exemplu, la c�dereaaliment�rii cu energie electric� a unei sta�ii de pompare), de regul�, la tipurile de vane fabricate în prezent se poate face o programare a legii de închidere (de manevr�) astfel încât aceasta s� se închid� cu viteze de închidere variabile în timp. Pentru cazul sta�iilor de pompare, experien�a arat� c� legile de închidere favorabile sunt cele „convexe” în care, la început, viteza de închidere este mare �i scade apoi spre închiderea total�. În alte cazuri, forma optim� a legii de închidere depinde de la caz la caz. În toate cazurile, forma legii de închidere �i timpul de închidere vor face obiectul cercet�rii pentru ob�inerea unei solu�ii optime, cu efectele negative cele mai reduse. Pentru vanele cu închidere manual�, se va face ipoteza unei legi de închidere liniare, cu vitez� constant�, aceea�i pe toat� durata timpului de închidere.

(10) Presiunile admisibile reprezint� limitele între care pot s� varieze presiunile pe conduct�,în timpul regimului nepermanent. Exist� o presiune maxim� admisibil� care depinde de

6

5

capacitatea de rezisten�� mecanic� a conductelor �i/sau a arm�turilor instalate pe conducte, inclusiv a unor ma�ini hidraulice, la rupere prin solicitarea de întindere sau forfecare, existând riscul unor explozii. Exist� �i o presiune minim� admisibil�, în fapt un vacuum maxim admis, care este determinat de capacitatea de rezisten�� mecanic� a conductelor �i/sau a arm�turilor instalate pe conducte, inclusiv a unor ma�ini hidraulice, la rupere sau deteriorare prin solicitarea de compresiune, respectiv pierderea stabilit��ii elastice, existând riscul unor implozii (de exemplu, turtirea conductelor); vacuumul maxim admis poate fi determinat �i de ac�iunea sa asupra sistemelor de etan�are a conductelor, atunci când sunt confec�ionate din tuburi prefabricate îmbinate pe �antier, ducând la deteriorarea etan�eit��ii conductei în ansamblu.

(11) Ambalarea unei ma�ini hidraulice reprezint� dep��irea tura�iei maxime admise. Laturbine, ambalarea se produce atunci când se anuleaz� momentul rezistent opus de generatorul electric, ca urmare a ac�ion�rii sistemelor electrice de protec�ie din sta�ia de transformare. La turbopompe, ambalarea se produce atunci când se anuleaz� momentul motor (de exemplu, atunci când „cade” alimentarea cu energie electric� a motoarelor) �i nu exist� clapete de sens sau vane cu închidere automat� sau acestea nu func�ioneaz� corect. În acest caz, ini�ial se inverseaz� sensul de curgere (regim de frân�) iar apoi se inverseaz� �i sensul de rota�ie iar turbopompa intr� în regim de turbin�.

cap. 4. Calculul fenomenului Metode de calcul �i condi�ii generale de aplicare

(1) Din punctul de vedere al calculului, nu se face nici o diferen�� între „lovitura de berbec” �i„oscila�ia în mas�”. Calculele se vor face folosind doar metode exacte, având la baz� modelul fluidului compresibil, sub forma unor programe de calcul electronic, construite pe principiul diferen�elor finite.

a) Prin excep�ie, doar în faze de proiectare: studiu de pre-fezabilitate �i respectiv studiu defezabilitate �i în mod justificat, se pot folosi metode aproximative, dac� condi�iile de aplicare a acestora se apropie de situa�ia analizat� în proiect.

b) Tot prin excep�ie, se poate folosi modelul simplificat al fluidului incompresibil la aduc�iunilecentralelor hidroelectrice prev�zute cu castele de echilibru, atunci când se evalueaz� stabilitatea mi�c�rilor de oscila�ie în mas�, produse de manevrele de la turbine.

(2) Se recomand� ca programele de calcul electronic utilizate s� fie în prealabil supuse uneiproceduri de „validare” în condi�iile stabile prin metodologie aprobat� de autoritatea central� de reglementare în domeniul construc�ii, potrivit legii.

Scheme �i ipoteze de calcul Scheme de calcul

(3) În schema de calcul cu diferen�e finite din programele electronice de calcul, la împ�r�ireaconductei într-un num�r de tronsoane desp�r�ite prin noduri de calcul vor fi respectate urm�toarele reguli:

a) timpul de propagare a undelor loviturii de berbec va fi aproximativ acela�i pentru toatetronsoanele de calcul �i, totodat�, aproximativ egal cu pasul de calcul în timp; regula timpilor egali de propagare pentru unde se va respecta cu atât mai strict cu cât fenomenele sunt mai rapide;

b) la fixarea num�rului de tronsoane �i plasarea nodurilor de calcul se va urm�ri ca punctelecaracteristice ale profilului în lung al conductei (schimb�ri mari de pant�, puncte înalte, puncte joase, puncte de bran�ament, etcetera) s� coincid� cu nodurile de calcul sau s� fie a�ezate în apropierea lor;

c) la re�ele de conducte, fiecare nod al re�elei va fi un nod de calcul �i pentru a respecta regulatimpilor egali de propagare, se vor plasa noduri de calcul intermediare pe artere;

7

6

(4) Pasul de calcul în timp nu va putea fi mai mare decât o optime din timpul de manevr�.Având în vedere c�, în schemele cu diferen�e finite din programele electronice de calcul, de regul� pasul de calcul în timp se alege ca valoare minim� a timpilor de propagare pe tronsoanele de calcul (condi�ia Courant), la nevoie se va m�ri în mod corespunz�tor num�rul acestor tronsoane �i respectiv al nodurilor de calcul.

(5) Va fi exploatat� la maximum oportunitatea pe care o ofer� schemele de calcul cu diferen�e finiteastfel încât modelul de calcul s� se apropie cât mai mult de instala�ia real�, astfel:

a) pentru fiecare tronson de calcul se vor introduce valorile reale pentru diametrulinterior, rugozitate sau coeficient de rugozitate �i celeritate, preluate din fi�ele tehnice de prezentare ale furnizorilor; în mod excep�ional, în lipsa unor informa�ii certe, acestea vor fi evaluate cunoscând grosimea peretelui conductei împreun� cu natura �i modulul de elasticitate al materialului, folosind formulele clasice din literatura de specialitate; la interpretarea rezultatelor calculelor, se va avea în vedere, de asemenea, c� fiecare tronson de calcul poate avea valori diferite pentru presiunile extreme (maxime sau minime) admisibile;

b) pentru fiecare nod de calcul se vor introduce valorile reale ale cotelor geodezice (deregul�, cot� ax conduct�), în conformitate cu profilul longitudinal real al conductei precum �i valorile acelor parametri care caracterizeaz� func�ionarea unor dispozitive plasate în nodurile respective (vane, ventile, pompe, turbine, etcetera);

(6) Dac� în nodul de calcul se afl� o van� sau un alt tip de armatur�, în mod obligatoriu se va indicacoeficientul pierderii de sarcin�; dac� vana are �i rol de organ perturbator, se va indica legea de manevr�.

(7) Dac� în nodul de calcul se afl� un bran�ament, în mod obligatoriu se va indica consumul din nodsau, dup� caz, coeficientul pierderii de sarcina al vanei de pe bran�ament; dac� bran�amentul are �i rol de organ perturbator, se va indica legea de manevr�.

(8) Dac� în nodul de calcul se afl� o ma�in� hidraulic� (turbopomp� sau turbin�), în mod obligatoriuse va furniza caracteristica generalizat� de func�ionare H – Q – n (în�l�ime – debit – tura�ie), în toate cadranele reprezent�rii H - Q. În mod excep�ional, dac� nu se dispune de caracteristica generalizat� de func�ionare a ma�inii hidraulice reale, se pot folosi caracteristici generalizate adimensionale, preluate din literatura de specialitate. Dac� ma�ina hidraulic� are �i rol de organ perturbator se va indica, în mod obligatoriu, valoarea real� a momentului de iner�ie al tuturor p�r�ilor rotative aflate în cuplaj (rotorul pompei/turbinei + apa din interiorul pompei/turbinei + rotorul motorului /generatorului electric + cuplaje mecanice).

(9) Dac� în nodul de calcul se afl� un mijloc (dispozitiv) de protec�ie, în mod obligatoriu se vorindica valorile reale ale acelor parametri care au un rol determinant în efectul protectiv al acestuia, astfel (pentru mijloacele de protec�ie cele mai folosite):

a) la castele de echilibru �i hidrofoare de protec�ie, varia�ia pe vertical� a sec�iunii orizontale;

b) la hidrofoarele de protec�ie, volumul geometric �i volumul ini�ial al pernei de aer;

c) în cazul tuturor tipurilor de dispozitive de protec�ie, rezistenta hidraulic� a bran�amentului laconducta protejat�;

d) în cazul ventilelor de aer, modulul rezisten�ei hidraulice în pozi�ia „deschis” sau diagrama„pierdere de sarcin� func�ie de debitul de aer”;

e) în cazul supapelor de suprapresiune, presiunea (calibrat�) de deschidere a supapei �i modululrezisten�ei hidraulice în pozi�ia „deschis” sau diagrama „pierdere de sarcin� func�ie de debitul de ap�”;

(10) Pentru calcule „de verificare”, to�i parametrii men�iona�i pentru tronsoane �i noduri sunt ceireali, din situa�ia existent� care face obiectul verific�rii. Pentru calcule „de dimensionare”, o parte dintre

8

7

parametrii men�iona�i, în special cei care se refer� la mijloacele de protec�ie, fac obiectul „cercet�rii”, adic� primesc valori, în variante succesive, pân� când, din aproape în aproape, se ajunge la o solu�ie de protec�ie care este optim� atât din punct de vedere tehnic cât �i economic ( presiunile se încadreaz� în limitele admise iar costul este minim).

Ipoteze de calcul (11) În ce prive�te manevrele perturbatoare care declan�eaz� fenomenul de lovitur� de berbec, în

mod obligatoriu calculul le va lua în considerare pe acelea care au caracter accidental sau imprevizibil, neputând fi controlate �i prevenite de personalul de exploatare, astfel:

a) la aduc�iunile gravita�ionale având ca destina�ie alimentarea cu ap� a unor obiective civile sauindustriale, în mod obligatoriu se va lua în considerare închiderea vanei de la cap�tul aval (de la beneficiar); pentru aduc�iunile foarte lungi, se va lua în considerare �i închiderea vanelor de linie de pe traseul aduc�iunii; de regul�, în aceste cazuri, în urma calculului se va recomanda un timp minim de închidere al acestor vane astfel încât presiunile s� se înscrie în limitele admise, aceasta fiind, în fapt, �i singura m�sur� de protec�ie recomandat�; întrucât, în aceste cazuri, în fapt nu exist� personal calificat de exploatare �i interven�ia la vane poate fi f�cut� de persoane neavizate, proiectantul va lua m�surile specifice prin care înc�lcarea condi�iei de timp minim de închidere s� nu fie posibil�;

b) la aduc�iunile gravita�ionale având ca destina�ie alimentarea cu ap� a turbinelor din centralelehidroelectrice, în mod obligatoriu se va lua în considerare închiderea rapid� (�i automat�) a vanei de la cap�tul aval (de la intrarea în turbine), menit� s� previn� ambalarea turbinelor;

c) la aduc�iunile cu pompare, în mod obligatoriu se va lua în considerare anularea brusc� amomentului motor primit de la motoarele electrice de antrenare a pompelor, ca urmare a întreruperii accidentale a aliment�rii cu energie electric�; se va lua în considerare ipoteza cea mai dezavantajoas�, în care toate pompele din sta�ia de pompare erau în func�iune la momentul c�derii alimentarii cu energie electric�;

d) la aduc�iunile cu pompare la care s-au prev�zut ca mijloace de protec�ie ventilele de aer �i/ sauhidrofoarele de protec�ie �i la care pernele de aer introdus de c�tre acestea în conducte devin, la rândul lor, mijloace de protec�ie (ac�ionând ca ni�te hidrofoare suplimentare), calculul se va face �i în ipoteza opririi par�iale a sta�iei de pompare, inclusiv oprirea unei singure pompe, pentru a evalua astfel situa�ia când tamponul de aer introdus în conduct� are un volum mai mic;

e) la aduc�iunile cu pompare prev�zute cu clapete de sens sau cu vane cu închidere automat� lac�derea alimentarii cu energie electric�, în mod obligatoriu se va lua în considerare prezen�a acestora cu caracteristicile lor tehnice reale deoarece închiderea lor reprezint� surse suplimentare de perturba�ii, generatoare a unor fenomene suplimentare de lovitur� de berbec;

f) la toate tipurile de aduc�iuni, în func�ie de sensibilitatea mai mare a acestora la suprapresiunisau la subpresiuni, se va alege combina�ia cea mai dezavantajoas� între nivelele piezometrice de la capetele aduc�iunii (de exemplu, nivelele de aspira�ie �i de refulare, în cazul aduc�iunilor cu pompare);

g) op�ional, la aduc�iunile cu pompare la care pompele sunt prev�zute fiecare, pe refulare, cuclapete de sens sau cu vane cu închidere automat� �i la care exist� riscul neînchiderii acestora, pentru a vedea care este efectul curgerii inverse, mai ales în cazul pompelor care nu rezist� timp îndelungat la tura�ie invers�, se va examina �i cazul când o pomp� se opre�te accidental, cu organul de închidere în pozi�ie deschis�, iar restul pompelor r�mân în stare de func�ionare;

h) op�ional, la aduc�iunile cu pompare prev�zute cu clapete de sens la care nu este sigur�închiderea odat� cu inversarea debitului, se va examina situa�ia care rezult� pentru ansamblul instala�iei din închiderea brusc� a acestora, cu un decalaj de 0,5... 1 secunde fa�� de momentul invers�rii debitului;

9

8

(12) Manevrele perturbatoare executate în mod curent de personalul calificat de exploatare (pornire /oprire pompe/turbine, manevre de vane pentru reglajul debitului etc.) nu vor fi luate în considerare la calculul loviturii de berbec �i alegerea m�surilor �i mijloacelor de protec�ie. În schimb, pentru efectuarea acestor manevre vor fi concepute proceduri prin care s� nu se afecteze negativ sistemul hidraulic; aceste proceduri vor fi înscrise în regulamentele de exploatare �i vor fi respectate în mod obligatoriu de c�tre personalul de exploatare.

Date de baz� (13) Pentru stabilirea coeficien�ilor rezisten�elor hidraulice se vor folosi informa�iile din

fi�ele tehnice de prezentare ale furnizorilor (pentru conducte �i arm�turi); doar în cazul în care asemenea informa�ii nu pot fi ob�inute, se vor folosi indica�iile con�inute în manuale �i îndreptare de calcule hidraulice. Pentru instala�ii importante, în care se folosesc dispozitive noi sau care nu pot fi asimilate cu cele existente în literatur�, se vor face determin�ri experimentale.

(14) Presiunea de cavita�ie (la care se produce ruperea coloanei de ap�) se va lua 0,8 baripentru apa rece �i altitudini joase (zona de câmpie �i de deal). În zona de munte, aceasta se va calcula, �inând seama de varia�ia presiunii cu altitudinea, cu formula:

în care z este altitudinea în metri.

(15) Presiunile admisibile, maxim� �i minim� (vacuumul maxim admis), se preiau din fi�eletehnice de prezentare ale furnizorilor (pentru conducte �i arm�turi). Ca regul� general�, solicit�rile suplimentare date de lovitura de berbec vor fi considerate ca sarcini accidentale de scurt� durat�.

(16) Dac� nu se cunoa�te presiunea maxim� admis� �i doar pentru conducte confec�ionate dinmaterial omogen, în special pentru cele cu pere�i sub�iri cum sunt cele din metal, presiunea maxim� admis� poate fi calculat� cu aproxima�ie folosind formula cazanelor:

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 întindere, al materialului dincare este confec�ionat� conducta.

(17) La conductele din o�el �i din materiale plastice lipite sau sudate, la stabilirea presiuniimaxime admisibile printr-un calcul de specialitate (de rezisten�a materialelor), avându-se în vedere natura accidental� �i de scurt� durat� a solicit�rii din lovitura de berbec, se admite o sc�dere a coeficientului de siguran�� cu 5% pân� 15%, fa�� de cel admis pentru sarcinile fundamentale, în raport de importan�a lucr�rii.

(18) La evaluarea vacuumului maxim admis în conducte �i dac� aduc�iunea este confec�ionat�din tuburi prefabricate îmbinate pe �antier, se va �ine seama de sistemul de etan�are folosit �i de posibilitatea ca vacuumul s� afecteze etan�eitatea aduc�iunii.

(19) Considerând faptul c�, la construc�ia aduc�iunilor, în practic�, exist� riscul unorimperfec�iuni, mai ales atunci când acestea sunt pozate subteran, pentru a se evita deteriorarea calit��ii apei prin aspirarea unor substan�e din exterior, se recomand� s� nu se admit� un vacuum mai mare de 2…3 metri coloan� de ap�( m.c.a.).

10

9

Etape de calcul. Corelarea cu fazele de proiectare. Con�inutul calculelor. (20) Calculul �i proiectarea dispozitivelor de protec�ie contra loviturii de berbec vor fi

corelate cu proiectarea întregii instala�ii. La stabilirea dispozi�iei generale a instala�iei se va avea în vedere �i comportarea ei în regim nepermanent: se va opta pentru acea dispozi�ie general� pentru care costul protec�iei la lovitura de berbec este cel mai redus (un exemplu curent în acest sens îl reprezint� forma profilului în lung al conductei, deosebit de important� pentru valoarea presiunilor extreme �i care depinde de traseul ales).

(21) Culegerea �i stabilirea datelor de baz� este esen�ial� �i determinant� pentrucorectitudinea calculelor �i viabilitatea practic� a solu�iei de protec�ie; de aceea, trebuie f�cut� cu maxim� rigurozitate. De regul�, datele de baz� se vor ob�ine direct de la furnizori (conducte, arm�turi, ventile, ma�ini hidraulice etcetera) care r�spund pentru corectitudinea lor. Dac� datele de baz� nu pot fi ob�inute din surs� direct� sigur�, acestea se pot aprecia din proiecte similare sau din literatura de specialitate dar, în acest caz, se vor alege valorile care conduc la situa�iile cele mai dezavantajoase.

(22) În prima faz�, se execut� calculul ini�ial care se efectueaz� pentru instala�ianeprotejat�. Scopul acestui calcul este s� decid� dac� este necesar� protec�ia împotriva loviturii de berbec �i, în caz afirmativ, care sunt efectele negative periculoase (suprapresiunile sau subpresiunile sau ambele sau dep��irea tura�iei ma�inilor hidraulice, �i altele) �i care sunt sec�iunile cele mai afectate.

a) Tot în aceast� faz� se va studia posibilitatea lu�rii unor m�suri de protec�ie care, deprincipiu, nu presupun investi�ii suplimentare ca în cazul dispozitivelor de protec�ie. De exemplu, în cazul când pe conduct� sunt instalate vane cu închidere automat� a c�ror lege de închidere poate fi programat� (vane cu viteza de închidere variabil� de-a lungul timpului de închidere), tot în aceast� faz� se va face un calcul de optimizare a legilor de închidere în sensul g�sirii acelor legi care produc efectele negative cele mai reduse.

(22) În a doua faz�, se execut� calculul de dimensionare care se efectueaz� în scopulalegerii �i dimension�rii solu�iei de protec�ie contra loviturii de berbec, constând în instalarea unor dispozitive de protec�ie care presupun investi�ii suplimentare. Schemele de protec�ie se stabilesc pe baza experien�ei acumulate �i pot fi luate cu titlu informativ din literatura de specialitate. Câteva recomand�ri se dau �i în normativul de fa��, la cap. 5. Mai multe detalii, recomand�ri �i indica�ii se g�sesc în partea a II-a a prezentului normativ denumit îndrum�tor.

a) În cursul acestei etape, se vor examina una sau mai multe variante de scheme deprotec�ie �i se va face, prin încerc�ri succesive, optimizarea lor constând în g�sirea acelor parametri care caracterizeaz� dispozitivele de protec�ie pentru care acestea asigur� protec�ia conductei la un cost minim. Dup� ce s-a stabilit solu�ia de protec�ie, dac� este cazul, se vor reconsidera legea �i timpul de închidere al vanelor astfel ca s� corespund� noilor condi�ii. Tot de la caz la caz, se vor stabili eventualele restric�ii în exploatare.

(23) Calculele de verificare const� în refacerea calculelor atunci când intervin schimb�ri îndatele de baz�, fie în decursul procesului de proiectare fie la execu�ia lucr�rilor, urmare a modific�rii unor parametri de baz� ai instala�iei (ai conductei �i echipamentelor sau ai dispozitivelor de protec�ie) fa�� de situa�ia ini�ial� sau de cea recomandat�. Se vor face calcule de verificare �i atunci când rezultatele unor m�sur�tori experimentale indic� necesitatea stabilirii mai precise a unor date de baz�. Calculele de verificare se vor face înainte de darea în func�iune �i apoi, pe timpul exploat�rii, ori de câte ori se fac modific�ri în instala�ie, dac� acestea sunt de natur� s� influen�eze fenomenul de lovitur� de berbec.

11

10

Interpretarea �i prezentarea rezultatelor calculelor (24) Interpretarea rezultatelor calculelor const�, în principal, în compararea presiunilor ob�inute prin

calcul cu cele admisibile, astfel:

a) dac�, în toate nodurile de calcul, presiunile ob�inute prin calcul sunt mai mici decât celemaxime admisibile atunci, la calculul ini�ial se va trage concluzia c� nu sunt necesare m�suri �i mijloace suplimentare de protec�ie iar în calculul de dimensionare �i în cel de verificare se va trage concluzia c� m�surile �i mijloacele de protec�ie propuse sau existente sunt satisf�c�toare din punctul de vedere al protec�iei la suprapresiuni; în caz contrar, se va analiza o alt� solu�ie de protec�ie sau, dup� caz, se vor modifica parametrii determinan�i la solu�ia propus� sau existent�;

b) dac�, în toate nodurile de calcul, presiunile ob�inute prin calcul sunt mai mari decât celeminime admisibile atunci, la calculul ini�ial se va trage concluzia c� nu sunt necesare m�suri �i mijloace suplimentare de protec�ie iar în calculul de dimensionare �i în cel de verificare se va trage concluzia c� m�surile �i mijloacele de protec�ie propuse sau existente sunt satisf�c�toare din punctul de vedere al protec�iei la subpresiuni; în caz contrar, se va analiza o alt� solu�ie de protec�ie sau, dup� caz, se vor modifica parametrii determinan�i la solu�ia propus� sau existent�.

(25) Dac� pe sistemul hidraulic sunt instalate ma�ini hidraulice, interpretarea rezultatelor vacuprinde �i compararea tura�iilor maxime ob�inute prin calcul cu cele admisibile.

(26) Prezentarea rezultatelor calculelor se va face sub forma unui studiu unitar, destinat acesteiprobleme �i care va cuprinde toate elementele avute în vedere la calculul fenomenului, cu detaliile numerice aferente, astfel:

a) metoda de calcul, respectiv programul de calcul folosit cu condi�iile generale �i specifice deaplicare;

b) schema de calcul; în primul rând, discretizarea conductei în tronsoane de calculdelimitate de noduri de calcul �i, apoi, preciz�rile necesare privind „dispozitivele” plasate în nodurile de calcul;

c) datele de baz�, atât cele ale tronsoanelor cât �i cele ale „dispozitivelor” plasate înnodurile de calcul;

d) ipotezele de calcul, în primul rând cele referitoare la manevrele perturbatoare,generatoare ale fenomenului de lovitur� de berbec;

e) con�inutul calculelor pe etape (în calculul ini�ial �i în cel de dimensionare); în modobligatoriu se vor prezenta numeric (tabelar) presiunile maxime �i minime în toate nodurile de calcul, în fiecare dintre ipotezele analizate; op�ional se pot face �i reprezent�ri grafice sub forma unor linii piezometrice maxime �i minime, pe profilul longitudinal al conductei;

f) interpretarea rezultatelor �i prezentarea concluziilor, care va con�ine în mod explicit �idetaliat solu�ia de protec�ie recomandat�, constând în m�suri �i/sau mijloace de protec�ie; dup� caz, odat� cu prezentarea solu�iei de protec�ie recomandate, se vor face �i preciz�rile necesare în ce prive�te alc�tuirea constructiv� a mijloacelor de protec�ie, pentru a ob�ine o func�ionare corect� �i o eficacitate maxim� a acestora; totodat�, se vor face preciz�rile necesare �i în ce prive�te anumite prevederi ce trebuie introduse în regulamentul de exploatare pentru a avea, de asemenea, o func�ionare corect� �i o eficacitate maxim� a protec�iei împotriva loviturii de berbec.

12

11

cap.5. Alegerea m�surilor �i a mijloacelor (dispozitivelor) de protec�ie (1) Alegerea solu�iilor de protec�ie �i a dispozitivelor aferente nu face obiectul unor norme

cu caracter obligatoriu, solu�ia de protec�ie, constând în m�suri �i mijloace (dispozitive) de protec�ie, rezultând din parcurgerea etapelor indicate la capitolul 4 �i având în vedere c� aceasta depinde de foarte mul�i parametri �i ca atare, este caracteristic� fiec�rei instala�ii concrete.

(2) Schema de protec�ie va fi corelat� cu dispozi�ia de ansamblu a instala�iei hidraulice,folosind în mod judicios avantajele oferite de dispozi�ia general� sau modificând-o în sens convenabil, mai ales în ceea ce prive�te profilul în lung sau caracteristicile echipamentelor ale c�ror caracteristici au influen�� asupra apari�iei �i desf��ur�rii loviturii de berbec. La instala�ii importante se va da o justificare tehnico-economic� a solu�iei.

(3) În schemele de protec�ie vor fi folosite dispozitive cunoscute, alese în func�ie decaracteristicile �i avantajele fiec�ruia; pot fi folosite �i dispozitive noi, dar numai dup� o prealabil� verificare experimental� sau numai prin calcul, dac� exist� siguran�a unui model matematic corect sau acoperitor.

(4) Folosirea dispozitivelor care introduc aer în conducta protejat� este interzis� înurm�toarele situa�ii:

a) dac� exist� posibilitatea ca aerul s� fie evacuat prin turbine;

b) dac� nu este asigurat� circula�ia liber� a aerului, dup� caz c�tre bazinul de refularesau c�tre rezervorul de alimentare, respectiv dac� pe traseu nu exist� ventile de aer sau deriva�ii care s� permit� evacuarea aerului în atmosfer�, comandate sau nu de vane.

c) dac� evacuarea aerului în atmosfer� se face cu dispozitive (vane, ventile etc.) care nuau rezisten�e hidraulice suficient de mari pentru a nu produce �ocuri hidraulice importante la evacuarea aerului; aceast� condi�ie se aplic� �i bran�amentelor castelelor de echilibru.

(5) Folosirea hidroforului de protec�ie trebuie tratat� cu deosebit� aten�ie în sensul c� întrevolumul geometric �i volumul pernei de aer, pe de o parte, �i rezisten�a hidraulic� a bran�amentului la conducta protejat�, pe de alta parte, exist� o singur� combina�ie care asigur� eficacitatea hidroforului ca mijloc de protec�ie; aceast� combina�ie se determin� cu exactitate doar prin calcul �i ea trebuie respectat� cu rigurozitate în execu�ie; este interzis� instalarea hidrofoarelor de protec�ie f�r� un calcul prealabil, cu volume (oricât de mari) �i rezisten�e hidraulice luate la întâmplare întrucât este foarte probabil ca prezen�a lor, în aceste condi�ii, s� produc� mai mult r�u decât dac� hidroforul n-ar fi fost instalat deloc.

(6) Ca regul� general�, hidroforul de protec�ie trebuie s� fie plasat în apropierea organuluiperturbator unde are eficacitatea maxim� �i unde, de regul�, exist� condi�ii pentru supravegherea �i între�inerea acestuia (de exemplu, la ie�irea dintr-o sta�ie de pompare sau în imediata apropiere a acesteia, func�ie de situa�ia din teren). Instalarea hidroforului în alte amplasamente trebuie s� fie foarte bine justificat�.

(7) Experien�a arat� c�, dac� hidroforul de protec�ie este folosit pentru atenuareasuprapresiunilor, atunci rezult� ca fiind optime rezisten�e hidraulice mari ale bran�amentului la conducta protejat� �i, în consecin��, rezult� volume mici de hidrofor; din contr�, dac� hidroforul de protec�ie este folosit pentru atenuarea subpresiunilor, atunci rezult� ca fiind optime rezisten�e hidraulice mici ale bran�amentului la conducta protejat� �i, respectiv, rezult� volume mari de hidrofor; atunci când rolul protector al hidroforului trebuie s� se manifeste în ambele sensuri (hidroforul trebuie s� asigure protec�ie atât la suprapresiuni cât �i la subpresiuni), apare astfel o incompatibilitate care, tehnic, poate fi rezolvat� în mai multe moduri, descrise în literatura de specialitate �i care au, fiecare, avantaje �i dezavantaje; pentru astfel de situa�ii, strategia de protec�ie recomandat� de normativ este descris� la art. 5.8.

13

12

(8) Pe baza cunoa�terii din domeniu �i, mai ales, în urma acumul�rii unei vaste experien�e, inclusiv lanivel na�ional, în realizarea de aduc�iuni de ap� sub presiune, cu cele mai diverse destina�ii, s-au putut trage o serie de concluzii, cu caracter de standardizare, privind schemele de protec�ie cele mai avantajoase, respectiv cele care asigur� un cost total minim al protec�iei împotriva efectelor negative ale loviturii de berbec. Acestea reprezint� adev�rate strategii de protec�ie �i const� în anumite combina�ii de m�suri �i/sau dispozitive de protec�ie care ofer� o eficacitate maxim� în cazul anumitor tipuri de aduc�iunii. Ca urmare, prezentul normativ face urm�toarele recomand�ri:

a) la aduc�iunile gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� a unor obiective civile sau industriale,se recomand�, ca unic� m�sur� de protec�ie, controlul timpului de închidere �i, eventual, a legii de închidere a vanei de la cap�tul aval; doar în mod excep�ional, pentru profile longitudinale ie�ite din comun, cu puncte înalte proeminente sau cu zone foarte adânci, se pot ad�uga, ca mijloace de protec�ie, ventilele de aer �i, respectiv supapele de suprapresiune; aceea�i recomandare se face la aduc�iunile gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� a unor micro-hidrocentrale;

b) la aduc�iunile gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� a unor hidrocentrale de mare puterese recomand� schema clasic�, descris� în literatura de specialitate, constând în „aduc�iune”, „castel de echilibru” �i „conduct� for�at�” (detalii, în partea a II-a denumit îndrum�tor );

c) la aduc�iunile cu pompare care au profile longitudinale convexe, cu puncte înalte �i /sau cupuncte proeminente de schimbare de pant� �i care trebuie protejate doar la subpresiuni din cauza vacuumului avansat care se produce doar în aceste puncte, se recomand�, ca mijloace de protec�ie, doar folosirea ventilelor de aer, plasate în aceste puncte �i, eventual, �i în câteva puncte intermediare �i/sau adiacente;

d) la aduc�iunile cu pompare care au profile longitudinale concave, f�r� puncte înalte �i /sau f�r�puncte proeminente de schimbare de pant� �i care trebuie protejate doar la subpresiuni din cauza vacuumului avansat care se produce pe o parte însemnat� din lungimea conductei, se recomand�, ca mijloc de protec�ie, folosirea unui hidrofor de protec�ie plasat la ie�irea din sta�ia de pompare; este posibil, în anumite situa�ii, s� fie necesare, în plus, �i câteva ventile de aer plasate spre cap�tul aval al aduc�iunii, c�tre bazinul de refulare.

e) la aduc�iunile cu pompare care au profile longitudinale concave, cu puncte foarte adânci, caretrebuie protejate doar la suprapresiunile care se produc în aceste puncte, se recomand�, ca mijloace de protec�ie, doar folosirea supapelor de suprapresiune, plasate în aceste puncte �i, eventual, �i în câteva puncte intermediare �i / sau adiacente;

f) la aduc�iunile cu pompare care au profile longitudinale concave, f�r� puncte foarte adânci, caretrebuie protejate doar la suprapresiunile care se produc îns� pe o parte însemnat� din lungimea conductei, se recomand�, ca mijloc de protec�ie, folosirea unui hidrofor de protec�ie plasat la ie�irea din sta�ia de pompare;

g) la aduc�iunile cu pompare care trebuie protejate atât la suprapresiuni cât �i la subpresiunistrategia de protec�ie recomandat� este urm�toarea:

i) la ie�irea din sta�ia de pompare se instaleaz� un hidrofor de protec�ie dimensionat ca s�protejeze întreaga conduct� doar împotriva suprapresiunilor; rezult� astfel un hidrofor de mici dimensiuni cu o rezisten�� mare de bran�ament care va atenua îns� doar par�ial subpresiunile �i anume doar în apropierea sta�iei de pompare;

ii) pentru atenuarea subpresiunilor pe toat� lungimea aduc�iunii, se instaleaz� suplimentar, deregul� la distan�e mai mari de sta�ia de pompare, un num�r de ventile de aer, în puncte �i cu caracteristici care se determin� prin calcul, concomitent cu caracteristicile hidroforului;

14

13

cap.6. Probe tehnologice �i reguli de exploatare Probe tehnologice

(1) Probele tehnologice ale instala�iilor de protec�ie contra loviturii de berbec au drept scops� verifice buna func�ionare a schemelor de protec�ie, înainte de intrarea în exploatare a instala�iei hidraulice. Opera�ia const� în m�surarea valorilor presiunilor în diferite puncte ale conductelor protejate dup� efectuarea unor manevre care genereaz� lovitura de berbec �i, apoi, compararea lor cu valorile admisibile. Aceste opera�ii se efectueaz� pe instala�ia executat�, în timpul probelor de punere în func�iune. Se vor efectua, în primul rând, acele manevre care au reprezentat ipotezele obligatorii luate în considerare la calculul loviturii de berbec.

(2) Opera�iile de verificare prin m�sur�tori se vor efectua pentru toate instala�iile supuseloviturii de berbec; în acest scop, prin proiect, acestea vor fi prev�zute cu �tu�urile necesare pentru bran�area traductorilor de presiune, în conformitate cu procedurile corespunz�toare, concepute odat� cu proiectul �i f�când parte integrant� din acesta. Rezultatele vor fi consemnate în documentele de încheiere a probelor de punere în func�iune sau în cele de recep�ie a lucr�rilor.

(3) M�sur�torile vor fi efectuate cu aparatura adecvat� unor fenomene rapid variate, respectivtraductori de presiune cu iner�ie mic� �i aparatur� electronic� pentru achizi�ia de date în timp real, cu posibilit��i de stocare �i prelucrare pe calculator. De preferin��, în acest scop se va avea în vedere angajarea unor firme specializate �i acreditate în m�sur�tori hidraulice de acest tip.

(4) Pentru instala�ii importante �i instala�ii la care lovitura de berbec ridic� probleme speciale(reglaje, dispozitive noi sau modificate), probele tehnologice se vor desf��ura dup� un program special, stabilit de proiectant. Programul special va cuprinde:

a) releveul instala�iei de protec�ie �i al profilului în lungul conductei;

b) compara�ia releveului cu proiectul �i efectuarea unor calcule de verificare dac� exist�deosebiri fa�� de proiect;

c) verificarea mont�rii �i func�ion�rii corecte a elementelor dispozitivelor de protec�ie;

d) verificarea reglajului dispozitivelor de protec�ie (vane, supape de suprapresiuneetcetera);

e) efectuarea de manevre generatoare ale loviturii de berbec, m�surarea caracteristicilor�i compararea lor cu valorile admisibile �i cu prevederile proiectului.

(5) Manevrele generatoare de lovitur� de berbec se vor efectua dup� ce în prealabil s-aconstatat c� instala�ia este executat� în bune condi�ii, cu respectarea prevederilor proiectului �i c� dispozitivele sunt reglate corect. Se va începe cu manevre care dau solicit�ri mici �i, dup� verificarea lor �i constatarea c� sunt în concordant� cu calculele, se va trece treptat la manevre mai dure.

(6) M�sur�torile se vor face în diferite puncte ale conductei �i anume:

a) lâng� pomp� sau lâng� van�;

b) lâng� bran�amentul dispozitivului de protec�ie;

c) în alte puncte caracteristice ale conductei, care se stabilesc pe baza informa�iilorfurnizate de calculele de dimensionare.

(7) În cursul manevrelor �i m�sur�torilor se va urm�ri vizual �i se vor nota aspectele maideosebite în func�ionarea dispozitivelor de protec�ie (ventile de suprapresiune, hidrofoare, ventile de aer, castele de echilibru, etcetera), a organelor de reglaj sau de închidere (vane, clapete, etcetera) �i/sau altor dispozitive.

15

14

(8) Constat�rile �i concluziile stabilite pe baza programului special de m�sur�tori vor ficonsemnate într-un referat care va cuprinde:

a) descrierea instala�iei hidraulice �i a schemei de protec�ie contra loviturii de berbec;

b) descrierea probelor efectuate, cu indicarea rezultatelor m�sur�torilor;

c) descrierea func�ion�rii instala�iei, aprecieri asupra comport�rii ei, recomand�ri pentruperfec�ionare (dac� este cazul) �i indica�ii pentru exploatare care se vor înscrie în instruc�iunile de exploatare;

d) concluzii asupra recep�iei, care vor fi afirmative dac� presiunile extreme se încadreaz�în limitele prev�zute de proiect �i dac� în cursul manevrelor nu au ap�rut defec�iuni; în cazul concluziilor negative, se vor ar�ta cauzele �i modalitatea de remediere.

Un exemplar din actul men�ionat se va p�stra la organul de exploatare.

Reguli de exploatare (9) La instala�iile hidraulice sub presiune la care exist� dispozitive de protec�ie contra

loviturii de berbec, în instruc�iunile de exploatare se va introduce un capitol privind protec�ia contra loviturii de berbec. Acest capitol va cuprinde:

a) schi�a instala�iei hidraulice în ansamblul sau, inclusiv profilul în lung, cu toatedetaliile �i datele principale ale acesteia;

b) descrierea schemei de protec�ie contra loviturii de berbec;

c) descrierea func�ion�rii schemei de protec�ie în diferite ipoteze care au fost avute învedere la proiectare �i indicarea defec�iunilor posibile care ar putea deranja func�ionarea corect� a instala�iei de protec�ie; aici se vor ar�ta �i parametrii la care trebuie s� se afle sau s� fie reglate diferitele dispozitive componente ale schemei de protec�ie contra loviturii de berbec;

d) instruc�iuni privind controlul periodic, revizia �i între�inerea instala�iei; se va prevedeaprobarea periodic� a dispozitivelor a c�ror func�ionare incorect� poate produce �i/sau amplifica efectele negative ale loviturii de berbec.

e) instruc�iuni privind procedurile care trebuie urmate �i respectate în mod obligatoriu laoperarea curenta a instala�iilor (de exemplu, la închiderea/deschiderea vanelor, oprirea/pornirea pompelor, etcetera) astfel încât s� nu se produc� efecte negative suplimentare ale loviturii de berbec sau s� nu fie amplificate cele existente.

f) în cazul conductelor pentru apa potabil�, pentru p�strarea calit��ii apei, instruc�iunile vorimpune golirea cel pu�in s�pt�mânal a recipien�ilor.

(10) Personalul de exploatare are obliga�ia de a face controalele �i reviziile periodice indicateîn instruc�iuni precum �i lucr�rile de între�inere prev�zute. Ele sunt obligate s� remedieze în cel mai scurt timp eventualele defec�iuni constatate în cursul probelor de control, al reviziilor precum �i în timpul exploat�rii curente. Personalul de exploatare va urm�ri cu aten�ie, pe tot timpul exploat�rii, comportarea instala�iilor �i eventualele fenomene anormale; acestea vor fi notate într-un registru special �i vor fi comunicate în cel mai scurt timp organului ierarhic superior.

16

15

cap.7. M�suri administrative (1) Prevederile prezentului normativ sunt obligatorii pentru toate obiectivele de

investi�ii/lucr�rile de interven�ii la construc�ii existente, care au ca finalitate realizarea unor conducte de transport lichide sub presiune, ori dup� caz, repararea/modernizarea acestora, indiferent de fazele procesului investi�ional, respectiv de concepere, proiectare, execu�ie, exploatare �i postutilizare, conform legii.

(2) Verificarea documenta�iilor tehnice, din punct de vedere al respect�rii prevederilor prezentuluinormativ se asigur� de c�tre verificatorii de proiect atesta�i, prin:

a) verificarea existen�ei calculului de lovitur� de berbec în Breviarul de calcule �i în ansamblulproiectului,

b) respectarea tuturor actelor normative �i reglement�rilor tehnice specifice �i în vigoare,

c) în mod deosebit, se va verifica dac� proiectantul a redactat corect �i în conformitate cunormativul, procedurile de punere în func�iune (probele tehnologice) �i regulamentele de exploatare.

17

16

Partea a II-a Îndrum�tor privind calculul loviturii de berbec �i

alegerea m�surilor optime de protec�ie

18

17

Introducere (1) Prezentul îndrum�tor a fost elaborat de c�tre Universitatea Tehnic� de Construc�ii din

Bucure�ti—Facultatea de Hidrotehnic�, prin Catedra de Hidraulic� �i Protec�ia Mediului, cu ocazia elabor�rii Normativului „Calculul si combaterea loviturii de berbec la conductele pentru transportul apei" �i are ca scop principal s� serveasc� drept material ajut�tor pentru personalul tehnic din proiectare, execu�ie sau exploatare care este confruntat cu problemele loviturii de berbec �i care aplic� acest normativ.

Con�inutul lucr�rii este ordonat în trei capitole:

a) Capitolul 1 cuprinde generalit��i privind mi�carea nepermanent� în conducte sub presiune�i metode de calcul folosite. În acest capitol se dau, de asemenea, o serie de formule pentruevaluarea celerit��ii în absen�a informa�iilor directe de la furnizori.

b) Capitolul 2 cuprinde aspecte caracteristice ale desf��ur�rii fenomenului de lovitur� deberbec pentru principalele tipuri de aduc�iuni precum �i solu�iile (strategiile) de protec�ie recomandate.

c) Capitolul 3 cuprinde descrierea modului de ac�iune al principalelor tipuri de dispozitivefolosite ca mijloace de protec�ie împotriva efectelor negative ale loviturii de berbec precum �i unele indica�ii privind calculul, alc�tuirea constructiv�, instalarea �i exploatarea lor.

d) Întrucât atât metodele de calcul cât �i mijloacele de protec�ie pot fi comune tuturortipurilor de instala�ii, acestea s-au descris pe larg în leg�tur� cu acele tipuri de instala�ii la care metodele sau solu�iile respective se aplic� cu prec�dere, iar în cazul celorlalte tipuri de instala�ii s-au f�cut trimiteri precum �i o serie de preciz�ri cu caracter particular.

(2) Îndrum�torul este completat cu o list� de nota�ii recomandabile pentru principalelem�rimi care intervin în studiul problemelor de lovitur� de berbec, precum �i un cuprins detaliat ce permite accesul rapid la paragraful care intereseaz� la un moment dat.

19

18

Terminologie �i abrevieri

A - sec�iunea conductei. D - diametrul conductei. E - modului de elasticitate al materialului din care este confec�ionat� conducta. e - grosimea peretelui conductei. Fd – sec�iunea orizontal� a dispozitivului (castel, hidrofor). H - cota piezometric�. Ho - în�l�imea piezometric� ini�ial� sau cot� în bazinul de refulare. Hg - în�l�imea geodezic�. Hv - în�l�imea piezometric� a presiunii de vaporizare (scara manometric�: Hv=-6...-8 …min. -10 m.c.a).Hp - în�l�imea de pompare.J - pant� hidraulic� sau moment de iner�ie exprimat în kg.m2.GD2 - moment de iner�ie exprimat în kgf.m2 .L - lungimea (la conducte).Mm - moment motor.Mr - moment rezistent.N – puterea.Q – debitul.R”, S’ - invarian�ii Riemann.Ti - timp de închidere.Tp - timp par�ial de închidere.Tm - timp de manevr�.V - viteza medie într-o sec�iune.Z, z - cota axului conductei.c - celeritate (viteza de propagare a undelor elastice).d - indice; indic� faptul c� anumi�i parametri se refer� la un dispozitiv.d, i - indici pentru unde directe �i respectiv inverse.i, f – indici pentru valori ini�iale, respectiv finale;fd - func�ie direct� de propagare a loviturii de berbec.fi - func�ie invers� de propagare a loviturii de berbec.g - accelera�ie gravita�ional�.h - und� de presiune exprimat� în unit��i de coloan� de lichid.hv - în�l�imea vacuummetric� a presiunii de vaporizare (hv=6…8 m.c.a).hr - pierdere de sarcin�.j - indice; reprezint� un pas de calcul în timp.k - indice; reprezint� num�rul unui nod curent �i de asemenea al tronsonului dinaintea nodului.l - coeficient de reflexie.m, z - rezisten�� de und�.n - tura�ia pompelor sau coeficientul transform�rii politropice.ns - tura�ia specific� a pompei.o - indice; indic� regimul permanent (ini�ial)(dac� nu se specific� altfel).r - coeficient de refrac�ie.s - coordonata de spa�iu.t - coordonata de timp.�H - und� (varia�ie) de cot� piezometric�.�p - und� (varia�ie) de presiune.�Q - und� (varia�ie) de debit.�t - interval de timp în care unda parcurge un tronson de calcul (se mai nume�te timp de parcurs);valoarea minima dintre to�i timpii parcurs se ia, de regul�, ca pas de calcul în timp în calculul cudiferen�e finite.

20

19

� – grad de închidere al vanei sau coeficientul lui Coriolis (coeficient de corec�ie al termenului cinetic din rela�ia lui Bernoulli, în modelul curgerii unidimensionale). � - coeficient de corec�ie în modelul curgerii unidimensionale (de exemplu, în expresia for�ei de impuls). � - greutatea specific� a lichidului. - modulul de elasticitate al lichidului. – randament. � - coeficientul Darcy-Weissbach al pierderilor de sarcin� liniare. � - unde incidente �i refractate. - coeficientul Poisson. � - unde reflectate. � - densitatea lichidului.� - volum (de aer sau de vapori).� - coeficientul pierderilor de sarcin� locale.� - vitez� unghiular�.

21

20

cap.1. Calculul mi�c�rilor nepermanente în conducte sub presiune 1.1 Ecua�ii generale (1) Regimul nepermanent de mi�care a fluidelor constituie un caz frecvent în func�ionarea

instala�iilor hidraulice care transport� lichide sub presiune. El apare ori de câte ori se schimb� regimul de mi�care, adic� ori de câte ori au loc modific�ri ale condi�iilor la limit� ale curgerii, cum ar fi închiderea sau deschiderea unei vane, oprirea sau pornirea pompelor, eliminarea aerului, spargerea unei conducte, etcetera.

(2) Regimul nepermanent poate introduce solicit�ri importante ale sistemului. La mi�carealichidelor în conducte, pot ap�rea suprapresiuni care s� întreac� de câteva ori sau zeci de ori presiunea de regim �i, de asemenea, depresiuni importante, în ambele cazuri putându-se ajunge la distrugerea instala�iei.

(3) Modelul de calcul al regimului nepermanent în conducte sub presiune este, ca �i în cazulregimului normal, permanent, modelul curgerii unidimensionale în care se consider� c� pe toat� sec�iunea transversal�, în toate punctele acesteia, viteza este aceea�i �i anume, egal� cu viteza medie:

V = Q/A unde Q este debitul iar A este aria sec�iunii transversale.

(4) Proprietatea lichidelor care este determinant� în desf��urarea fenomenelor de mi�carenepermanent� este compresibilitatea. Ea determin� caracterul ondulatoriu al acestor mi�c�ri iar ecua�iile care descriu cel mai exact mi�carea nepermanent� a lichidelor sunt identice cu ecua�iile coardei vibrante �i anume:

unde H este cota piezometric� iar c este celeritatea, adic� viteza de deplasare, în lungul sistemului hidraulic, a perturba�iilor, conform defini�iei undelor.

(5) Dac� se �ine seama �i de pierderile de sarcin�, atunci ecua�iile cap�t� forma:

unde J este panta hidraulic�. (6) Aceste ecua�ii sunt valabile pentru toate mi�c�rile nepermanente �i sunt obligatorii,

modelând corect din punct de vedere matematic fenomenele reale, atunci când acestea sunt rapid variabile în timp.

(7) Cu cât mi�c�rile sunt mai lent variabile în timp, cu atât caracterul ondulatoriu se reduce,mi�carea cap�t� din ce în ce mai mult un caracter de oscila�ie în mas� iar compresibilitatea joac� un rol mai pu�in important. La limit�, pentru mi�c�ri foarte lent variabile în timp, compresibilitatea se poate neglija �i se ajunge la modelul simplificat al fluidului incompresibil care poate fi, îns�, folosit doar în acest caz, al mi�c�rilor foarte lent variabile în timp

(8) Fenomenele de mi�care nepermanent� rapid variabile vor fi denumite în continuare„fenomene de lovitur� de berbec" iar cele lent variabile vor fi denumite „mi�c�ri de oscila�ie în mas�". Piesele, instala�iile sau construc�iile care se prev�d special cu scopul de a controla lovitura de berbec vor fi numite „dispozitive de protec�ie".

22

21

(9) Exist� mai mul�i factori care determin� „rapiditatea” fenomenului, în primul rând vitezarelativ� cu care are loc modificarea condi�iilor la limit� (de exemplu, închiderea unei vane) dar �i evolu�ia mi�c�rii în func�ie de dispozitivele existente pe conduct� (de exemplu, castelul deechilibru sau hidroforul de protec�ie schimb�, prin reflexia undelor, caracterul rapid al mi�c�riiîntr-unul lent).

(10) Întrucât nu se poate stabili o delimitare clar� între mi�c�rile rapid variabile �i cele lentvariabile �i nu se poate decide cu siguran�� dac� modelul simplificat poate fi aplicat, se recomand� ca, în toate cazurile s� se aplice doar modelul exact al fluidului compresibil.

1.2 Metode de calcul (1) Fenomenele de lovitur� de berbec au un caracter ondulatoriu. O modificare a condi�iilor

la limit�, într-un punct oarecare al conductei, provoac� schimb�ri locale ale debitului �i presiunii, schimb�ri care se transmit din aproape în aproape, cu vitez� finit�, numit� vitez� de propagare, pe seama elasticit��ii lichidului �i a materialului conductei, formând unde plane de debit �i respectiv de presiune.

(2) În cazul loviturii de berbec, viteza de propagare se confund� practic cu celeritatea, adic�cu viteza de propagare în lichidul aflat în repaus.

(3) Prin perturba�ie se va în�elege varia�ia (cre�terea sau descre�terea) de debit sau depresiune care se propag�.

(4) Caracteristica principal� a undelor de debit �i de presiune este aceea c� sunt unde asociatedeoarece ele se formeaz� �i se propag� simultan, formând împreuna unda sonic�; între undele asociate exist� o rela�ie bine determinat�, cunoscut� sub numele de rela�ia lui Jukovski.

1.2 .1 Celeritatea(1) Viteza cu care se propag� undele asociate prin fluidul în repaus se nume�te celeritate �i

este egal� cu viteza sunetului (viteza de propagare a micilor perturba�ii prin conduct�).

a) valoarea celerit��ii este esen�ial� pentru corectitudinea calculului de lovitur� de berbec; deaceea, este necesar s� se cunoasc� valoarea sa real� sau s� se aprecieze o valoare cât mai apropiat� de cea real�.

(2) În acest sens, valorile cele mai corecte sunt cele ob�inute direct de la furnizoriiconductelor care, la rândul lor, trebuie s� le determine pe cale experimental�, apelând la laboratoare de specialitate.

(3) În cazul când valoarea celerit��ii nu se poate ob�ine în acest fel, direct de la furnizori,aceasta se poate aprecia cu ajutorul formulei de mai jos care este, îns�, valabil� doar pentru conducte confec�ionate dintr-un material omogen (nu se aplic�, de exemplu, la conducte din beton armat, din materiale compozite, stratificate etc.).

(4) Formula �ine seama de elasticitatea fluidului dar �i a peretelui conductei precum �i decondi�iile de rezemare ale acesteia.

(5) În aceast� rela�ie, s-au f�cut urm�toarele nota�ii:

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

23

22

- � 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 o�el, 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=20…60 kgf/cm2 = (20…60).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 condi�iile derezemare ale acesteia, astfel:

a) La conducte cu peretele sub�ire (D/e>25) �i dac� sunt permise deplas�rilelongitudinale:

b) La conducte cu peretele sub�ire (D/e>25) la care deplas�rile longitudinale suntîmpiedicate:

c) La conducte cu peretele gros (D/e<25) �i dac� sunt permise deplas�rile longitudinale:

d) La conducte cu peretele gros (D/e<25) �i dac� deplas�rile longitudinale suntîmpiedicate:

1.2.2. Unde directe �i unde inverse (1) Clasificarea în „unde directe” �i „unde inverse” este conven�ional� �i este important�,

mai ales, pentru aplicarea formulelor de calcul în cadrul metodelor de calcul.

(2) Criteriul de clasificare îl constituie un sens de parcurgere pozitiv al conductei care sealege în mod conven�ional.

(3) Undele directe sunt cele care se deplaseaz� în sensul pozitiv iar undele inverse sunt celecare se deplaseaz� în sensul negativ.

1.2.3. Rela�ia lui Jukovski (1) Rela�ia dintre cele dou� unde asociate, unda de presiune �p = pf - pi �i unda de debit

�Q = Qf - Qi este cunoscut� sub numele de rela�ia lui Jukovski �i este urm�toarea:

semnul „plus” fiind valabil pentru undele directe iar semnul „minus”, pentru undele inverse.

(2) Rela�ia lui Jukovski se mai folose�te practic �i sub forma:

24

23

unde �H = Hf - Hi este unda de cot� piezometric�.

(3) În rela�iile de mai sus, indicii f �i i semnific� valori finale, respectiv, ini�iale iar z �i m senumesc “rezisten�� de und�" (prin analogie cu fenomenele din electricitate) având expresiile de mai jos:

(4) Rela�ia lui Jukovski se mai folose�te practic �i pentru calculul varia�iei de presiune carese produce la închiderea brusc� a unei vane, când poate fi folosit� �i sub forma

unde �V = Vf - Vi este varia�ia de vitez� care se produce prin închiderea vanei.

În toate aceste rela�ii:

- este densitatea lichidului;

- este celeritatea;

- este aria sec�iunii transversale a conductei;

- este viteza medie pe sec�iune;

- este debitul;

- este presiunea;

- este cota piezometric�;

-- este greutatea specifica;

- g este accelera�ia gravita�iei.

1.2.4.Reflexia �i refrac�ia undelor (1) Ca în orice fenomen ondulatoriu, �i în cazul undelor sonice se produc fenomenele de

reflexie �i de refrac�ie atunci când se schimb� condi�iile de propagare. De exemplu (fig. 1.1), o und� incident� �1 care se propag� pe o conduct� cu rezisten�a de und� z1 �i care ajunge într-un punct în care caracteristicile conductei se modific� brusc, rezisten�a de und� devenind z2, sufer� fenomenul de reflexie prin care se creeaz� unda reflectat� �1 �i respectiv fenomenul de refrac�ie prin care se creeaz� unda refractat� �2.

25

24

Fig. 1.1. Reflexia �i refrac�ia undelor:

�1 — unda incident� ; �2 — unda refractat� ; �1 — unda reflectat�

(2) Fenomenele de reflexie �i de refrac�ie se cuantific� cu ajutorul urm�torilor coeficien�i:

a) Coeficientul de reflexie al undei de debit:

b) Coeficientul de reflexie al undei de presiune:

c) Coeficientul de refrac�ie al undei de debit:

d) Coeficientul de refrac�ie al undei de presiune

(3) În cazul când unda incident� ajunge în dreptul unui rezervor de dimensiuni foarte mari(z2=0) sau în cazul când unda incident� ajunge în dreptul unui cap�t închis de conduct� (z2=�), are loc fenomenul de reflexie total�, când nu exist� unde refractate. Din formulele de mai sus, rezult� urm�torii coeficien�i de reflexie total� pentru cele dou� cazuri frecvent întâlnite la capetele sistemelor hidraulice �i anume:

a) cazul unui rezervor de mari dimensiuni

b) cazul unei conducte (vane) închise

(4) Coeficientul de reflexie al undei de presiune pentru cazul unui rezervor de maridimensiuni este, în mod particular, interesant întrucât el explic� efectul protector al castelelor de echilibru �i al hidrofoarelor de protec�ie. Valoarea lp=-1 semnific� faptul c� o perturba�ie de presiune este reflectat� cu semn schimbat �i, suprapunându-se peste unda incident�, îi anuleaz� efectul ini�ial (o cre�tere de presiune se transform�, prin reflexie, într-o descre�tere de presiune care anuleaz�, cel pu�in par�ial, cre�terea ini�ial�, �i invers).

26

25

1.2.5. Metoda undelor fizice (1) Cunoscând caracterul ondulatoriu al loviturii de berbec, aceast� metod� calculeaz�

varia�ia în timp a debitului �i a presiunii prin compunerea diferitelor unde care se propag� pe conduct�.

(2) Metoda de calcul a undelor fizice const� în suprapunerea efectelor diferitelor unde careau trecut, de-a lungul timpului, printr-o sec�iune a conductei. Formulele care dau cota piezometric� �i debitul într-o sec�iune oarecare sunt:

- în care H0 �i Q0 sunt valori ini�iale, iar �Hd, �Hi �Qd, �Qi sunt undele directe �i inverse, decot� piezometric� �i de debit, care au trecut prin sec�iune de la momentul ini�ial pân� lamomentul de calcul.

(3) Întrucât pe conduct� se propag� atât undele produse direct de c�tre schimbarea condi�iilorla limit� cât �i cele reflectate sau refractate, num�rul de unde care trebuie compuse este atât de mare încât metoda nu poate fi aplicat� practic decât în cazuri extrem de simple; la instala�ii mai complicate, în fapt la cele reale, metoda poate fi folosit�, eventual, numai pentru a studia primele momente de desf��urare ale fenomenului.

(4) În concluzie, metoda undelor fizice poate fi folosit� doar pentru calcule extrem de simpleprecum �i în scop didactic, pentru în�elegerea desf��ur�rii fenomenului de lovitur� de berbec �i a modului în care diferite dispozitive modific� caracterul loviturii de berbec.

1.2.6. Metoda undelor de calcul (1) Pornind de la metoda undelor fizice:

printr-un artificiu simplu (înmul�ind a doua rela�ie cu m �i apoi, adunând-o �i sc�zând-o din prima, rezult�:

(2) Din aceste rela�ii rezult� c�:

a) expresia H+mQ are caracter de und� direct� în sensul c� ea p�streaz� o valoareconstant� pentru un „observator” care se deplaseaz� în sensul pozitiv cu viteza c (celeritatea); din acest motiv, aceast� expresie poart� numele de „und� de calcul direct�” sau „invariant Riemann direct”;

b) expresia H-mQ are caracter de und� invers� în sensul c� ea p�streaz� o valoareconstant� pentru un „observator” care se deplaseaz� în sensul negativ cu viteza c (celeritatea); din acest motiv, aceast� expresie poart� numele de „und� de calcul invers�” sau „invariant Riemann invers”;

(3) Se precizeaz� c� aceste rela�ii sunt valabile în lipsa pierderilor de sarcin� (pe modelulde fluid ideal, lipsit de vîscozitate); pentru a suplini aceast� deficien�� a modelului de calcul, toate pierderile de sarcin� (inclusiv cele liniare) se introduc concentrat, sub forma unor pierderi de sarcin� locale, respectiv a unor „dispozitive” (diafragme fictive) plasate în nodurile de calcul.

27

26

(4) Faptul c� metoda undelor de calcul opereaz� cu valori globale ale parametrilor �i nu cuvaria�ii ale acestora face ca aceast� metod� s� fie mult mai practic�. În plus, pentru c� diferitele condi�ii la limit� se exprim�, de cele mai multe ori, ca ni�te rela�ii tot între valorile globale ale parametrilor, aceast� metod� poate fi folosit� �i în cazurile când pe conduct� exist� condi�ii la limit� complicate, cum sunt cele impuse de pompe, hidrofoare, castele, vane simple sau cu închidere programat� etc.

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

(5) De aceea, aceasta este metoda aplicat� practic pentru calculul loviturii de berbec lainstala�ii reale �i ea st� la baza unor algoritmi foarte eficien�i �i a unor programe de calcul electronic automat, folosind principiul diferen�elor finite.

(6) Existen�a undelor de calcul permite scrierea de sisteme de ecua�ii formate dintr-un num�rde rela�ii egal cu num�rul necunoscutelor.

(7) Metoda undelor de calcul a fost elaborat� de Riemann (1860) în cazul general �i aplicat�pentru cazul loviturii de berbec de Schnyder (1929) �i apoi de Bergeron (1935) care a f�cut o prezentare general� �i sistematic� a ei.

(8) Expresiile constante H+mQ �i H-mQ poart� numele de invarian�i Riemann, dup� numelecelui care a descoperit condi�iile în care aceste expresii se men�in constante. Expresiile respective au fost notate de Riemann respectiv cu R �i S, nota�ie care s-a folosit �i în continuare.

(9) Posibilit��ile metodei sunt valorificate la maximum prin folosirea diferen�elor finiteaplicate în form� numeric�. În trecut, când nu existau posibilit��ile de calcul oferite de calculatoarele actuale, s-au folosit �i metode grafice sau hibride care actualmente sunt total dep��ite.

(10) Folosirea diferen�elor finite aplicate în form� numeric� este explicat� pe scurt cunota�iile din figura 1.2. Conducta se împarte în tronsoane de calcul delimitate de noduri de calcul iar în figur� sunt desenate trei noduri succesive (K-1, K, K+1). Tronsoanele pot avea rezisten�e de und� diferite, identificate cu indicele nodului mai mare iar în nodurile de calcul, valorile debitului �i cotei piezometrice pot fi diferite de o parte �i de alta a nodului.

(11) Considerând c� timpii de parcurs ai tronsoanelor sunt egali între ei �i egali, la rândul lor,cu pasul de calcul în timp din metoda diferen�elor finite �tK = �tK+1 = �t , proprietatea undelor de calcul conduce la urm�toarele rela�ii de und�:

28

27

unde j �i j+1 reprezint� dou� momente succesive: tj+1 = tj + �t . (12) Simplificând nota�iile, aceste rela�ii se scriu:

(13) Cunoscând debitele �i cotele piezometrice de la „momentul ini�ial” j (adic�, valoareainvarian�ilor Riemann) se ob�in astfel dou� rela�ii între valorile debitelor �i cotelor piezometrice de la „momentul final” j+1. Necunoscutele (valorile debitelor �i cotelor piezometrice de la momentul final, ) fiind în num�r de patru, pentru „închiderea” sistemului de ecua�ii mai trebuie ad�ugate înc� dou� rela�ii.

a) În cazul „nodului simplu” (figura 1.2), aceste rela�ii sunt:

b) În cazul „nodului cu diafragm�”, adic� o pierdere de sarcin� local� cu modulul derezistent� hidraulic� Mk (figura 1.3), aceste rela�ii sunt:

(14) Acest tip de nod se folose�te în mod curent pentru a prinde în calcule efectul pierderilorde sarcin� liniare, dar ecua�iile respective pot fi folosite �i în cazul când pe conduct� se afl� o rezisten�� local� real� a�a cum este cazul vanelor cu sau f�r� închidere programat�, clapete de sens (de re�inere) �.a. De la caz la caz, Mk poate fi constant sau variabil dup� o lege cunoscut�.

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

29

28

(15) În cazul nodului cu hidrofor sau cu castel de echilibru (figura 1.4), existând unbran�ament (o ramifica�ie), notând cu Qd debitul pe bran�ament �i alegând ca pozitiv sensul de intrare în nod, se poate scrie rela�ia de continuitate:

(16) Notând cu Md modulul de rezisten�� al conductei de bran�ament, se poate scrie pierdereade sarcin� pe conducta de bran�ament, ca diferen�� între cota piezometric� Hd în dispozitiv �i cota piezometric� din conduct�. Considerând, pentru a nu complica ecua�iile, c� în nodul cu asemenea dispozitive nu exist� „diafragm�” se poate scrie:

(17) S-au scris, deci, înc� trei ecua�ii, dar au ap�rut înc� dou� necunoscute. În continuareecua�iile difer� cu natura dispozitivului.

(18) În cazul castelului (figura 1.3 b), cota piezometric� în castel Hd se confund� cu cota apeiîn castel Zd adic�:

(19) Cunoscând forma castelului, adic� sec�iunea orizontal� a castelului F în func�ie cotaapei Zd, F=F(Zd) , se poate calcula cota apei la momentul final j+1 (pentru simplificarea nota�iilor, acest indice nu s-a mai scris) pe baza cotei la momentul ini�ial j �i a volumului de ap� ce se transfer� între castel �i conduct�, din rela�ia:

S-a ob�inut un num�r de ecua�ii egal cu num�rul necunoscutelor.

30

29

Fig. 1.4. Nod interior cu castel sau hidrofor: a — hidrofor; b — castel

(20) În cazul hidroforului (figura 1.4 a), în mod asem�n�tor

unde pd reprezint� presiunea în perna de gaz a dispozitivului care poate fi pus� în rela�ie cu presiunea la momentul ini�ial j prin rela�ia de stare a gazului. Se poate folosi transformarea politropic�:

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

(21) Volumul de aer la momentul final j+1 poate fi calculat pe baza celui de la momentulini�ial j �i a debitului pe bran�ament:

(22) Pe de alt� parte, cunoscând forma hidroforului, volumul pernei de gaz este cunoscut înfunc�ie de cota apei în hidrofor:

31

30

�i în acest caz se ob�ine un num�r de ecua�ii egal cu cel al necunoscutelor.

(23) În cazul apari�iei cavita�iei, conform cu schema de diferen�e finite adoptat�, atâtcontrolul apari�iei cât �i calculul efectiv al cavita�iei se pot face numai în ipoteza cavita�iei concentrate în nodurile schemei de calcul. De aici rezult� dou� neajunsuri:

a) primul �i cel mai important este acela c� schema nu reflect� corect realitatea,deoarece, practic, cavita�ia se produce concentrat numai în anumite cazuri (puncte înalte sau în care panta profilului longitudinal convex sufer� o puternic� modificare);

b) al doilea neajuns rezult� din faptul c� rezultatele calcului depind de num�rul detronsoane în care s-a împ�r�it conducta (de aici decurgând num�rul de coloane care se separ� la apari�ia cavita�iei precum �i num�rul �i succesiunea ciocnirii lor).

(24) Ambele neajunsuri se pot remedia, îns� numai par�ial, printr-o alegere corespunz�toarea pozi�iei �i num�rului de noduri precum �i prin calculul diferen�iat al cavita�iei dup� cum în nodul respectiv poate sau nu s� apar� ruperea coloanei.

(25) Calculul nodului în cavita�ie se face în dou� etape:

a) verificarea apari�iei cavita�iei: se trateaz� nodul ca un nod obi�nuit (f�r� cavita�ie) �iapoi se verific� dac� a ap�rut cavita�ia. Dac�

b) unde hcav este în�l�imea vacuumetric� de producere a cavita�iei, atunci nodul respectivintr� în cavita�ie �i calculul trebuie ref�cut. În caz contrar, rezultatele calculului (pentru nod f�r� cavita�ie) sunt corecte.

(26) Calculul cavita�iei folose�te rela�iile de und�:

la care se adaug� condi�ia suplimentar�:

De aici rezult�:

Prin ruperea coloanei se produce o pung� de vapori al c�rui volum poate fi calculat:

32

31

(27) În timp, punga de vapori evolueaz� având perioade de cre�tere sau de descre�tere avolumului. La fiecare timp de calcul trebuie verificat dac� volumul pungii de vapori s-a anulat, caz în care, nodul devine un nod obi�nuit (f�r� cavita�ie).

(28) Ecua�iile de mai sus sunt valabile numai pentru cazul nodurilor interioare simple; pentrualte tipuri de noduri, sistemul de ecua�ii trebuie scris de la caz la caz, �inând seama de condi�iile la limit� sau de dispozitivele din nodul respectiv.

(29) În cazul nodurilor de cap�t se dispune de o singur� rela�ie de und�, invers� sau direct�,dup� cum nodul este situat la începutul sau la sfâr�itul conductei (începutul �i sfâr�itul se definesc în conformitate cu sensul pozitiv ales).

(30) Restul rela�iilor, necesare pentru a închide sistemul, se ob�in din condi�iile la limit�,care variaz� de la caz la caz. De exemplu:

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

b) Vana cu închidere brusc�: la orice moment Qk = 0 ;c) Orificiu cu debu�are în atmosfer�: la orice moment Hk = Zk (Zk este cota geodezic� a

axului orificiului).

(31) Cazul nodului cu turbo-ma�ini este uzual la conductele de alimentare cu ap� �i poate ficauza loviturii de berbec atunci când se întrerupe accidental alimentarea cu energie a motoarelor de antrenare (la pompe) sau la închiderea aparatului director (pentru turbine). Nu se recomand� ca, în calcule, s� se înlocuiasc� turbo-ma�ina cu un alt dispozitiv mai simplu pentru c� e necesar s� se �in� seama de efectul iner�iei p�r�ilor rotative �i a întregii caracteristici de func�ionare a ma�inii care, de exemplu în cazul pompelor, pot contribui în mod substan�ial la ameliorarea situa�iei de pe conduct�.

(32) În continuare se dau rela�iile de calcul în ipoteza c� în nod se afl� o turbo-pomp� �iaceasta se g�se�te în ultimul nod, deci se va folosi rela�ia dat� de unda direct�.

(33) Se presupune ca turbo-pompa are nivelul inferior (de aspira�ie) Ha, c� în�l�imea sa depompare, respectiv c�derea în regim de turbin�, este Hp care este func�ie de debitul Qp �i tura�ia n �i c� p�r�ile rotative au un moment de iner�ie total J=GD2/4g.

În aceste condi�ii, se pot scrie rela�iile:

unde Hp, Qp �i n sunt legate între ele prin caracteristica general� a pompei:

(34) Tura�ia la momentul final j+1 poate fi pus� în leg�tur� cu tura�ia la momentul ini�ial jprin ecua�ia de mi�care a p�r�ilor rotative:

unde:

a) ������este momentul de iner�ie al p�r�ilor rotative (GD2 fiind o valoare uzual� indicat� de

furnizori);

33

32

b) � este viteza unghiular� (radiani/secund�);

c) Mm este momentul motor (se anuleaz� dac� se întrerupe alimentarea cu energie electric�);

d) Mr este momentul hidraulic rezistent (Mr este egal cu Mm atât timp cât mi�carea estepermanent�);

(35) Scriind aceast� rela�ie în diferen�e finite rezult�:

Momentul hidraulic (rezistent) este, de asemenea, o func�ie de debit �i de tura�ie:

Se ob�ine un num�r de ecua�ii egal cu num�rul necunoscutelor.

(36) Pentru calcule foarte exacte este necesar s� se dispun� de caracteristica general� a turbo-pompelor instalate, atât în ceea ce prive�te în�l�imea de pompare cât �i momentul rezistent, ca func�ii de debit �i tura�ie.

(37) Aceste caracteristici se dau, de regul�, sub form� tabelar� �i difer�, în principal, înfunc�ie de tura�ia specific�; ele sunt întocmite în m�rimi adimensionale iar m�rimile de referin�� pentru debite, în�l�imi de pompare, tura�ii �i momente rezistente sunt respectiv:

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

b) HR care este în�l�imea nominal� de pompare (la randament maxim);

c) nR care este tura�ia nominal� a pompei;

d) Mr,R care este momentul rezistent corespunz�tor lui QR, HR, nR;

(38) Când pe aceea�i conduct� sunt racordate mai multe turbo-pompe, se poate proceda îndou� feluri:

a) fie se scriu rela�iile respective pentru fiecare pomp� în parte, ceea ce conduce laecua�ii �i respectiv algoritmi complica�i;

b) fie se înlocuie�te grupul cu o singur� turbo-pomp� echivalent�,

(39) La grupuri de turbo-pompe identice montate în paralel, turbo-pompa echivalent� va aveaaceea�i tura�ie �i aceea�i în�l�ime de pompare ca �i fiecare turbo-pomp� în parte în timp ce debitul �i momentul de iner�ie se vor g�si prin însumarea debitelor �i respectiv momentelor de iner�ie ale turbo-pompelor din grup. La grupuri de turbo-pompe în serie, debitul �i tura�ia r�mân neschimbate, iar în�l�imile �i momentele de iner�ie se adun�.

34

33

cap.2. Aspecte caracteristice ale desf��ur�rii fenomenului (1) Pentru a alege �i proiecta cele mai potrivite solu�ii de protec�ie contra loviturii de berbec,

pentru a asigura exploatarea corect� a acestora �i pentru a evita producerea unor situa�ii generatoare de �ocuri hidraulice, este necesar ca aspectele generale ale fenomenului de lovitur� de berbec s� fie cunoscute atât de cei care proiecteaz� cât �i de cei care execut� sau, mai ales, exploateaz� instala�iile hidraulice prev�zute sau nu cu dispozitive de protec�ie.

(2) În ceea ce prive�te valorile parametrilor (în spe��, a presiunilor) �i varia�ia lor în timp,respectiv desf��urarea fenomenului de lovitur� de berbec, acestea sunt proprii fiec�rei instala�ii concrete �i, practic, nu pot fi f�cute generaliz�ri. Unele particularit��i ale schemei generale, care aparent sunt nesemnificative, pot fi cauza unor deosebiri importante în mersul fenomenelor. Se pot distinge totu�i trei categorii de instala�ii la care fenomenul de mi�care nepermanent� are anumite tr�s�turi tipice. Acestea sunt: conductele unifilare (aduc�iunile) gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� de consum (a unor obiective civile sau industriale), conductele unifilare (aduc�iunile) gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� a unor centrale hidroelectrice mari �i conductele unifilare (aduc�iunile) cu pompare. Pentru aceste trei categorii de instala�ii, mai jos se trec în revist� aspectele �i problemele specifice, cu caracter de generalitate, privind lovitura de berbec.

2.1.Aduc�iunile gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� de consum (1) Alc�tuirea unei aduc�iuni gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� a unui obiectiv civil

sau industrial este dat�, în form� simplificat�-schematizat�, în figura 2.1, unde se afl�, de asemenea, elementele explicative ale desf��ur�rii fenomenului de lovitur� de berbec.

(2) Se presupune c� aduc�iunea, cu lungimea total� L are, pe toat� lungimea, aceea�i valoarea celerit��ii c. Manevra care produce lovitura de berbec în astfel de cazuri, obligatoriu a fi luat� în considera�ie conform Normativului, este închiderea vanei de la cap�tul aval, manevrat� de beneficiarul apei furnizate. Parametrul principal care determin� valoarea varia�iilor de presiune îl reprezint� timpul Ti de închidere al vanei. O anumit� influen�� o are �i forma legii de închidere. Întrucât descrierea de fa�� are doar o valoare calitativ�, se va prezenta numai influen�a lui Ti, cu men�iunea c� �i reprezentarea grafic� a liniilor piezometrice din figur� este, de asemenea, orientativ�.

(3) Prin închiderea vanei, se produce mai întâi faza suprapresiunilor, adic� o cre�tere apresiunilor peste cele ini�iale iar înf��ur�toarea presiunilor maxime este reprezentat� în figur� sub forma liniei piezometrice maximale, notat� L.p.max care se afl� deasupra liniei piezometrice de regim, notat� cu L.p.0.

(4) În faza a doua, urmare a reflexiei cu semn schimbat a undelor de presiune la rezervorulde la cap�tul amonte, se produce faza subpresiunilor, adic� o descre�tere a presiunilor sub cele ini�iale iar înf��ur�toarea presiunilor minime este reprezentat� în figur� sub forma liniei piezometrice minimale, notat� L.p.min care se afl� dedesubtul liniei piezometrice de regim, notat� cu L.p.0.

(5) Amplitudinea varia�iilor de presiune, notat�, în dreptul vanei, cu H precum �i formaliniilor piezometrice maximal� �i minimal� L.p.max �i L.p.min depinde în primul rând de valoarea timpului de închidere Ti.

(6) Astfel, dac� Ti < 2L/c (timpul de închidere este mai mic decât dublul timpului de parcursal conductei de c�tre undele sonice, denumit �i timp de reflexie), atunci H are valoarea care s-ar ob�ine dac� vana s-ar închide brusc, adic� valoarea dat� de formula lui Jukovski, notat� cu H(Juk.) – vezi figura 2.2. Totodat�, forma liniilor piezometrice maximal� �i minimal� este cea din figura 2.1, unde acestea sunt notate cu L.p.max(Juk.) �i L.p.min(Juk.).

35

34

a) Dac� Ti > 2L/c (timpul de închidere este mai mare decât timpul de reflexie), atunci Hare o valoare mai mic� decât H(Juk.), notat� cu H(Ti), valoare cu atât mai mic� cu cât Ti este mai mare – vezi figura 2.2. Totodat�, forma liniilor piezometrice maximal� �i minimal� este cea din figura 2.1, unde acestea sunt notate cu L.p.max(Ti) �i L.p.min(Ti).

Figura 2.1 - Aduc�iunea gravita�ional� pentru alimentarea cu ap� de consum (7) Figura 2.1 pune în eviden�� �i importan�a major� pe care o are forma profilului

longitudinal asupra regimului presiunilor. Profilul „convex”, cu puncte înalte (desenat cu linie continu�), este favorabil în regim normal (permanent) de func�ionare când presiunile sunt reduse; în schimb, în regim nepermanent, el este foarte sensibil la subpresiuni, linia piezometric� (minimal�) putând ajunge cu u�urin�� sub axul conductei, producându-se vacuum sau chiar cavita�ie. Din punctul de vedere al loviturii de berbec, profilul „concav” (desenat în figur� cu linie întrerupt�) este mai avantajos.

(8) A�a cum se precizeaz� �i în Normativ, valoarea exact� atât a presiunilor maxime cât �i acelor minime se determin� prin calcul dar din cele de mai sus rezult� clar c�, în aceste cazuri, este posibil ca singura m�sur� de protec�ie contra loviturii de berbec s� o reprezinte impunerea unui timp minim de închidere al vanei.

36

35

2.2.Aduc�iunile gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� a centralelor hidroelectrice (1) Aduc�iunile gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� a centralelor hidroelectrice, în

special cele de mare putere, reprezint� amenaj�ri de mare complexitate. Din punctul de vedere strict al loviturii de berbec, principala deosebire fa�� de cele care alimenteaz� consumatori civili sau industriali obi�nui�i o constituie faptul c� vana din aval trebuie s� se închid� foarte rapid pentru a preveni ambalarea turbinelor la anularea momentului rezistent al generatorului electric, situa�ie care intervine brusc �i imprevizibil atunci când ac�ioneaz� sistemele de protec�ie din sta�iile electrice de transformare.

Figura 2.2 – Dependen�a varia�iilor de presiune în func�ie de timpul de închidere al vanei la o aduc�iune gravita�ional�

(2) Forma �i alc�tuirea unei aduc�iuni gravita�ionale pentru alimentarea cu ap� a centralelorhidroelectrice este destul de bine definit� în urma unei experien�e îndelungate; în form� simplificat�-schematizat�, ea este dat� în figura 2.3, unde se afl�, de asemenea, elementele explicative ale desf��ur�rii fenomenului de lovitur� de berbec.

(3) Linia piezometric� din regimul permanent, notat� cu L.p.0, arat� avantajele acestei formeîn primul rând în regim normal de func�ionare, mai precis faptul c� aceasta este solu�ia cea mai ieftin� în ce prive�te costul total al aduc�iunii, astfel:

a) Conducta de aduc�iune C.A., reprezentând cea mai mare parte din lungimea total� a aduc�iunii,este plasat� la cote ridicate, având practic doar o pant� mic�, din considerente tehnologice – constructive; În acest fel, presiunile sunt reduse �i costul, de asemenea.

b) Conducta for�at� C.F., de lungime mic�, „consum�” practic întreaga c�dere a amenaj�rii; eaeste supus� unor presiuni mari dar, având o lungime mic�, nu afecteaz� foarte mult costul total.�

(4) Lovitura de berbec este declan�at� de închiderea rapid� a vanei V.R. de la intrarea încentral�. În condi�iile unui timp de închidere Ti care este foarte mic în raport cu timpul de reflexie 2L/c, corespunz�tor unor lungimi mari ale aduc�iunii �i în absen�a unor mijloace de protec�ie, varia�iile de presiune ar fi extrem de mari �i ar afecta întreaga aduc�iune, inclusiv conducta de aduc�iune C.A (vezi figura 2.1).

37

38

Figura 2.3 - Aduc iunea gravita ional pentru alimentarea cu ap a unei centrale hidroelectrice

(5) Pentru protec ie se folose te castelul de echilibru C.E., plasat în punctul de schimbare depant al profilului longitudinal. Pozi ia optim a castelului ar fi fost chiar lâng „sursa” loviturii de berbec – vana V.R. dar, în acest caz, ar fi rezultat un castel cu o în l ime extrem de mare, foarte scump i, în concluzie, imposibil de realizat practic. În pozi ia din figur , reflectând undele sonice care vin de la vana V.R., castelul reduce în mod semnificativ varia iile de presiune de pe conducta de aduc iune C.A. dar i pe cele de pe conducta for at C.F.

(6) Castelul împarte astfel aduc iunea în dou p r i distincte:

a) Conducta de aduc iune C.A., reprezentând cea mai mare parte din lungimea total aaduc iunii, care este supus unor varia ii de presiune relativ mici i cu caracter lent variabil; în acest fel, costul conductei de aduc iune C.A. r mâne redus i pentru a face fa regimului nepermanent;

b) Conducta for at C.F., de lungime mic , este supus unor varia ii mari de presiune(dar, totu i, mai mici decât în absen a castelului) i cu caracter rapid variabil – de oc; ea trebuie s fie dimensionat s reziste acestor solicit ri dar, având o lungime mic , acest lucru nu afecteaz foarte mult costul total.

(7) Practic, castelul de echilibru „transform ” fenomenul de lovitur de berbec (rapid variabilîn timp), declan at de închiderea rapid a vanei V.R., într-un fenomen de „oscila ie în mas ”; acesta are loc pe conducta de aduc iune C.A., între bazinul din amonte (lacul de acumulare) unde nivelul este constant i castel, în care (acesta având o sec iune limitat ) au loc varia ii ale

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.

37

nivelului apei între un nivel maxim �i unul minim. Acest fenomen poart� numele de „salt în castel” �i el determin� în�l�imea (�i, în ultim� instan�� costul) acestuia.

(8) Pentru reducerea în�l�imii castelului precum �i pentru prevenirea intr�rii aerului înaduc�iune (cu riscul de a ajunge în turbine), castelele de echilibru pot fi prev�zute cu camere superioare C.S. �i cu camere inferioare C.I.

(9) Liniile piezometrice din figura 2.3 sugereaz� fenomenele descrise mai sus, astfel:

a) L.p.max.c.a. reprezint� linia piezometric� maximal� pe conducta de aduc�iune C.A.

b) L.p.min.c.a. reprezint� linia piezometric� minimal� pe conducta de aduc�iune C.A.

c) L.p.max.c.f. reprezint� linia piezometric� maximal� pe conducta for�at� C.F.d) L.p.min.c.f. reprezint� linia piezometric� minimal� pe conducta for�at� C.F.

(10) Schema de protec�ie fiind practic pre-stabilit�, în acest caz calculele de lovitur� deberbec reprezint� de fapt o încercare de g�sire a unui optimum tehnico-economic, având ca obiectiv-�int� costul total al aduc�iunii. „Cheia” problemei o reprezint�, în ultim� instan��, rezisten�a hidraulic� a bran�amentului dintre castel �i aduc�iune de care depind atât varia�iile de presiune care „trec mai departe” pe conducta de aduc�iune C.A., cât �i cele care „se întorc înapoi” pe conducta for�at� C.F., precum �i volumul castelului. Toate acestea, convertite în costuri �i cumulate trebuie s� fie minime.

(11) La aduc�iunile centralelor hidroelectrice de mic� putere (micro-hidrocentrale), schemade protec�ie de mai sus nu se aplic�, fiind total ne-economic�, în fapt ne-fezabil� din punct de vedere practic. În aceste cazuri, profilul longitudinal al aduc�iunii este determinat de traseul ales, conducta urm�rind, la fel ca la majoritatea aduc�iunilor, profilul terenului. Din acest motiv, cazul acesta se apropie mai mult de cel al aduc�iunilor gravita�ionale pentru obiective civile sau industriale tratat în capitolul 1, unde singura m�sur� de protec�ie o reprezenta impunerea unui timp minim de închidere a vanei de acces la turbine. În aceste cazuri, de regul�, riscul de ambalare a turbinelor este mai redus �i, dac� totu�i el exist�, se recomand� s� se ia alte m�suri (de exemplu, folosirea unor frâne mecanice sau a unor „vane sincron”, adic� vane de by-pass care se deschid simultan cu închiderea vanei de acces la turbine).

2.3 Aduc�iunile cu pompare (1) Aduc�iunile cu pompare au în compunere cel pu�in o sta�ie de pompare.

(2) O sta�ie de pompare poate fi plasat� la cap�tul amonte al aduc�iunii-cazul cel maifrecvent, preluând apa direct de la surs� (care se prezint�, cel mai des, sub forma unui bazin de aspira�ie) sau poate fi plasat� undeva pe traseul acesteia, caz în care avem o „sta�ie de pompare cu conduct� lung� de aspira�ie”, când apa este preluat� direct din conduct�. Exist� �i situa�ii când pe traseul aduc�iunii se afl� mai multe sta�ii de pompare care aspir� din conduct�, a�a numitele „sta�ii de re-pompare”.

(3) Alc�tuirea constructiv� �i echiparea sta�iilor de pompare este extrem de divers�.

(4) Exist� sta�ii de pompare cu „cuv� umed�”, echipate cu pompe cu ax vertical �i sta�ii depompare cu „cuv� uscat�”, echipate cu pompe cu ax orizontal. Exist� sta�ii de pompare auto-amorsante sau nu. Exist� sta�ii de pompare în care grupul de pompe este montat „în paralel” �i sta�ii de pompare în care grupul de pompe este montat „în serie”.

(5) Dotarea cu „arm�turi” a sta�iilor de pompare este �i ea extrem de divers�. Pe aspira�ia �ipe refularea fiec�rei pompe din sta�ie ca �i pe aspira�ia �i pe refularea întregii sta�ii se pot afla vane, clapete de sens, �i altele, iar caracteristicile constructive �i func�ionale ale acestora sunt extrem de diverse, depinzând de necesit��ile tehnologice ale proiectului �i de gama de produse oferit� de furnizori.

39

38

(6) A�a cum prevede Normativul, calculele de lovitur� de berbec vor �ine seama de absoluttoate detaliile proiectului pentru c� toate pot avea un impact asupra desf��ur�rii fenomenului �i influen�eaz� alegerea corect� a m�surilor �i mijloacelor de protec�ie.

(7) Pentru expunerea de fa��, s-a ales una din formele cele mai r�spândite ale aduc�iunilor cupompare �i pe care, pe de alt� parte, se pot explica principalele efecte �i particularit��i ale desf��ur�rii fenomenului de lovitur� de berbec. Pentru explica�ii se face referire la figura 2.4.

(8) În aceast� figur�, grupul de pompe din sta�ia de pompare este înlocuit de „pompaechivalent�” P ale c�rei caracteristici se determin� dup� regulile cunoscute, dup� cum pompele sunt montate în paralel sau în serie.

(9) Pe refularea pompei (echivalente) P se afl� clapeta de sens C �i vana V care sunt, larândul lor, „echivalentele” clapetelor �i respectiv vanelor care se g�sesc în mod real pe reful�rile pompelor. Mai rar, exist� clapet� de sens �i van� chiar pe conducta de refulare (pe aduc�iune), la ie�irea din sta�ia de pompare �i, atunci, clapeta C �i vana V sunt reale.

(10) Pentru conducta de refulare (aduc�iunea propriu-zisa) s-a desenat un profil longitudinal„convex” cu dou� puncte proeminente (vârfuri de deal), punctele de inflexiune PI1 si PI2, unde au loc schimb�ri importante de pant�. Conducta de refulare debu�eaz� în bazinul de refulare BR.

(11) Clapeta de sens (de re�inere) C are rolul de a împiedica curgerea invers� prin pomp�,atât pentru a nu irosi apa pompat� cât, mai ales, pentru a împiedica ambalarea pompei, func�ionând în regim de turbin�, atunci când momentul motor devine zero (ca urmare a întreruperii aliment�rii cu energie electric� a motoarelor de antrenare a pompelor). În cazuri mai speciale, în locul clapetei de sens exist� o van� programat�, cu închidere automat�, declan�at� în momentul întreruperii aliment�rii cu energie electric� a motoarelor de antrenare.

(12) Vana V are doar rolul de izolare a pompei pentru interven�ii, inclusiv la clapeta C �i lacelelalte arm�turi de pe refulare sau de pe aspira�ie. De aceea, aceast� van� nu va fi manevrat� în timpul func�ion�rii pompei �i nu este luat� în considera�ie în studiul loviturii de berbec. În instruc�iunile de exploatare ale sta�iei de pompare se vor face preciz�ri în acest sens.

40

41

39

Figu

ra 2

.4 –

Adu

ciu

nea

cu p

ompa

re

BA

P

V

H B

BR

V

V

V C

Lp.0

Lp.m

in.1

Lp.m

ax.2

Lp.m

ax.3

Lp.m

ax.1

Lp.m

in.3

Lp.m

in.2

PI1

PI2

Ax

cond

uct

Li

nie

cavi

taie

8…10

m

(13) Manevra care declan�eaz� fenomenul de lovitur� de berbec, obligatoriu a fi luat� înconsiderare conform Normativului, este întreruperea brusc� �i intempestiv� a aliment�rii cu energie electric� a sta�iei care conduce la anularea instantanee a momentului motor la axul pompelor �i oprirea concomitent� a tuturor pompelor în func�iune la acel moment, f�r� s� existe posibilitatea interven�iei umane �i, cu atât mai mult, respectarea procedurilor normale de oprire.

(14) În func�ie de tipul �i de caracteristicile pompelor, în interac�iune cu sistemul hidraulic,dar mai ales în func�ie de m�rimea momentului de iner�ie al tuturor p�r�ilor rotative aflate în cuplaj (motorul + pompa + cuplajul mecanic dintre ele + apa din pomp�), pompa se opre�te mai repede sau mai încet dar, oricum, într-un timp de ordinul secundelor, adic� foarte repede. În acest timp scurt, debitul �i în�l�imea de pompare „furnizate” de pomp� scad la zero, odat� cu tura�ia. Dac� curgerea invers� nu este blocat�, atunci se poate ajunge la inversarea tura�iei �i transformarea turbopompei în turbin�, dup� ce, în prealabil, aceasta a trecut �i prin regimul de „frân�”.

(15) Odat� cu sc�derea la zero a debitului pompat �i a în�l�imii de pompare, se produceprima faz� a loviturii de berbec, o faz� de „subpresiuni” în care presiunile scad, înf��ur�toarea presiunilor minime, notat� cu Lp.min.1, aflându-se mult sub linia piezometric� de regim Lp.0.

(16) A�a cum s-a mai ar�tat, prin reflexie la bazinul de refulare, undele de sc�dere a presiuniidin prima faz� se transform� în unde de cre�tere a acesteia �i urmeaz� faza a doua a loviturii de berbec, o faz� de „suprapresiuni” în care presiunile cresc, înf��ur�toarea presiunilor maxime, notat� cu Lp.max, aflându-se deasupra liniei piezometrice de regim Lp.0.

(17) Dac� curgerea invers� este permis� (clapeta C nu exist� sau nu se închide), atuncisuprapresiunile sunt reduse (linia piezometric� Lp.max.1). În schimb, exist� riscul ambal�rii turbopompelor, în regim de turbin�, pan� la valori care s� duc� la distrugerea acestora. Exist� �i pompe care nu admit deloc rotirea în sens invers (din cauza lag�relor care permit rotirea într-un singur sens). Dac� la aceasta se adaug� pierderile de ap�, este evident faptul c� organe de blocare automat� a curgerii inverse de tipul clapetelor de re�inere sau a vanelor cu închidere automat� sunt obligatorii în schema unei sta�ii de pompare.

(18) Clapetele ideale din punctul de vedere al loviturii de berbec sunt acelea care se închid înmomentul invers�rii curgerii sau chiar cu pu�in înainte, fiind prev�zute, în acest scop, cu dispozitive de rapel (resorturi, contra-greut��i). În acest caz, suprapresiunile care se produc în faza a doua sunt moderate (linia piezometric� Lp.max.2).

(19) Folosirea clapetelor la care închiderea este întârziat� cu ajutorul unor frâne sauamortizoare nu se recomand�. Explica�ia acestei recomand�ri este dat� mai jos, cu referire la figura 2.5.

(20) Varia�ia coeficientului de pierdere de sarcin� local� l al unei vane (clapete) în func�iede gradul de închidere � are alura din figura 2.5.a. Mai precis, pan� la un grad de închidere de 70…80%, pierderea de sarcin� r�mâne destul de mic� �i ea cre�te puternic doar pe ultimii 20…30%, pan� la închiderea total�. Se poate spune c�, de fapt, închiderea efectiv� a vanei se produce doar pe ultimii 20…30% ai gradului de închidere. Dac� închiderea se face cu întârziere fat� de momentul invers�rii debitului, presupunând ca legea de închidere este liniar� (viteza de închidere este constant� pe toat� durata acesteia – linia întrerupt� din figura 2.5.b), atunci în cea mai mare parte a timpului rezisten�a hidraulic� a vanei este redus� �i curentul de ap� se accelereaz�, în sens invers, pân� la valori foarte mari; atunci intervine practic închiderea vanei, cu valorile foarte mari ale pierderii de sarcin� de pe ultima parte a gradului de închidere. Se produce, practic, o închidere brusc� a vanei, în momentul în care viteza apei este foarte mare, care se soldeaz� cu suprapresiuni extrem de mari (conform cu rela�ia lui Jukovski-linia piezometric� Lp.max.3). Reflexia la bazinul de refulare BR a acestor suprapresiuni foarte mari poate produce o nou� faz� de subpresiuni, când linia piezometric� poate s� coboare chiar sub cea din prima faz� - linia piezometric� Lp.min.2.

42

41

(21) Probleme asem�n�toare apar �i în cazul când în locul clapetei de re�inere exist� o van�cu închidere automat�, comandat� de dispari�ia tensiunii electrice (pentru a se închide, ca �i clapetele, în momentul opririi pompelor). Pentru a se evita fenomenele periculoase descrise mai sus, aceste vane trebuie programate s� se închid� cu dou� viteze �i anume (vezi figura 2.5.b):

a) o vitez� foarte mare la început, în timpul Tp , care este de ordinul de m�rime al timpului în carese inverseaz� curgerea; în acest timp, vana ajunge la un grad de închidere de 70…80%, având însa o rezisten�� hidraulic� suficient de mic� pentru ca s� nu accentueze subpresiunile din prima faz�;

b) o vitez� foarte mic� apoi, pân� la închiderea total�, la momentul Ti (timpul total de închidere);viteza mic� de închidere, atunci când rezisten�a hidraulic� a vanei a devenit foarte mare �i când are loc, de fapt, închiderea efectiv� a acesteia, asigur�, pe de o parte, o limitare a debitului �i vitezei în sens invers (cu eliminarea riscului de ambalare a pompei) �i, pe de alt� parte, o limitare a suprapresiunilor;

Figura 2.5 – Legea de închidere a vanei a – varia�ia coeficientului de pierdere de sarcina func�ie de gradul de închidere

b – varia�ia gradului de închidere func�ie de timp

(22) Referitor la liniile piezometrice Lp.min se face men�iunea c� în figur� nu s-a luat înconsiderare faptul c� atunci când vacuumul ajunge la limita de cavita�ie, prin vaporizarea instantanee a lichidului �i formarea pungilor de vapori, presiunea este limitat� la aceast� valoare (cca. –1 bar) iar linia piezometric� (minim�) se confund� cu linia de cavita�ie (aflat� la 8…10 m sub axul conductei �i paralel� cu acesta).

43

42

(23) Acest mod de reprezentare are îns� avantajul c� scoate bine în eviden�� rolul hot�râtorpe care îl are forma profilului longitudinal pentru valoarea presiunilor minime. Pentru forma de profil din figur�, la manevrele discutate mai sus (f�r� protec�ie), practic întreaga aduc�iune este supus� unui vacuum avansat sau cavita�iei. Dac� profilul longitudinal ar fi avut o form� „concav�” iar punctele de inflexiune PI1 �i PI2 ar fi fost plasate mult mai jos, vacuumul ar fi fost mai redus �i s-ar produs pe por�iuni mult mai restrânse din lungimea aduc�iunii.

(24) În urma calculului presiunilor pot exista, practic �i în principal, trei situa�ii care sedescriu pe larg mai jos.

a) Dac� singura problem� o constituie apari�ia vacuumului �i a cavita�iei, protec�ia poatefi rezolvat� �i se recomand� a fi rezolvat� doar prin instalarea unor ventile de introducere a aerului (notate cu V pe figur�). Amplasarea �i tipo-dimensiunea acestor ventile va rezulta din calculul de lovitur� de berbec în care se va c�uta, prin încerc�ri succesive, varianta care asigur� un cost total minim. Întrucât, în multe situa�ii va trebui s� se instaleze astfel de ventile în punctele „înalte” ale profilului, acestea vor fi de tipul „aerisire - dezaerisire”, capabile s� �i evacueze aerul care se acumuleaz� în timp. Folosirea hidroforului de protec�ie H nu se recomand� deoarece, pentru a proteja întreaga conduct�, rezult� volume de hidrofor extrem de mari, prohibitive ca pre�. La volume �i costuri rezonabile ale hidroforului, r�mân de regul� zone ne-acoperite, în care vacuumul se men�ine �i unde vor trebui totu�i instalate �i ventile de aer (vezi linia piezometric� Lp.min.3).

b) Dac� singura problem� o constituie presiunile maxime care sunt dep��ite, atunciprotec�ia poate fi rezolvat� �i se recomand� a fi rezolvat� doar prin instalarea unui hidrofor H la ie�irea din sta�ia de pompare. Calculul conduce, de regul�, la hidrofoare cu volume mici �i rezisten�e mari de bran�ament, convenabile din punct de vedere economic.

c) Dac� este necesar� protec�ia atât la subpresiuni cât �i la suprapresiuni, se recomand� osolu�ie de protec�ie „hibrid�”, astfel:

i ) la ie�irea din sta�ia de pompare se recomand� instalarea unui hidrofor de protec�ie H cu volum mic �i rezisten�� mare de bran�ament, dimensionat s� asigure doar protec�ia la suprapresiuni;

ii ) hidroforul, astfel dimensionat, va avea o capacitate limitat� de reducere a vacuumului �i, de regul�, din acest punct de vedere vor r�mâne zone ne-acoperite; pentru eliminarea total� avacuumului sau aducerea lui în limite admisibile se vor instala �i un num�r de ventile de aer alc�ror amplasament �i tipo-dimensiune se determin� prin calcul pentru a avea, împreun� cuhidroforul, solu�ia cea mai ieftin�.

44

43

cap.3. Dispozitive de protec�ie (1) Acest capitol descrie succint alc�tuirea constructiv� a principalelor dispozitive folosite ca

mijloace de protec�ie împotriva efectelor negative ale lovituri de berbec; se descrie, de asemenea, modul în care acestea realizeaz� protec�ia respectiv� (modul lor de ac�iune) �i se fac o serie de recomand�ri practice privind instalarea �i exploatarea lor.

3.1.Castelul de echilibru (1) Castelul de echilibru este o construc�ie vertical� înalt�, deschis� în atmosfer� la partea

superioar�, a c�rui sec�iune orizontal� Fd poate fi constant� sau variabil� (figura 3.1).

Figura 3.1 – Castelul de echilibru a – la CHE; b – la SP; c – cu rol de ventil de aer;

(2) Castelul de echilibru ac�ioneaz� ca un „rezervor tampon” care supline�te „deficitul” deap� din conducta protejat� atunci când presiunea scade �i preia „surplusul” de ap� din conducta protejat� atunci când presiunea cre�te.

(3) Mai precis, atunci când presiunea din conducta protejat� scade, apa curge din castel înconduct� �i nivelul în castel scade iar atunci când presiunea din conducta protejat� cre�te, apa

45

44

curge din conduct� în castel �i nivelul în castel cre�te. Aceast� curgere, dinspre �i înspre castel, începe imediat ce la castel ajunge prima varia�ie de presiune (oricât de mic�) �i asta explic� faptul c� efectul protector al castelului se extinde pe o foarte mare parte din lungimea aduc�iunii aflat� în „spatele” acestuia (în sensul de propagare al perturba�iilor primare).

(4) În�l�imea castelului, dat� de diferen�a dintre nivelul maxim �i cel minim, depinde deamploarea fenomenului de lovitur� de berbec dar �i de valoarea rezisten�ei hidraulice a bran�amentului dintre castel �i conducta protejat�.

(5) Rezisten�a hidraulic� a bran�amentului, dat� de dimensiunea diafragmei (ca în cazul dinfigura 3.1.a) sau de diametrul conductei de leg�tur� (ca în cazul din figura 3.1.b) influen�eaz� îns� �i valoarea varia�iilor de presiune care „trec” de castel �i afecteaz� aduc�iunea, astfel: o rezisten�� mare de bran�ament conduce la o în�l�ime mic� a castelului dar produce varia�ii mari de presiune pe conducta protejat� (�i invers). Calculul va stabili un optimum care va �ine seama de to�i parametrii implica�i (inclusiv de capacitatea de rezisten�� mecanic� a conductelor) �i care va urm�ri ca, pe ansamblu, costul lucr�rilor s� fie minim.

(6) În cazul aduc�iunilor centralelor hidroelectrice (CHE - figura 3.1.a), volumele de ap�schimbate cu castelul de echilibru sunt, de regul�, foarte mari �i rezult� castele cu în�l�imi mari. Execu�ia lor este, îns�, facilitat� de faptul c� pot fi realizate sub forma unor „pu�uri” s�pate în roca mun�ilor unde se realizeaz� astfel de amenaj�ri.

(7) Pentru reducerea în�l�imii castelului, fiind posibil �i din punct de vedere tehnic, în acestecazuri se obi�nuie�te s� se realizeze l�rgiri ale sec�iunii transversale: la partea superioar� (camera superioar�) pentru limitarea nivelului maxim precum �i la partea inferioar� (camera inferioar�) pentru limitarea nivelului minim.

(8) Limitarea nivelului minim prin camera inferioar� mai are �i rolul de a elimina riscul dep�trundere a aerului în aduc�iune care, în cazul CHE, este interzis� întrucât poate afecta grav turbinele.

(9) În cazul conductelor de refulare ale sta�iilor de pompare (SP - figura 3.1.b), castelul deechilibru trebuie s� fie realizat ca o construc�ie foarte înalt�, suprateran�, cu toate dezavantajele care decurg de aici. Din acest motiv, pe de o parte, aplicarea acestui tip de solu�ie este extrem de limitat� iar, pe de alt� parte, forma lor constructiv� este mult mai simpla (de regul� se adopt� forma cilindric� realizat� din metal sau beton armat).

(10) În acest caz, p�trunderea aerului în aduc�iune nu prezint� pericol. Aerul nu afecteaz� cunimic sta�ia de pompare. Dimpotriv�, accesul aerului în conduct�, ca �i p�trunderea apei, poate fi benefic� pentru protejarea acesteia la sub-presiuni, permi�ând s� se reduc� volumul (�i costul) castelului de echilibru. De aceea, este posibil �i chiar recomandabil (ca fiind o solu�ie economic�), s� se foloseasc� acest dispozitiv, sub forma unui tub vertical cu diametru redus, în punctele înalte ale profilului longitudinal, cu rolul de ventil de aer (figura 3.1.c).

3.2.Hidroforul de protec�ie (1) Hidroforul de protec�ie supline�te (elimin�) principalul dezavantaj pe care îl prezint�

castelul de echilibru (în�l�imea mare), fiind un obiect compact �i mult mai avantajos din punct de vedere constructiv (figura 3.2). Este dispozitivul preferat la protec�ia conductelor de refulare ale sta�iilor de pompare, unde castelul de echilibru ar avea o în�l�ime prea mare pentru a putea fi o solu�ie economic�.

(2) Ca �i castelul de echilibru, hidroforul ac�ioneaz� ca un „rezervor tampon” care supline�te„deficitul” de ap� din conducta protejat� atunci când presiunea scade �i preia „surplusul” de ap� din conducta protejat� atunci când presiunea cre�te. Rolul de „motor” �i respectiv de

46

45

„acumulator” pentru schimbul de ap� dintre hidrofor �i conduct� este jucat, în acest caz, din punct de vedere energetic, de c�tre perna de aer sub presiune a acestuia.

Figura 3.2 – Hidroforul de protec�ie a – Hidrofor orizontal (subteran); b – Hidrofor vertical (suprateran);

(3) Mai precis, atunci când presiunea din conducta protejat� scade, apa curge din hidrofor înconduct�, fiind împins� de c�tre presiunea aerului care scade odat� cu coborârea nivelului apei din hidrofor; atunci când presiunea din conducta protejat� cre�te, apa curge din conduct� în hidrofor, nivelul apei în hidrofor cre�te �i, de asemenea, presiunea din perna de aer. Aceast� curgere, dinspre �i înspre hidrofor, începe imediat ce la hidrofor ajunge prima varia�ie de presiune (oricât de mic�) �i asta explic� faptul c� efectul protector al hidroforului se extinde pe o foarte mare parte din lungimea aduc�iunii aflat� în „spatele” acestuia (în sensul de propagareal perturba�iilor primare).

(4) Ca urmare, în�l�imea hidroforului, dat� de diferen�a dintre nivelul maxim �i cel minim,este, în acest caz, foarte mic� iar realizarea sa practic� este mult mai convenabil� din punct de vedere tehnic �i economic.

(5) Atunci când volumul hidroforului este relativ mic, el poate fi realizat sub forma unuirecipient (cazan) vertical, a�ezat suprateran pe o funda�ie corespunz�toare (figura 3.2.b). Aceast� dispozi�ie are avantajul c� d� posibilitatea unei supravegheri �i inspec�ii permanente �i complete dar �i mai multe dezavantaje, între care:

a) necesitatea de a corespunde tuturor normelor de securitate pentru recipien�ii subpresiune;

b) necesitatea de a fi izolat din punct de vedere termic pentru a preveni înghe�ul; dac�func�ionarea instala�iei este sezoniera (în afara perioadelor reci), aceast� condi�ie nu exist�.

(6) Atunci când volumul hidroforului este mare, hidroforul vertical devine ne-economic �i serecomand� hidroforul orizontal (figura 3.2.a). Acesta poate avea volume oricât de mari f�r� a deveni o construc�ie înalt� �i poate fi îngropat ceea ce îi confer� mai multe avantaje, astfel:

a) nu ocup� teren construibil;b) nu necesit� m�suri pentru a preveni înghe�ul;

47

46

c) nu se supune reglement�rilor pentru recipien�ii sub presiune;

(7) Dispozi�ia orizontal�, îngropat�, a hidroforului are îns� toate dezavantajele unei lucr�riascunse: nu poate fi supravegheat�, nici inspectat� (decât par�ial) iar în cazul unor defec�iuni / avarii / lucr�ri de între�inere, acestea sunt dificil de remediat / realizat.

Figura 3.3 – Dot�ri speciale pentru hidroforul de protec�ie a – Hidrofor orizontal (subteran); b – Hidrofor vertical (suprateran);

(8) Rezisten�a hidraulic� a bran�amentului, dat� în principal de diametrul conductei deleg�tur� are, la hidrofoare, un rol covâr�itor pentru comportarea acestora ca mijloace de protec�ie împotriva loviturii de berbec.

(9) O rezisten�� mare de bran�ament las� s� „treac�” varia�iile de presiune primare, produseîn sta�ia de pompare. De aceea, pentru prevenirea vacuumului �i cavita�iei, în prima faz�, a sc�derii presiunilor, este necesar ca hidroforul s� aib� o rezisten�� mic� de bran�ament. Rezisten�a mic� de bran�ament conduce la debite mari care intr� din hidrofor în conduct� �i, în consecin��, la volume mari ale recipientului.

(10) Rezisten�a mic� de bran�ament este, îns�, dezavantajoas� pentru faza a doua, de cre�terea presiunilor, când curgerea se inverseaz� �i când apa intr� din conduct� in hidrofor. În aceast� faz�, rezisten�a mic� de bran�ament favorizeaz� accelerarea curgerii în sens invers, având ca efect comprimarea puternic� a pernei de aer din hidrofor �i cre�terea, pe m�sur�, a presiunilor. Este posibil, în aceast� situa�ie, ca presiunile maxime care se produc în prezen�a hidroforului s� le dep��easc� pe cele care se produc în absen�a acestuia ceea ce, evident, reprezint� un non-sens din punctul de vedere al protec�iei propriu-zise.

(11) Avem de a face, aparent, cu un paradox �i, în realitate, cu o incompatibilitate întrevaloarea optim� a rezisten�ei de bran�ament pentru cele dou� faze ale loviturii de berbec.

48

47

(12) Pentru „solu�ionarea” acestei incompatibilit��i, recomandarea are în vedere un costminim al hidroforului, care corespunde rezisten�ei maxime de bran�ament (când volumul hidroforului este minim). Mai precis, se aleg rezisten�a de bran�ament (mare) �i volumul de hidrofor (mic) care asigur� protec�ia la presiuni maxime. În aceste condi�ii, hidroforul va asigura doar o protec�ie par�ial� la sub-presiuni �i, pentru asigurarea total� a acestei protec�ii, se folosesc suplimentar ventilele de aer plasate în num�r �i pozi�ii determinate prin calcul.

(13) Exist�, desigur, �i solu�ii mai sofisticate, cum ar fi bran�amentele „asimetrice”, curezisten�a hidraulic� diferit� în func�ie de sensul de curgere, dar acestea nu sunt fiabile �i trebuie aplicate cu mult� precau�ie �i cu condi�ia lu�rii unor m�suri suplimentare care s� le asigure o func�ionare corect�.

(14) Fa�� de castelul de echilibru, care nu necesit�, practic, nici un fel de supraveghere,hidroforul are dezavantajul c� impune o serie de exigen�e în exploatare �i, ca atare, trebuie s� fie dotat cu o serie de instala�ii speciale (vezi figura 3.3).

(15) In primul rând, volumul pernei de aer (care se determin� prin calcul, fiind coroborat cuvolumul geometric �i cu rezisten�a hidraulic� a bran�amentului) trebuie s� fie respectat cu stricte�e. De regul�, acest volum, destins la presiunea atmosferic�, dep��e�te, uneori cu mult, volumul geometric al hidroforului �i ca urmare, la punerea în func�iune el trebuie creat. De aici rezult� necesitatea ca hidroforul s� fie prev�zut cu un �tu� de racord la un compresor de aer �i, evident, ca acest compresor s� existe �i s� fie func�ional.

(16) Din diferite motive (prin dizolvare în ap� în primul rând dar �i prin unele ne-etan�eit��i)este posibil ca, în timp, volumul pernei de aer s� se mic�oreze. De aici rezult� �i necesitatea ca hidroforul s� fie prev�zut cu un sistem de control al nivelului apei prin care se verific�, de fapt, volumul pernei de aer. Compresorul de aer va fi folosit �i atunci când se constat� sc�derea volumului pernei de aer sub valoarea prescris�.

(17) În sfâr�it, ca m�sur� de siguran��, se recomand� ca pe hidrofor s� fie montat un ventil deaer care s� introduc� aer �i s� previn� turtirea cazanului atunci când se produce vacuum. Întrucât, de regul�, ventilele de aer comercializate sunt de tipul „aerisire–dezaerisire”, pentru a se preveni evacuarea aerului la faza de cre�tere a presiunilor precum �i în regim normal de func�ionare, se recomand� ca aceste ventile s� fie montate pe conducte verticale care s� coboare pân� la fundul hidroforului.

(18) Se reaminte�te c� în cazul sta�iilor de pompare, unde se aplic� cu prec�dere solu�ia deprotec�ie cu hidrofor, p�trunderea aerului în aduc�iune nu prezint� un pericol. Aerul nu afecteaz� cu nimic sta�ia de pompare. Dimpotriv�, accesul aerului în conduct�, ca �i p�trunderea apei, poate fi benefic� pentru protejarea acesteia la sub-presiuni, permi�ând s� se reduc� volumul (�i costul) hidroforului.

(19) Atunci când hidroforul este îngropat, accesul liber la toate aceste instala�ii speciale va fiasigurat prin c�mine de vizitare concepute astfel ca func�ionarea �i supravegherea lor s� se fac� în cele mai bune condi�ii.

(20) Tot atunci când hidroforul este îngropat, forma conductei de bran�ament poate favorizacolmatarea cu material aluvionar deoarece în cea mai mare parte a timpului apa din bran�ament stagneaz�. Colmatarea bran�amentului este periculoas� întrucât modific� rezisten�a hidraulic� a acestuia. În consecin��, instruc�iunile de exploatare trebuie s� prevad� m�suri de inspec�ie �i de remediere corespunz�toare.

(21) Stagnarea apei in hidrofor impune în plus, în cazul conductelor pentru apa potabil�,pentru p�strarea calit��ii apei, golirea cel pu�in s�pt�mânal a recipien�ilor iar instruc�iunile de exploatare vor reflecta în mod corespunz�tor aceast� cerin��.

49

48

3.3.Ventilul de aer (1) Din punctul de vedere al protec�iei la lovitura de berbec, prin ventil de aer se în�elege

acel dispozitiv care introduce aer în conduct� imediat ce presiunea devine negativ� (mai mic� decât presiunea atmosferic�, respectiv dac� se produce vacuum). De regul�, ventilele de aer comercializate sunt de tipul aerisire–dezaerisire, adic� au, pe lâng� aceast� func�ie �i pe aceea de a evacua aerul sub presiune care se poate acumula în anumite puncte (a�a-zis „înalte”) ale profilului longitudinal al aduc�iunii. Pentru protec�ia la lovitura de berbec, ventilele (pentru introducerea aerului) pot fi îns� plasate �i în alte puncte decât cele „înalte” (unde ele se monteaz� independent de problema loviturii de berbec, pentru func�ia lor de dezaerisire).

(2) Ventilul de aer este un dispozitiv extrem de ieftin în raport cu hidroforul sau castelul.Principalul s�u dezavantaj îl constituie faptul c� protec�ia (pentru reducerea vacuumului) este realizat� doar pe o lungime redus� de conduct� �i anume în vecin�tatea imediat� a punctului unde se instaleaz� ventilul. Ca urmare, pentru a se proteja o lungime mai mare de conduct� este necesar s� se instaleze mai multe asemenea dispozitive. Tot un dezavantaj îl constituie, ca �i în cazul hidroforului, faptul c� sunt necesare m�suri atente de montaj �i între�inere care s� le confere o func�ionare sigur� �i corect�.

(3) Efectul protector limitat al ventilului de aer se datoreaz� faptului c� acesta „intr� înac�iune” cu mare întârziere fa�� de momentul în care în punctul respectiv ajung primele varia�ii de presiune. Este necesar ca presiunea s� scad� în punctul respectiv sub zero pentru ca ventilul s� se deschid�. În acest timp, pe restul aduc�iunii, efectul propag�rii varia�iilor de presiune �i-a produs deja efectul negativ.

(4) În plus, prin deschiderea ventilului de aer, doar în punctul respectiv se asigur� o presiuneegal� cu zero (presiunea atmosferic�). În fapt, presiunea asigurat� prin deschiderea ventilului este pu�in sub zero întrucât intervine �i pierderea de sarcin� la curgerea aerului care intr� prin ventil în conduct�. În aceste condi�ii, presiunile din vecin�tatea ventilului vor fi, inevitabil, mai mici decât zero �i, chiar prin montarea mai multor ventile relativ apropiate unul de altul, vacuumul nu poate fi eliminat în totalitate. Acesta este motivul pentru care, în Normativ, se accept� un vacuum limitat, de 2…3 m.c.a., care de regul� poate fi suportat de conductele obi�nuite. Dac� acest vacuum limitat nu ar fi acceptat, solu�ia protec�iei cu ventile de aer ar fi, practic, imposibil de aplicat.

(5) În ce prive�te instalarea practic� a ventilelor pe profilul longitudinal al aduc�iunii,num�rul, pozi�ia �i tipo-dimensiunea acestora vor rezulta în urma calculului detaliat al loviturii de berbec care va avea ca rezultat, pe lâng� valoarea presiunilor extreme, �i debitul de aer pe care îl introduce în conduct� fiecare ventil.

3.4.Supapa de suprapresiune (1) Supapa de suprapresiune este acel dispozitiv care se deschide imediat ce presiunea

dep��e�te o anumit� valoare (maxim�) care, de regul�, poate fi reglat� în prealabil. În acest fel, în punctul respectiv, presiunea maxim� este limitat� la valoarea calibrat� de deschidere a supapei. În fapt, presiunea asigurat� prin deschiderea supapei este pu�in mai mare decât valoarea calibrat� de deschidere întrucât intervine �i pierderea de sarcin� la curgerea apei prin supap�.

(2) Supapa de suprapresiune este un dispozitiv extrem de ieftin în raport cu hidroforul saucastelul. Principalul s�u dezavantaj îl constituie faptul c� protec�ia (pentru reducerea suprapresiunilor) este realizat� doar pe o lungime redus� de conduct� �i anume în vecin�tatea imediat� a punctului unde se instaleaz� supapa. Ca urmare, pentru a se proteja o lungime mai mare de conduct� este necesar s� se instaleze mai multe asemenea dispozitive. Tot un

50

49

dezavantaj îl constituie, ca �i în cazul hidroforului, faptul c� sunt necesare m�suri atente de montaj �i între�inere care s� le confere o func�ionare sigur� �i corect�.

(3) Efectul protector limitat al supapei de suprapresiune se datoreaz� faptului c� aceasta„intr� în ac�iune” cu mare întârziere fa�� de momentul în care în punctul respectiv ajung primele varia�ii de presiune. Este necesar ca presiunea s� creasc� în punctul respectiv pân� la valoarea de calibrare pentru ca supapa s� se deschid�. În acest timp, pe restul aduc�iunii, efectul propag�rii varia�iilor de presiune �i-a produs deja efectul negativ.

(4) În ce prive�te instalarea practic� a supapelor pe profilul longitudinal al aduc�iunii,num�rul, pozi�ia �i tipo-dimensiunea acestora vor rezulta în urma calculului detaliat al loviturii de berbec care va avea ca rezultat, pe lâng� valoarea presiunilor extreme, �i debitul de ap� pe care îl evacueaz� din conduct� fiecare supap�.

3.5.Volanta adi�ional� (1) La sta�iile de pompare, principala cauz� a loviturii de berbec, obligatoriu a fi luat� în

considerare în calcul conform Normativului, o constituie întreruperea aliment�rii cu energie a motoarelor de antrenare ale pompelor. În aceast� situa�ie, momentul de iner�ie al tuturor p�r�ilor rotative aflate în cuplaj (pompa împreun� cu apa, cuplajul mecanic �i motorul) joac� un rol important întrucât de el depinde timpul real de oprire al pompelor �i, astfel, „duritatea” perturba�iei primare care genereaz� apoi lovitura de berbec pe întreaga aduc�iune.

(2) M�rirea momentului de iner�ie prin ad�ugarea unei volante suplimentare poate fi o solu�iepentru reducerea varia�iilor de presiune îns�, practic, aplicarea acestui tip de solu�ie de protec�ie este dificil de aplicat. Totu�i, efectul benefic al iner�iei trebuie avut în vedere �i, atunci când exist� posibilitatea de a alege între mai multe tipuri de grupuri de pompare (ansambluri motor + pomp�), se va alege acela care sa aib� cel mai mare moment de iner�ie.

3.6.Conducta de ocolire (1) La sta�iile de pompare, de regul�, pe refularea fiec�rei pompe se g�se�te câte o clapet� de

re�inere (clapet� de sens) care permite curgerea doar c�tre bazinul de refulare �i nu permite curgerea invers�. La cap. 2.3 s-a explicat c� este optim ca aceste clapete s� se închid� în momentul invers�rii debitului (sau chiar cu pu�in înainte) �i c� orice decalaj la închidere este generator de noi perturba�ii generatoare de fenomene suplimentare de lovitur� de berbec. Tot acolo s-a ar�tat c� dac� s-ar permite curgerea în sens invers, atunci suprapresiunile care s-ar produce ar fi mult diminuate, în schimb ar exista pericolul ambal�rii pompei în regim de turbin� �i s-ar irosi apa care a fost deja pompat�.

(2) Pornind de la aceste constat�ri, o solu�ie pentru reducerea suprapresiunilor o constituiemontarea unei conducte de ocolire (de by-pass) a clapetei de re�inere, ilustrat� în figura 3.4.

(3) Conducta de ocolire are un diametru cu mult mai mic decât conducta de refulare �i pe eaeste montat� o van�.

(4) În regim normal de func�ionare vana trebuie s� fie deschis� �i apa curge c�tre bazinul derefulare, în principal prin conducta de refulare �i prin clapeta de re�inere �i, într-o m�sur� mult mai mic�, prin conducta de ocolire �i prin vana deschis�.

51

50

Figura 3.4 – Conducta de ocolire (by-pass) (5) La oprirea pompei �i inversarea curgerii, clapeta de re�inere se închide �i apa este l�sat�

s� curg� în sens invers numai prin conducta de ocolire �i prin vana deschis�. Datorit� diametrului redus, determinat riguros prin calcul, aceast� curgere în sens invers poate fi controlat� astfel încât s� aib� un debit mic �i pompa s� nu aib� de suferit din cauza ambal�rii, ob�inându-se în schimb o reducere important� a suprapresiunilor. Personalul din sta�ia de pompare va închide apoi lent aceast� van� dar, debitul în sens invers fiind foarte mic, volumul de ap� pierdut este redus.

52

51

Anexa 1-Documente de referin��

Nr. crt.

Denumire act normativ publica�ia

1. Legea nr.10/1995 privind calitatea în construc�ii, cu modific�rile ulterioare.

Publicat� în Monitorul Oficial, Partea I, num�rul 12 din 24 ianuarie 1995.

53