Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii."— Zapis prezentacji:

1 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania1 Modele hydrauliki elementów SW Zagadnienia ważne dla poprawnego zbudowania modeli sieci: przepływ wody w rurociągach i straty energii z tym związane, wpływ zaworów (w tym: zaworów regulacyjnych), pomp i zbiorników na przepływy i rozkład ciśnień w sieci

2 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania2 Rodzaje przepływów wody (płynów) w rurociągach przepływ laminarny, przepływ turbulentny Liczba Reynoldsa v – prędkość przepływu D – średnica rurociągu – lepkość kinematyczna Wartość graniczna: lepkość kinematyczna prędkość przepływu Rurociągi:

3 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania3 W większości typowych stanów operacyjnych w SW – przepływy turbulentne v punktowa v średnia v punktowa Profile prędkości wody dla różnych przepływów Laminarny Turbulentny

4 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania4 Główne straty naporu w rurociągach = straty tarcia w rurociągach Ogólny wzór na obliczenie strat tarcia – równanie Darcy – Weisbacha (D-W): v – prędkość przepływu, [L/T] L – długość rurociągu, [L] D – średnica rurociągu, [L] f – współczynnik tarcia Darcy – Weisbacha; ogólnie wartość zależna od rodzaju przepływu i chropowatości rurociągu, [-] lub: Q – natężenie przepływu, [L 3 /T]

5 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania5 Dla przepływu laminarnego: Brak zależności od chropowatości rurociągu Dla przepływu turbulentnego: Zależności empiryczne dla rożnych przedziałów wartości liczby Reynoldsa – zauważalna prawidłowość: im bardziej turbulentny przepływ tym mniejsza zależność od Re a większa od chropowatości rurociągu Podsumowanie prac eksperymentalnych – diagram Moodyiego lepkość kinematyczna prędkość przepływu

6 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania6 Diagram Moodyiego Brak zależności od Re, zależność tylko od chropowatości względnej, e/D

7 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania7 Przykładowe wartości współczynnika chropowatości e (nowe rurociągi): Stal nitowa Beton Drewno klepkowe Żeliwo Żelazo ocynkowane Stal techniczna Niepokryty cement azbestowy, rury PCV faliste, wstępnie sprężany beton Rury ciągnione

8 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania8 Wniosek: Dla przepływu odpowiadającego dużym wartościom liczby Reynoldsa (Re > 4000) i rurociągów o dużej chropowatości względnej (duże e/D) współczynnik tarcia D-W nie zależy od wartości Re (m.in. prędkości przepływu) Jeżeli napiszemy równanie D-W w ogólniejszej postaci: to dla wymienionych warunków R D-W = const Pomimo tego, że równanie D-W posiada najbardziej racjonalne podstawy do stosowania dla przepływów w rurociągach, w praktyce stosowane są często dwa inne równania empiryczne dla wyznaczenia strat naporu wynikających z tarcia: równanie Hazena-Williamsa równanie Manninga W ogólności: R D-W – zależne od parametrów rurociągu i warunków przepływu

9 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania9 I. empiryczny wzór na obliczenie strat tarcia – równanie Hazena – Williamsa (H-W): K u – stała zależna od stosowanych jednostek C H-W – stała Hazena – Williamsa [-] Stała K u w równaniu Hazena – Williams,a

10 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania10 Dla jednostek układu SI z D-L-Q w m-m-m 3 /s stała K u = Wprowadzimy tą stałą i zapiszemy równanie H-W w postaci: Stała H-W zależy od wymiarów rurociągu oraz warunków przepływu Równanie H-W zostało pierwotnie opracowane dla przepływów turbulentnych w rurociągach Układ jednostek SI

11 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania11 Przykładowe wartości współczynnika H-W dla różnych materiałów i średnic rurociągów (nowe rurociągi) – dla v = 0.9m 3 /s

12 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania12 Współczynniki korekcyjne współczynników H-W z poprzedniej tablicy dla prędkości przepływu rożnej od 0.9m 3 /s

13 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania13 Możemy napisać równanie H-W w ogólniejszej postaci: W ogólności: R H-W – zależne od parametrów rurociągu i warunków przepływu

14 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania14 II. empiryczny wzór na obliczenie strat tarcia – równanie Manninga (M): K um – stała zależna od stosowanych jednostek N m – współczynnik chropowatości Manninga [-] Przykładowe wartości współczynnika chropowatości M dla różnych materiałów

15 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania15 Dla jednostek układu SI z D-L-Q w m-m-m 3 /s stała K um = Wprowadzimy tą stałą i zapiszemy równanie M w postaci: Układ jednostek SI Równanie M zostało pierwotnie opracowane dla przepływów w otwartych kanałach, lecz może być stosowane dla całkowicie turbulentnych przepływów w rurociągach Tym nie mniej wskazanie: równanie M stosować dla chropowatych rurociągów

16 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania16 Podsumowanie: ogólny wzór na zasadnicze straty naporu w rurociągach wynikające z tarcia: R – rezystancja rurociągu n – wykładnik

17 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania17 Porównanie:

18 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania18 Wiek rurociągów i parametry chropowatości Z czasem ścianki rurociągu pokrywają się osadami, co prowadzi do: zmniejszenia średnicy rurociągu, zwiększenia chropowatości rurociągu

19 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania19 Istnieją opracowania podające zamiany odpowiednich współczynników z wiekiem rurociągu – przykład niżej Zasada: Dla określenia aktualnych wartości parametrów rurociągów w SW sieć powinna być skalibrowana w oparciu o pomiary na obiekcie Jednak

20 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania20 Rurociąg – połączenie: umiejscowienie zależności na zasadnicze straty naporu – straty tarcia w modelu rurociągu wynikającym z prawa zachowania energii i – indeks węzła w którym woda wpływa do rurociągu j – indeks węzła w którym woda wypływa z rurociągu Założenie: rurociąg bez pompy

21 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania21 Pomniejsze straty naporu w rurociągach = straty zaburzeń przepływu w rurociągach Powody zaburzeń – zmiany profilu strumienia spowodowane: nagłą lub stopniową zmianą przekroju ograniczającego przepływ strumienia, zmianą kierunku przepływu, występowaniem lokalnych przeszkód Pomniejsze straty naporu są zwykle w SDiDW małe w porównaniu do strat tarcia i zwykle są pomijane w modelowaniu Elementy strat pomniejszych:

22 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania22 Pomniejsze straty modelowane są za pomocą równania: M – współczynnik pomniejszych strat

23 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania23 Przykładowa tablica współczynników M – pomniejszych strat

24 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania24 Jeżeli źródłem pomniejszych strat jest zawór, wówczas często jego charakterystyka hydrauliczna dana jest wzorem: C d – współczynnik przepływu A – pole przekroju przepływu przez zawór H – spadek naporu na zaworze Porównując z ogólnym wzorem na pomniejsze straty naporu, otrzymać można równość:

25 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania25 oraz: zmienne

26 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania26 Elementy strat pomniejszych – połączenie: umiejscowienie zależności na pomniejsze straty naporu w modelu wynikającym z prawa zachowania energii i – indeks węzła w którym woda wpływa do elelmentu j – indeks węzła w którym woda wypływa z elementu

27 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania27 Rodzaje zaworów modelowanych w SDiDW: zawór redukcji ciśnienia (Pressure Reducing Valve – PRV) Ogranicza ciśnienie po swojej wylotowej stronie do nastawionej wartości Stosowany, np.: w systemie dostarczania grawitacyjnego wody, gdy występują obszary o dużych różnicach wyniesień – spadek naporu na zaworze zmienia się w rytmie zmian naporu na wlocie System przesyłu grawitacyjnego - zastosowanie PRV Linia profilu naporu, kiedy zawór końcowy zamknięty Nachylenie spadku naporu Ciśnienie na końcu układu PRV Zbiornik

28 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania28 w systemie dostarczania pompowego wody, gdy woda podawana/pobierana jest jednocześnie do/z zbiornika Stany pracy PRV: częściowo otwarty (czyli: aktywny) – dla utrzymania nastawionego ciśnienia na wylocie, kiedy ciśnienie na wlocie jest większe od nastawionego całkowicie otwarty (czyli: nie aktywny) – kiedy ciśnienie na wlocie jest mniejsze od nastawionego zamknięty – kiedy ciśnienie na wylocie jest większe od ciśnienia na wlocie – tzn. nie dopuszcza się przepływu powrotnego Wysokość podnoszenia pomp Nachylenie spadku naporu Dostarczanie wody Dystrybucja wody Zasilanie pod ciśnieniem PRV Ciśnienie na końcu układu Zbiornik

29 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania29 zawór podtrzymania ciśnienia (Pressure Sustaining Valve – PSV) Zapewnia utrzymanie minimalnego nastawionego ciśnienia po stronie swego wlotu Stosowany, np.: w systemie dostarczania grawitacyjnego wody, gdy występują obszary o dużych różnicach wyniesień – spadek naporu na zaworze zmienia się w rytmie zmian naporu na wylocie Zbiornik wysoki Zbiornik niski Linia profilu hydraulicznego z PSV bez PSV PSV Strefa górna Strefa dolna

30 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania30 częściowo otwarty (czyli: aktywny) – dla utrzymania nastawionego ciśnienia na wlocie, kiedy ciśnienie na wylocie jest mniejsze od nastawionego całkowicie otwarty (czyli: nie aktywny) – kiedy ciśnienie na wylocie jest większe od nastawionego Stany pracy PSV: zamknięty – kiedy ciśnienie na wylocie jest większe od ciśnienia na wlocie – tzn. nie dopuszcza się przepływu powrotnego

31 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania31 Pompy: - stało i zmienno prędkościowe - stacje pomp

32 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania32

33 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania33

34 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania34 kwadratowego potęgowego

35 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania35

36 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania36

37 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania37 Charakterystyki pompy zmienno prędkościowej:

38 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania38

39 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania39

40 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania40

41 Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii Systemów Sterowania41 Koniec części 2


Pobierz ppt "Automatyzacja i sterowanie w systemach środowiskowych 2009/2010Hydraulika SW – modele elementów i systemu Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż.Katedra Inżynierii."

Podobne prezentacje


Reklamy Google