Druckstoßberechnung

typische Ergebnisplots

Die folgenden Plots sollen verdeutlichen, wie detailliert die Rohrleitungsnetze modelliert werden, um die verschiedenen Zielstellungen der Druckstoßsimulationen untersuchen zu können.
Alle Komponenten besitzen die realen geometrischen Abmessungen. Insbesondere den Armaturen und den Pumpen wurden die Herstellerangaben im entsprechenden Datenblatt hinterlegt.

Abbildung 1:
Abbildung 1: typisches einfaches Netzschema der Wasserversorgung mit 3 Pumpen, Rückschlagklappen und an der Sammelleitung angeordneten 2 Windkesseln im Nebenschluß. Das System besitzt keine Regelarmaturen. Die Pumpengruppe fördert zu einem ca. 120 m höher gelegenen Reservoir. Die Länge der Transportleitung in St DN 400 beträgt 20,75 km. Mit diesem Netzwerk wurde die Windkesselanlage auf Grund veränderter Entnahmesituationen für verschiedene Lastfälle neu dimensioniert.
Abbildung 2:
Abbildung 2: Oszillation des Wasserspiegels in einem ausreichend groß dimensionierten Windkessel (vgl. Netzschema Abbildung 1)
Abbildung 3:
Abbildung 3: Netz mit 6 Stck. Produktpumpen, PID-Regelung zur Druckhaltung und Controller-gesteuerten Armaturen. Mit diesem Netz wurden die kavitationsgefährdeten lokalen Hochpunkte beim An- und Abfahren der Anlage untersucht und die erforderlichen Klappenstellungen zur Druckhaltung vorgegeben.
Abbildung 4:
Abbildung 4: Schließen einer Tank-Zulauf-Klappe nach erreichtem maximalen Füllstand (Überfüllsicherung), wobei die Pumpen noch weiterlaufen
Abbildung 5:
Abbildung 5: Abreißen des Stromfadens am lokalen Hochpunkt des Systems, die Kavitation wird durch einen Pumpenausfall provoziert
Abbildung 6:
Abbildung 6: Berechnetes Kavitationsvolumen an einem lokalen Hochpunkt, beim Kollaps entsteht ein Druckstoß der Größe von p=10,5 bara
Abbildung 7:
Abbildung 7: Netzmodell einer trockenen Löschwasserleitung mit Be- und Entlüftungsventilen (BEV) an den Entnahmestellen. Mit diesem Netz wurde der Primingvorgang simuliert. Die Berechnungsergebnisse haben gezeigt, dass zur Dämpfung der Druckspitzen beim Schließen der BEV┤s nach jeweiligem Füllende der Leitungsabschnitte entsprechend dimensionierte Drosselblenden erforderlich wurden, um den Entlüftungsvorgang kontrolliert zu ermöglichen.
Abbildung 8:
Abbildung 8: Füllvorgang (Priming) einer trockenen Löschwasserleitung, beim Schließen des Entlüftungsventils entsteht ein unzulässig großer Druckstoß der Größe p=48 bara
Abbildung 9:
Abbildung 9: Primingvorgang einer Löschwasserleitung nach Vorgabe von Handlungsanweisungen, wodurch das System druckstoßsicher betrieben werden kann.
Abbildung 10:
Abbildung 10: Bei dieser Berechnung betrug die Schließzeit der eingesetzten Armatur an einer Löschwasserentnahmestelle nur ts=5s. Man erkennt den dadurch provozierten Druckanstieg. Die Simulation hat den Nachweis erbracht, dass trotz der kurzen Schließzeit die Nenndruckstufe eingehalten wird.

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