docDuże klapowe zawory zwrotne dla pomp przetłaczających ścieki
download 
Reklamacja Transkrypt
Duże klapowe zawory zwrotne dla pomp przetłaczających ścieki
ARMATURA Duże klapowe zawory zwrotne dla pomp przetłaczających ścieki – uwagi eksploatacyjne Z doświadczeń praktyka… Tadeusz Grabiński, Warszawa *) Rozwój budownictwa dużych oczyszczalni ścieków, gromadzących i przerabiających duże ilości ścieków z obszarów zamieszkiwanych przez setki tysięcy ludzi, spowodował rosnące zapotrzebowanie na odpowiednie wyposażenie techniczne. Praktyka wykazała, że duże oczyszczalnie ścieków są lepiej technicznie prowadzone i osiągają znacznie lepsze wyniki eksploatacyjne – jakość oczyszczonej wody – niż oczyszczalnie małe. Można przypuszczać, że jednym z czynników wpływających na te dobre wyniki jest większe (lepsze?) uśrednienie składu napływających z dużego obszaru ścieków, co umożliwia dokładniejsze dobieranie warunków pracy. Z wielkością oczyszczalni ścieków – z jej wydajnością – jest związana bezpośrednio wielkość urządzeń: basenów, pomp, rurociągów, armatury. W oczyszczalni dla miasta liczącego 100 000 mieszkańców średnice rurociągów technologicznych osiągają DN 500 … 600 … 800 mm. Odpowiednio dla takich rurociągów potrzebna jest stosowna, wielka armatura. Podczas gdy z doborem armatury zaporowej dla ścieków (ogólnie: wody zanieczyszczonej) nie ma większych problemów – oferta jest bardzo bogata – to z doborem armatury przeciwzwrotnej są pewne kłopoty. Niewielu wytwórców oferuje zawory zwrotne „dla ścieków”, w dodatku nieczyszczonych, surowych. Typowym zaworem zwrotnym dla cieczy zanieczyszczonych, od dawna stosowanym, jest zawór kulowy (ilustr. 1 i 2). Organem zamykającym jest w nich luźno poruszająca się kula, zazwyczaj gumowana lub plastikowa. Zawór ten wykonywany jest w wielu wersjach: Zawory kulowe cechują się dobrymi właściwościami w sieciach wód zanieczyszczonych, nie ulegają łatwo zatkaniu czy zablokowaniu. Większość ich spełnia wymogi tzw. pełnego, niezawężonego przelotu. Spełniają też na ogół wymogi norm PN-EN 12 050 i pochodnych dotyczące armatury dla pompowni ścieków. Poprzez modyfikację ciężaru (właściwego) kuli ich właściwości przepływowe i zakresy stosowania mogą być zmieniane w szerokich granicach. Wadą zaworów kulowych jest ich wielkość oraz to, że wymagają dużych prędkości przepływu dla ustabilizowania położenia kuli w pozycji otwarte. Zawory w tym wykonaniu produkowane są od najmniejszych do DN 300 … 600, chociaż słyszałem również o wykonaniach DN 800. Trudno sobie wyobrazić takie monstrum. Ze względu na mniejsze wymiary (długość budowy) duże zainteresowanie budzą zawory zwrotne klapowe. Wykonywane są one włącznie do dużych średnic (np. do DN 1200). Czasami nazywane są przepustnicami zwrotnymi, bo ich konstrukcja wywodzi się z przepustnic, choć obecnie z konstrukcjami przepustnic mają niewiele wspólnego. Konstrukcja ta powstała z myślą o stosowaniu do wody (czystej) i stosowanie tego typu zaworów do wody zanieczyszczonej (ścieków) budziło początkowo wątpliwości i obawy przed np. wieszaniem się warkoczy na dysku. Organem zamykającym jest w nich dysk, łożyskowany mocno mimośrodowo, zamykany zewnętrznym mechanizmem dźwigniowym (ilustr. 3). Około 20 lat temu firma armaturowa VAG wprowadziła na rynek klapowe zawory zwrotne pod oznaczeniem SKR. Wykonanie to cechuje się tym, że nie posiada żadnych zewnętrznych elementów ruchomych. Żadne elementy nie wystają poza gabaryty kołnierzy. Wydaje się to dużym krokiem naprzód Armatura i Rurociągi, kwiecień - czerwiec 2010 w stosunku do innych konstrukcji, które muszą posiadać zewnętrzny obciążnik dla realizacji funkcji samozamykania (ilustr. 4). Opis konstrukcji i zasady działania Konstrukcja powstała z rozwinięcia powszechnie stosowanych „przepustnic zwrotnych”, które miały prostopadle do osi przepływu siedlisko, a moment zamykający dysku wywoływał zewnętrzny obciążnik na dźwigni. Zasadniczą cechą zaworu SKR jest skośne położenie siedliska. Odchylone jest o ok. 20° od prostopadłej do osi korpusu. Dzięki temu dysk przylega do siedliska pod własnym ciężarem, nie są potrzebne żadne (zewnętrzne) mechanizmy dociskowe. Unika się (grubych) wałków przenoszących momenty skrętne, wychodzących na zewnątrz armatury, gdzie problemem jest ich uszczelnienie. A uszczelnienie obrotowe wałków zawsze powoduje zwiększone opory ruchu i utrudnia szybką reakcję organu zamykającego. W zaworze klapowym VAG SKR dysk zamykający waha się swobodnie pod własnym ciężarem, jego ruch nie jest ograniczany żadnymi oporami tarcia w dławnicach wychodzących wałków. Dodatkową cechą jest ograniczenie ruchu otwarcia dysku. Ruch otwarcia wynosi tylko ok. 60°. Uzyskano w ten sposób dwie korzystne cechy: Ilustracja 1. Zawór zwrotny kulowy prosty Ilustracja 2. Zawór zwrotny kulowy kątowy 11 ARMATURA Ilustracja 3. Klapowy zawór zwrotny z prostym siedzeniem i obciążnikiem dźwigniowym Ilustracja 4. Klapowy zawór zwrotny ze skośnym siedzeniem bez obciążenia dodatkowego Ilustracja 5. Klapowy zawór zwrotny VAG SKR z wewnętrznym tłumikiem uderzeń ■ krótką drogę i szybkie zamknięcie hydraulicznych w innych miejscach instalacji ani nie eliminuje efektu tych uderzeń. Tłumik zapobiega powstawaniu uderzeń na skutek nagłego zamknięcia się zaworu zwrotnego pod wpływem przepływu powrotnego z rurociągu. zamknięcia się zaworu. Im szybciej się zawór zamknie, nim prędkość mocno wzrośnie, tym uderzenie będzie słabsze! Niestety, nie są mi znane żadne normy czy wytyczne mówiące o sposobie obliczania czy wyznaczania czasu zamykania samoczynnego zaworu zwrotnego. Pozostaje więc tylko subiektywna ocena konstrukcji, opierająca się głównie na ocenie bezwładności elementów ruchomych i wielkości ruchu zamykającego. Wydaje się, że im lżejsze te elementy, im mają mniejszą bezwładność – tym szybciej powinny się zamykać. Praktyka wydaje się potwierdzać te obserwacje. Wszystkie zewnętrzne ciężkie mechanizmy regulująco – hamujące tylko pogarszają te możliwości. dysku pod wpływem strumienia powrotnego wody w rurociągu, ■ szybkie pełne otwarcie już przy niewielkiej prędkości przepływu. Pozwala to uniknąć pracy z wahaniami i uderzeniami dysku, co wyraźnie korzystnie wpływa na trwałość zaworu. Dla uniknięcia silnych uderzeń dysku o siedlisko powstających przy nagłym zamykaniu pod wpływem silnego strumienia powrotnego istnieje możliwość wyposażenia konstrukcji w tłumik uderzeń (ilustr. 5). Tłumik ten wyhamowuje ostatnie 10% ruchu zamykającego dysku i zapewnia łagodne ułożenie dysku na siedlisku, bez silnych uderzeń (ilustr. 6). Tłumik ten, początkowo pomyślany jako wyposażenie dodatkowe, stał się z czasem wyposażeniem powszechnie stosowanym. Zaznaczyć należy wyraźnie, że tłumik ten nie zapobiega powstawaniu uderzeń Armatura przeciwzwrotna ma zapobiegać powstawaniu ruchu powrotnego płynu w rurociągu. Powinna działać samoczynnie, zawsze i niezawodnie, bez potrzeby korzystania z innych energii pomocniczych. Trudno jest określić wymagania, jakim powinien odpowiadać „dobry” zawór zwrotny. Na pewno jednym z warunków jest szybkość zamykania się po zaniku prędkości strumienia pierwotnego – i najlepiej – przed pojawieniem się strumienia powrotnego! Gdyż od prędkości przepływu (powrotnego), przy której nagle zamyka się zawór zwrotny, zależy wielkość uderzenia hydraulicznego powstającego w wyniku Wpływ miejsca zabudowy i dobór wielkości Tradycyjnie zawory zwrotne montuje się jak najbliżej króćca wylotowego strumień przepływu 5 x DN odcinek uspokajający pompa odcinek uspokajający pompa strumień przepływu 5 x DN Ilustracja 6. Symulacja ruchu dysku i działania tłumika 12 Ilustracja 7. Odcinek „uspokajający” na wylocie z pompy Armatura i Rurociągi, kwiecień - czerwiec 2010 ARMATURA Ilustracja. 8. Instalacja pomp SARLIN S2358M w pompowni ścieków mechanicznie oczyszczonych P9 pompy, czasami nawet bezpośrednio na tym króćcu, o ile pozycja zabudowy na to pozwala. Nie można stwierdzić niekorzystnego wpływu takiego montażu na funkcjonowanie – sposób i szybkość działania zaworu. Praktyka wskazuje jednak, że zawory zainstalowane blisko króćca wylotowego pompy ulegają częstym awariom i wymagają częstszych i poważniejszych napraw, ulegają nawet poważnym uszkodzeniom. Można to prawdopodobnie tłumaczyć tym, że zawirowania strugi „bardziej szarpią” elementem ruchomym (dyskiem, grzybkiem), powodując szybsze zużywanie się łożyskowania. O ile przy niewielkich średnicach zjawisko to nie występuje wyraźnie, to przy dużych średnicach może być poważnym problemem. Dlatego słuszne wydają się zalecenia niektórych wytwórców dużej armatury przeciwzwrotnej, aby ich armaturę montować w pewnym oddaleniu, po pewnym odcinku rurociągu, dla „uspokojenia strugi”, o długości wynoszącym 3 … 5 DN armatury. Dotyczy to zarówno odległości od króćca wylotowego pompy, jak i innych elementów wprowadzających zakłócenia w przepływie strugi (kolana, rozgałęźniki, zwężki). Niestety, warunek ten rzutuje wyraźnie na projekt instalacji pompowej, co przejawia się w zwiększeniu jej wymiarów. Pewnym sposobem rozwiązania może być ominięcie tych warunków poprzez dobór średnicy nominalnej armatury tak, aby większość czasu pracowała w stanie zupełnie otwartym, w zakresie prędkości przepływu zapewniającej pełne otwarcie zaworu. Nie wszyscy producenci zaworów zwrotnych jednak takie wartości podają. Także w instalacjach, gdy pompa pracuje w szerokim zakresie wydajności, trudno ten wariant zastosować. Warunki powyższe stawiają projektanta w trudnej sytuacji, szczególnie gdy Ilustracja 9. Klapowe zawory zwrotne VAG SKR DN 500 z tłumikami wewnętrznymi na wylocie pomp projektuje w warunkach zastanego na budowie stanu faktycznego. Powinien wtedy, wspólnie z użytkownikiem, tę zastaną sytuację przeanalizować. I oby praca projektanta nie skupiła się na wyszukiwaniu takiej armatury, dla której jej wytwórca nie zaznacza podanych powyżej (lub podobnych) zastrzeżeń. Kolejną kwestią, z jaką musi zmierzyć się projektant instalacji jest sprawa dostępu do armatury przeciwzwrotnej w związku z jej przeglądami i naprawami. Armatura przeciwzwrotna jest armaturą „żywą”, pracującą (i zużywającą się) przez cały czas pracy pompy, z którą jest związana. Dlatego wymaga okresowych przeglądów i napraw. W przeciągu swojej długiej pracy zawodowej spotykałem się z problemami wynikającymi z zużywania się i koniecznością napraw zaworów zwrotnych. Nigdy nie spotkałem się z problemem „zatykania” przez zanieczyszczenia zawarte w ściekach. Może dlatego, że kiedyś pompy nie były tak „pełnoprzelotowe”? Nie było też formułowanych warunków zabudowy, tak jak niektóre firmy robią to obecnie. Jednakże w świetle kłopotów, jakich doświadczyłem w przeszłości, z zaworami zwrotnymi, podawane obecnie warunki wydają się być bardzo słuszne. Od przeszło 10 lat klapowe zawory zwrotne VAG SKR są stosowane m.in. w instalacjach pompujących ścieki o różnym stopniu oczyszczenia. Pierwsze zastosowania wprowadzono z dużymi obawami. Konstrukcja zaworu VAG SKR była pierwotnie przewidywana do wody czystej. Pierwsze zastosowania wynikły z konieczności – braku miejsca w komorze pompowni na dźwignie obciążające klapowych zaworów zwrotnych. Zdecydowano się na ich zastosowanie, kierując się rozumowaniem, że je- Armatura i Rurociągi, kwiecień - czerwiec 2010 żeli jakieś zanieczyszczenia przejdą przez pompę, to powinny także bezproblemowo przejść przez zawór klapowy. Producent powyższych zaworów, firma VAG, wcale stosowania ich do ścieków wówczas nie zalecał. Jednym z pierwszych obiektów, w których zastosowano duże zawory klapowe VAG SKR, była oczyszczalnia ścieków „Ruptawa” należąca do Jastrzębskiego Zakładu Wodociągów i Kanalizacji. Zawory – wszystkie wielkości DN 500 – pracują na pompach ścieków mechanicznie oczyszczonych oraz na pompach osadu recyrkulowanego (ilustr. 8 i 9). Oczyszczalnia „Ruptawa” uruchomiona została w 1999 roku. Stopniowo dołączano kolejne dopływy z przepompowni ścieków z okolicznych terenów i uzyskano w ostatnich latach pełne, nominalne obciążenie ściekami. W okresie 10 lat pracy oczyszczalni nigdy nie zdarzyły się jakiekolwiek kłopoty z funkcjonowaniem klap zwrotnych VAG SKR, nigdy nie stwierdzono potrzeby naprawy czy wymiany. Nie ma także objawów złego działania wewnętrznego tłumika uderzeń. Na wlocie do oczyszczalni zainstalowana jest krata o prześwicie 5 mm. Wobec powyższego, mogę stwierdzić, że klapowe zawory zwrotne VAG SKR potwierdziły swoją przydatność na pompach tłoczących ścieki mechanicznie oczyszczone. Obawy o ryzyko blokowania pracy zaworów przez zanieczyszczenia czy tworzenie „warkoczy” wydają się przesadne. *) T. Grabiński – VAG Armatura Polska Sp. z o.o., Warszawa. 13
