PL216560B1 - Sposób i układ redukcji ciśnienia w przewodach sieci wodociągowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ redukcji ciśnienia, oparty o wykorzystanie zbiornika wodno-powietrznego, w rurociągach przesyłowych sieci wodociągowych.

Redukcja ciśnienia w rurociągach przesyłowych stanowi jeden z elementów systemu regulacji ciśnienia w sieciach wodociągowych. System tej regulacji zakłada redukcję ciśnienia nadmiernego oraz podnoszenie ciśnienia niewystarczającego, w tych rejonach sieci wodociągowych gdzie jest to konieczne. Za obniżeniem ciśnienia w rurociągach przesyłowych sieci wodociągowych przemawia przede wszystkim:

- ograniczenie strat wody powodowanych nieszczelnościami zarówno sieci zewnętrznych jak i instalacji wewnętrznych, opisanych przez; Dohnalik P., Jędrzejewski Z. „Efektywna eksploatacja wodociągów. Ograniczenie strat wody”. Wydanie I, Kraków 2004,

- zmniejszenie awaryjności elementów składowych tych sieci i instalacji według Hotloś H. „Wpływ wysokości ciśnienia na uszkadzalność i koszty naprawy sieci wodociągowej”. Ochrona środowiska, nr 2/2001,

- spełnienie warunku nieprzekraczania maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia w przewodach wchodzących w skład sieci wodociągowych, przedstawione w podręczniku Gabryszewski T. „Wodociągi”. Arkady, Warszawa 1983; Roman M. (red.) „Poradnik wodociągi i kanalizacja. Podstawy projektowania i eksploatacja”. Arkady, Warszawa 1991.

Nadmierne ciśnienie w sieciach wodociągowych może pojawić się jako efekt;

- znaczących różnic rzędnych terenu pomiędzy pompownią, zasilającą sieć wodociągową w wodę, a danym rejonem tej sieci,

- wysokiego ciśnienia wody, wytwarzanego w pompowni zasilającej sieć w wodę, będącego efektem wymagań głównych odbiorców wody,

- okresowego podnoszenia ciśnienia do wysokości wymaganej przez głównych odbiorców wody,

- awarii systemów regulacji ciśnienia w pompowni zasilającej,

- uderzenia hydraulicznego wywołanego nagłym zatrzymaniem lub uruchomieniem przepływu wody w przewodach wodociągowych, opisanych przez Kulbik M. „Komputerowa symulacja i badania terenowe miejskich systemów wodociągowych”. Politechnika Gdańska, Gdańsk 2004; Żuchowicki A.W. „Projektowanie sieci wodociągowej i kanalizacyjnej” Koszalin 2004.

Dotychczas w większości systemów dystrybucji wody stosuje się różnego typu zawory redukujące ciśnienie nadmierne. Są to urządzenia o różnej konstrukcji, których zadaniem jest obniżenie wysokiego ciśnienia wejściowego do zadanego ciśnienia od strony wyjściowej. Zawory redukujące ciśnienie dzielone są na:

- zawory redukujące ciśnienie - redukują ciśnienie do stałej, nastawionej wartości ciśnienia za zaworem,

- zawory redukujące ciśnienie proporcjonalnie - redukują o stałą założoną wartość,

- zawory utrzymujące i redukujące ciśnienie - utrzymują założone ciśnienie zarówno przed jak i za zaworem.

Cechą charakterystyczną dotychczas stosowanych rozwiązań w powyższych zaworach jest wykorzystanie wysokiego oporu ruchu przepływającej przez nie wody. Redukcja ciśnienia odbywa się więc na zasadzie zamiany jego nadwyżki, poprzez tarcie, na ciepło.

Opisana powyżej metoda posiada znaczące ograniczenie, polegające na tym, że redukcja ciśnienia prowadzi do bezpowrotnych strat energii włożonej w jego wcześniejsze wytworzenie. W dotychczasowych konstrukcjach układów redukcji ciśnienia opartych o zawory redukcyjne brak możliwości, przynajmniej częściowego, odzyskania traconej energii.

Celem wynalazku jest poprawa tego stanu przez stworzenie możliwości choć częściowego odzyskania energii dotychczas traconej przy obniżaniu ciśnienia w sieci wodociągowej.

Zgodnie z wynalazkiem sposób redukcji ciśnienia w przewodach sieci wodociągowej polega na tym, że woda z przewodu dostarczającego ją z sieci o wysokim ciśnieniu przepływa przez zawór odcinający i dalej usytuowaną na jego wyjściu turbinę ciśnieniową z urządzeniem zamiany jej ruchu obrotowego na energię do zbiornika wodno powietrznego lub przeponowego wyposażonego w czujnik ciśnienia sterujący pracą zaworu odcinającego przepływ wody do rurociągów sieciowych, w których ciśnienie powinno być niższe od panującego przed tym zaworem.

Z kolei układ redukcji ciśnienia w przewodach sieci wodociągowych posiadający przewody doprowadzający i odprowadzający, zbiornik wodno powietrzny, zawory oraz czujnik ciśnienia, zgodnie

PL 216 560 B1 z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że wyjście zaworu odcinającego, którego wejście jest połączone z przewodem doprowadzającym wodę z sieci o wysokim ciśnieniu, połączone jest z wodną turbiną ciśnieniową wyposażoną w urządzenie zmniejszające jej ruch obrotowy na energie elektryczną lub mechaniczną, która z kolei połączona jest z wejściem zbiornika wodno powietrznego lub przeponowego wyposażonego w czujnik ciśnienia połączonego przewodem elektrycznym ze sterownikiem zaworu odcinającego, natomiast wyjście wymienionego zbiornika połączone jest z siecią obniżonego ciśnienia.

Również zbiornik wodno powietrzny przeponowy może być połączony z mechanicznym zaworem odcinającym, zastosowanym w przedmiotowym układzie, przewodem ciśnieniowym.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że umożliwia on redukcję ciśnienia w rurociągu znajdującym się za urządzeniem, do założonych wartości i jednocześnie umożliwia odzyskanie znacznej części energii traconej dotychczas w procesie redukcji ciśnienia. Wynalazek umożliwia wykorzystanie go zarówno w obrębie przewodów przesyłowych sieci wodociągowych, jak również w obrębie tzw. przyłączy domowych.

Wynalazek został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu ze zbiornikiem wodno-powietrznym i czujnikiem ciśnienia sterującym zaworem odcinającym, fig. 2 - schemat urządzenia zabezpieczającego ze zbiornikiem wyposażonym w membranę oddzielającą część wodną od powietrznej oraz czujnik sterujący zaworem odcinającym, fig. 3 - schemat urządzenia ze zbiornikiem wyposażonym w membranę oddzielającą część wodną od powietrznej oraz zaworem odcinającym dopływ wody po osiągnięciu założonego ciśnienia maksymalnego w zbiorniku i otwierającym napływ wody po osiągnięciu ciśnienia minimalnego w zbiorniku.

Układ redukujący ciśnienie w przewodach sieci wodociągowych składa się z przewodu 1 doprowadzającego wodę o wysokim ciśnieniu, przewodu 2 odprowadzającego wodę o obniżonym ciśnieniu, zbiornika 3 wodno- powietrznego lub zbiornika 10 przeponowego, elektrycznego zaworu odcinającego 4 lub mechanicznego zaworu 12 odcinającego, ciśnieniowej turbiny wodnej 5, urządzenia 6 zamieniającego ruch obrotowy turbiny 5 na energię elektryczną lub mechaniczną, czujnika 7 ciśnienia sterującego pracą zaworu 4 poprzez przewód 8 elektryczny lub przewód 11 ciśnieniowy sterującego pracą zaworu odcinającego 12.

Praca układu odbywa się cyklicznie, w dwóch fazach - napełniania i opróżniania.

Faza napełniania rozpoczyna się wówczas gdy ciśnienie mierzone przez czujnik 7 osiąga założoną wartość minimalną. Powoduje to otwarcie zaworu odcinającego 4 dopływ wody do układu, poprzez przekazanie sygnału elektrycznego przez przewód elektryczny 8, z czujnika 7 sterującego zaworem 4 lub przekazanie ciśnienia przez przewód ciśnieniowy 11 sterujący zaworem 12. Woda o wyższym ciśnieniu napływająca do zbiornika 3 lub 10 porusza turbinę ciśnieniową 5. Ciśnienie w zbiorniku 3 lub w innym wykonaniu 10, stopniowo rośnie. W momencie gdy ciśnienie mierzone przez czujnik 7 osiąga założoną wartość maksymalną następuje zamknięcie zaworu odcinającego 4 dopływ wody do układu, poprzez przekazanie sygnału elektrycznego przez czujnik 7 sterujący zaworem 4 lub przewód ciśnieniowy 11, sterujący zaworem 12, co kończy fazę napełniania.

Faza opróżniania rozpoczyna się w momencie zamknięcia zaworu odcinającego 4 lub 12. Woda zgromadzona w zbiorniku 3 lub w innym wykonaniu 10 dzięki działaniu zgromadzonego w nim sprężonego powietrza wtłaczana jest do rurociągu 2. Ciśnienie w zbiorniku 3 na skutek wypływu wody przez przewód 2 spada. W momencie kiedy ciśnienie mierzone przez czujnik 7 osiągnie założoną wartość minimalną następuje otwarcie zaworu odcinającego 4 dopływ wody do urządzenia, poprzez przekazanie sygnału elektrycznego przez czujnik 7 sterujący zaworem 4 lub przewód ciśnieniowy 11, sterujący zaworem 12, co kończy fazę opróżniania.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób redukcji ciśnienia w przewodach sieci wodociągowych, znamienny tym, że woda z przewodu (1) dostarczającego ją z sieci (9) o wysokim ciśnieniu przepływa przez zawór odcinający (4) i dalej usytuowaną na jego wyjściu turbiną ciśnieniową (5) z urządzeniem (6) zamiany ruchu obrotowego turbiny (5) na energię, do zbiornika wodno powietrznego (3) lub przeponowego (10) wyposażonego w czujnik ciśnienia (7) sterujący pracą zaworu odcinającego (4) przepływ wody do rurociągów sieciowych (2), w których ciśnienie powinno być niższe od panującego przed tym zaworem (4).
2. 2. Układ redukcji ciśnienia w przewodach sieci wodociągowych posiadający przewody doprowadzający i odprowadzający, zbiornik wodno powietrzny, zawory oraz czujnik ciśnienia, znamienny tym, że

   PL 216 560 B1 wyjście zaworu odcinającego (4), którego wejście jest połączone z przewodem (1) doprowadzającym wodę z sieci o wysokim ciśnieniu połączone jest z wodną turbiną ciśnieniową (5) wyposażoną w urządzenie (6) zmieniające jej ruch obrotowy na energie elektryczną lub mechaniczną, która z kolei połączona jest z wejściem zbiornika wodno powietrznego (3) lub przeponowego (10) wyposażonego w czujnik ciśnienia (7) połączonego przewodem elektrycznym (8) ze sterownikiem zaworu odcinającego (4) natomiast wyjście wymienionego zbiornika (3 lub 10) połączone jest przewodem (2) z siecią obniżonego ciśnienia.
3. 3. Układ redukcji ciśnienia w przewodach sieci wodociągowych, zgodny z zastrz. 2, znamienny tym, że zbiornik przeponowy (10) połączony jest przewodem ciśnieniowym (11) z mechanicznym zaworem odcinającym (12).