Subcapitolul 1 - 3.1. Castelul de echilibru - Normativ din 2012 privind calculul loviturii de berbec la conductele pentru transportul apei - Indicativ NP 128:2011
M.Of. 129 bis
În vigoare Versiune de la: 23 Martie 2012
SUBCAPITOLUL 1:3.1. Castelul de echilibru
(1)Castelul de echilibru este o construcţie verticală înaltă, deschisă în atmosferă la partea superioară, a cărui secţiune orizontală Fd poate fi constantă sau variabilă (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 acţionează ca un "rezervor tampon" care suplineşte "deficitul" de apă din conducta protejată atunci când presiunea scade şi preia "surplusul" de apă din conducta protejată atunci când presiunea creşte.
(3)Mai precis, atunci când presiunea din conducta protejată scade, apa curge din castel în conductă şi nivelul în castel scade iar atunci când presiunea din conducta protejată creşte, apa curge din conductă în castel şi nivelul în castel creşte. Această curgere, dinspre şi înspre castel, începe imediat ce la castel ajunge prima variaţie de presiune (oricât de mică) şi asta explică faptul că efectul protector al castelului se extinde pe o foarte mare parte din lungimea aducţiunii aflată în "spatele" acestuia (în sensul de propagare al perturbaţiilor primare).
(4)Înălţimea castelului, dată de diferenţa dintre nivelul maxim şi cel minim, depinde de amploarea fenomenului de lovitură de berbec dar şi de valoarea rezistenţei hidraulice a branşamentului dintre castel şi conducta protejată.
(5)Rezistenţa hidraulică a branşamentului, dată de dimensiunea diafragmei (ca în cazul din figura 3.1.a) sau de diametrul conductei de legătură (ca în cazul din figura 3.1.b) influenţează însă şi valoarea variaţiilor de presiune care "trec" de castel şi afectează aducţiunea, astfel: o rezistenţă mare de branşament conduce la o înălţime mică a castelului dar produce variaţii mari de presiune pe conducta protejată (şi invers). Calculul va stabili un optimum care va ţine seama de toţi parametrii implicaţi (inclusiv de capacitatea de rezistenţă mecanică a conductelor) şi care va urmări ca, pe ansamblu, costul lucrărilor să fie minim.
(6)În cazul aducţiunilor centralelor hidroelectrice (CHE - figura 3.1.a), volumele de apă schimbate cu castelul de echilibru sunt, de regulă, foarte mari şi rezultă castele cu înălţimi mari. Execuţia lor este, însă, facilitată de faptul că pot fi realizate sub forma unor "puţuri" săpate în roca munţilor unde se realizează astfel de amenajări.
(7)Pentru reducerea înălţimii castelului, fiind posibil şi din punct de vedere tehnic, în aceste cazuri se obişnuieşte să se realizeze lărgiri ale secţiunii transversale: la partea superioară (camera superioară) pentru limitarea nivelului maxim precum şi la partea inferioară (camera inferioară) pentru limitarea nivelului minim.
(8)Limitarea nivelului minim prin camera inferioară mai are şi rolul de a elimina riscul de pătrundere a aerului în aducţiune care, în cazul CHE, este interzisă întrucât poate afecta grav turbinele.
(9)În cazul conductelor de refulare ale staţiilor de pompare (SP - figura 3.1.b), castelul de echilibru trebuie să fie realizat ca o construcţie foarte înaltă, supraterană, cu toate dezavantajele care decurg de aici. Din acest motiv, pe de o parte, aplicarea acestui tip de soluţie este extrem de limitată iar, pe de altă parte, forma lor constructivă este mult mai simpla (de regulă se adoptă forma cilindrică realizată din metal sau beton armat).
(10)În acest caz, pătrunderea aerului în aducţiune nu prezintă pericol. Aerul nu afectează cu nimic staţia de pompare. Dimpotrivă, accesul aerului în conductă, ca şi pătrunderea apei, poate fi benefică pentru protejarea acesteia la sub-presiuni, permiţând să se reducă volumul (şi costul) castelului de echilibru. De aceea, este posibil şi chiar recomandabil (ca fiind o soluţie economică), să se folosească 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).