Capitolul 3 - Definiţii şi terminologie - 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
CAPITOLUL 3:Definiţii şi terminologie
(1)Mişcarea nepermanentă este aceea la care parametrii locali, care caracterizează starea de mişcare (presiuni, debite, viteze) într-un punct dat, variază în timp. Prin "lovitură de berbec" se înţelege fenomenul de mişcare nepermanentă care ia naştere într-o instalaţie hidraulică sub presiune ce transportă lichide, ca urmare a modificării bruşte sau relativ rapide a regimului de funcţionare, fiind caracterizată printr-o variaţie importantă şi rapidă a parametrilor locali. Prin "oscilaţie în masă" se înţelege fenomenul de mişcare nepermanentă într-o instalaţie hidraulică, caracterizat printr-o variaţie lentă în timp a acestor parametri.
(2)Caracterul ondulatoriu al "loviturii de berbec" rezidă în aceea că perturbaţiile (variaţiile parametrilor-presiune, debit, etcetera) se propagă în lungul conductelor cu o viteză finită denumită viteză de propagare. În acest caz, viteza de propagare se confundă cu celeritatea care reprezintă viteza de propagare a sunetului prin lichidul în repaus.
(3)Efectele negative ale fenomenului se manifestă asupra:
a)conductelor şi armăturilor, fiind provocate de variaţiile de presiune ce conduc, pe de o parte, la presiuni maxime ca urmare a suprapresiunilor (presiuni care le depăşesc pe cele de regim normal de funcţionare) şi, pe de altă parte, la presiuni minime ca urmare a subpresiunilor (presiuni mai mici decât cele din regimul normal de funcţionare); presiunile minime sunt periculoase doar în cazul în care produc vacuum şi, eventual, cavitaţie.
b)maşinilor hidraulice: la turbine, ambalarea acestora (depăşirea peste limita admisă a turaţiei); la turbopompe, inversarea sensului de curgere şi a sensului se rotaţie (regim de frână sau de turbină, inclusiv ambalare).
(4)Modele de calcul. În acest caz, există două modele de calcul:
a)Modelul fluidului compresibil reprezintă modelul de calcul exact (care ţine seama de compresibilitatea reală a lichidului şi de deformabilitatea reală a conductelor); se aplică tuturor mişcărilor nepermanente, atât celor rapid cât şi celor lent variabile.
b)Modelul fluidului incompresibil reprezintă un model de calcul simplificat în care se face ipoteza că lichidul este incompresibil şi conductele, perfect rigide; se aplică doar mişcărilor nepermanente lent variabile.
(5)Măsură de protecţie: Acţiune sau opţiune ce poate fi aplicată în toate fazele (proiectare, execuţie, exploatare) şi care are ca efect reducerea efectelor negative ale loviturii de berbec. Mijloace (dispozitive) de protecţie: Anumite dispozitive sau ansambluri de dispozitive care, amplasate şi dimensionate în mod adecvat, reduc amplitudinea oscilaţiilor de presiune; principalele mijloace de protecţie utilizate sunt: castelul de echilibru, hidroforul de protecţie, ventilul de aer şi supapa de suprapresiune.
(6)Strategie de protecţie: Combinaţia dintre unele măsuri de protecţie şi unele mijloace de protecţie, într-o anumită amplasare spaţială, care reprezintă, principial, soluţia optimă din punct de vedere tehnico-economic pentru un anumit tip de instalaţie hidraulică, în genere dintre cele mai răspândite în practică (gravitaţionale sau cu pompare, cu diferite destinaţii).
(7)Organ perturbator: Dispozitiv sau ansamblu de dispozitive, plasat oriunde pe conductă sau pe un branşament al acesteia, la care se modifică parametrii de funcţionare, producând o manevră perturbatoare ce generează perturbaţia primară care, la rândul ei, declanşează fenomenul de lovitură de berbec (de exemplu, vane, ventile, pompe, turbine; spargerea unei conducte şi altele, care, de asemenea, declanşează un fenomen de lovitură de berbec sunt asimilate cu un organ perturbator);
(8)Timp de manevră: Timpul în care organul perturbator îşi modifică parametrii de funcţionare (de exemplu, timpul de închidere/deschidere al vanei, timpul de oprire/pornire al pompei). Legea de manevră: arată modul în care variază în timp parametrul care se modifică la organul perturbator (de exemplu, variaţia, de-a lungul timpului de manevră, a coeficientului pierderii de sarcina locale într-o vană care se închide);
(9)Atunci când organul perturbator este o vană care se închide automat (de exemplu, la căderea alimentării cu energie electrică a unei staţii de pompare), de regulă, la tipurile de vane fabricate în prezent se poate face o programare a legii de închidere (de manevră) astfel încât aceasta să se închidă cu viteze de închidere variabile în timp. Pentru cazul staţiilor de pompare, experienţa arată că legile de închidere favorabile sunt cele "convexe" în care, la început, viteza de închidere este mare şi scade apoi spre închiderea totală. În alte cazuri, forma optimă a legii de închidere depinde de la caz la caz. În toate cazurile, forma legii de închidere şi timpul de închidere vor face obiectul cercetării pentru obţinerea unei soluţii optime, cu efectele negative cele mai reduse. Pentru vanele cu închidere manuală, se va face ipoteza unei legi de închidere liniare, cu viteză constantă, aceeaşi pe toată durata timpului de închidere.
(10)Presiunile admisibile reprezintă limitele între care pot să varieze presiunile pe conductă, în timpul regimului nepermanent. Există o presiune maximă admisibilă care depinde de capacitatea de rezistenţă mecanică a conductelor şi/sau a armăturilor instalate pe conducte, inclusiv a unor maşini hidraulice, la rupere prin solicitarea de întindere sau forfecare, existând riscul unor explozii. Există şi o presiune minimă admisibilă, în fapt un vacuum maxim admis, care este determinat de capacitatea de rezistenţă mecanică a conductelor şi/sau a armăturilor instalate pe conducte, inclusiv a unor maşini hidraulice, la rupere sau deteriorare prin solicitarea de compresiune, respectiv pierderea stabilităţii elastice, existând riscul unor implozii (de exemplu, turtirea conductelor); vacuumul maxim admis poate fi determinat şi de acţiunea sa asupra sistemelor de etanşare a conductelor, atunci când sunt confecţionate din tuburi prefabricate îmbinate pe şantier, ducând la deteriorarea etanşeităţii conductei în ansamblu.
(11)Ambalarea unei maşini hidraulice reprezintă depăşirea turaţiei maxime admise. La turbine, ambalarea se produce atunci când se anulează momentul rezistent opus de generatorul electric, ca urmare a acţionării sistemelor electrice de protecţie din staţia de transformare. La turbopompe, ambalarea se produce atunci când se anulează momentul motor (de exemplu, atunci când "cade" alimentarea cu energie electrică a motoarelor) şi nu există clapete de sens sau vane cu închidere automată sau acestea nu funcţionează corect. În acest caz, iniţial se inversează sensul de curgere (regim de frână) iar apoi se inversează şi sensul de rotaţie iar turbopompa intră în regim de turbină.