Moated linna (tekniikka)

Okertalsperre: painetunneli voimalaitokseen ylijännitesäiliöllä

Vesi lukko absorboi paineen nousuun vedessä putket, vesivoiman kasvi , joka tapahtuu, kun venttiili on suljettu. Tämä paineen nousu tuhoaisi muuten putkilinjan ( painetunnelin ) tai venttiilin.

Vesilukko on yleensä rakennettu akseliksi, jossa vedenpinta voi kääntyä ylös ja alas putken paineen tasaamiseksi. Rakenteen on ulotuttava ylemmän altaan tason yläpuolelle.

Niederwarthan pumppausvarasto : vesiputket vesilukkoineen

Saalachin voimala Bad Reichenhall, linnoitettu linna; pystytettiin noin vuonna 1910

Nimi palaa antiikkiin: roomalaiset rakensivat suurten kaivojen talot ( nymphaea ) suurten vesijohtojensa ( vesijohtojen ) päähän . Vitruviuksen kuvauksen mukaan jakelurakenne oli yleensä kytketty ylävirtaan, johon kuului myös kohonnut varastosäiliö. Sivuvaikutuksena tämä vähentää painetta . Nämä rakennukset - kuten jousijärjestelmä - olivat usein erityisen upeasti suunniteltuja, ja siksi niitä kutsuttiin Castelliksi (latinaksi / italiaksi: linnat ).

kuvaus

Moated linna on vesitiivis rakenne, joka - toisin kuin ilmakammio - on kytketty ympäröivään ilmakehään tuuletusaukkojen kautta. Ylijännitesäiliön tuloaukko on haarautunut todellisesta pääntuloreitistä ja tulee säiliöön alhaalta. Vesilukon vesitaso vastaa tasapainoista lepotilaa periaatteella, jonka mukaan putket ovat yhteydessä ylemmän säiliön moottorin veden sisääntulon vesitasoon . Päävesi ei virtaa suoraan vallihaudan läpi, mutta vedenkorkeuden sisällä vedenpinta voi heilua vapaasti paineen tasaamiseksi. Esimerkiksi Niederwarthan pumppausvarasto Dresdenissä käyttää kolmea sylinterimäistä vesisäiliötä (katso kuva), koska siellä johdetaan kolmea paineputkea itsenäisesti.

Ylijännitesäiliö tarvitaan kompensoimaan ja vaimentamaan vesivoimalaitoksen ( varastointilaitoksen tai pumpattavan varastointilaitoksen ) paineputkien painevaihtelut . Pidemmässä putkessa on suuri määrä vettä, jolla on vastaavasti suuri kineettinen energia . Jos putki suljetaan venttiilillä , tämä vesimäärä hidastuu. Luistilla esiintyy hetkeksi erittäin korkea paine, kun taas luistin taakse syntyy alipaine . Nämä paine-aallot voivat vahingoittaa venttiilejä, putkia ja niiden osia.

Vesilukko vaimentaa painehuippuja ohjaamalla virtaavaa vettä. Tämän seurauksena jarrutusprosessi pidentyy ja hidastuu ajan suhteen. Kun liukumäki on suljettu, vesi antaa tien vesilukolle ja vedenpinta heilahtaa ylös ja alas, kunnes se lepää. Kineettinen energia veden virtaavan putki muunnetaan osaksi potentiaalienergiaa , kun vesi nousee vedessä lukko.

Moated linna rakennetaan vesivoimalaitoksille pudotusakselin yläpäähän. Sen on seisottava korkealla, jotta vesi ei vuoda ylemmästä aukosta. Yläreunan on oltava korkeampi kuin ylemmän altaan korkein vesitaso ja karsinan energialinja .

Kuormitus vesivoimalaitokselle (Schukowskin isku)

Putkilinjojen täydellinen tai osittainen sulkeminen ( esim . Turbiinien säätämiseksi ) aiheuttaa paineputkia paineputkissa tilavuusvirran nopean muutoksen vuoksi.

Kuten paineiskuihin moninkertainen käyttöpaine voi saavuttaa, sen täytyy ladata erityisesti suunnitteluun ja korkean paineen vesiturbiinien pidetään. Tämä voidaan tehdä lisäämällä syöttölinjan poikkileikkausta (vähentämällä virtausnopeutta). Putkilinjan paine-aallot voidaan tehdä vaarattomiksi erityisen tehokkaasti ilmakehän avoimen varastotilavuuden avulla. Jos järjestelmässä on pitkät pääntunnelit, ylijännitesäiliö sijoitetaan mahdollisuuksien mukaan sovittimen päähän.

Nopeus paineen lisääminen veteen ${\ displaystyle a}$

{\ displaystyle a = {\ dfrac {1} {\ sqrt {{\ dfrac {\ rho} {K _ {\ mathrm {w}}}} + {\ dfrac {\ rho} {E _ {\ mathrm {R }}}} \ cdot {\ dfrac {d} {s}}}}}}

on noin 1000 m / s, riippuen

tiheys veden kanssa , ${\ displaystyle \ rho}$ ${\ displaystyle \ rho \ noin 1000 \, \ mathrm {\ tfrac {kg} {m ^ {3}}}}$
kimmokerroin putkilinjan, ${\ displaystyle E _ {\ mathrm {R}}}$
niiden sisähalkaisija , ${\ displaystyle d}$
niiden seinämän paksuus , ${\ displaystyle s}$
veden puristusmoduuli vedellä . ${\ displaystyle K _ {\ mathrm {w}} = 2 {,} 08 \ cdot 10 ^ {9} \, \ mathrm {\ tfrac {N} {m ^ {2}}}}$

Paineen nousun koko riippuu nopeuden muutoksesta aikayksikköä kohti. Hätäpysäytyksen yhteydessä ( virtausnopeuden ja nollan välinen nopeusero ) voi kehittyä suurin paine-aalto , jota kutsutaan myös Schukowskin aalloksi Nikolai Jegorowitsch Schukowskin jälkeen : ${\ displaystyle = \ mathrm {\ Delta} u _ {\ mathrm {max}}}$ ${\ displaystyle u _ {\ mathrm {yritys}}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {\ Delta} p _ {\ mathrm {max}}}$

{\ displaystyle \ mathrm {\ Delta} p _ {\ mathrm {max}} = a \ cdot \ mathrm {\ Delta} u _ {\ mathrm {max}} \ cdot \ rho}

Tämä suurin paine-aalto tapahtuu kuitenkin vain, jos sulkulaitteen sulkeutumisaika on lyhyempi kuin aika, joka vaaditaan paineen pääsemiseksi pääputken sisääntuloon ja takaisin sulkimeen (eli kaksinkertainen putken pituus ) - harkinta aika paineaallon : ${\ displaystyle 2 \ cdot L}$ ${\ displaystyle t _ {\ mathrm {R}}}$

{\ displaystyle t _ {\ mathrm {R}} = {\ dfrac {2 \ cdot L} {a}}}

Jos sulkeutumisaika kasvaa, paine-aalto on pienempi, koska virtaus on osittain kuristettu heijastusajan sisällä. ${\ displaystyle t _ {\ mathrm {R}}}$

Kuten voidaan nähdä lisäämällä tyypillisiä arvoja, painehuippujen suuruus on yleensä useita baareja, jotka on siepattava tai vähennettävä.

Sen sijaan, että vesi vähentäisi nopeutta nopeasti, kun sulkulaitteet sulkeutuvat nopeasti, vesi voi vuotaa ylijännitesäiliön kammioon. Painetunnelin kineettinen energia muunnetaan potentiaalienergiaksi ylijännitekammiossa. Tuloksena oleva vastapaine hidastaa painetunnelin vettä ja saa sen virtaamaan takaisin vastakkaiseen suuntaan. Edestakaisin virtaava vesi luo kammiossa veden värähtelevän liikkeen, joka vaimenee vähitellen. Tämä ylijännitesäiliön värähtely edustaa hidasta massavärähtelyä verrattuna painehuippuun. Painetunnelissa esiintyvä suurin paine vastaa nyt ylijännitesäiliön suurinta vesitasoa. Tällöin koko syöttöjohdon osa, johon paine nousee, ulottuu vain paineakselin alueelle. Iskuaallon amplitudi siinä on yleensä alle Schukowskin maksiminiskun, koska paineakseli on lyhyt ja siksi sulkeutumisaika on pitkä suhteessa iskuaallon kestoon.

Tyypit

Rakennekoulutuksen jälkeen

Mosulin padon neljä moated tornia

Moated linnan rakennukset: Tämän tyyppistä vesilukkoa käytetään putken putkistoissa, jotka ovat lähellä pintaa tai maanpinnan tasolla. Tornimaiset rakenteet ovat terästä tai teräsbetonia.
Kaivon, tunnelin tai luolan vesilukot: Jos järjestelmässä on pääntunnelit tai paineakselit, jotka kulkevat maan alla, ylijännitesäiliö sijoitetaan luoliin , erityisesti akselin muodossa.
Sekarakenne: Paineputken matalan peiton vuoksi maanalaisen kuilurakenteen ja rakennuksen ylijännitesäiliön yhdistelmä voi olla tarpeen.

Hydraulisen toimintatavan mukaan

Akselin lukko: Akselitiiviste on yksinkertaisin muoto, jossa putkilinjan ja kammion välinen kääntyminen on mahdollista esteettä.
Vesilukko: Toisin kuin akselilukko, kammion vesilukko voidaan suunnitella pienemmillä rakenteellisilla mittoilla ohjaustilassa. Monimutkaisemmalla rakenteella on haitta.
Kaasuläpän vesilukko: Nousevan vesitason amplitudin pienentämiseksi ja siten kammion mitoittamiseksi pienemmäksi ylijännitesäiliön pohjassa olevaa poikkileikkausta kavennetaan virtausvastuksen aikaansaamiseksi . Vastapaine muodostuu nopeammin ja vaimennus kasvaa.
Tasauspyörästön vesilukko: Tasauspyörästön vesilukko käyttäytyy samalla tavalla kuin kaasuveden lukko, mutta tässä saavutetaan nopea paineen nousu erikseen järjestetyn nousun akselin kautta.

Ylijännitekammio

Ylijännitekammio on samanlainen tila kuin moated linna. Tätä veden alla (vesivoimalaitoksen alapuolella) sijaitsevaa paineentasausrakennetta tarvitaan, jos putkilinja avautuu alhaisen vesitason vesistöön.

Toinen sovellus syntyy pitkä painovoiman tunneleissa vedenalainen, joka joskus toimivat paineen tunneleissa vahvan kuormituksen vaihteluita.

Katso myös

Hydraulinen painin - paineen nousun käyttö pumppaustarkoituksiin

kirjallisuus

Charles Jaeger: Tekninen hydrauliikka . Verlag Birkhäuser, Basel 1949, s. 175 ja jäljempänä (jakso 7).

nettilinkit

Kuvitettu lausunto : Kaspar-Sickermann
Gigerwaldsee-pumppausvarasto: ylemmän vesitornin tulvat (video)

Yksittäiset todisteet

↑ Klaus Kramer: Asentaja - historiaa käsittelevä vene: kuva-arkki saniteettikulttuurista alkuperästä nykyaikaan . Toim.: Hans Grohe GmbH (= Hans Grohen julkaisusarja . Vuosikerta 2 ). Klaus Kramer Verlag, Schiltach 1998, ISBN 3-9805874-2-8 , s. 43–44 ( rajoitettu esikatselu Google-teoshaulla).
^ ^A^b T.Strobl, F.Zunic: Vesirakentaminen, nykyiset tukikohdat - uudet kehitykset. Springer-Verlag, Berliini / Heidelberg / New York 2006, ISBN 3-540-22300-2 .
^ ^A^b J. Giesecke, E. Mosonyi: Vesivoimalaitokset, suunnittelu, rakentaminen ja käyttö. Springer-Verlag, Berliini / Heidelberg / New York 2005, ISBN 3-540-25505-2 .

[1] Klaus Kramer: Asentaja - historiaa käsittelevä vene: kuva-arkki saniteettikulttuurista alkuperästä nykyaikaan . Toim.: Hans Grohe GmbH (= Hans Grohen julkaisusarja . Vuosikerta 2 ). Klaus Kramer Verlag, Schiltach 1998, ISBN 3-9805874-2-8 , s. 43–44 ( rajoitettu esikatselu Google-teoshaulla).

[Strobl-2] A^b T.Strobl, F.Zunic: Vesirakentaminen, nykyiset tukikohdat - uudet kehitykset. Springer-Verlag, Berliini / Heidelberg / New York 2006, ISBN 3-540-22300-2 .

[Giesecke-3] A^b J. Giesecke, E. Mosonyi: Vesivoimalaitokset, suunnittelu, rakentaminen ja käyttö. Springer-Verlag, Berliini / Heidelberg / New York 2005, ISBN 3-540-25505-2 .

Languages