Mai 2007 Teknisk håndbok, side 16 Pipelife Norge AS

Trykkrørsystemer Pipelife har trykkrørsystemer i PVC og PE. For PVC benyttes muffeskjøter og overganger til flensedeler - for eksempel flensespiss, flensemuffe eller spareflens. PE-rør skjøtes enten med speilsveis, elektromuffesveis, flens eller annen mekanisk kobling. Trykkrørsystemer av termoplast har en stor markedsandel i det norske markedet. Årsakene til dette er mange, men konkurransedyktighet, levetid, egnethet, tilgjengelighet og korrosjonsbestandighet kan nevnes som sentrale punkter. Det lar seg ikke gjøre å lage et vann med alkalitet og Ph-verdi som er korrosjonsvennlig for betong, støpejern eller kobber samtidig! Således kommer vannverk med plastrør i hovedledningsnettet gunstig ut i og med at de kan tilrettelegge vannkvaliteten slik at kobberkorrosjonen minimeres. I fremtiden ser man for seg at det benyttes plast både i overføringsledninger, fordelingsnett, stikkledninger og i hus, slik at vannets egenskaper som menneskeføde er det eneste man trenger å ta hensyn til.

Hydraulisk dimensjonering

Formeloversikt Kontinuitetsligningen

qv = v1·A1 = v2·A2 qv: vannføring [m3/s] A : tverrsnittsareal [m²] v : vannhastighet [m/s]

Kontinuitetsligningen Utgangspunktet er at vannføringen ved snitt 1 er den samme som ved snitt 2. En endring i tverrsnitt (A) må derfor medføre en endring i vannhastighet (v). Bernoullis ligning

m·g·h1 + ρ

1pm ⋅ +

2

21vm ⋅

= m·g·h2 + ρ

2pm ⋅ +

2

22vm ⋅

+ m·g·ht [J]

eller

h1 + gp⋅ρ1 +

gv⋅2

21 = h2 +

gp⋅ρ2 +

gv⋅2

22 + ht [m]

Mai 2007 Teknisk håndbok, side 17 Pipelife Norge AS

Stillingsenergi: m·g·h eller h

Trykkenergi: p·V = ρpm ⋅

eller gp⋅ρ

Bevegelsesenergi: 2

2vm ⋅ eller

gv⋅2

2

m: masse [kg] g : tyngdeaksellerasjonen: 9,81 m/s2 h : trykkhøyden [m] p : væsketrykk [N/m2] V : volum [m3] ρ : mediets densitet [kg/m3] v : hastighet [m/s] ht : friksjonstap [m]

Energibalansen En gammel traver i sammenheng med dimensjonering av ledninger. Det må være likevekt mellom de to uttrykkene på hver sin side av ”er lik”-tegnet. Kapasitetsberegninger Å beregne vannføringskapasiteten til et rør ved hjelp av formler er en omstendig affære. Det går som regel fint til man skal putte inn riktig friksjonskoeffisient. Den enkleste formelen i så måte er Darcy-Weisbach’s formel, her oppgitt med et tillegg for singulærtap:

ht = gv

gv

dLfi ⋅

⋅+⋅

⋅⋅22

22

ξ

ht: friksjonstap [m] f : friksjonskoeffisent (Moody’s diagram) di: innvendig diameter på rør [m]

gv⋅2

2

: hastighetshøyde [m]

L : ledningslengde [m] ξ : singulærtapskoeffisent Man må kjenne absolutt ruhet (k), regne ut relativ ruhet (k/di) og regne ut Reynolds tall (Re) for å finne friksjonskoeffisienten (f) i Moody’s diagram. I praksis bruker man dataprogrammer eller diagrammer ved dimensjonering. Reynolds tall

Re = υvdi ⋅ [ ]

v : middelhastigheten i rørtverrsnittet [m/s] di : innvendig diameter [m] υ : kinetisk/kinematisk viskositet [m²/s]

Mai 2007 Teknisk håndbok, side 18 Pipelife Norge AS

Det kan oppstå to typer rørstrømning – laminær eller turbulent. Laminær strømning kjennetegnes ved jevn hastighet og regelmessige strømlinjer. Turbulent strømning kjennetegnes av uregelmessige strømlinjer samt hastighetsfluktasjoner. Det normale innen VA-teknikken er turbulent strømning. Reynolds tall og relativ ruhet trenger du for å finne friksjonskoeffisienten i Moody’s diagram. Turbulent strømning ved Re > 2320 Absolutt ruhet kt = k·α·T [mm] kt : ruhet etter tiden t (bruksruhet) k : ny ruhet [mm] α : ruhetstilvekst pr. år [mm/år] T : antall år [år] Virkelig ruhetsverdi er veldig vanskelig å anslå. Dessuten er det for innfløkt å dimensjonere anlegg helt i detalj. Derfor benyttes anbefalte bruksruhetsverdier avhengig av anleggets beskaffenhet. Dette tas til følge i våre kapasitetsdiagrammer. Relativ ruhet Krel = kt/di [ ] Relativ ruhet er rett og slett absolutt ruhet dividert med innvendig diameter. Relativ ruhet og Reynolds tall trenger du for å finne friksjonskoeffisienten i Moody’s diagram. Energigradient

I = Lhf [mm/m, m/km. ‰]

hf : energitap/trykkhøydeforskjell [mm, m] L : Ledningslengde [m, km] Energigradient - eller tilgjengelig fall - er en særdeles viktig opplysning ved dimensjonering av ledninger. Ved å tegne et snitt av ledningstraseen får man detaljkunnskap om høybrekk og lavbrekk i tillegg. Ved bruk av kapasitetsdiagrammer er energigradient - eller fall - stort sett det eneste man trenger å regne på, men se opp for soner med undertrykk og store overtrykk på grunn av ujevn ledningstrasé. Veggtykkelse i trykkrør

emin = p

dp

s

e

+⋅⋅

σ2 [mm]

emin : veggtykkelse [mm] p : innvendig trykk [MPa] de : utvendig diameter [mm] σS : dimensjonerende spenning [MPa]

Rør med innvendig vanntrykk

Mai 2007 Teknisk håndbok, side 19 Pipelife Norge AS

Dimensjonerende vannmengder Ved dimensjonering av vannledninger brukes Qmax (d.v.s maksimalt timeforbruk i maksimaldøgnet) som dimensjonerende vannmengde. Qmax = Qmid · fmax · kmax + Qbrannvann + Qindustri + Qoff. bygg + Qjordbruk Qmid : midlere døgnforbruk (= qh·pe) fmax : maksimal døgnfaktor kmax : maksimal timefaktor qh : midlere spesifikt døgnforbruk pr pe, eventuelt inkludert lekkasjevann pe : antall personekvivalenter Qbrannvann : brannvesenets krav til vannmengde Qindustri : lokal industris behov for vann Qoff. bygg : behov for vann til offentlige bygg (skole, rådhus o.s.v.) Qjordbruk : behov for vann til ulike primærnæringer Behovet for vann til ulike formål må kartlegges ved hvert enkelt tilfelle. Det kan imidlertid være vanskelig å forutsi utviklingen i dette behovet. Derfor anslås behovet ut fra ønsket om utvikling av samfunnet. D.v.s. befolkningsvekst, utvikling m.h.p. lekkasjer, utvikling av industri o.s.v.

Ruhetsfaktor Nyproduserte plastrør har lav ruhetsfaktor og betraktes ofte som hydraulisk glatte. Men skjøter og litt belegg innvendig i rørene vil føre til at den virkelige verdien over tid øker noe. Vi anbefaler å benytte følgende k-verdier både for trykkrør av PE og PVC for vannforsyning:

Dimensjon k - verdi [mm]

d ≤ 200mm 0,01 d > 200mm 0,05

Disse verdiene gjelder rør uten mange bend, tilknytninger og ventiler. Hvis det er mye utstyr på nettet brukes 5 - 10 % lavere disponibelt trykktap (energigradient). Se neste avsnitt. Ved hastigheter over 2,0 m/s og marginal dimensjonering anbefaler vi å utføre en beregning av singulærtapene. I trykkrør for spillvann (kloakkpumpeledninger) vil det dannes en kloakkhud som vil øke ruheten ytterligere. Inntaks- og utslippsledninger i saltvann kan få kraftig begroing og dermed veldig høye k-verdier. Korrosjon i metallrør og mangan i råvannet vil også gi høye k-verdier. For avløpsledninger av plast benyttes høyere bruksruhetsfaktorer. Her følger vi den gamle veiledningen fra SFT som sier:

Type ledning k - verdi [mm]

Overføringsledninger 0,25 Rørledning med bend og tilknytninger 0,40

For korrugerte drensrør (kveildrens) reduseres kapasiteten med ca. 30 % i f.t. innvendig glatte rør.

Mai 2007 Teknisk håndbok, side 20 Pipelife Norge AS

Dimensjonering av vannledninger Ved vanlig dimensjonering benyttes kapasitetsdiagrammer. Nødvendige data er: - disponibel trykkhøyde (hf) [m] - ledningens lengde (L) [km] - ønsket vannmengde (Qmax) [l/s] eller innvendig diameter på eksisterende rør (di) [mm] - krav om vannhastighet (v) [m/s]

Skisse av en rørledning som skal transportere en ønsket vannmengde fra kilde til høydebasseng eller forbrukssted.

Lh

I f= : Disponibel trykkhøyde (hf) dividert med ledningens lengde (L) gir oss energigradient (I)- også kalt disponibelt trykktap eller fall [‰, m/km, mm/m].

Total trykkhøyde dividert på ledningens lengde er ledningens virkelige fall [‰, m/km, mm/m]. Beregninger basert på denne verdien gir maksimal kapasitet, men med null trykk på vannet ved endepunktet. Normalt anbefales vannhastigheter mellom 0,5 - 2,0 m/s i kommunale vannledninger. Vannhastigheter inntil 3,5 m/s kan i enkelte tilfeller godtas. Ønsket trykk ved utløpet er normalt mer enn 2 bar. Ved trykk større enn 4 bar ved en bygning må det monteres trykkreduksjonsventiler. Utstyr i hus er beregnet for trykk mindre enn 4 bar.

Mai 2007 Teknisk håndbok, side 21 Pipelife Norge AS

Vannføringsdiagram for trykkrør, k=0,01 mm

Vannføringsdiagram for plastrør fra di 20 mm til di 200 mm. k = 0,01 mm

Mai 2007 Teknisk håndbok, side 22 Pipelife Norge AS

Vannføringsdiagram for trykkrør, k=0,05 mm

Vannføringsdiagram for plastrør fra di 200 mm til di 2000 mm. k = 0,05 mm