Zavedení

Důlní odvodňovací potrubí nefunguje pod konstantním tlakem.

Tlak uvnitř těžebního potrubí z HDPE se může změnit pokaždé, když se drenážní čerpadlo spustí, zastaví nebo změní svůj provozní stav. Provoz ventilu může způsobit další rychlou změnu tlaku. V dlouhém podzemním nebo povrchovém odvodňovacím vedení mohou tyto události generovat tlakové vlny, které se šíří potrubím.

Tento jev je běžně známý jako vodní ráz nebo tlakový ráz.

Pro důlní odvodňovací systém není důležitou otázkou pouze to, zda těžební potrubí z HDPE odolá normálnímu pracovnímu tlaku. Potrubí také musí tolerovat tlakové podmínky, které se vyskytují během provozu čerpadla a ventilu.

To je zvláště důležité pro dálkové odvodňování-dolů, kde může tlaková porucha generovaná na jednom konci potrubí procházet velkou částí systému.

Vedení PE100 rozpoznává rázy jako krátkodobé -zvýšení tlaku nad normální maximální provozní tlak způsobené rychlými změnami rychlosti tekutiny. Opakované operace čerpadla a ventilu mohou také způsobit cyklické tlakové zatížení po dobu životnosti potrubí.

U těžebních trubek z HDPE hraje důležitou roli samotný materiál, protože polyethylen je výrazně pružnější než tuhé kovové trubky. Tato flexibilita mění, jak potrubí reaguje na přechodný tlak.

Co se děje uvnitř těžebního potrubí z HDPE během odstávky čerpadla?

Zvažte typické důlní odvodňovací potrubí.

Čerpadlo tlačí vodu dlouhou HDPE trubkou z podzemního sběrného místa k místu povrchového vypouštění. Během provozu čerpadla má voda určitou rychlost. Stěna potrubí je vystavena vnitřnímu tlaku spojenému s čerpacím systémem.

Když se čerpadlo náhle zastaví, voda se okamžitě nepřestane pohybovat.

Voda má setrvačnost. Pohybující se voda pokračuje vpřed, zatímco čerpadlo již neposkytuje stejnou hnací sílu. To vytváří rychlou změnu rychlosti a tato změna vytváří tlakovou vlnu.

Vlna se pohybuje podél potrubí.

Pokud je drenážní potrubí dlouhé několik set metrů nebo několik kilometrů, může se tlaková porucha pohybovat podstatnou délkou těžebního potrubí z HDPE, než se systém usadí zpět do normálního provozního stavu.

To je důvod, proč tlak zobrazený na manometru výtlaku čerpadla během normálního provozu nemusí nutně odpovídat nejvyššímu tlaku, kterému je potrubí vystaveno.

Potrubí se musí vypořádat jak s normálním provozním tlakem, tak s přechodným tlakem.

info-400-300

Proč HDPE důlní potrubí reaguje na tlakové rázy jinak

Stěna těžební trubky z HDPE není tuhá jako ocelová trubka.

PE100 má dlouhodobý -modul pružnosti přibližně 200 MPa, Poissonův poměr přibližně 0,45 a prodloužení při přetržení větší než 600 % podle referenčních údajů PE100+.

Tyto vlastnosti jsou důležité pro tlakové rázy, protože stěna potrubí se může při změnách vnitřního tlaku mírně deformovat.

Při zvýšení tlaku se průměr trubky může mírně zvětšit a stěna vyvine další obvodové napětí. Tato deformace absorbuje část přechodové odezvy místo toho, aby vynutila celou změnu tlaku do extrémně tuhé stěny potrubí.

To neznamená, že HDPE důlní potrubí může jednoduše ignorovat vodní ráz.

To znamená, že při hodnocení tlakové historie drenážního systému je třeba vzít v úvahu jeho materiálovou odezvu.

Potrubí s častými spouštěními a zastavováními čerpadla by proto mělo být hodnoceno spíše podle skutečného provozního cyklu než pouze podle statického tlaku.

Jmenovitý tlak není stejný jako rázový tlak

Toto rozlišení je důležité pro pořizování kanalizací.

Předpokládejme, že těžební potrubí z HDPE je specifikováno pro určitou tlakovou třídu PN. Tento jmenovitý tlak popisuje přípustný provozní tlak potrubí za definovaných konstrukčních podmínek.

Vypnutí čerpadla může způsobit dočasné zvýšení tlaku nad normální provozní tlak.

Technická otázka tedy zní:

Jaký je maximální tlak uvnitř těžební trubky HDPE během celého provozního cyklu?

Odpověď závisí na čerpadle, rychlosti proudění, délce potrubí, činnosti ventilu, výškovém profilu a době odstavení.

Směrnice PE100 konkrétně doporučuje analýzu rázů pro potrubí vystavená rázům a únavovému zatížení.

Pro důlní odvodňovací systémy je to zvláště důležité, když má potrubí dlouhou stoupající část z podzemní čerpací stanice na povrch.

Dlouhé těžební trubky z HDPE vyžadují větší pozornost vůči přechodným tlakům

Délka potrubí mění význam tlakového rázu.

Krátká drenážní přípojka v blízkosti čerpadla může zaznamenat poruchu tlaku, která se poměrně rychle usadí.

Dlouhé důlní odvodňovací potrubí se chová jinak.

Tlaková vlna se může pohybovat podél potrubí, odrážet se při změnách geometrie potrubí, ventilů, nádrží, ohybů nebo konců potrubí a interagovat s jinými tlakovými vlnami.

Výsledkem může být historie tlaku, která je podstatně komplikovanější než jednoduše „normální tlak plus jeden ráz“.

Dlouhé těžební potrubní systémy z HDPE by proto neměly být vybírány pouze z hodnoty statického tlaku.

Průměr potrubí je důležitý, protože rychlost proudění se mění s průměrem. Při stejném průtoku vytváří menší vnitřní průměr vyšší rychlost vody. Rychlá změna této rychlosti může vyvolat významnější přechodný tlakový jev.

Tloušťka stěny a SDR jsou také důležité, protože geometrie těžební trubky z HDPE ovlivňuje její tlakovou odezvu.

Pump Start-Up může také způsobit změny tlaku

Vodní ráz se neomezuje pouze na nouzové odstavení.

Čerpadlo startující proti plnému potrubí může také vytvořit tlakový přechod.

To je důležité v dolech, kde drenážní čerpadla pracují automaticky podle hladiny vody.

Čerpadlo se může spustit, když jímka dosáhne určité úrovně, po určitou dobu běžet a pak se zastavit. Během běžného dne může těžební potrubí HDPE zaznamenat mnoho takových tlakových cyklů.

Jednotlivé změny tlaku nemusí být dostatečně velké, aby způsobily okamžité selhání.

Důležitějším problémem je opakování.

Opakované kolísání tlaku je únavové zatížení. Vedení PE100 odlišuje toto cyklické zatížení od jediného přepětí a poznamenává, že frekvence a amplituda tlakových cyklů jsou důležité faktory.

Proto na provozním modelu dolu záleží stejně jako na jmenovitém tlaku čerpadla.

Parametry těžebních trubek HDPE relevantní pro přepětí

Parametr	Typická řada HDPE důlních trubek / reference
Jmenovitý průměr	DN50–DN1200
Tlaková třída	PN1,0–PN10
Standardní délka	9 m / 12 m
PE100 MRS	10 MPa
Pevnost v tahu PE100 při kluzu	Přibližně. 23 MPa
PE100 prodloužení při přetržení	>600%
PE100 dlouhodobý-modul pružnosti	Přibližně. 200 MPa
Poissonův poměr	Přibližně. 0.45
Hazen-Williamsův koeficient	Přibližně . 150–155
Colebrook-Bílá drsnost	Přibližně . 0.00152 mm

Výše uvedené hodnoty PE100 jsou materiálové referenční hodnoty, nikoli náhrada za certifikovaná produktová data výrobce.

Pro skutečný těžební projekt musí vybraná třída PN a tloušťka stěny odpovídat maximálnímu provoznímu tlaku, teplotě, přechodnému tlaku a podmínkám instalace.

info-400-300

Kde je těžební potrubí HDPE nejvíce vystaveno?

Tlakový ráz nemusí nutně vytvořit stejný mechanický stav všude v potrubí.

Výtlačná část čerpadla může zaznamenat rychlé změny tlaku. Umístění ventilů může generovat lokalizované přechodné stavy. Změny nadmořské výšky mohou ovlivnit statický tlak. Dlouhé vertikální sekce mohou také produkovat značný hydraulický tlak kvůli rozdílům ve výšce.

Zvláštní pozornost si zaslouží spojení.

Připojení příruby, ventilu nebo čerpadla zavádí místní změnu tuhosti a geometrie. Přímá těžební trubka z HDPE se může deformovat odlišně od spojovací sestavy.

Analýza tlakových rázů by proto měla být zvažována společně s návrhem spojení spíše než zacházet s potrubím jako s izolovanou součástí.

Jak by měli kupující hodnotit těžební potrubí z HDPE pro odvodnění?

Specifikace nákupu založená pouze na "HDPE trubce, PN10" nemusí popisovat úplný provozní stav.

U důlního odvodňovacího potrubí by měl dodavatel rozumět požadovanému DN, normálnímu provoznímu tlaku, maximálnímu tlaku, průtoku čerpadla, frekvenci spouštění/zastavování čerpadla, délce potrubí a výškovému profilu.

Zvláště důležitý je rozdíl mezi normálním provozním tlakem a maximálním přechodovým tlakem.

Například čerpadlo může normálně pracovat při tlaku výrazně pod jmenovitou tlakovou třídou, ale rychlé vypnutí může dočasně zvýšit tlak. Při výběru potrubí je proto třeba vzít v úvahu kompletní tlakovou obálku.

Pokyny pro návrh PE100+ spojují maximální provozní tlak s pevností materiálu, SDR a příslušným provozním koeficientem, což ukazuje, proč nelze geometrii potrubí a provozní podmínky oddělit od jmenovitého tlaku.

Závěr

Vodní ráz není abstraktním hydraulickým problémem pro těžební potrubí z HDPE.

Je to skutečný provozní stav vytvořený čerpadly a ventily, které řídí odvodňování dolů.

Když se čerpadlo zastaví, ventil se uzavře nebo se rychle změní rychlost vody, tlak uvnitř potrubí se může dočasně zvýšit nad normální provozní tlak. V dlouhém důlním odvodňovacím potrubí může výsledná tlaková vlna projít velkou částí HDPE trubky.

Flexibilita PE100 mění, jak potrubí reaguje na toto přechodné zatížení, zatímco DN potrubí, tloušťka stěny, SDR a tlaková třída určují jeho konstrukční kapacitu.

Z tohoto důvodu by výběr těžebních trubek z HDPE pro odvodňování dolů neměl být založen pouze na statickém tlaku. Je také třeba vzít v úvahu skutečný cyklus čerpání a přechodné tlakové podmínky, zejména u drenážních systémů na velké vzdálenosti{1}} s častým provozem čerpadla.

Pro kupující těžby není klíčovou specifikací pouze tlak vytištěný na potrubí. Jde o to, zda kompletní těžební potrubní systém z HDPE zvládne historii tlaku vytvořenou skutečným odvodněním dolu.

Vyžádejte si cenovou nabídku HDPE potrubí

Krok	Proces	Podrobnosti
1	Odeslat požadavky	DN, tlak, médium, pracovní teplota a aplikace
2	Potvrzení specifikace	Typ trubky, druh materiálu, jmenovitý tlak, tloušťka stěny/SDR a připojení
3	Citát	Cena, dodací lhůta, balení a dodací podmínky
4	Objednávka a výroba	Smlouva, platba a výroba
5	Kontrola a dodání	Kontrola kvality a expedice