Tulvapumppaamoiden toteuttaminen kuilupumpuilla

30/05/2013

Suunnitteluvinkkejä

Grundfos jakaa teknistä tietoa tulva­­pumppaamoista suunnittelijoiden hyö­dyn­net­täväksi. Artikkelissa esitetään ensiksi tulvasuojelussa käytettävien pumppaamoiden suunnitteluun liittyviä yleisiä näkökohtia ja sitten perehdytään yksityis­kohtaisem­piin suunnittelu­esimerkkeihin. Huomaathan, että artikkelissa on vain yleishyödyllisiä suosituksia, eivätkä ne korvaa yksittäisiä työkohtaisia ohjeita.

Ota huomioon pumppaamon suunnittelussa:

Seuraavien vaiheiden huolellinen läpikäyminen luo parhaat edellytykset hankkeen onnistumiselle ja auttaa minimoimaan kokonaiskustannukset.

Tarkista nostokorkeus- ja virtauslaskelmat sekä kiinnitä huomiota ennen kaikkea siihen, miten laskelmat on tehty. Tarkista odotettavissa olevat minimi-, keskiarvo- ja huippuvirtaamat. On myös syytä tarkistaa, vaihtelevatko nostokorkeusvaatimukset, koska niillä on suuri vaikutus pumpun käyttöpisteeseen.

  • Tarkista kohde paikan päällä sekä varmista virtaus ja nostokorkeus, jos mahdollista — varsinkin, jos kyseessä on vanhan laitteiston vaihto uuteen. Tilanne on saattanut muuttua merkittävästi siitä, kun pumppaamo alun perin suunniteltiin.
  • Määritä, kuinka monta pumppua tarvitaan määritettyjen virtaus- ja nostokorkeusskaalan täyttämiseksi.
  • Määritä, millaista pumpputyyppiä käytetään.

Millainen pumppu tulvapumppaamoon tulisi valita?

Yleensä suosittelemme pientä nostokorkeutta vaativiin käyttökohteisiin potkuripumppuja ja keskisuurta nosto­korkeutta vaativiin käyttökohteisiin solapyöräisiä uppo­pumppuja. Pysty­potkuripumpuilla eli kuilupumpuilla voidaan saavuttaa huomattavia etuja verrattuna muihin tulvasuojelussa käytettäviin pumppuratkaisuihin. Niitä käytetään etenkin suurien vesimäärien pumppaamiseen pienillä nosto­korkeuksilla, jolloin toimintavarmuus on tärkeällä sijalla.

Näitä etuja ovat muun muassa seuraavat:

  • pienemmät käyttökustannukset
  • ei akselin kohdistusongelmia
  • lyhyempi asennusaika ja pienemmät asennuskustannukset
  • tarvitaan vähemmän lattiatilaa
  • hiljainen toiminta
  • tulvankestävä rakenne
  • tarvitaan vähemmän lisäelementtejä
  • parempi luotettavuus
  • tarvitaan pienempi päällysrakenne
  • pienempi huoltotarve ja pienemmät huoltokustannukset
  • laajempi toiminta-alue
  • parempi tehokkuus.

Asennustyyppi

Paras asennusvaihtoehto määräytyy kunkin kohteen mukaan. Usein kuiluasennus kuitenkin mahdollistaa rakentamiskustannusten karsimisen. Kuiluasennuksen monipuolisuuden ansiosta voidaan käyttää monenlaisia vaihtoehtoja (vedenpinnan ylä- tai alapuolisista) vapaaseen ulos­virtaukseen perustuvista ratkaisuista paineistettuihin ratkaisuihin. Kuiluasennus voidaan tehdään myös kallistettuna.

Imukammion suunnittelu

Imukammion suunnittelulla on erittäin suuri vaikutus kuilupumpun elinkaareen. Jos kammiota ei ole suunniteltu parhaalla mahdollisella tavalla, seurauksena saattaa olla pumpun alentunut suorituskyky ja/tai tärinän ja kavitaation aiheuttama mekaaninen rasitus pumppuun. Vaillinainen tulvapumppaamon suunnittelu voi johtaa hiekka-, kuitu- ja roskakertymiin, jotka puolestaan aiheuttavat lisää kavitaatio- ja tärinäongelmia.

Tärkein vaatimus imukammion suunnittelussa on järjestää pumpuille optimaaliset tulovirtausolosuhteet. Pumppu­yksikköihin tulevan virtauksen tulisi olla yhtäjaksoista ja tasaista eikä siinä saisi olla pyörteitä tai ilmaa.

Kuilupumput siirtävät suuria nestemääriä, minkä vuoksi ne reagoivat herkästi imukammion olosuhteisiin. Pumppujen turvallisen toiminnan ja pitkän käyttöiän varmistaminen vaatiikin siis suurta tarkkuutta. Väliseinät ja pumppujen sijoittaminen on järjestettävä niin, että ei synny pinta­pyörteitä, ilmakuplia tai -taskuja ja turbulenssia.

Seuraavat tekijät tulee ottaa huomioon:

  • Tulokanavassa virtaavan nesteen nopeuden ja jakelun tulisi olla tasaista. Pohjan kulman tulisi olla kallistettu 10–15 astetta.
  • Tulokanavan veden nopeuden tulisi olla alle 1,2 m/s.
  • Kaiken kaikkiaan pumppaamossa veden nopeuden tulisi olla 0,3–0,5 m/s.
  • Virtaushäiriöt tulisi eliminoida mahdollisimman kaukana pumpun tuloaukosta.
  • Suvantoalueiden syntymistä tulisi välttää. Suvanto­alueiden muodostumista voidaan estää muotoilemalla betonikammiota, esimerkiksi loiventamalla kulmia.
  • On huolehdittava siitä, että veteen upotetut pumput eivät sijaitse niin, että syntyy imun aiheuttamia syviä pyörteitä. Peukalosääntönä voidaan pitää sitä, että pumpun imupään upotussyvyyden pitäisi olla 1–2 kertaa pumpun halkaisija (määräytyy virtauksen mukaan). Valmistajalta on pyydettävä tarkat suositukset tapauskohtaisesti.
  • On myös syytä kiinnittää huomiota pumpun ja pumppu­kaivon pohjan väliseen vapaaseen tilaan. Sen ei milloinkaan tulisi olla pienempi kuin puolet pumpun halkaisijasta, jotta kavitaatio voidaan välttää.
  • Pumppukuilut tulee asettaa imukammioon symmetrisesti. Samalla on huolehdittava siitä, että pumpun ulkopinta on riittävällä etäisyydellä pumppukaivon seinämistä. Etäisyyden tulisi olla ainakin puolet pumpun halkaisijasta.
  • Kun pumppuja on useampi rinnakkain, on suositeltavaa, että pumppujen välillä on väliseinät. Silloin pumput eivät vaikuta toistensa toimintaan ja vesi virtaa kanavissa tasaisesti.
  • Suunniteltava kohde on tutkittava myös kokonaisuutena tarkasti — tähän sisältyy muun muassa välppien huolellinen tarkastelu ja mahdollisen lietepumpun tarpeen arviointi.

Kavitaation ehkäiseminen

Kavitaation ja siihen liittyvän melun ja tärinän voi estää asentamalla pumpun alle kavitaatiota estävän kartion. Kun kartio asennetaan juuri imuaukon alapuolelle, se estää kavitaatiota ja pyörteitä sekä nesteen ainesosien erottautumista toisistaan.

Ketjut ja kaapelit kiinni

Kuiluasennuksessa tulee varmistaa , että ketjut ja kaapelit ovat tukevasti kiinni ja etteivät ne liiku tai heilu virtauksen mukana. Löysät ketjut tai kaapelit kuluvat ja vahingoittuvat, minkä vuoksi ne hajoavat ennen aikojaan.

Välppien suunnittelu

Välppiä suunnitellessa kannattaa minimoida virtaukseen häiriöitä aiheuttavat tekijät. Välppiä ei tulisi koskaan tukea vaakasuuntaisilla pylväillä vaan aina pystysuuntaisesti. Roskan kerääntyminen välppään estää tasaista virtausta ja voi aiheuttaa pumppauksen nostokorkeuden kasvua. Huoltoa helpottaa kun välpät on jaettu paneeleihin ja mahdollisten kaapimien liikerata minimoitu.

Eroon sedimentoituvasta lietteestä

Kuivien jaksojen aikana vedenpinta laskee ja jää ”seisomaan” imukammioon. Tällöin veden liete sedimentoituu kammion pohjalle. Veden haihtuminen voi pahentaa tilannetta: Uuden veden sisäänvirtaus tuo imukammioon lisää sedimentoituvaa lietettä. Lopulta juoksupyörä saattaa olla hautautuneena lietteeseen, kun pumppu pitäisi käynnistää.

Lietteen sedimentoituminen voidaan estää asentamalla pieni lietepumppu erilliseen painanteeseen imukammion pohjalla. Tällä lietepumpulla tyhjennetään imukammiota silloin, kun sisäänvirtaus on vähäistä tai sitä ei ole lainkaan. Pumppua voidaan käyttää myös kammion tyhjentämistä huollon ajaksi, jos se muutoin veden pinnan tai kanavan sulkemisen kannalta mahdollista.

Pumppaaminen eri virtaamilla

Tulvasuojelussa käytettävien pumppujen on usein toimittava normaaleissa, vallitsevissa sääoloissa, ei pelkästään äärimmäisissä tulvaolosuhteista. Sen lisäksi pumppaamon on pystyttävä käsittelemään huomattavasti suurempia huippu­virtaamia tulvien yhteydessä. Tasapainon löytäminen voi olla hankalaa ­— usein lopullinen pumppaamo­rakenne sopiikin melko huonosti näihin kahteen varsin erilaiseen käyttötilanteeseen. Tämän haasteen ratkaisemiseksi imukammio voidaan jakaa kahteen osaan, joista toinen on normaalia toimintaa ja toinen huippu­virtaamia varten. Kammion osien välissä on oltava matala seinämä, jonka yli vesi pääsee virtaamaan tulvatilanteissa. Normaali­­tilanteen pumppujen tulisi olla suhteellisen pieniä ja toimia sarjassa tai taajuusmuuttajan avulla, kun taas huippuvirtaama­tilanteiden pumppujen tulisi olla suurehkoja, jotta ne selviävät ääriolosuhteissa.

Seuranta ja ohjaus

Tulvasuojeluun käytettävät pumput ovat iso investointi, ja niiden huolto ja korjaaminen on melko kallista. Vaikka järjestelmä olisi suunniteltu hyvin ja käytettävät pumput olisivat laadukkaita, kuluminen on väistämätöntä, kuten on vikaantumis­riskikin. Pumppujen tilan seuranta auttaa vähentämään tulva­suojeluratkaisujen elin­kaari­­kustannuksia.

Asianmukaisen seurannan ja ohjauksen avulla voi

  • suojata kalliita laitteita
  • varmistaa pumppaamon optimaalisen toiminnan
  • pienentää energiankulutusta
  • välttää ylivuotoa ja raportoida mahdollisista häiriöistä
  • ennakoida huoltotoimenpiteet
  • tuottaa tarvittaessa entistä tarkempia raportteja (esimerkiksi tiukentuvan ympäristölainsäädännön noudattamiseksi).

Grundfosin tuotevalikoimassa on myös Dedicated Controls -ohjausjärjestelmä, jonka avulla pumpun tilamuutoksia on helppo valvoa. Ohjausjärjestelmän avulla pumpun käyttöönotto on myös vaivatonta.

Anturit valvovat pumpun toimintaa

Uppopumppujen kanssa on luonnollisesti suurempi riski, että vesi pääsee moottoriin kaapelin läpiviennin ja akseli­tiivisteen kautta. Tämän vuoksi useimmat valmistajat sisällyttävät laitteisiinsa kaksoistiivistetyn öljykammion ja useita antureita, joilla suojataan pumppujen moottoreita. Usein antureita on huomattavasti enemmän kuin pienemmissä pumpuissa.

Suurten pumppujen tavallisimpia antureita ovat

  • laakereiden lämpötila-anturit (ylempi ja/tai alempi)
  • moottorin lämpötila-anturit
  • vettä öljyssä -anturit, jotka seuraavat akselitiivisteen tilaa
  • liitäntäkotelon kosteusanturit
  • tärinäanturi
  • käämien erotusresistanssianturi.

Edellä mainittujen pumppuantureiden lisäksi monissa käyttö­kohteissa käytetään myös antureita, jotka seuraavat energian­kulutusta, jännitettä, käyttöaikaa ja muita vastaavia tekijöitä. Usein on tärkeämpää seurata muutoksia kuin reagoida tiettyihin absoluuttisiin arvoihin. Käyttöön­otto­vaiheessa kannattaa yleensä kokeilla erilaisia viite­arvoja ja näin selvittää, missä tapauksissa on syytä ryhtyä toimenpiteisiin.

Käytä rohkeasti laitetoimittajien asiantuntemusta

Pumpputoimittajan asiantuntemus ja kokemus tuottavat lisäarvoa tulvasuojelussa käytettävien pumppaamoiden suunnitteluun.

Laskennallista virtausmekaniikkaa (CFD) hyödyntävät simulaatiot ovat osoittautuneet käteväksi työkaluksi. Niiden avulla suunnittelijat ja tilaajat voivat testata valittua suunnitteluratkaisua sekä arvioida, mukauttaa ja eliminoida riskejä ennen varsinaisia mittavia rakentamisinvestointeja. Pyydä CFD-simulaatioita muun muassa Grundfosilta.

Nämä suunnitteluvinkit on tarkoitettu

  • pienentämään tulvasuojelussa käytettävien pumppaamoiden pitkän aika­välin yleiskustannuksia
  • auttamaan suunniteltaessa ratkaisuja, joissa energiankulutus ja käyttö­varmuus ovat tasapainossa.

Toivottavasti nämä vinkit auttavat sinua laatimaan kestäviä tulvasuojeluehdotuksia ja -ratkaisuja. Otathan yhteyttä, jos tarvitset apua suunnittelussa. Lisätietoja tulvasuojelusta ja Grundfosista saat myös osoitteesta www.grundfos.com/water-utility.

Tietoja kirjoittajasta:

Mick Eriksen työskentelee Application Managerina Grundfos Managementissa, joka tarjoaa pumppu- ja pumppausratkaisuja. Tämän artikkelin vinkit on koostettu kentällä työskentelevien palautteen ja kokemusten perusteella.





    Facebook Twitter LinkedIn Technorati