Közműrendszerek Dr. Török, Sándor

Átírás

1 Közműrendszerek Dr. Török, Sándor

2 Közműrendszerek Dr. Török, Sándor Publication date 2011 Szerzői jog 2011 Szent István Egyetem Copyright 2011, Szent István Egyetem. Minden jog fenntartva,

3 Tartalom Bevezetés... v I. témakör. Közművek kialakulása, csoportosítása és ismertetése Közművek kialakulása és csoportosítása A közművek kialakulása Hazai közműalagutak A közművek csoportosítása Összefoglalás Vízi közművek, vízellátás A víz beszerzése A vízelosztó rendszerek A település teljes vízigénye Összefoglalás Vízi közművek, csatornázás Csatornázási rendszerek Csatornák műtárgyai Összefoglalás Energia közművek Gázellátás Villamosenergia-ellátás Távhőellátás Összefoglalás Távközlés, egyéb közművek Távközlés Egyéb közművek Összefoglalás II. témakör. Csőanyag- és csőkötéstechnika Gravitációs csövek Öntöttvas cső Kőagyag cső Beton- és vasbeton csövek Azbesztcement cső Műanyag csövek Polimer beton cső Összefoglalás Nyomócsövek Öntöttvas cső Acél cső Vasbeton cső Műanyag csövek A Fővárosi Vízművek vízcsőhálózata Összefoglalás III. témakör. Közműhálózatok hidraulikai méretezése Csővezetékek hidraulikai méretezése Veszteséges Bernoulli-egyenlet Moody-diagram Csőáramlási probléma három típusa A gazdaságos csőátmérő kiválasztása Nem kör keresztmetszetű vezetékek áramlási vesztesége Összefoglalás Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése Karimás, tokos és menetes csőkötések Szerelvények, idomdarabok kialakítása és áramlási vesztesége Összefoglalás Örvényszivattyú kiválasztása (számpélda) A szükséges csőátmérő meghatározása Csővezeték vesztesége iii

4 Közműrendszerek Manometrikus emelőmagasság meghatározása Fajlagos energia felhasználás Beton ellendarabok méretezése Összefoglalás Csatornák és műtárgyak hidraulikai méretezése Nyílt felszínű csatorna méretezése Zárt szelvényű vezetékek méretezése Műtárgyak tervezése és méretezése Összefoglalás IV. témakör. Közműhálózatok építése, üzemeltetése és rekonstrukciója Közműrendszerek kialakítása és építése Közműrendszerek kialakítása Közműhálózatok építése Összefoglalás Közműhálózatok üzemeltetése és rekonstrukciója Közműhálózatok üzemeltetése Közműhálózatok rekonstrukciója Összefoglalás Felhasznált irodalom... cxxvi iv

5 Bevezetés Közművek alatt azokat a központi berendezésekkel rendelkező elosztó ill. gyűjtő vezetékrendszereket, és az ezzel kapcsolatos létesítményeket értjük, amelyek a fogyasztók vízellátásával, szennyvízelvezetésével, villamos energia ellátásával, hő- és gázenergia ellátásával, valamint a távközléssel járó időszakos vagy folyamatos igényeit elégíti ki. A közművek folyamatos működése nélkül a település nem tudná betölteni azt a szerepét, hogy megfelelő kereteket adjon a civilizált emberi életnek. A tananyag célja, hogy egységes, rendszerszemléletű ismeretanyagot adjon a közműhálózatokról, azok összefüggéseiről. Ennek érdekében a következő fejezetekre tagolódik: közművek kialakulása, vízi közművek, energia közművek, távközlés, egyéb közművek, csőanyag- és csőkötéstechnika, valamint közműhálózatok: tervezése, hidraulikai méretezése, építése, üzemeltetése és rekonstrukciója. Általános követelmények, amelyeket a tanulmányok végén teljesíteni kell: ismertetni kell a közművek kialakulását, részletesen ismertetni kell a vízi közműveken belül a vízellátást és csatornázást, ismertetni kell tudni az energia közművekkel, a távközléssel és az egyéb közművekkel kapcsolatos fogalmakat, rajzolni kell tudni a különböző csőkötéstechnikákat, elvégezni alapvető számolási, méretezési feladatokat, amelyek a következők: csővezetékek hidraulikai méretezése, örvényszivattyúk kiválasztása, nyílt felszínű csatorna hidraulikai méretezése, valamint műtárgyak tervezése és méretezése. ismertetni kell tudni a közműhálózatok: v

6 Bevezetés tervezésének, építésének, üzemeltetésének és rekonstrukciójának menetét. A tantárgy felhasználható a településüzemeltető, valamint a mezőgazdasági és élelmiszeripari gépészmérnök képzésben. vi

7 I. rész - témakör. Közművek kialakulása, csoportosítása és ismertetése Bevezető A témakör célja, hogy megismerkedjünk a közművek fogalmával, kialakulásával és csoportosításával. Ennek érdekében a témakör tartalma a következőket foglalja magába: közművek kialakulása és csoportosítása, vízi közművek - vízellátás, vízi közművek - csatornázás, energia közművek, valamint távközlés és egyéb közművek. A témakörhöz kapcsolódó követelmények, hogy a tanuló legyen képes ismertetni: a közművek kialakulását és csoportosítását, a vízi közműveken belül a vízellátást és csatornázást, valamint az energia közművekkel, a távközléssel és az egyéb közművekkel kapcsolatos fogalmakat.

8 1. fejezet - Közművek kialakulása és csoportosítása Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük a közművek fogalmát, kialakulását és csoportosítását. A közmű kifejezés egy gyűjtőfogalom, amely egyrészt azoknak a létesítményeknek az összessége, amelyek a települések lakóinak különböző szükségleteit zömében vezetékhálózatok segítségével elégíti ki, másrészt az ezeket üzemszerűen működtető vállalkozásoknak az összessége (Darabos - Mészáros, 2006). Napjainkban a napirenden lévő feladatok: a kis települések általános és infrastrukturális fejlesztése, a nagyobb városok rehabilitációja A közművek kialakulása Ez szinte egyidős az ókori városalapításokkal. A városlakók vízzel való ellátása, valamint a szenny- és csapadékvizek elvezetésének nyomai az i.e. I. évezredig nyúlnak vissza (Babilónia városain kívül Egyiptom, Kína, India, Szíria, Palesztina és Görögország). Edison 1879-ben szabadalmaztatott izzólámpája egy új közmű születését is jelentette. Westinghouse és Stanley által 1885-ben felfedezett váltakozó áramú transzformátor megteremtette a villamos energia széles körben való felhasználásának a lehetőségét. Az 1860-as évektől elkezdődik egy újfajta gondolkodásmód a közművesítésben. A korábban megépített, nagyméretű szennyvíz-főgyűjtőbe utólag víz- és gázcsővezetékeket, de helyenként elektromos kábeleket is elhelyeznek. Ilyen folyamat játszódik le Portóban, és Párizs híres gipszbe vájt csatornahálózatának egy részénél is (1. ábra). 2

9 Közművek kialakulása és csoportosítása 1. ábra: Párizsban régi, járható csatornák (1855-től) Ezek a példák és hasonló kísérletek elindítanak egy folyamatot a közművesítésben, melyet leegyszerűsítve rendszerszemléletű közművesítésnek nevezhetünk. Ennek egyik úttörője az 1861-ben Londonban épített közműalagút, amelyet vázlatosan a 2. ábra szemléltet. A szelvényekbe az idők folyamán egyre több csővezetéket építettek be. 2. ábra: Közműalagút Londonban (1861) Hasonló tudatos tervezési tevékenység eredményei a római, madridi (3. ábra), hamburgi és wintherturi közműalagutak, amelyekkel az úttörő közműalagutas korszak lezártnak tekinthető. 3

10 Közművek kialakulása és csoportosítása 3. ábra: Osztott szelvényű madridi közműalagút A 4. ábrán szintén osztott szelvényű közműalagút (New York) látható. 4. ábra: Osztott szelvényű közműalagút (New York) A beton és vasbeton széleskörű elterjedésével, a szerkezeti acélok tömeges előállításával az egyes közművezetékek területén is jelentős fejlődés indult meg. Az 1928-ban, Zürichben épült és azóta is üzemelő 1300 m hosszú rendszert érdemes kiemelni. Moszkvában is találkozhatunk közműalagúttal ben 9 km épült és 1963-ban 100 km (5. ábra). 4

11 Közművek kialakulása és csoportosítása 5. ábra: Moszkvai közműalagút A közművesítés terén elindult fejlődést a II. világháború szakította meg (Mészáros, 1983). Hazai viszonylatban a házgyári építéstechnológián alapuló településfejlesztéshez, teljes közművesítésre volt szükség, amelybe a távhőellátás is beleértendő Hazai közműalagutak A közműalagút olyan járható, általában a rendezett térszín alatt elhelyezkedő építmény, mely többféle közmű vagy vezeték elhelyezésére alkalmas, és amelyben a vezetékek építése, karbantartása, cseréje a többi vezeték zavartalan üzemelése közben a térszín zavarása nélkül végezhető. Kétféle megoldás: Közműalagutas Közműalagutas közműfolyosós (KAF) A közműalagutak magassági helyzete háromféle lehet: 5

12 Közművek kialakulása és csoportosítása Leggyakoribb közvetlenül a térszín alatti telepítés. Ez a megoldás mind a létesítés egyszerűsége, mind a gazdaságossága és az üzemeltetés szempontjából a legkedvezőbb. A közműalagút szerkezete feletti takarás legalább 0,35 m legyen. Közút vagy vasút alatt pedig 0,5 m. A keresztmetszet alakja szerint leggyakoribbak, legjobban hasznosíthatók a derékszögű négyszög, és a körszelvényű alagutak (6. ábra). Készülnek parabolaszelet vagy íves lehatárolású négyszögszelvények is. A szelvényalakot nemcsak a behelyezett vezetékek száma és méretei, hanem a felszíni terhelések nagysága és az építési technológia is befolyásolja. A közműfolyosók többnyire derékszögű négyszög keresztmetszetűek. 6. ábra: Közműalagutak keresztmetszete. Vezetékek jelölése: G gáz; E elektromos; V víz; T telefon; Tf távfűtés; Cs csatorna Az alagútrendszer alaprajzát általában a beépítések helyzete határozza meg (7. ábra). 6

13 Közművek kialakulása és csoportosítása 7. ábra: Közműalagutak alaprajzi elhelyezése Bp. XX. Ker. Pesterzsébeti közműalagút 7

14 Közművek kialakulása és csoportosítása Az 1970-es évek első felében hosszú szakmai vita után valósult meg Budapest (a Pesterzsébet lakótelep II. ütemének területén) első jelentősebb közterületi közműalagút-rendszere kb m hosszban (8. és 9. ábra). A nagyobbrészt előregyártott vasbeton elemekből épült négyszög keresztmetszetű alagútban vízvezetéket, gázvezetéket, elektromos és távközlési kábelt, valamint távhőellátó vezetéket helyeztek el a rendszer saját működtetését és üzemeltetését biztosító vezetékekkel együtt. Az üzemeltetést a lakótelepen belül elhelyezett diszpécserközpontból irányítják. 8. ábra: Pesterzsébeti közműalagút építése 8

15 Közművek kialakulása és csoportosítása 9. ábra: Pesterzsébeti közműalagút belső tere Közműalagút a Duna alatt A Duna két partját összekötő közműalagút és a 2900 m 3 /nap ivóvizet termelő medergaléria-rendszernek (10. ábra) a megépítéséről 1993 szeptemberében döntöttek, s az érdemi munkálatok még abban az évben megkezdődtek. 9

16 Közművek kialakulása és csoportosítása 10. ábra: Közműalagút a Duna alatt A közműalagút a száraz munkagödörben épült meg, 208 darab előre gyártott, 2,8 méter átmérőjű és 2,4 méter hosszú vasbeton csőből (11. ábra). A csöveket gumitömítések kötik össze egymással, és vasbetonszerkezetek rögzítik. Az 530 méter hosszú alagút nagyjából az 1696-os dunai folyamkilométernél teremt kapcsolatot a két part között. 11. ábra: A 2,8 méter átmérőjű alagút Amikor a Dunán árvíz vonul le, az alagút felett méter, a legalacsonyabb vízálláskor pedig 5 méter a vízborítás (12. ábra). Az alagútban egy 300 milliméter átmérőjű szennyvíznyomócsövet és egy ugyanilyen átmérőjű ivóvízvezetéket helyeztek el. A víztermelő galéria vizét egy 250 milliméter átmérőjű cső szállítja a visegrádi partra. A vezetékek rozsdamentes acélból készültek. Az alagútban elhelyeztek elektromos és postai kábeleket is (13. ábra). 12. ábra: A közműalagút 530 méter hosszú 10

17 Közművek kialakulása és csoportosítása 13. ábra: Közműalagút a Duna alatt A közművek csoportosítása A közművek csoportosítására több lehetőség kínálkozik (Darabos - Mészáros, 2006). Csoportosítás a tulajdonosi szerkezet szerint: Az önkormányzatok kizárólagos tulajdonában lévő közművek, amelyek általában egyes települések helyi igényeit elégítik ki. Az állami többségi tulajdonban lévő közművek, az igények országos szintű kielégítését biztosítják. Ide tartoznak általában a több települést ellátó regionális vízi közművek. A magán és vegyes tulajdonú közműszerkezetek a privatizáció termékei, a tulajdonosi kör általában az állam és az önkormányzatokon kívül, hazai és nemzetközi, szakmai és pénzügyi befektetők közül kerül ki. Ezeknél, a szervezeteknél a tulajdon a hatályos jogszabályok, és a pénzpiac szabályai szerint cserélődhet. A felsorolt három kategória közös jellemzője, hogy a tulajdonos és az üzemeltető nem feltétlenül azonos. Egyes közművek esetében a tulajdon és az üzemeltetés egy vállalkozás keretében összpontosul. Ez főleg az energiaszolgáltató szektorra jellemző. Csoportosítás a kiterjedés szerint: egy települést kiszolgáló, csoportos, regionális, országos, kontinentális és globális közművek. Csoportosítás rendeltetési céljuk szerint: Vízgazdálkodási vagy vízi-közművek, amelyeket: 11

18 Közművek kialakulása és csoportosítása a vízellátás (ivó- és ipari víz) továbbá a csatornázás (szenny- és csapadékvíz-elvezetés) létesítményei határoznak meg. Energiaellátó közművek: a villamosenergia-ellátás és közvilágítás, a vezetékes gázellátás, továbbá a távhőellátás (fűtés és használati meleg víz) alkotóelemei képviselnek. Távközlő közművek: a hírközlő közművek, (telefon, távíró, telex) és az egyéb távközlő hálózatok, jelzőkészülékek (tv-kábel, csőposta stb.) jelentenek. A közlekedési igények növekedésének következményeként megindult autópálya, autóút és metróépítések, továbbá az egyéb földalatti építmények a városi közművek átépítését és rekonstrukcióját helyezték előtérbe. Az előzőek hatására mind szélesebb körben alkalmazták az integrált közmű elhelyezési módszereket. A technikailag elavult, vagy amortizálódott közművek átépítésére egyre szélesebb körben a kitakarás nélküli módszerek alkalmazása került előtérbe. A rendszerváltást követően a közművesítést sem kímélte a túlzott piaci orientáció és a globális világ egyéb káros jelenségei. Az Európai Unióba belépett országokban a közös szabályozást az Európai Szabványügyi Bizottság (CEN) biztosítja az Európai Szabványokon (EN) keresztül. Ezek a szabványok a tagországokban kötelező érvénnyel nemzeti szabványként bevezetésre kerülnek. Az MSZ EN szabványok a korábbi hazai szabályozáshoz (MSZ) képest eltérő jogállásúak, alkalmazásuk csak meghatározott esetekben kötelező. A CEN tagországok többségében az EN által biztosított keretszabályozást, minden részletre kiterjedő hazai szakmai szabályozások teszik használhatóvá. 4. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismertük a közművek fogalmát, kialakulását és csoportosítását. Önellenőrző kérdések 1. Ismertesse a közművek fogalmát! 2. Ismertesse a közművek kialakulását! 3. Ismertesse a hazai közműalagutakat! 4. Csoportosítsa a közműveket a tulajdonosi szerkezet szerint! 5. Csoportosítsa a közműveket a kiterjedés szerint! 6. Csoportosítsa a közműveket rendeltetési céljuk szerint! 12

19 2. fejezet - Vízi közművek, vízellátás Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a víz beszerzésének lehetőségeit, a vízelosztó rendszereket, valamint a település teljes vízigényét. A tanulási egység követelménye, hogy a tanuló legyen képes ismertetni: a víz beszerzésének lehetőségeit, a vízelosztó rendszereket, valamint tudja meghatározni a település teljes vízigényét. A vízellátás célja és feladata a közszükségleti, a szociális, az egészségügyi, a technológiai és a tűzvédelmi vízigények biztosítása. A vízellátó rendszerek alapelemekből, részegységekből állnak: vízbeszerzés, vízkezelés, vízemelés, illetve vízgépészet, elosztóhálózat és tartozékai, víztározás és energiaellátás, továbbá irányítástechnika. A felsorolt alkotóelemek közül a vízkezelés, és ritka kivételes esetekben a víztározás, továbbá a vízgépészet elmaradhat, a kedvező helyszíni adottságok következtében. Vízkezelő technológiák-, és létesítmények alkalmazására akkor kerül sor, ha a rendelkezésre álló vízbázisról kitermelhető víz nem felel meg a minőségi követelményeknek. A víztisztítási technológiai igényeket (14. ábra) hazai viszonylatban a vízbázisok determinálják. A leggyakoribb problémát a vas-mangán eltávolítás, a nitrát-, a nitrit -, az ammónia- és az arzén-mentesítés (Kiss - Kelemen, 1985) jelenti. 14. ábra: A víztisztítás általános folyamatábrája A víz beszerzése 13

20 Vízi közművek, vízellátás A vízbeszerzés felszíni és felszín alatti vízkészletekből egyaránt biztosítható (Öllős, 1987). Napjainkban mindkét egymással egyébként is összefüggő vízbázisra a fokozatos elszennyeződés jellemző. Felszíni víz tóból, mélyebb tározóból (15. ábra) vagy folyóból, szívóaknával és vezetékkel (16. ábra), illetve közvetlenül a vízfolyásba épített, nagyobb vízkivételi művel termelhető ki. 15. ábra: Vízkivétel tóból 16. ábra: Vízkivétel folyóból Felszín alatti víz (talaj-, parti szűrésű-, mélységi réteg-, és karsztvíz) a vízadó réteg sajátossága és a vízmennyiség függvényében sokféleképp termelhető ki. Ásott kút (17. ábra) csak felszínközeli talajvízből, kis vízmennyiség termelésére alkalmazható: az ásott kút 0,5-5 m3/d vízigény kielégítésére alkalmas, vele a terepszint alatt 12 m mélységen belül lévő vízadó réteg csapolható meg, általában a fenéken keresztül, a talajtörés ellen 6-16 mm-es vegyes szemcséjű kavicsréteg védi a fenekét (30 50 cm vastagságban), a kút belső átmérője 0,8-1,5 m, a kútgyűrűket egymásra telepítve, saját súlyukat felhasználva süllyesztik. A talajvíz ivóvíz céljára általában nem hasznosítható a jelentékeny nitrát- és nitrit szennyezettség miatt. Ezek a vízbázisok öntözésre és alárendeltebb vízhasználatra valók. 14

21 Vízi közművek, vízellátás 17. ábra: Ásott kút Csőkutak a vízszerzés leggyakoribb eszközei: felszínközeli talajvíz (18. ábra), parti szűrésű víz (19. ábra) és rétegvizek kitermelésére egyaránt alkalmasak. Vízadó képességük a hidrogeológiai viszonyoknak és a kútszerkezetnek megfelelően széles határok között változhat. A csőkút fúrt kút. Építésekor béléscsövet hajtanak le, aminek védelmében beépíthető a szűrőcső és a szűrőkavics réteg, miközben a béléscsövet visszahúzzák. 15

22 Vízi közművek, vízellátás 18. ábra: Csőkút 19. ábra: Parti szűrésű csőkút 16

23 Vízi közművek, vízellátás Mélyfúrású kút (20. ábra) a fúrt kutak másik típusa. A mélységi vizek (mélyebben elhelyezkedő rétegvizek) kitermelésére alkalmas (több 100 m is lehet): mélyfúrású kutak építése hazánkban igen gyakori, mert m közötti mélységben már rendszerint lehet alkalmas vizet találni, a kutak vízhozama tág határok között mozoghat: l/min, ha a nyugalmi vízszint a térszint alatt 6-7 m-nél mélyebb, a vizet búvárszivattyúval emeljük ki. 20. ábra: Mélyfúrású kút Az artézi víz a rétegvíz egyik jellegzetes típusa. A rétegvíz a medenceszerűen elhelyezkedő víztartó rétegekből a ránehezedő nyomás miatt a felszín felé igyekezne. Ha egy ilyen helyen átfúrják a vízzáró réteget, akkor a rétegvíz az artézi kútban a felszínre emelkedik. Az artézi kút működését bemutató animációs felvétel az alábbi internetcímről érhető el: Csáposkutak a parti szűrésű vízszerzés jellegzetes műtárgyai. A parti szűrésű vízkivétel a nagyobb folyókat kísérő árvédelmi töltéseken belül-, vagy a mentett oldalon a védtöltések közelében történik (Öllős, 1987). A partiszűrésű kút animációs felvétele az alábbi internetcímről érhető el: Két fő része van az akna és a csápok: Az akna: vízzáró akna, amelyet rendszerint úgy süllyesztenek le. Nagy az átmérője és kettős a funkciója. Az építés során munkatérként szolgál, abból történik a csápok kihajtása, üzemeléskor pedig víztározóként funkciónál. A csápok: vízszintes szűrőcsövek, amelyek hossza m. A csápok kihajtása kétsorban történik, minden sorban általában 5-5 csápot helyeznek el. Két fajta csápos kutat különböztetünk meg: 17

24 Vízi közművek, vízellátás - a normál csápos kút vasbetonból készül (21. ábra), 5 m átmérőjű és napi m 3 vizet ad; - a törpe csápos kút acélból készül (22. ábra), d=2,2 m átmérővel, kapacitása pedig m 3 /nap. 21. ábra: Normál csápos kút 18

25 Vízi közművek, vízellátás 22. ábra: Törpe csápos kút A karsztvíz a felszín alatti vizeknek azon típusa, amely a talaj karsztosodott kőzet rétegei között helyezkedik el. Két fő típusát különböztetjük meg: Nyílt karsztvíz esetében a csapadék és a felszíni vizek közvetlen kapcsolatban vannak karsztvízzel, táplálják a karsztvíz bázist, mivel a karsztvizet fedő kőzetrétegek nem vízzáróak. Fedett karsztvíz esetében a fedő kőzetek vízzáró jellegüknél fogva meggátolják a csapadék, a felszíni vizek karsztvíz bázisba történő bejutását. A karsztvíz kitermelését bemutató animáció az alábbi internetcímről érhető el: A víztermelő létesítmények meghatározóan fontos eleme a szivattyú. A csőkutakban a búvárszivattyúk használata általános. Egyéb vízbeszerzéseknél a függőleges- vagy vízszintes tengelyű centrifugál szivattyúkat alkalmazzák. Centrifugál szivattyú működését bemutató animáció az alábbi internetcímről érhető el: A vízelosztó rendszerek A vízelosztó rendszerek felépítését a település szerkezete, nagysága és topográfiája alapvetően befolyásolja. A tározás szempontjából csoportosítva (23. ábra) megkülönböztetünk: ellennyomó-, súlyponti- és átfolyó tározós, valamint tározó nélküli, fordulatszám-szabályozás elvén alapuló szivattyús rendszereket. 23. ábra: Tározók jellemző elhelyezései A vízelosztó hálózatok a közterületek alatt elhelyezkedő csővezetékekből és szerelvényekből állnak. Az ivóvíz hálózatok kialakítását a település nagysága és annak topográfiai viszonyai befolyásolják. A külső csőhálózatok szokásos elvi kialakítási módjait a 24. ábra szemlélteti. 19

26 Vízi közművek, vízellátás 24. ábra: A csőhálózat kialakítás lehetőségei. a.) ágas vagy sugaras; b.) összekapcsolt; c.) körvezetékes. Jelölések: 1 szivattyútelep; 2 főnyomócső; 3 gerincvezeték; 4 elosztó hálózat A tározók osztályozásánál megkülönböztetünk magas- és mélytározókat. Ezek feladata a termelés és a fogyasztás közötti eltérések kiegyenlítése, a vízkészlet tárolása, a nyomásviszonyok stabilizálása, a rendszer szabályozhatóságának biztosítása. A tározóknak a vízellátásban, mindezeken kívül kulcsfontosságú szerepe van az ellátási biztonság megteremtésében (Darabos - Mészáros, 2006). A magas tározók dombvidéken föld alatti vasbeton medencék, sík vidéken kizárólagosan víztornyok lehetnek. A vasbeton medencék térfogatát a település nagysága befolyásolja 100 m 3 -től több m 3 -es földalatti tárolómedencék ismeretesek. A jellegzetes medence elrendezéseket a 25. ábra tünteti fel. 25. ábra: Különböző medence elrendezések. a.) körgyűrű alakú; b.) kör alakú iker elrendezésű; c.) kör alakú részlegesen elválasztott; d.) kör alakú, a víz mozgását gépészeti eszközökkel szabályozva; e.) négyszögletes iker elrendezésű; f.) négyszögletes, egyébként, mint c. pontnál; g.) négyszögletes, mint d.) pontnál A magas tározók készülhetnek acélból és vasbetonból egyaránt. A vasbeton víztorony általában a nagyobb térfogatigényű megoldások kedvelt kialakítása. Ezek monolitikus szerkezetként csúszó zsaluzattal épülnek. Budapest legújabb víztornya, a Budafoki-víztorony Budafok és környéke folyamatosan növekvő vízigényének kielégítése érdekében a Fővárosi Vízművek megbízásából egy 3000 m 3 -es víztorony épült fel a Nagytétényi-fennsíkon 2008-ban ( és 28. ábra). Hasonló beruházásra több mint harminc éve nem került sor. 20

27 Vízi közművek, vízellátás A víztorony megépítését Budafok és környéke földrajzi adottságai tették szükségessé. Egyrészt, évek óta egyre többen költöznek a környékre, és a közeljövőben megvalósuló ingatlan-beruházások nyomán a lakosság számának további jelentős emelkedése várható, így a vízigény is folyamatosan emelkedik. Másrészt, a település ugyanis olyan magaslati területen található, melynek stabil és minden körülmények között zavartalan vízellátása csak egy megfelelő ellennyomást nyújtó tároló segítségével biztosítható. A Kamaraerdő melletti fennsíkon felépült, hárommillió liter víz tárolására alkalmas víztorony 42 méter magas és 700 méteres töltő- és űrítővezetékkel rendelkezik. 26. ábra: A Budafoki-víztorony metszete. Forrás: A különleges építészeti megoldásokról készült videó 21

28 Vízi közművek, vízellátás 27. ábra: A Budafoki-víztorony. Forrás: 28. ábra: A Budafoki-víztorony kivilágítva. Forrás: Az acélszerkezetű víztornyokat kisebb tárolókapacitásokhoz alkalmazzák, a hazai gyakorlatban m 3 tárolótér kialakítás a leggyakoribb. A kisebb tárolókapacitású acélszerkezetű víztornyok szokásos szerkezeti kialakítását a 29. ábra szemlélteti. 22

29 Vízi közművek, vízellátás 29. ábra: Acél szerkezetű előregyártott víztornyok kialakításának szokásos formációi. a.) gömb; b.) oszlop, kúp és gömbsüveg; c.) oszlop, kettős csonka kúp hengerrel kiegészítve; d.) oszlopsor csonka kúp kettős gömbsüveg lezárással; e.) ellipszoid; f.) oszlopon álló kettős csonka kúp; g.) hengeres oszlop A település teljes vízigénye Egy település teljes vízigénye a következő részekből tevődhet össze: lakosság vízigénye, ipar vízigénye, mezőgazdaság vízigénye, közületi fogyasztók vízigénye, tűzoltás vízigénye, közterület fenntartás vízigénye és szolgáltatási veszteségek. A lakosság vízigényének meghatározása Az ellátottság színvonala alapján a lakossági ellátás négy szintje különböztethető meg: 23

30 Vízi közművek, vízellátás A vízigényeket a fogyasztási körzetekre a lakosság száma és az éves átlagos fajlagos vízigények alapján a komfortfokozat ismeretében határozzuk meg. Ehhez általában az MSZ /1-84. sz. ágazati szabványban rögzített háztartások éves átlagos fajlagos vízigényeinek irányszámait használjuk fel: félkomfortos lakóépületek l/fő.d, komfortos lakóépületek l/fő.d, összkomfortos lakóépületek l/fő.d. Tekintettel arra, hogy itt intervallumok vannak megadva, célszerű a konkrét számításnál figyelembe veendő fajlagos értéket a jelenlegi illetve leendő üzemeltetővel egyeztetni. Tekintettel arra, hogy a lakosság vízfogyasztása időben változó, a különböző időhorizontokra jellemző vízigényeket határozunk meg: Átlagos napi vízigény ahol: n - a fogyasztási körzetek száma, N i - az ellátott fogyasztói egység mennyisége, q i - az átlagos fajlagos vízigény az i-edik fogyasztási körzetben [liter/fő/nap]. Legnagyobb napi vízigény ahol: β i - évszakos egyenlőtlenségi tényező (1,2 3). A település jellegétől függ. Legkisebb napi vízigény A legkisebb napi vízigényt a szabvány nem említi, de ismerete a tervezés során sok esetben szükséges. Az ipar vízigénye Az ipari termelés vízigényeinek biztosítására elsősorban az ipari vízellátás hivatott. Jelentőségének és fontosságának hangsúlyozása nem választható el az alapvető ténytől, hogy az ipari víz elnevezés nem vízminőséget, hanem vízhasználati célt határoz meg. A mezőgazdaság vízigénye A mezőgazdaság az iparhoz hasonlóan kétféle vízigénnyel jelentkezik, technológiai és szociális vízigénnyel. A technológiai vízigény bizonyos esetekben lehet ivóvíz-minőségű (pl. állattartó telepek) melyet a közüzemi hálózatról lehet biztosítani. Ilyen esetekben a mezőgazdasági üzem szakértőivel kell konzultálni a technológiai vízigényt illetően. A szociális vízigény megállapítása itt is a lakossági vízigényekhez hasonlóan történik. A tűzoltás vízigénye Az Országos Tűzvédelmi Szabályzat szerint (45 (8) pont): "A lakótelep és a létesítmény közös vízellátási rendszere esetén a vízvezetéki hálózatot úgy kell méretezni, hogy az a településen a kommunális átlagos, a létesítménynél pedig a technológiai víz mellett a meghatározott oltóvízmennyiséget egyidejűleg biztosítsa." Különösen kis települések esetén a hivatkozott szabályzat rendelkezései alapján meghatározott vízigény adja a mértékadó terhelést. 4. Összefoglalás 24

31 Vízi közművek, vízellátás Ebben a tanulási egységben megismertük: a víz beszerzésének lehetőségeit, a vízelosztó rendszereket, valamint a település teljes vízigényét. A felszín alatti vízkészlet az ország vízellátása szempontjából meghatározó, mivel a lakosság vízellátását több mint 90%-ban a felszín alatti vízkészletekből oldják meg. Ide soroljuk a parti szűrésű vizeket is, annak ellenére, hogy ennél a vízkivételi módnál a felszíni víz a meghatározó. Önellenőrző kérdések 1. Ismertesse a vízellátó rendszerek alapelemeit! 2. Ismertesse a víz beszerzési (vízkivételi) módokat! 3. Rajzoljon le egy tóból történő vízkivételi lehetőséget! 4. Rajzoljon le egy folyóból történő vízkivételi lehetőséget! 5. Rajzoljon le egy csőkutat! 6. Rajzoljon le egy mélyfúrású kutat! 7. Rajzoljon le egy csápos kutat! 8. Milyen különbség van a normál és a törpe csápos kút között? 9. Rajzolja le a tározók jellemző elhelyezéseit! 10. Rajzolja le a csőhálózat kialakítás lehetőségeit! 11. Milyen elemekből tevődik össze a település teljes vízigénye? 12. Mi határozza meg alapvetően a lakosság vízigényét? 13. Hogyan határozható meg az átlagos napi vízigény? 14. Hogyan határozható meg a legnagyobb napi vízigény? 15. Hogyan határozható meg a legkisebb napi vízigény? 25

32 3. fejezet - Vízi közművek, csatornázás Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a csatornázási rendszereket, valamint a csatornák műtárgyait. A tanulási egység követelménye, hogy a tanuló legyen képes ismertetni: a csatornázási rendszereket, valamint a csatornák műtárgyait. A csatornázás feladata a települések belterületének vízmentesítése, a szenny- és csapadékvizek elvezetésével (Darabos - Mészáros, 2006). A vízelvezetésnek az előzőeken kívül ki kell elégítenie: a közegészségügyi, a vízkészlet-gazdálkodási, a szolgáltatási, a városképi szempontokat és előírásokat is. A csatornamű részei: a csapadék- és szennyvizek összegyűjtésére és elvezetésére szolgáló csatornarendszer, valamint a csapadék- és szennyvizek tisztítását végző tisztítórendszer (30. ábra). 30. ábra: A szennyvíztisztítás általános folyamatábrája. (forrás: Egy szennyvíztisztító telep működését bemutató animáció az alábbi internetcímről érhető el: Csatornázási rendszerek A csatornázási rendszerek lehetnek helyi vagy regionális művek. 26

33 Vízi közművek, csatornázás Ezen belül megkülönböztetünk az áramlási viszonyok szerint: gravitációs, nyomással- vagy szívással működő, illetve vegyes gyűjtőrendszereket. A csatornában levezetendő szenny- és csapadékvizek számára: egyesített, elválasztott, valamint korrigált (javított) hálózatok létesíthetők (Markó, 1989). Egyesített, gravitációs csatornarendszer A hagyományos, egyesített rendszerű csatornák a szennyvizet és az időszakos, lényegesen nagyobb mennyiségű csapadékvizet ugyanazon csatornarendszerben vezetik le. A rendszer főgyűjtő vezetékeit viszonylag nagy keresztmetszetű csatornaelemek alkotják, melyeket túlterhelésük megakadályozása ill. mérséklése céljából bizonyos távolságokban un. Csatornahálózati túlfolyóval (záporkiömlővel) megcsapolják és a kiömlő keverék szennyvizet közvetlenül (esetleg ülepítés után) a befogadóba vezetik. Az egyesített csatornarendszerben, ideális esetben duzzasztás és túlfolyás nincs. Az egyesített rendszerű csatornahálózatok csak gravitációs üzeműek lehetnek! Az egyesített csatornarendszer előnyei: a rendszer üzemeltetése a hidraulikai viszonyok miatt egyszerűbb, az egyetlen vezeték helyigénye kisebb, az épületbekötés kedvezőbb, az egy csatorna nyilvántartása, üzemeltetése, fenntartása egyszerűbb és a beruházási költség összességében általában kisebb. Az egyesített csatornarendszer hátrányai: a befogadók keverék szennyvízzel való terhelése miatt nem felel meg a környezetvédelem mai előírásainak, a szennyvíztisztító telep terhelése kiegyenlítetlen, a csapadékvizek miatt időszakosan jelentősen túlterhelődik, az elvezetendő nagy vízmennyiségek miatt a rendszerben visszaduzzasztás gyakran előállhat (sík terep, nem megfelelő lejtés), kedvezőtlen hidraulikai viszonyok létrejötte esetén a lefolyási idő növekedése a szennyvíz "berothadását" (anaerob állapot kialakulását) segíti elő, a feliszapolódás veszélye nő, a rendszer új területek bekapcsolására, a fedettségi viszonyok változására a korlátozott hidraulikai kapacitás (szelvényméret) miatt kevésbé rugalmas és a viszonylag nagy átmérőjű gravitációs csatornák közműalagútban általában nem helyezhetők el. Egyesített, gravitációs csatornarendszer kialakítását mutatja a 31. ábra. 27

34 Vízi közművek, csatornázás 31. ábra: Egyesített, gravitációs csatornarendszer Elválasztott csatornarendszer A korszerűbb, környezetvédelmi szempontokból kedvezőbb elválasztott rendszerekben (32. ábra) a szennyvizet a szennyvízelvezető csatornák, a csapadékvizet a csapadékvíz elvezető csatornák szállítják. Az úttest alá két külön vezeték kerül. A szennyvíz a szennyvíztisztító telepre, a csapadékvíz - ülepítés után a befogadóba vezetendő. Az elválasztott csatornarendszerek szennyvíz csatornái lehetnek: gravitációs nyomás alatti ill. vákuumos rendszerűek. A szennyvíz mindig zárt, felszín alatti rendszerben vezetendő el, a csapadékcsatornák lehetnek nyílt árkok is. A csapadékvíz levezetése azonban mindig gravitációs módon történik. 28

35 Vízi közművek, csatornázás 32. ábra: Elválasztott csatornarendszer Az elválasztott csatornarendszerek előnyei: a szennyvíztisztító telep terhelése kiegyenlítettebb (mivel a csapadékvíz nem terheli), gazdaságosabb szelvényméretek alkalmazhatók, a csatornahálózat hidraulikai szempontból kedvezőbb (a szennyvízcsatornák nem lesznek túlméretezettek a csapadékvíz miatt, így kisebb a feliszapolódás veszélye), a szennyvízcsatornák közműalagútban is vezethetők, a szennyvíz- és csapadékvíz csatornák helyszínrajzilag általában a bekötési helyekhez közelebb fektethetők, a helyi adottságokhoz jobban képes alkalmazkodni (bővíthető). Az elválasztott rendszer hátrányai: a szennyvízcsatornák öblítőhatásfokuk fenntartása miatt nagyobb lejtéssel építendők, az átemelés, nyomás alatti csatornaszakaszok beiktatási igénye fokozottabb, a csapadékvíz a befogadóba tisztítatlanul jut (a befogadó szennyeződése azonban csapadékvíz tározó létesítésével mérsékelhető), a kétféle csatorna szűk utcában nehezebben helyezhető el, nyilvántartásuk, üzemeltetésük, fenntartásuk költségesebb és munkaerő-igényesebb, a teljes kiépítés beruházási költsége általában nagyobb. 29

36 Vízi közművek, csatornázás Vegyes csatornarendszer A vegyes csatornarendszerek: - az egyesített és - az elválasztott rendszert részterületként, egy rendszeren belül foglalják magukba. Az üzemeltetés szempontjából egyidejűleg alkalmazhatunk: gravitációs, nyomás alatti vagy vákuumos üzemű rendszereket (33. ábra). 33. ábra: Vegyes csatornarendszer Gravitációs csatornahálózatok A csatorna lejtését úgy kell megválasztani, hogy a csatorna öntisztuló képességét biztosítsuk. Ez megkívánja, hogy mértékadó vízhozam esetén az áramlás középsebessége legalább 0,4 m/s legyen. A víz mélysége a csatornában, a legkisebb szennyvízmennyiség esetében is érje el a 3 cm-t, a lerakódások elkerülése érdekében. A sebesség felső határértékét a csatornák építési anyaga határozza meg. A vmax helyszínen készült betoncsatornánál 3,0 m/s, az előregyártott vagy burkolt beton-, vasbeton-, kőagyag- és azbesztcement csatornáknál 5,0 m/s lehet. A műanyag csatornacsöveknél nagyobb sebességek is megengedhetők, a rendelkezésre álló tapasztalatok és kopásvizsgálatok alapján. A DN500 mm és annál nagyobb gravitációs csatornák csőanyag kínálata rendkívül változatos. Az elkövetkező évek feladatai között számolni kell nagyszelvényű főgyűjtők építésével és átépítésével. A gyakrabban alkalmazott szelvényalakok összehasonlítását, az építési módokat az 1. táblázat foglalja össze (Darabos - Mészáros, 2006). 30

37 Vízi közművek, csatornázás 1. táblázat: A gyakrabban alkalmazott szelvényalakok A kis települések gravitációs szenny-, és csapadékvíz elvezető rendszereire a kis csőátmérők a jellemzők. Ezen a területen a jó minőségű műanyag csövek elsődleges- és döntő mértékű felhasználása figyelhető meg, és a jövő szempontjából is prognosztizálható. A gravitációs vízelvezetés egyszerű és gazdaságos módszere a felszíni-, vagy felszín közeli árkok, nyílt-, és zárt folyókák rendszere a csapadékvíz elvezetésére. Ezek különböző kialakítási lehetőségeit az MSZ EN 1433 szabályozza. Néhány elvezetési lehetőséget a 34. ábra mutat be. 31

38 Vízi közművek, csatornázás 34. ábra: Felszín közeli csapadékvíz elvezetési lehetőségek a.) könnyített mederburkoló elem, b.) folyókaelem, c.) árokelem fedlappal Nyomás alatti szennyvíz-csatorna rendszer A nyomás alatti csatornarendszer működtetéséhez külső energiaforrás szükséges. A szennyvíz a nyomás alatti rendszerekben szivattyú, légkompresszor, vagy egyidejűleg mindkettő hatására mozog. Így a csatornarendszer vonalvezetése szempontjából a magassági kötöttségektől mentesíthető. A nyomás alatti rendszer további célja számos esetben az, hogy a szennyvíz tartózkodási ideje a rendszerben csökkenthető legyen, ami különösen az összegyűjtött szennyvíz nagyobb távolságra vezetésekor fontos szempont. A nyomás alatti elvezetés nem új keletű eljárás a csatornázásban. A gravitációs rendszereknél is gyakran szükség van átemelőkre és nyomócsőre. A rendelkezésre álló búvár szennyvízszivattyúk emelőmagassága általában 15,0 m körüli. Kedvezőtlen terepadottságok és hosszabb nyomócső alkalmazásakor, több átemelőtelep alkalmazása válhat szükségessé. Ilyen esetekben előnyösebb lehet a sűrített levegővel végzett szennyvízszállítás, melynek hazai elterjedése még várat magára. Vákuumos szennyvíz-csatornarendszer A kedvezőtlen topográfiai adottságokkal és altalaj-, vagy talajvíz viszonyokkal rendelkező lakó- vagy iparterületek szennyvize vákuum segítségével is szállítható. A vákuumos csatornarendszer működéséhez szükséges energia is külső forrásból származik. A vákuumközpontban levő vákuumszivattyú a szennyvízgyűjtő tartályban az atmoszférával szemben bar vákuumot kelt. A csatornarendszer ennek a vákuumnak a hatása alá kerül, amely a vízmozgást biztosítja. A vákuumos szennyvízgyűjtő rendszer működési elvét és elemeit mutatja a 35. ábra. 32

39 Vízi közművek, csatornázás 35. ábra: A vákuumos szennyvízgyűjtő rendszer működési elve és elemei A szennyvíz az épületből gravitációs vezetéken áramlik a vákuumos szennyvíz szelephez, amely a két rendszer közötti kapcsolatot biztosítja. A szelep önműködően nyílik, ha a szelep előtti gravitációs vezetékszakaszban, vagy aknában bizonyos mennyiségű szennyvíz összegyűlt. A szennyvíz a vákuumcsatorna rendszerben csak addig áramlik, amíg a szelep nyitva van. Ezért a szennyvíz szelepen való áteresztése után légköri nyomású levegőt kell a hálózatba juttatni, amely a szelep záródása után a hálózati vákuum mértékének megfelelően kitágul, majd a szennyvízszállítás leáll. A szennyvíz a vákuumcsatornában tehát nem folyamatosan, hanem szennyvízdugók formájában halad. Ennek elvi alapja, hogy a vákuum szelep késleltetve zár, így levegő is jut a vezetékbe, amely a vákuum hatására kiterjed és így mozgásba hozza a szennyvíz dugókat. A rendelkezésre álló hazai üzemeltetési tapasztalatok a téli időszakban kedvezőtlenül ítélik meg a vákuumos gyűjtőrendszereket a szennyvíz lehűlése miatt. A homogén vákuumos és nyomott szennyvízgyűjtő rendszerek hazai összehasonlítása, a létesítési - és az üzemeltetési költségek szempontjából egyaránt, a nyomott rendszereknek kedvez Csatornák műtárgyai A csatornák lényeges csomóponti elemei: a különböző funkcióval rendelkező aknák, valamint a közvetlen gerinccsatornára történő rákötések. Az akna nélkül közvetlenül a gerinccsatornára szervezett házi bekötés az egész világon elterjedt és elfogadott megoldás. A lehetséges és szokásos kialakításokat, amelyeket szinte minden csőanyagnál idomokkal oldanak meg, a 36. ábra szemlélteti. 33

40 Vízi közművek, csatornázás 36. ábra: Házi bekötések akna nélküli változatainak kialakítási lehetőségei. a.) a legkedvezőbb megoldás, b.) jó bekötés nagy szintkülönbségnél, c.) hidraulikailag kedvezőtlen megoldás. Jelölések: 1 stabilizált ágyazat, 2 illesztő darab, 3 beton ágyazat, 4 tömörített homok ágyazat Az aknák a gravitációs csatornahálózatban fontos szerepet töltenek be, annak biztonságos üzemeltetését segítik elő. Ennek érdekében a szerkezeti kialakításukat, méreteiket és egymástól való távolságukat a hálózatban úgy kell meghatározni, hogy biztosítva legyen: a csatorna tisztíthatósága (tisztítófej bevezetése, szippantás, stb.) a szennyvíz szemrevételezéses ellenőrzése és a mintavételezés lehetősége, valamint a csatorna szellőzése. Az akna a hálózaton belüli helyzete és funkciója alapján lehet: tisztítóakna (A), gerincvezetéki vizsgáló, ellenőrző (B), végponti (C), bekötő-vezetéki vizsgáló, ellenőrző (D) és egyéb (öblítő, energiatörő, átemelő) (E). A helyszínrajz kialakítás szerint megkülönböztetünk: átfolyó, csatlakozó és iránytörő aknát. A vertikális elrendezés alapján beszélhetünk: kis szintkülönbséggel csatlakozó és bukó aknákról. A javasolható átmérőket, funkciók szerint és a mélységi méret korlátozásokkal a 2. táblázat tartalmazza. 2. táblázat: Az aknák típusai 34

41 Vízi közművek, csatornázás A merev aknák közös ismérve, hogy a járműterhek közvetlenül a térszínen elhelyezett öntöttvas fedlapkeretre és fedlapra hatnak. Az előregyártott betonaknák, cm belső átmérővel készülnek, igazodva az MSZ EN 476-os szabványhoz, jelentős hazai választékkal rendelkeznek és az ország teljes területén km szállítási távolságon belül elérhetők. Egy ilyen akna szerkezetet a 37. ábra mutat be. Több környező országban az aknák fenék elemét polimer betonból előregyártva készítik. 37. ábra: Előregyártott betonakna Az azbesztcement csatornaaknák a folyamatos fejlesztések eredményeként jelen vannak az európai csatornaépítésben. A szokásos kialakítást a 38. ábra mutatja be. Ez a csatornaakna típus a műanyag csövekhez is jobb alternatíva a kisebb súly, a jobb korrózióállóság és egy sor egyéb tényező miatt. Az azbeszt kedvezőtlen megítélése miatt, helyét a termékben az üvegszál veszi át a folyamatban lévő fejlesztések és elképzelések alapján. 35

42 Vízi közművek, csatornázás 38. ábra: Azbesztcement akna vázlatos metszete. Jelölések: 1. fal, 2. átfolyási szelvény, 3. átmeneti gyűrűelem, 4. beton szűkítő idomok, 5. fedlapkeret és fedlap A rugalmas aknaszerkezetek általában hőre lágyuló műanyagokból: csőből szabászati módszerekkel, sűrített levegős sajtolással és rotációs öntéssel készíthetők. A rugalmas aknaszerkezetek közös ismérve, hogy a térszíni jármű terhek továbbítására az akna fala nem alkalmas. Az aknakamra fenéklemeze sem alakítható ki nagy, függőleges terhek altalajra történő közvetítésére. Mászható aknákat szabászati módszerekkel PVC (poli vinil-klorid) és PE (polietilén) csövekből, továbbá PP (polipropilén) lemezből állítanak elő, a hazai gyakorlatban is. Különösen kedvező a bordázott PVC csövek felhasználása (39. ábra), mivel a cső külső felületén lévő bordázat szilárdsági szempontból kedvező és aktivizálja a környező talajt, talajvíz esetén akár a felúszással szemben is. 36

43 Vízi közművek, csatornázás 39. ábra: Aknakamra bordázott csatornacsőből szabászati módszerekkel készítve 3. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismertük: a csatornázási rendszereket, valamint a csatornák műtárgyait. A település csatornázási rendszerét műszaki és gazdasági szempontok szerint kell megválasztani. Gondosan mérlegelni kell a domborzati viszonyokat, a meglevő vízelvezetési adottságokat, a kiépítés ütemezését, a befogadó vízszintes- és magassági helyzetét, az üzemeltetési, de nem utolsósorban a vízvédelmi- és egészségügyi igényeket. Településeink fejlesztése során a meglevő rendszerekhez gravitációsan csatlakoztatható területek csökkenésével kell számolni. Ennek megfelelően fokozatosan előtérbe kerülnek a vegyes gyűjtőrendszerek. Önellenőrző kérdések 1. Ismertesse a csatornázás feladatát! 2. Csoportosítsa a csatornázási rendszereket! 3. Rajzolja le és jellemezze az egyesített, gravitációs csatornarendszert! 4. Rajzolja le és jellemezze az elválasztott csatornarendszert! 5. Rajzolja le és jellemezze a vegyes csatornarendszert! 6. Rajzolja le és jellemezze a leggyakrabban alkalmazott szelvényalakokat! 7. Ismertesse a nyomás alatti szennyvíz-csatornarendszert! 8. Ismertesse a vákuumos szennyvíz-csatornarendszert! 9. Csoportosítsa és jellemezze a csatornák műtárgyait! 37

44 4. fejezet - Energia közművek Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerkedjünk: a gázellátással, a villamosenergia-ellátással, valamint a távhőellátással. Az energia a természetben: közvetlenül felhasználható formában: földgáz, kőolaj szén, stb. és energiahordozóként víz, szél, nap stb. áll rendelkezésre. A megújuló energiaforrások közül egyre nagyobb a jelentősége a szélenergiának, amelyet az európai országokban és a hazai gyakorlatban is megjelenő szélturbinák mutatnak (40. ábra). 40. ábra: Szélturbinák. Forrás: A Sopronkövesd-Nagylózs szélerőmű park építését ( ) bemutató dokumentumfilm. A biomassza energetikai felhasználása CO 2-semleges, vagyis elégetésekor csak annyi szén-dioxid termelődik, amennyit a növényi fotoszintézis felhasznált. A biomassza a szén, kőolaj és a földgáz után a világ negyedik legnagyobb energiaforrása. Világ-viszonylatban a felhasznált energia kb. 14%-át, a fejlődő országokban mintegy 35%-át képezi. Forrás: 38

45 Energia közművek A biomassza mint energiaforrás gyűjtőfogalmába a következőket soroljuk: hagyományos mezőgazdasági termények melléktermékei és hulladékai (szalma, kukoricaszár, stb.), erdőgazdasági és fafeldolgozási hulladékokat (faapríték, -nyesedék, fűrészpor, stb.), energetikai célra termesztett növények (fűfélék, fák: akác, nyárfa, éger, fűz, takarmánynövények: cukorrépa, köles, rozs, repce, stb.) és másodlagos (állati) biomassza (trágya, stb.). Az energiának a fogyasztói helyek közötti szétosztását az energia közművek: gázellátás-, villamos energiaellátás- és távhőellátás közművezetékei biztosítják Gázellátás A XX. században a városi gáz ellátás dominált. A városi gázt szilárd tüzelőanyagokból (kőszén) állították elő. A világ nagy földgáz mezőinek feltárásával és a kontinenseket behálózó távvezetékek kiépítésével a földgázszolgáltatás került előtérbe. A gázszolgáltató rendszerek általában a következő létesítményekből tevődnek össze: a gázelőállítás - gázkezelés, a gázszállítás, a gázelosztás, a gáztárolás és az irányítástechnika, továbbá az energiaellátás létesítményei. A továbbiakban kizárólag a gázelosztás településen belüli rendszereit, és az azzal összefüggő ismereteket foglaljuk össze vázlatosan. A gázellátás alapismeretei közül kiemelt fontosságú a nyomásérték, mint az üzemeltetésre jellemző adat. Ezért a gázvezetékeket az üzemi nyomás (p ü) alapján csoportosítják: kisnyomású gázvezeték: p ü 100 mbar, középnyomású gázvezeték: 100 mbar < p ü 3 bar, nagy középnyomású gázvezeték: 3 < p ü 10 bar, nagynyomású gázvezeték: p ü >10 bar Egy földgázelosztó-rendszer sémája a 41. ábrán látható. 39

46 Energia közművek 41. ábra: Földgázhálózat kialakításának vázlata. Jelölések: 1 nagynyomású távvezeték, 2 átadóállomás, 3 nagyközépnyomású hálózat, 4 ipartelepi átadó, 5 körzeti szabályozó, 6 kisnyomású hálózat, 7 lakótelepi szabályozó Gázhálózatok tervezését, építését, és üzemeltetést az MSZ EN szabvány és a Magyar Bányászati és Földtani Hivatal előírásai szabályozzák. Építési, üzemeltetési és biztonsági okokból a vezetéket elsősorban közterületre fektetik. A gázvezetékek minimális távolsága a vele párhuzamosan futó közművektől: csatorna 1,00 m, vízvezeték 0,70 m, erősáramú kábel 0,5 m, távhőellátó vezeték: földbe fektetve 1,00 m, védőszerkezetben 0,5 m, távközlő vezetékben 0,5 m. Ha a gázelosztó vezeték csatorna, vízvezeték alatt, aknán, vagy üregen megy keresztül védőcsövezni kell (42. ábra). Védőcsőbe helyezik a vezetéket akkor is, ha az beépített területen kívül burkolt közutat, vasúti, vagy villamos vágányt keresztez. A védőcsövek mindkét végét le kell zárni. A gázvezetékeket 0,80-1,20 m fektetési mélységben helyezzük el, és legalább 2 lejtésben kell kiépíteni, hogy a vezetékben kiváló kondenz vizet a vízleválasztó berendezéssel el lehessen távolítani. 40

47 Energia közművek 42. ábra: Gáz védőcső A hálózatok anyagaként jelenleg varrat nélküli és spirálhegesztésű, szigetelt acélcsövet, de nagyobb részt KPE csövet használnak fel. A KPE cső rendkívüli előnye, hogy rossz vezető képessége miatt egyedülálló az ellenállása a szokásos korrozív hatásokkal szemben. Az acél csővezetékeket és szerelvényeiket a külső korrózió ellen az alábbiak szerint lehet és kell védeni: passzív védelemmel (szigetelés), aktív védelemmel és a csővezeték egyidejű aktív és passzív védelmével. A gázipari felhasználású acélcsöveket újabban a gyártóműben extrudálással felhordott KPE védőburkolattal látják el Villamosenergia-ellátás A villamos energia ellentétben a többi energiával csak jelentéktelen mennyiségben tárolható. Ez gyakorlatilag azt is jelenti, hogy az energia termelő erőművek kapacitásának minden esetben nagyobbnak kell lennie, mint a csúcsigénynek (Darabos - Mészáros, 2006). A gazdaságos ellátás rendszere hazánkban az alábbiak szerint alakult ki: alaphálózat: 400 (220) kv-os, amelybe az erőművek közvetlenül táplálják be a villamos energiát, főelosztó-hálózat: 120 kv-os csomóponti állomásokból látják el energiával a területi terhelési súlypontokat, középfeszültségű elosztóhálózat: régebben 35-, jelenleg 20- és nagyvárosok belterületén 10 kv-os, amely a főelosztó-hálózati alállomásokról szállítja az energiát a fogyasztói területen elhelyezett közép-, illetve kisfeszültségű transzformátor állomásokig. Az alaphálózatok szinte kizárólag szabadvezetékként létesülnek ( és 45. ábra). 41

48 Energia közművek 43. ábra: Villamos távvezetékek. Forrás: ábra: Villamos alállomás. Forrás: 42

49 Energia közművek 45. ábra: Szabadvezeték-oszlopok. a.) térbeli négyszög keresztmetszetű acéloszlop; b.) ökörfejű oszlop; c.) portáloszlop d.) feszített vasbeton oszlop, kikötéssel; e.) faoszlop Jelölések: 1 oszlopcsúcs, 2 kereszttartó, 3 felfüggesztés, 4 rácsrudak, 5 feszített vasbeton oszlop, 6 kikötés, 7 vasbeton gyám, 8 faoszlop A főelosztó- és elosztóhálózatokat főleg városi területeken kábelhálózatként alakítják ki. Köztudott, hogy a kábelek létesítési költsége többszöröse az azonos feszültségszintű szabadvezeték költségeinek. Ezek összehasonlító értékeit tájékoztató jelleggel a 3. táblázat tartalmazza (Darabos - Mészáros, 2006). 3. táblázat: Kábelek fajlagos létesítési költsége Távhőellátás A távhő rendszerek szintén az energia közművek közé tartoznak, kiterjedésük változó. Megtalálhatóak a legkisebb egyedi központi fűtéstől a tömbfűtésen, a körzetfűtésen át a legnagyobb kiterjedésű városfűtésig. A hőellátás ipari, lakossági és kommunális igényeket kiszolgáló tevékenység, amely megoldható: 43

50 Energia közművek egyedi központi fűtéssel (egy épületen belül), tömbfűtéssel, körzetfűtéssel, városfűtéssel és fűtőerőművekkel. A felsorolás egyúttal területi kiterjedést is mutat. A távhőellátáson belül a távfűtés csak azokon a területeken létjogosult, ahol a hőigénysűrűség eléri a MW/km2 értéket. Fontos néhány alapvető fogalmat tisztázni távhő rendszerekkel kapcsolatban: Távhő: az az energia, amelyet a hőtermelő létesítményből (geotermikus energiát termelő létesítményből) a hőhordozó közeg (gőz, melegített víz, felszín alatti víz) alkalmazásával, távhővezetéken a fogyasztási helyre eljuttatnak. Hőtermelő létesítmény: az erőmű hőtermelő létesítménye, a fűtőmű, a kazántelep, a hulladékhőt, és megújuló energiát hasznosító hőtermelő berendezés. Távhővezeték-hálózat: az a csővezeték rendszer, a hozzá tartozó műtárgyakkal, hálózati szerelvényekkel, kapcsolódó automatikákkal, műszerekkel, elektromos berendezésekkel együtt, amely a hőhordozó közegnek a hőtermelő létesítménytől illetőleg a geotermikus energiát kitermelő létesítménytől a csatlakozási pontig történő szállítására szolgál. Hőközpont: a hőhordozó kiadására, elosztására, fogadására, átalakítására, illetőleg a távhő átadására szolgáló technológiai berendezés. A hőközpont lehet termelői, szolgáltatói, és fogyasztási hőközpont. Csatlakozási pont: a szolgáltatói, és a felhasználói berendezés határán (találkozási pontján) beépített elzáró szerkezet, ennek hiányában a fogyasztási helyet magába foglaló ingatlan tulajdoni határa. Fogyasztói vezeték: a csatlakozási ponttól a fogyasztó berendezésig terjedő vezetékhálózat. Méretezési külső levegő hőmérséklet (tkm): a sokéves meteorológiai statisztika alapján az adott területre meghatározott legalacsonyabb napi átlaghőmérsékletek, ami a méretezés alapjául szolgál. (Magyarországon három érték került meghatározásra országrészek szerint csoportosítva: -15 C, -13 C, -11 C) Fűtési határhőmérséklet: külső levegő azon napi átlag hőmérséklete, amelynél a fűtést indítani kell, illetve a fűtés leállítható, ez hagyományos technológiával készült épületeknél +12 C. Hőigény: a fogyasztók elvárásainak kielégítéséhez szükséges hőmérsékletű és mennyiségű hő. Hőszükséglet: a fogyasztók hőigénye a méretezési külső levegő hőmérsékletnél. A hőszállító közeg szempontjából a fűtési rendszerek az alábbiak szerint csoportosíthatók: alacsony nyomású gőzfűtés, forróvíz-fűtés és melegvíz-fűtés. A korszerű távhőellátás hőszállító közegéül főként forró vizet alkalmaznak. Mivel ennek hőfoka nagyobb 110 oc-nál, ezért az előremenő csővezetékben jelentős túlnyomásra van szükség. A hazai gyakorlatban általában C hőfokú vízre tervezik a rendszereket. A gőz- és forró víz üzemű távfűtő hálózatok jellemzőbb tulajdonságait tájékoztató jelleggel, könnyen összehasonlítható formában a 4. táblázat mutatja be. 4. táblázat: Gőz- és forró víz üzemű távfűtő hálózatok jellemzői 44

51 Energia közművek A vezetékhálózatot az alábbi szempontok alapján lehet csoportosítani: egyvezetékes, kétvezetékes és (esetleg) háromvezetékes Az egyvezetékes hálózat gőz hőhordozó esetében használatos, akkor, ha nagy a szállítási távolság, korlátlan mennyiségen található megfelelő minőségű víz, és a kondenzvíz a felhasználási helyen hasznosítható. A kétvezetékes rendszer meleg- és forró víz hőhordozónál a leggyakoribb. A háromvezetékes hálózat ritkábban használatos. Ott indokolt, ahol a téli és nyári hőigény között igen jelentős eltérés van. A távhő rendszer elvi sémáját használati melegvízre a 46. ábra, fűtésre a 47. ábra mutatja. 46. ábra: Távhő rendszer használati melegvízre 45

52 Energia közművek 47. ábra: Távhő rendszer fűtésre A hőtávvezetéki csőhálózatoknak amelyek általában hegesztéssel illesztett acélcsövekből készülnek sajátos tulajdonságaik vannak. Az egyik ilyen sajátosság a csővezetékek hőszigetelése, amelynek célja a hőveszteségek-, és ez által az üzemelési költségek csökkentése. A jó hőszigeteléstől: hőállóságot, rugalmasságot, tartósságot, mechanikai hatásokkal és nedvességgel szembeni ellenállást kívánunk meg. Hazai viszonyaink között a korábban épített rendszereknél salakgyapotot, üveggyapotot, üvegszálat, ritkábban kovaföld vagy perlit héjelemeket használtak. Távhővezetékek vízszintes és magassági elhelyezése Figyelembe kell venni a terület beépítettségét, illetve az általános, és részletes rendezési terveket, ezzel összhangban kell kialakítani a legkedvezőbb vezetési módot. A vezetéket ennek figyelembevételével kell elhelyezni terepszint alatt (megfelelő hőszigeteléssel és korrózióvédelemmel, esetlegesen alépítménybe), vagy felette (oszlopokon, bakokon, épületek falán, hidakon, épületek alagsoraiban, fokozott hőszigeteléssel). A hőtávvezetékeket a lakóterületeken legtöbbször a térszint alatt helyezik el. A hőszigetelést és a csővezetéket a mechanikai hatásoktól, a talajnedvességtől, de esetenként a talajvíztől is védeni kell. Ezt a feladatot látják el a különböző anyagú-, szerkezetű-, és rendszerű csővédelmek. A korábban létesített mélyvezetésű távhőellátási vezetékek előzőek szerinti védelmét előregyártott vasbeton védőcsatornákkal és fedlapokkal biztosították. Talajvizes területeken jelentős problémákat okozott a víz távoltartása. A kezdetben alkalmazott bitumenes lemezszigetelések nem váltak be. A próbálkozások közül az úgynevezett köpenycsöves megoldás terjedt el, és hazai viszonylatban minden új építésnél- és rekonstrukciós feladatnál ezt az eljárást alkalmazzák. A megoldás lényege egy PE köpenycső, melyben a távtartóban elhelyezett acél csővezeték körül a belső teret teljesen poliuretán hab hőszigeteléssel töltik ki (48. ábra). 46

53 Energia közművek 48. ábra: Köpenycsöves távhőellátó csővezeték pár beépítése közút alatt. a.) folyó (egyenes) szakasz; b.) sarokponti kialakítás A nagy átmérőjű forró vizes primer rendszerek felújításánál a meglévő vasbeton védőcsatornákat a mechanikai hatások elleni védelem céljából megtartják, és a régi csővezeték helyett új köpenycsöves csővezetékeket helyeznek el. A hőellátási csővezetékek a hőmérséklet függvényében megnyúlnak. A gyakrabban alkalmazott táguláskiegyenlítők sémáit a 49. ábra mutatja. 49. ábra: Hőtágulás kiegyenlítők. a.) azonos, vagy különböző szárhosszúságú U- vagy líra; b.) nyomvonaltöréspont; c.) kettős U- vagy líra alakú; d.) művi táguláskiegyenlítők. Jelölések: 1 fixpont, 2 táguláskiegyenlítő, 3 esetleges csőmegvezetés (tengelyirányú mozgás biztosításához A vezetékek leüríthetősége fontos szempont, emiatt 2 lejtésben kell azokat építeni. 47

54 Energia közművek Távhővezetékekkel szemben támasztott követelmények A vezetékek elvárható élettartama megfelelő karbantartás esetén legalább 33 év, és emellett legyen gazdaságosan építhető, üzemeltethető. Ezeknek a feltételeknek a teljesítését a következő felsorolás teszi lehetővé: a vezetékek külső víz és hőszigetelése egyszerű technológiával megvalósítható legyen, nedvességnek, talajvíz behatolásnak a szigetelés ellenálljon, üzemszünet esetén leürítés nélkül se legyen fagyveszélyes, megbízható hőszigetelés, belső külső korrózió elleni szigetelés mind biológiai és kémiai, mind kóbor áram ellen, gyökerek behatolása elleni védelem és az egyenlőtlen süllyedés gátolva legyen. 4. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismerkedtünk: a gázellátással, a villamosenergia-ellátással, valamint a távhőellátással. Önellenőrző kérdések 1. Milyen formában található az energia a természetben? 2. Melyek az energia közművek? 3. Csoportosítsa és jellemezze a gázvezetékeket az üzemi nyomás (pü) alapján! 4. Csoportosítsa és jellemezze a villamos energia ellátás hálózatait! 5. Ismertesse a távhő fogalmát! 6. Hogyan lehet csoportosítani a fűtési rendszereket a hőszállító közeg szempontjából? 7. Rajzolja le a távhő rendszer elvi sémáját használati melegvízre! 8. Rajzolja le a távhő rendszer elvi sémáját fűtésre! 9. Mit várunk el a jó hőszigeteléstől? 10. Rajzolja le a hőtágulás kiegyenlítőket! 11. Ismertesse a távhővezetékekkel szemben támasztott követelményeket! 48

55 5. fejezet - Távközlés, egyéb közművek Bevezető Ebben a tanulási egységben célul tűzzük ki, hogy a távközlés mellett vázlatosan bemutatásra kerüljenek az egyéb közművek is, amelyek a következők: csőposta, vezetékes szemétgyűjtés, valamint a távhűtés Távközlés A társadalmi és gazdasági fejlettség jelenlegi szintjén, az élet minden terén, elengedhetetlen a jó és pontos információ. A távközlés feladata ennek maradéktalan biztosítása (50. ábra). 50. ábra: Távközlés tornyai A BellResearch által készített trendelemzés és szakértői modellezés egyértelműen megvilágította, hogy a kiskereskedelmi távközlési piacok (vezetékes- és mobiltelefon, internet, adat- és üzleti kommunikáció, valamint tv- és multimédia-piacok) összesített nagysága 2007-ben elérte az eddigi maximumát (51. és 52. ábra) ban megtört a korábbi emelkedő trend, a görbe lefelé indult. Mindez azt jelenti, hogy a piaci szereplők 2008-ban 3 százalékos csökkenést voltak kénytelenek elkönyvelni, azaz súlyos milliárdok illantak el a távközlési szolgáltatások piacairól. 49

56 Távközlés, egyéb közművek 51. ábra: A távközlési szolgáltatások teljes piaca. Forrás: ábra: A távközlési szolgáltatások teljes piacának szerkezete 2008-ban. Forrás: A távközlő berendezések azok a közhasznú vezetékes-, vagy vezeték nélküli rendszerek, amelyek hírek, üzenetek, állapotok távjelzésére, továbbá forgalmi és közüzemi távirányításra, távvezérlésre használhatók. A fejlődés az utóbbi évtizedben igen jelentős volt. Különös jelentőségű a tömegkommunikáció vezetékes és vezeték nélküli rendszereinek fejlődése. A vezeték nélküli rendszerek fejlesztéséhez a település esztétikáját is jelentősen érintő tornyok, átadó állomások és egyéb létesítmények tartoznak. Az automatikus üzemmódba való áttérés a közműveknél is napirenden van. A vízellátásban és a szennyvízelvezetés újszerű megoldásainál az üzemirányítás ugyancsak rövidhullámú frekvenciákon valósul meg, amely további jeladó rendszerek telepítésével terheli meg a városképet. Az elkövetkező évek fontos feladata a jeltovábbító rendszerek oszlopszerkezeteinek újra értékelése és a telepítések átgondolása, a tájat zavaró-, továbbá felesleges tornyok megszüntetése. 50

57 Távközlés, egyéb közművek A városi vezetékes távbeszélő-állomások számának gyors növekedése a kábelek számát, és így az elfoglalt területet jelentősen növeli. A posta szolgáltatásai közül a levél-, csomag-, távirat- és hírlaptovábbítás is fontos feladat. Nagyobb külföldi városokban ezek részére gyűjtőközművek létesítését tervezik. A távközlési létesítmények költségigényes eleme a vezeték. Ezek közül a legelterjedtebbek a távbeszélő hálózatok, amelyek: föld felett és föld alatt egyaránt elhelyezhetők. Mindkét hálózati rendszer közös tulajdonsága, hogy a nyomvonalaik az utak és vasutak vonalvezetését követik. Ez alól csak a villamosított vasútvonalak képeznek kivételt, a hálózati zavarok miatt. A föld feletti hálózatokat kisebb településeken, vagy nagyobb települések alárendeltebb részein alkalmazzák. Ezek tartószerkezetei a betongyámokhoz erősített, átitatott fenyőfaoszlopok. Városok belterületén és fontos helyközi nyomvonalaknál főként kábelt alkalmaznak. A föld alatti kábeleket általában alépítményben helyezik el. A létesítés alapja az elrendezési vázlat, melyre egy példát az 53. ábra mutat be. 53. ábra: Alépítmény elrendezési vázlata. Jelölések: 1 főelosztó; 2 kábelcsatornák a szükséges darabszám jelével; 3 szekrény vagy akna egy-, illetve kétrészes Az alépítmények létesítéséhez felhasznált anyagok alkalmazásában jelentős változás figyelhető meg. Míg korábban szinte kizárólag különböző befogadóképességű beton tömbcsatornákat használtak, addig napjainkban a kábelvédő műanyagcsövek és csőrendszerek kerültek előtérbe Egyéb közművek 51

58 Távközlés, egyéb közművek A városi közlekedés közismert problémái miatt egyre több országban kísérleteznek egyes szolgáltatások csővezetékes rendszerré alakításával (Darabos - Mészáros, 2006). Ezek közül: - a csőposta, - a vezetékes szemétgyűjtés és - a távhűtés érdemel figyelmet. CSŐPOSTA A posta további szolgáltatásait a következő gyűjtőcső rendszerekkel lehet racionálisan megoldani: városi csőposta, expresszlevél csőposta, nagy csőposta és föld alatti csomagszállító csőrendszerek. Ezek tervezésére és létesítésére az NSZK-ban dolgoztak ki részletes irányelveket. A rendszerek főbb adatait az 54. és 55. ábrák tartalmazzák. 54. ábra: Csőposták keresztmetszeti elrendezése és átmérői A szállítócső anyaga acél, azbesztcement és műanyag is lehet. Az illesztések kialakítása illetve hibátlansága a rendszer működését alapvetően befolyásolja. A teljes vezetékrendszer légzárósága szükséges ahhoz, hogy a szokásos gáz-levegő keverék nyomását a szállító csőhüvely továbbítására biztosítani lehessen. 52

59 Távközlés, egyéb közművek 55. ábra: Csőposta rendszerek sémái az üzemmód függvényében VEZETÉKES SZEMÉTGYŰJTÉS A kommunális hulladékok gyűjtése, szállítása, elhelyezése és kezelése egyre nehezebben megoldható feladat. A zárt, vákuumos szállítás teljesen automatizált, rugalmasan bővíthető, higiénikus módszer. Az alkalmazott sebesség m/s. A gyűjtőközpontokat mintegy 5000 lakásegységenként kell létesíteni. Lényeges szerkezeti elem a közel vízszintesen, 1,0-1,5 m földtakarással fektetett acél csővezeték, amelynek belső átmérője mm. A pneumatikus gyűjtési rendszer amelynek vázlatos kialakítását a 56. ábra mutatja be az alábbi főbb részekből áll: lakóépületek, szemétledobó csövekkel, ürítő szelepekkel, épületen belüli alapcsőhálózattal, gyűjtő csővezeték hálózat és gyűjtőközpont; légszállító gépekkel, szemétleválasztó ciklonnal, finom levegőszűrővel, szemétkonténerrel, tömörítő berendezéssel és automatikus működtető vezérléssel. 53

60 Távközlés, egyéb közművek 56. ábra: Csővezetékes szemétgyűjtés szívott rendszerben. Jelölések: 1 szállítólevegő-szelep, 2 lakóépület ejtőaknával, 3 szemét útja, 4 szállító csővezeték, 5 szemétgyűjtő-állomás, 6 levegőkifúvás, 7 szemétgyűjtő akna TÁVHŰTÉS Az utóbbi évtizedekben megváltozott lakó- és középület építési technológiák miatt a légkondicionálás az emberi környezet fontos tényezőjévé vált. A lakóépületeknél az egyedi, egy lakás egy berendezés terjedt el. Az egyedi berendezéseknek a hatásfoka-, és az esztétikai hatásai a homlokzatokon egyaránt nem kielégítő. A nagyobb városközpontok; tömbösített középületei, kulturális- és kereskedelmi épület együttesek, bevásárló centrumok, továbbá ipari létesítmények hűtését egyedi, de központosított berendezésekkel biztosítják. A távhűtés iránti egyre növekvő igények a témakörben jelentős fejlesztéseket indikáltak. A jelenleg ismert szakmai álláspontok szerint a tömb-hűtőművek és a távfűtés-távhűtés rendszerkombináció alkalmazása került előtérbe. 3. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismerkedtünk a távközlés mellett az egyéb közművekkel is, amelyek a következők: csőposta, vezetékes szemétgyűjtés, valamint a távhűtés. A távközlési piac 2007-ben ért csúcsra, azóta csökkenő trendet mutat. A jövő az új generációs hálózatokon, több platformon nyújtott komplex, integrált szolgáltatásoké lehet. A BellResearch átfogó keresleti kutatássorozata, a Magyar Infokommunikációs Jelentés alapján világossá vált, hogy a 2008-as esztendő drámaian különbözik a korábbiaktól - a távközlési cégek számára legalábbis. És ezt ráadásul még nem is tulajdoníthatjuk a válság hatásának - az utóbbi következményeit egyelőre még becsülni is nehéz volna a BellResearch szerint. Akadtak pozitív momentumok is 2008-ban, az értékesített SIM-kártyák száma például rekord mértékben növekedett. 54

61 Távközlés, egyéb közművek Következő generációs hálózatok Hasonlóan pozitív vélekedésre adott okot, hogy a Magyar Telekom bejelentette nagyszabású NGN (next generation network) hálózatfejlesztési koncepcióját, amelynek keretében öt éven belül 1,2 millió háztartásba húzhatják be a száloptikát vagy vezetik be a Eurodocsis 3.0-t a kábelen. Sőt, 2008-ban robusztus maradt a lakossági internetpenetráció bővülése: míg 2007-ben "csupán" minden negyedik háztartás (27 százalék) fizetett elő internet-hozzáférésre, addig 2008-ban ugyanez az arány már 36 százalék volt. A szélessávú mobilinternet a szárnyait bontogatta, meghirdették a negyedik, illetve a 450 MHz-es mobillicencet, a DVB-T-vel kapcsolatos fejlesztések első eredményei már érezhetőek. Önellenőrző kérdések 1. Ismertesse a távközlés feladatát! 2. Rajzoljon egy alépítmény elrendezési vázlatot! 3. Ismertesse a csőposták fajtáit! 4. Ismertesse a csővezetékes szemétgyűjtés szívott rendszerét! 5. Ismertesse a távhűtés lehetőségeit! 55

62 II. rész - témakör. Csőanyag- és csőkötéstechnika Bevezető A fejezet célja, hogy megismerkedjünk a közművek csőanyagával és csőkötés technikájával. Ennek érdekében a témakör tartalma a következőket foglalja magába: a csövek osztályozása, gravitációs és nyomó csövek ismertetése. A témakörhöz kapcsolódó követelmények: tudni kell ismertetni a csövek osztályozását, részletesen tudni kell ismertetni a gravitációs és nyomó csöveket, valamint rajzolni kell tudni a különböző csőkötéseket. TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS A cső a víz- és gázszállítás-, a vízelvezetés alaplétesítménye. A négyszögletes formációból alakult ki évszázadokon keresztül. A római birodalomban már égetett agyagcsövek, falazott nagyszelvényű csatornák és az ólomcső is használatban volt. Az 1800-as évek elején megjelenik az álló öntésű öntöttvas cső, tovább fejlődik az ólomcső a kovácsolás technikájával, továbbá a forrasztással, és megkezdődik a kovácsolt acélcső gyártás is. A két világháború közötti időszak hoz változást a fejlődés felgyorsulásával. Az öntöttvas cső centrifugális öntése, az extrudált és hosszvarratos acélcső gyártása, a kőagyag- és a betoncsövek elterjedése, hoz új szint a mennyiségében jelentősen megnövekedő csővezeték építésben. A II. Világháború elején a vas- és az acél iránti növekvő igények miatt megjelenik az új nyomócső, az azbesztcement. A II. Világháborút követő időszak változatlan csőanyagok mellett a gyártási technológiákban hoz forradalmi változásokat. Az 1960-as évektől előtérbe kerül a vasbeton csőgyártás és megjelenik a műanyag, a gömbgrafitos öntöttvas cső. Megindul a spirálvarratos acélcső gyártása. Az 1980-as évek második fele egy új korszakot nyit a csőanyag- és csőgyártás fejlesztésében. Ezt a csőpiacért való harc jellemzi, melyben a pénz a domináns tényező. A pozitív fejlődést jelzi a fémes csöveknél a rétegelt falszerkezet, amely kívül- és belül egyaránt a korrózióvédelmet tekinti súlyponti feladatának. Újabb műanyag csőtermék az üvegszál erősítésű poliészter és megjelenik a cement nélküli polibeton. A "hagyományos" műanyag csövek a PVC és a PE az alapanyagár folyamatos emelkedése miatt csak az alapanyagok szilárdságának növelésével, a falvastagságok vékonyításával, újszerű üreges és rétegelt falszerkezetekkel küzd piaci részesedésének megtartásáért, esetleg bővítésért az árversenyben. A CSÖVEK OSZTÁLYOZÁSA

63 A közműhálózatok csővezetékei több szempont szerint osztályozhatók (Darabos - Mészáros, 2006): Anyag szerint megkülönböztetünk: fémes anyagú, cement kötőanyagú, kerámia és műanyag csöveket. Ez utóbbiak lehetnek hőre lágyuló és hőre keményedő csövek. A rendszer merevség szerinti osztályozás: merev, rugalmas és átmeneti kategóriákba sorolható csövek. Attól függően, hogy a környező talaj- és a cső összenyomódásának a viszonya hogy alakul. A falszerkezet kialakítása szerint megkülönböztetünk: homogén, bordás, üreges és különböző anyagokból rétegekből álló vegyes falszerkezeteket. A csőkötés alapján: felnyíló kötésű, húzóerő felvételére alkalmas, a cső anyagával homogén és eltérő anyagú lehetőségekről beszélhetünk. Erőtani szempontból: a tokot, mint felnyíló és a hegesztést, mint húzóerő felvételére alkalmas és folyamatos csőszálat, eredményező kötést említjük. A legfontosabb osztályozási szempont a funkció szerinti: gravitációs és nyomó csöveket különböztetünk meg.

64 6. fejezet - Gravitációs csövek Bevezető Ennek a tanulási egységnek a célja, hogy megismerjük a gravitációs csöveket és azok csőkötéseit. A gravitációs csatornák: csövekből, aknákból, továbbá idomokból és szerelvényekből állnak. Ebben a legnagyobb volument a cső képviseli. Az üzemeltetési költségek szempontjából jelentős tényező az amortizáció. Ez akkor alakul kedvezően, ha a rendszerek alapelemei azonos élettartammal, illetve elhasználódással rendelkeznek. Említeni kell, hogy a hazai csatornázási rendszerben, és a fejlesztésekben egyaránt a kisebb mm csőátmérők dominálnak. A nagyobb csőszelvények a nagyvárosok egyesített rendszerű csatornázásainak fő-és mellékgyűjtőire jellemzők. Ezek napjainkban már leginkább rekonstrukciós feladatként jelentkeznek. A következőkben összefoglalunk néhány fontosabb ismeretet csőanyagonként Öntöttvas cső A hagyományos öntöttvas csatornacső előnyös tulajdonságai a szennyvíz-elvezetésben, hazai viszonylatban is közismertek. A Parlamentben az elmúlt évtizedben átépített alapcsatorna hálózat 75 év feletti élettartama és állapota igazolta az elvárásokat. A gömbgrafitos öntöttvas (GÖV) megjelenésével és a korszerűsödött gyártástechnológiákkal: a cső húzószilárdsága, és a korrózióval szembeni ellenállása jelentős mértékben javult. Egy gömbgrafitos szerkezetű csőfal, 200 szoros nagyításban az 57. ábrán látható (Kiss-Mészáros, 2006). A szennyvízelvezető csatornáknál: belső korrózióvédelemként katepox műgyanta és külső felületen: polietilén, bitumen, cink és az utóbbi kettő kombinációja képezi a bevonati alternatívákat. 58

65 Gravitációs csövek 57. ábra: GÖV csőfal részlete 200 szoros nagyításban A közcsatornákhoz ajánlott idom-, szerelvény- és szerelési alternatív lehetőségeket az 58. ábra szemlélteti. 58. ábra: GÖV vízelvezető rendszer elvi sémája. Jelölések: 1 GÖV csőakna különböző funkciókra, 2 padlóösszefolyók bűzzárral, 3 bekötőcsövek szennyvízre, 4 tokos csőkötések, 5 csapadékvíz bekötőidomok, 6 csőrekötő nyeregidomok, 7 pincetéri vízbevezetés idomai, 8 különböző fokozatú ívidomok, os T-idomok eltérő bekötőcső átmérőkhöz, 10 különböző anyagú leszállóakna kombinációk, 11 könnyű- és masszív összekötő bilincsek, 12 aknába és szabadon építhető (zárt) tisztítóidomok, 13 utcai összefolyó rendszerek, 14 húzásbiztos tokos kötések (különleges feladatokhoz), 15 GÖV cső vízelvezetéshez DN mm méretekben, 16 áttolóidom, 17 akna T-egál idomból eltérő anyagú felmenőrésszel, DN 800 mm és nagyobb átmérőkhöz A vízelvezető rendszerekhez a tokos-, és a könnyű-, vagy masszívabb kivitelű (pld.: STRAUB) bilincsek használatosak. A leggyakrabban használt TYTON tokos és a masszívabb bilincsek általános sémáját az 59. ábra ismerteti. 59. ábra: GÖV vízelvezető rendszerek legáltalánosabb csőkötései. a.) TYTON tok; b.) masszív csőbilincs. Jelölések: 1 gumitömítés, 2 tokrész, 3 korracél pánt, 4 gumimandzsetta, 5 összehúzó csavarok 59

66 Gravitációs csövek A régi- és új városközpontokban, illetve egyéb frekventált területeken a GÖV cső hosszú távú, jó megoldást kínál Kőagyag cső A kőagyag csövekkel is kedvezőek a hazai tapasztalatok. Jelenleg már csak a legidősebb hazai szakemberek is csak hallomásból tudják, hogy valamikor, a pécsi székhellyel működő Finomkerámiaipari Művek gyártott jó minőségű kőagyag csöveket a hazai csatornázás részére. Ezek a korabeli termékek konstruktív tokmélységgel rendelkeztek, melyet karbolíneumban áztatott kenderkóccal, és bitumenhabarcs kiöntéssel, ritkábban kénhabarccsal, esetleg műanyag habarccsal tömítettek. A tömítés igényeinek megfelelően a tok belseje és a csővég rovátkolt volt a tömítés tartósságának biztosítása érdekében (Kiss-Mészáros, 2006). A századfordulón lefektetett kőagyag csatornák az üzemi érdesség és az erőtani szempontok alapján, több évtizeden keresztül kifogástalanul üzemeltek. A korábban hivatkozott tokos csőkötések tömítései, mintegy 75 év elteltével elöregedtek, ezért felújításra szorultak. Európában (Svájc, Németország, Anglia) a szennyvízelvezetésben a leggyakrabban alkalmazott csőanyag. 60. ábra: Tokos kőagyag cső. a.) axonometriában, b.) metszetben Beton- és vasbeton csövek A beton- és vasbeton csövek korábbi kedvezőtlen korróziós tapasztalatai a terméket az egész világon a kisebb (DN 200 DN 600 mm) átmérőtartományokban átmenetileg visszaszorították. Az elmúlt évtizedben Nyugat-Európa nagy csőgyáraiban jelentős fejlesztéseket hajtottak végre: áttértek a zúzott szögletes szemcséjű adalékanyagra, a korrózió-állóságot fokozó adalékanyagokat és bevonatokat alkalmaztak, korszerűsítették a bedolgozást (sima, zárt külső-belső felületeket hoztak létre), 60

67 Gravitációs csövek termékeik igény szerint elláthatók különleges korrózióvédő belső réteggel is (BKU, GFK, stb.), korszerűsítették a cső- és aknaelemek kötéstechnikáját (lásd: 61. ábra). A gördülő- és ellapuló gumigyűrűs tömítések (a és b ábrarész) nem igazolták az elvárásokat, folyamatosan háttérbe szorulnak. A legkorszerűbb kötéseket a cellás gumiprofilos tömítések alkalmazása jellemzi. A cellás gumiprofilok (fh.) ábrarész kevésbé érzékenyek a tömítőanyag keménységére. Így a cellás gumitömítésű kötéseknél a tokrepedés is ritkábban előforduló jelenség. 61. ábra: Beton- és vasbeton csövek, illetve aknaelemek vízzáró kötései. a.) gördülő gumigyűrű, b.) ellapuló gumigyűrű, c.) ékes gumitömítés, d.) ékes aknaelem tömítés, e.) kettős ékes aknaelem tömítés, f.) keskeny csapos cellás gumiprofil, g.) széles csapos cellás gumiprofil, h.) keskeny csapos cellás gumiprofil aknához Azbesztcement cső A kezdet az 1901-es évre tehető, amikor az osztrák Ludwig Hatschek szabadalmat jelentett be: Herstellung von Kunststeinplatten aus Faserstoffen und hydraulischen Bindemitteln termékre. Lényegében véve ez volt az azbesztcement ban már ETERNIT márkanéven azbesztcement lemezeket gyártanak és kézzel formázott, csövekkel kísérleteznek. Az azbesztcement cső gyártása és termékként történő elfogadása 1913 után kezdődött. A jelentős fordulat a felhasználásban az 1930-as évek elején kezdődik, amikor a II. Világháború miatt az acél elsőrendű stratégiai anyaggá válik. A megnövekedő igények miatt az ac. csőgyártás gyors fejlesztésnek indul. Szinte minden országban a II. Világháborút követő helyreállítások és kezdeti településfejlesztések meghatározó csöve lesz az azbesztcement. Több országban, így hazánkban is az ivóvíz hálózatok mintegy 50 %-a azbesztcement csőből épül az 1960-as évek elejéig (Kiss-Mészáros, 2006). Az azbesztcement csövek fokozatos kiszorulása az ivóvízellátásból maga után vonta, hogy a gyártók újabb fejlesztései a vízelvezetési ágazatot helyezték előtérbe. 61

68 Gravitációs csövek 62. ábra: Azbesztcement csövek kötései. a.) REKA csőkötés, b.) GIBAULT kötés, c.) UNIGOM könnyű: DN és UNIGOM-S: DN , d.) EFK-kötés. A GIBAULT kötés hátránya a fém kötőelem korrózió érzékenysége. A környezetvédelem szigorodó előírásai miatt az AC csőgyártás megszüntetése és azbesztmentes technológia elterjedése valószínűsíthető Műanyag csövek A PVC (poli vinil-klorid), a PP (polipropilén) és a PE (polietilén) cső egyértelműen a hőre lágyuló műanyagok családjába tartozik (Darabos - Mészáros, 2006). Az alkalmazott műgyanta kötőanyag függvényében a további általában üvegszál erősítésű csőtípusok lehetnek: 1. hőre lágyulók és 2. hőre keményedők is. A műgyanta kötőanyagú csövek a hagyományos hőre lágyuló műanyag csövekhez képest számottevően magasabb árfekvésük miatt elsősorban a rekonstrukciós- és különleges feladatok megoldásánál kerülnek alkalmazásra. A PVC, PP, és PE csövek hőre lágyuló tulajdonsága az alkalmazhatóságot és az élettartamot egyaránt befolyásolja. A fenti csőanyagok alkalmazási hőmérsékleteit a 63. ábra tünteti fel. 62

69 Gravitációs csövek 63. ábra: Hőre lágyuló műanyag csövek alkalmazási hőmérséklet tartományai A PVC tokos cső a hazai csatornázásban a legelterjedtebb. A kommunális szennyvízelvezetésben meghatározó jelentőségű. Az üvegszál erősítésű műgyanta csövek (ÜPE) illesztésére a 64. ábrán bemutatott kötéstechnikákat alkalmazzák. 64. ábra: Üvegszál erősítésű műgyanta csövek (ÜPE) kötései a.) ragasztás; b.) tokos gumigyűrűs; c.) tokos húzásbiztos Hazai viszonylatban csak a ragasztás-, majd később a tokos gumigyűrűs kötés terjedt el. A hazai ÜPE (üvegszállal erősített) csövek a viszonylag magas előállítási költségek miatt szinte kizárólag a rekonstrukciós feladatoknál kerültek alkalmazásra Polimer beton cső A polimer betonelemek a felszíni vízelvezető rendszerekben, a speciálisan agresszív szennyvizek elvezetésében és közmű-rekonstrukciós feladatokban bizonyították előnyös tulajdonságaikat. 63

70 Gravitációs csövek Az epoxi- és poliészter gyanták széleskörű elterjedésével: - kis súlyú, - nagy nyomószilárdságú, - különleges vegyszer- és fagyállóságú, továbbá - jelentéktelen vízfelvételű - vékonyfalú betonszerkezetek előállítására adódtak lehetőségek. A polimer beton technológia közismert. A polimer beton a hőre keményedő duroplaszt műanyagok családjába tartozik. Ez azt is jelenti, hogy a kémiai kötés létrejötte után az anyag termikusan nem, tehát csak mechanikusan formázható. A duroplaszt tulajdonsággal együtt jár az időben stabil rugalmassági modulus, mely a mélyépítésben, különösen a csatornázásban előnyös tulajdonság. A polimer beton kis- és nagy elemek előregyártására egyaránt alkalmas. A polimer beton a nevében szereplő beton szónak megfelelően betonszerű anyag. A szokványos betonokhoz képest a legnagyobb különbözőség a kötőanyagban van, mely nagy értékű, mátrixkötésben szilárduló poliészter gyanta. Az irányítás nélküli kötés gyors folyamat és jelentős hőfejlődéssel jár, amelyet adalékokkal és a hőmérséklet szabályozásával lehet szabályozni. Az adalékanyag általában négy frakcióból összeállított szilikátból áll, amelyet a felhasználás előtt tisztítanak és szárítanak. Az adalékanyag és a poliészter gyanta keverése automatizált és folyamatosan, a hőmérséklet ellenőrzése mellett történik. A polimer beton összetevőinek vázlatos bemutatását a 65. ábra tartalmazza (Kiss-Mészáros, 2006). 65. ábra: A polimer beton alkotórészei A gyártástechnológia közel áll a vékonyfalú betonelemek gyártásához. Ennek ellenére hazai gyártású csövek, kéreg- és egyéb csatornázási elemek nem állnak rendelkezésre. A külföldről behozható termékek súlyos tehertétele a költséges szállítás. 7. Összefoglalás Rövid értékelésként az egyes fejezetekhez a következőket lehet kiemelni: A GÖV (gömbgrafitos öntöttvas) cső hazai realitásai a kiemelt jelentőségű létesítményeknél a telken belüli, főleg szabadon szerelt csővezetékeknél adódhatnak. A kőagyag cső kiváló alternatíva a szennyvízelvezetésben, de csak akkor, ha a hazai altalaj- és talajvíz viszonyoknak megfelelő ágyazási módszereket alkalmazunk. A nagyobb városok központjai, történelmi városrészek és körzetek feltétlenül a kőagyag cső fektetésének területei. 64

71 Gravitációs csövek A beton- és vasbeton csatornázási csővezetékek területén az utóbbi években jelentős pozitív változás észlelhető. Sokat javult a csőfelületek habarcsoltsága és a csőfal minősége. Egy minőségi betoncsőnek helye van a hazai szennyvízelvezetésében. Az ac. (azbesztcement) cső beteljesítette küldetését. A likvidálás főleg a csatornahálózatoknál méltánytalan és talán meggondolatlan is. Az egész koncepció gazdasági oldala nem tűnik teljesen átgondoltnak. Ezen a területen az EU elvárások és erővonalak megismerése után, előremutató munka kínálkozik. Az ÜPE (üvegszállal erősített) csővel eddig szerzett hazai tapasztalatok kedvezőek. A hazai rekonstrukciós tapasztalatok a csővel kapcsolatban ugyancsak pozitívak. A polimer beton csatornacsővel már történtek sikeres hazai rekonstrukciós próbálkozások. Ez a termék és anyag a régi, rekonstrukcióra érett, nagy csatornaszelvények bélelésének egyik kiváló alternatívája. Önellenőrző kérdések 1. Csoportosítsa a közműhálózatok csővezetékeit! 2. Milyen elemeket tartalmaznak a gravitációs csatornák? 3. Ismertesse és jellemezze az öntöttvas csöveket! 4. Ismertesse és jellemezze a kőagyag csöveket! 5. Ismertesse és jellemezze a beton- és vasbeton csöveket! 6. Ismertesse és jellemezze az azbesztcement csöveket! 7. Ismertesse és jellemezze a műanyag csöveket! 8. Ismertesse és jellemezze a polimer betonelemeket! 65

72 7. fejezet - Nyomócsövek Bevezető Ennek a tanulási egységnek a célja, hogy megismerjük a nyomócsöveket és azok csőkötéseit. A nyomócsövek területén is jelentős fejlesztések történtek az elmúlt évtizedben, bár ezek közel sem olyan látványosak, mint a gravitációs rendszereknél. A következőkben: az öntöttvas-, az acél-, a vasbeton- és a műanyag nyomócsőgyártás és fejlesztés fontosabb ismérveit mutatjuk be Öntöttvas cső A gravitációs csöveknél jelzett gömbgrafitos öntöttvas (GÖV) falszerkezet a nyomócsöveknél is általánossá vált (Darabos - Mészáros, 2006). Az MSZ EN 545 az ivó- és tüzivíz ellátó rendszerekhez egységesítette a GÖV öntvény nyomócső és idomrendszert. A GÖV nyomócső DN 60 - DN 200 átmérőtartományban szériatermék. Vízellátási célokra: A leggyakoribb bevonati rendszerek a zink-, a bitumen-, a műgyanta és ezek kombinációi. A tokos kötés kiegészítő elemekkel húzás-biztossá tehető (66. ábra). 66

73 Nyomócsövek 66. ábra: Húzásbiztos csőkötés (öntöttvas cső) Acél cső Az acél nyomócsövek a különböző gyártási eljárásokkal szinte korlátlan átmérőtartományban készíthetők. A korszerűség ezeknél is a réteges csőfal-szerkezet kialakításában jelentkezik: A belső korrózióvédelem ennél a csőtípusnál is gyárilag felhordott mm cementhabarcs bevonat. A külső felületen a legmagasabb fokú korrózió védelmet az extrudálással felhordott PE (polietilén) bevonat képezi. A rétegelt falú acélcsövek összekötésére négy lehetőség kínálkozik: tokos kötés (DN mm között), hegesztés egyenes illesztéssel, hegesztés tokos kialakítással és gyári karimás kötés fix-, vagy laza karimával. A fentiek szerint megújult acélcső kiváló alternatíva a gáz-, és a vízellátásban egyaránt Vasbeton cső A vasbeton nyomócsövek hazai gyártása és alkalmazása nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket. A gördülő gumigyűrűs kötés, az acélbetétek kis betontakarása miatti nem kielégítő korrózióvédelme, az építés nehézségei mind az alkalmazás ellen szólnak. Hazai viszonylatban több 10,0 km nagy átmérőjű távvezeték létesült vasbeton csőből, amelyeknek tekintettel a mintegy 30 éves élettartamukra a rekonstrukcióját nagy valószínűséggel a közeljövőben meg kell oldani Műanyag csövek A nyomócsőként alkalmazott műanyag csövek: hőre lágyuló és hőre keményedő csoportokba sorolhatók. 67

74 Nyomócsövek A hőre lágyuló műanyag csövek csoportjába: a polietilén (PE) - korábbi megnevezése KPE volt, a polipropilén (PP) és a kemény poli vinil-klorid (PVC) anyagú gyártmányok sorolhatók. A hőre lágyuló termoplaszt műanyagok óriási láncmolekulákból épülnek fel: a csöveket extrudálással, az idomokat általában fröccsöntéssel állítják elő. Az extrudálás a hőre lágyuló műanyagok egyik gyakori feldolgozási eljárása (67. ábra). Extrudáláskor vég nélküli folyamatos terméket állítanak elő, mint pl. a csövek, rudak, különböző idomok, lemezek, fóliák, stb. Az extrudálás művelete során a műanyagot a gép villamos fűtése az ömlesztőhengerben megolvasztja és azt a csigaszerszámon átsajtolja. 67. ábra: Extrudálás. Forrás: A fröccsöntés a hőre lágyuló műanyagok legjellemzőbb feldolgozási eljárása, de egyre inkább alkalmazzák hőre keményedő műanyagok esetén is (68. ábra). Első lépésként a műanyagot az ömlesztőhengerbe adagolják, ahol azt a villamos fűtőtestek felmelegítik és megolvasztják. Ezzel egyidőben a szerszámot zárják. A következő műveletben a megömlesztett műanyagot megfelelő nyomással a hűtött szerszámba lövellik. Végül a megdermedt munkadarabot a szerszámból kidobják. 68

75 Nyomócsövek 68. ábra: Fröccsöntés. Forrás: A műanyag csövek kedvező tulajdonsága: a csekély önsúly, a kiváló vegyszer- és korrózióállóság, a könnyű megmunkálhatóság és a hosszú élettartam (~50 év). A felsorolt anyagok közül a PP csöveket nagyobb hőfokú közegek szállítására alkalmazzák. Ezeket elsősorban a nagyobb hőterhelésű üzemekben és a szennyvíztisztító telepeken belül, technológiai csővezetékként használják. A PVC nyomócsövek ragasztott (D mm között, PN 10 nyomásfokozatra) és tokos gumigyűrűs (D mm között, PN 6, PN 10 és PN 16 bar nyomásfokozatra) kötésekkel rendelkeznek. A legáltalánosabban alkalmazott nyomócső a PE. A polietilén csövek alapanyagát a PE granulátumot az etilén polimerizációjával állítják elő. A PE csövek méretválasztéka D 20-tól D 1600 mm-ig terjed. Ezek adatait az MSZ EN :2033 szabvány tartalmazza. A csöveket szálban általában 6, 12, 18 m hosszúságban illetve hazai viszonylatban D 160 mm átmérőig tekercsben gyártják. A tekercsek az átmérő függvényében m csőmennyiséget tartalmaznak (Darabos - Mészáros, 2006). A PE csövet az egyedülállóan sokoldalú kötéstechnika jellemzi (lásd: 69. ábra). 69

76 Nyomócsövek 69. ábra: PE csőkötés technikák. a.) tokos (rövid és hosszú), b.) alumínium feszítőcsatos gyorskötő, c.) lazakarimás hegesztőtoldatos, d.) fűtőszálas elektromos hegesztő idom, e.) tompahegesztés, f.) extrudációs hegesztés (nyomó-csöveknél nem javasolt). A PE csővezetékek oldható kötésfajtái: a mechanikus gyorskötőkkel (szorítókötés), a tokos csőkötéssel és a karimás kötéssel valósítható meg. Hazai viszonylatban a gyorskötőket D 110 mm méretig alkalmazzák. Alkalmasak a PE- és acél csövek összekötésére is külső-, vagy belső menettel. A kötés szerkezeti felépítését a 70. ábra tünteti fel. 70. ábra: PE szorítókötés metszetben és nézetben. Jelölések: 1 PE cső, 2 szorítócsavar, 3 szorító gyűrű, 4 tömítő gumigyűrű, 5 csatlakozó rész, 6 külső menet acélcső csatlakoztatásához. A tokos kötés a hazai polietilén vezetéképítésben kevésbé alkalmazott és ismert megoldás. Nyomóvezetékeknél technológiai okok miatt is szerelvények csatlakoztatásához szükséges karimás kötések beiktatása a rendszerbe. A PE csövekhez a legelterjedtebb a hegesztőtoldatos lazakarimás kötés (lásd: 71. ábra). 70

77 Nyomócsövek 71. ábra: Hegesztőtoldatos lazakarimás csőkötés A karimás kötések hátránya illetve problémája a karima és a csavarok korrózióérzékenysége. A PE csővezetékek oldhatatlan kötésfajtái: a tompahegesztés, az elektromos fűtőszálas hegesztés és az extrudációs hegesztés. Az előzőek között a legáltalánosabb és leggazdaságosabb kötésforma a tompahegesztés. A módszer lényegét a folyamat elvi sémáját a 72. ábra mutatja be. 72. ábra: A tompahegesztés egyszerűsített sémája. a.) csővég előkészítés: merőlegesítés, és hántolás: gyalulással, b.) dudorképzés és a csővég felmelegítése, c.) kötés létrehozása varratképzéssel. Az üvegszállal erősített (ÜPE), rétegelt falszerkezettel előállított cső, a hőre keményedő (duroplaszt) műanyagok családjába tartozik. A kísérleti gyártások mintegy 40 éve a hazai próbálkozásokkal egyidejűleg kezdődtek. Az előállításhoz a kiinduló anyag a telítetlen poliészter gyanta, mint kötőanyag, folyamatos üvegszálak, továbbá töltőanyag, amely általában nagyszilárdságú, előkezelt kvarchomok. Az előállított falszerkezet rétegelt, melyet a 73. ábra vázlatosan szemléltet. 71

78 Nyomócsövek 73. ábra: Hőre keményedő műanyag cső falszerkezete. Jelölések: 1 magas gyantatartalmú külső védőréteg, 2 üvegszövet erősítésű külső húzóerők felvételére alkalmas teherhordó falrész, 3 műgyanta és adalékanyag tartalmú közbenső falrész, 4 és 5 ua., mint 2, illetve 1, de a belső felületen. A 74. ábrán különböző kialakítású ÜPE (üvegszállal erősített) cső-szelvények láthatók. 74. ábra: ÜPE (üvegszállal erősített) cső-szelvények A csőkötések vonatkozásában a felnyíló jelleg dominál az ac. csőnél megismert Simplex rendszerhez hasonlóan (75/a ábra). 72

79 Nyomócsövek 75. ábra: Gyakran használt ÜPE (üvegszállal erősített) csőkötések. a.) standard egyenes összekötő; b.) korracél kötőelem; c.) csőtoldatos kötőgyűrű lazakarimás kötéshez A Fővárosi Vízművek vízcsőhálózata Forrás: A főváros első - öntöttvas 500-as - vízvezetékét, 1869-ben a Nádor utcában fektették le és a Parlament helyén épült ideiglenes vízművet kötötte össze a kőbányai medencével. Ekkor 23 kilométer hosszan épült ki vízvezeték, amely mára 4800 kilométer hosszú, úgynevezett "nyomott" hálózattá fejlődött. A Fővárosi Vízművek által alkalmazott vízcsövek A fővárosi vízvezeték-hálózatot a következő felsorolásban szereplő csövekkel építették ki: Öntöttvas (ÖV): hagyományos öntési technológiával készült lemezgrafitos öntvény, Gömbgrafitos öntöttvas (GÖV): magnézium hozzáadásával gömbbé alakított grafittal készült bevonatos öntvénycső, Eternit (AC): cementhabarcsos hengerelt csőkészítési technológiával készített cső, KPE: kemény polietilén cső, PVC (polivinil-klorid): műanyag cső, Sentab (SB): feszített vasbeton cső, Hobas: üvegszálas cső és Acélcső (A). Ma már hálózatbővítésnél csak a legkorszerűbb anyagokat, gömbgrafitos öntöttvasat és KPE-t használnak. 73

80 Nyomócsövek 76. ábra: A budapesti ivóvízhálózat csőanyagai. Forrás: A csővezetékekben uralkodó víznyomás A budapesti hálózat nyomászónákra tagolódik. Ennek oka a szintkülönbségekben keresendő: mivel az igényelt szolgáltatást - lehetőségek szerint - minden pontra eljuttatják, a magasabban fekvő területekre nagyobb nyomással kell felnyomni a vizet. Ez 1,5 bar - 17 bar, nyomás zónánként változik. A csővezetékek biztonsága A Fővárosi Vízművek az ivóvíz minőségének folyamatos ellenőrzése és megőrzése mellett - ettől el nem választható módon - rendkívül körültekintő a szolgáltatás biztonságának kérdésében is. A következő összeállításban néhány, a csővezetékek, a vízszolgáltatás biztonságával kapcsolatos gyakori és fontos kérdésre adnak választ: Szennyezések megelőzése, kivédése Kerülhet-e szennyvíz a csővezetékekbe a föld alatti szakaszokon? Nem, mivel a két közmű (a víz és a csatorna) nyomvonala különbözik. A csatorna az út tengelyében, míg a vízcső annak valamelyik oldalában húzódik. A vízcsövekben minimum 1,5 bar üzemi nyomás uralkodik, így kisebb nyomású közegből semmilyen anyag nem juthat bele. Szennyezhetők-e a vízvezetékek a fogyasztói oldalról? Nem. Ha csőtörés esetén kizárnak egy csövet, akkor ugyan folyhat vissza a fogyasztótól víz a hálózatba, de a javítás után helyi jellegű fertőtlenítéssel és öblítéssel megtisztítják a vezetékszakaszt, ezért nem is fordulhat elő hálózatszennyezés. Fizikai behatások Kilyukadhat-e a csővezeték? Lyukadás az acélcsöveken vagy - az úgynevezett lyukkorrózió esetén - öntöttvas csöveken fordulhat elő. Acélcsöveket hidakon át futó vezetékekben alkalmaznak, mivel súlya kisebb az egyéb használatban lévő csövekénél, és nem héjkitöréssel, hanem lyukadással sérülnek, ezáltal nem okozhatnak kárt a hídszerkezetekben. Emellett javításuk is egyszerűbb. Hogyan "öregednek" a vezetékek, veszélyesek-e régi csövek? A vas alapanyagú csövek korrodálódnak, a cement alapanyagúakból kilúgozódik a cement, a műanyag alapúak öregednek. Ezek a folyamatok a csőfal elvékonyodását eredményezhetik és csőtöréséhez vezethetnek. Ez a régebbi vezetékszakaszokon nagyobb eséllyel fordulhat elő, de az öregebb csövek nem okoznak veszélyforrást, sőt némelyik anyaga kifogástalan. Hogyan lehet kontrollálni, ellenőrizni a föld alatti a vezetékeket? Rendszeresen végeznek állapotfelméréseket. Minden olyan csőtöréskor - ahol erre lehetőség van - mintát vesznek, majd a mintákat bevizsgálják, továbbá a vizsgálni kívánt csövön a kiásás után helyszíni korróziómérést végeznek. Ezen adatok segítségével megállapítják, hogy szükség van-e rekonstrukcióra, vagy ha ez nem indokolt meghatározzák a csővezeték további üzemidejét. Ezen vizsgálatokon túl vízveszteség-elemzést végeznek, ami a hálózat összes hibájára kiterjed és a felszínen nem látható hibákat kutatja fel. Milyen gyakran cserélik a csöveket? A vizsgálatok, hibák, kor és egyéb tényezők határozzák meg, hogy melyik csövet kell kicserélni. A folyamatos rekonstrukciós munkák során évente a hálózatnak mintegy 1 százalékát cserélik ki, de ezt az arányt a jövőben növelni kívánják. Földrengésbiztos-e a vízvezeték-hálózat? 74

81 Nyomócsövek Mivel a földrengés a magas építményekre gyakorol nagyobb hatást, ezért a hálózatra nincs különösebb veszéllyel. Nagyobb gond rétegtörés esetén adódhat, mivel ilyenkor kereszttörés következik be a csőben. 6. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismertük a nyomócsöveket (az öntöttvas-, az acél-, a vasbeton- és a műanyag csöveket) és azok csőkötéseit. Önellenőrző kérdések 1. Csoportosítsa a közműhálózatok nyomó csővezetékeit! 2. Ismertesse és jellemezze az öntöttvas csöveket! 3. Ismertesse és jellemezze az acél csöveket! 4. Ismertesse és jellemezze a műanyag csöveket! 5. Ismertesse az extrudálást! 6. Ismertesse a fröccsöntést! 7. Ismertesse a PE csőkötés technikákat! 8. Ismertesse a PE csővezetékek oldható kötésfajtái! 9. Ismertesse a PE csővezetékek oldhatatlan kötésfajtái! 10. Rajzolja le a hőre keményedő műanyag cső falszerkezetét! 75

82 III. rész - témakör. Közműhálózatok hidraulikai méretezése Bevezető A fejezet célja, hogy megismerkedjünk a közműhálózatok hidraulikai méretezésével. Ennek érdekében a témakör tartalma a következőket foglalja magába: csővezetékek csőidomok és szerelvények-, valamint csatornák és műtárgyak hidraulikai méretezése. Ezen kívül a fejezet tartalmaz egy konkrét számpéldát örvényszivattyúk kiválasztásához. A tanulási egység követelményei: tudni kell ismertetni (rajzolni) és alkalmazni: a csővezetékek-, a csőidomok és szerelvények-, valamint a csatornák és műtárgyak hidraulikai méretezését.

83 8. fejezet - Csővezetékek hidraulikai méretezése Bevezető Ennek a tanulási egységnek a célja, hogy megismerkedjünk: a veszteséges Bernoulli-egyenlettel, a Moody-diagrammal, a csőáramlási probléma három típusával, a gazdaságos csőátmérő kiválasztásával és a nem kör keresztmetszetű vezetékek áramlási veszteségével Veszteséges Bernoulli-egyenlet A valóságos áramlások esetén, az áramlás irányába haladva a nyomás csökken. Ez a nyomáscsökkenés hajtja előre a közeget a csőfalon ébredő súrlódás ellenében. A nyomáscsökkenést más oldalról is megközelíthetjük (Szlivka, 1999). A 77. ábrán látható vízszintes egyenes csőszakaszra alkalmazzuk a Bernoulli-egyenletet az "1" és "2" pontok között. 77. ábra: Egyenes cső nyomásvesztesége Az egyenlet az eddigi formájában nyilván nem lesz érvényes, mert azonos sebesség, azonos magasság esetén, veszteségmentes áramlásban azonos nyomásnak is kellene lennie, ehelyett a "2" pontban a nyomás kisebb, mint az "1" pontban. Az egyenlőség helyreállítása érdekében, az áramlás irányába eső "2" pontban, az egyenlet jobb oldalára a veszteséggel arányos tagot kell írnunk, amelyet Δh -vel jelölünk, és súrlódási veszteségmagasságnak nevezünk: ahol: A 8.1 összefüggést veszteséges Bernoulli-egyenletnek hívjuk. (Bár Bernoullinak a veszteséges taghoz semmi köze nem volt.) A összefüggést veszteséges Bernoulli-egyenletnek hívjuk. (Bár Bernoullinak a veszteséges taghoz semmi köze nem volt.) 77

84 Csővezetékek hidraulikai méretezése A Δh veszteségmagasság egyenes csövekre: A λ csősúrlódási tényező lamináris áramlásban: Eredményül tehát azt kaptuk, hogy lamináris áramlásban a λ csősúrlódási tényező a Reynolds-számmal fordított arányosan változik.a lamináris-turbulens átmenet Re 2300 érték körül megy végbe. Ezért az összefüggés a Re 2300 tartományra érvényes. Hogyan függ a λ csősúrlódási tényező a Reynolds-számtól kör keresztmetszetű csövek és turbulens áramlás esetén? A lamináris megoldás azt sugallja, hogy turbulens esetben is határozzuk meg az átlagsebesség és a nyomásveszteség közötti kapcsolatot a turbulens sebességprofilból, és megkapjuk a λ csősúrlódási tényezőt. A helyzet sajnos nem ilyen egyszerű, mert turbulens esetben a Navier-Stokes-egyenlet a turbulens mellékmozgások miatt instacionárius megoldást követel, másrészt a cső érdessége is erősen befolyásolja a csősúrlódási tényezőt. Több elmélet és félempirikus elmélet született a csősúrlódási tényező meghatározására. Elsőként ismerkedjünk meg a fali érdesség és a lamináris alapréteg fogalmával. A csőfal a gyártás és a korrózió következtében nem sima, hanem rendelkezik egy érdes felülettel. Az átlagos érdesség (k) és a belső csőátmérő (d) viszonyát képezve megkapjuk a relatív érdességet, illetve ennek reciprokát szívesebben használjuk. Turbulens áramlásban és sima (hidraulikailag) cső esetén, is létezik a fal közelében egy úgynevezett viszkózus, vagy lamináris alapréteg. Egyre nagyobb Reynolds-számoknál a viszkózus alapréteg vastagsága egyre kisebb Moody-diagram A mérések azt mutatták, hogy általános érdesség esetén minden cső, kb. Re = értékig a sima csőnek megfelelően viselkedik. E fölött viszont hirtelen felnövekszik a csősúrlódási tényezője, majd fokozatosan csökkenve eléri a teljes érdességre jellemző értékét. L. F. Moody 1944-ben diagramot készített, amit azóta Moody-diagramnak neveznek, és a 78. ábrán látható. 78. ábra: Moody-diagram 78

85 Csővezetékek hidraulikai méretezése Moody különböző mérések alapján összeállított egy táblázatot is, amelyben a szokásos csőanyagok érdességét felsorolta, ezt az 5. táblázatban találjuk. 5. táblázat: Anyagok átlagos érdessége A Moody-diagram használata helyett több közelítő kifejezést is ajánlottak a turbulens tartomány leírására, amelyekből explicit ki lehet számítani adott Re-szám és relatív érdesség esetén a λ csősúrlódási tényezőt. Például Haaland ajánlotta a következő összefüggést: A szerző szerint a diagram és a képlet eltérése a turbulens tartományban kisebb, mint 2% Csőáramlási probléma három típusa A Moody-diagrammal, ill. az abban lévő közelítő képletekkel, majdnem minden csőáramlási problémát meg lehet oldani, amelyben csak egyenes cső található (Szlivka, 1999). Sok feladatnál iterációt kell alkalmazni, a diagram, vagy a hozzá kapcsolódó képletek használatakor, mert a λ kiszámításához ismerni kell a relatív érdességet és a Re-számot is. (A továbbiakban a csővezetékben kialakuló átlagsebességet csak egyszerűen "v"-vel fogjuk jelölni.) HÁROMFÉLE ALAPFELADAT lehetséges a csőveszteség számításánál: I. Adott a cső átmérője "d", hossza "l", és az átlagsebesség "v", vagy a térfogatáram "Q", valamint a közeg sűrűsége "ρ" és viszkozitása "ν", és ki kell számítania a nyomásesést "Δp"-t. II. Adott a cső átmérője "d", hossza "l", és a nyomásveszteség Δp', valamint a közeg sűrűsége "ρ" és viszkozitása "ν", és ki kell számítania a térfogatáramot "Q"-t. III. Adott a cső hossza "l", a nyomásveszteség Δp', a térfogatáram "Q", valamint a közeg sűrűsége "ρ" és viszkozitása "ν", és ki kell számítania a cső átmérőjét, "d"-t. I. FELADAT: Számítsuk ki a nyomásesést! Számítsuk ki a nyomásveszteséget egy aszfaltozott öntöttvas vezetékben, amelyben víz áramlik! Adatok: l = 60 m, d = 150 mm, v = 1,5 m/s Kérdés: Δh 79

86 Csővezetékek hidraulikai méretezése Megoldás: Elsőként a víz sűrűségét és kinematikai viszkozitását kell táblázatból meghatároznunk. A sűrűsége: ρ = 1000 kg/m 3, a viszkozitása: ν = 1, m 2 /s. A következő lépésben a Re-számot számítjuk ki: Az érdesség értékét az 5. táblázatból véve, pl. k = 0,12 értéknek, majd a relatív érdesség az adatokból: Keressük meg a Moody-diagramban a d/k = 1250-es vonalat és kövessük, ameddig el nem metsszük a Re = 1, függőlegest. Kiolvashatjuk, hogy λ = 0,02, vagy a diagram helyett használhatjuk a következő kifejezést is, miszerint: amelyből: λ = 0,0202. II. FELADAT: Keressük meg az átlagsebességet! Mivel a sebesség (vagy a térfogatáram) megjelenik mind a "λ"-ban, mind a Re - számban, iterációval tudjuk csak a feladatot megoldani. Szerencsére az iteráció nagyon gyors, mert a "λ" lassan változik a Re-számmal. Számítsuk ki az átlagsebességet az aszfaltozott öntöttvas vezetékben, amely vizet szállít! adatok: l = 60 m; d = 150 mm; ν = 1, m 2 /s.; Δh = 0,9 m kérdés: Q Az 5. táblázatból kikeressük az adott csőanyaghoz tartozó érdességet és meghatározzuk a relatív érdességet, ami megfelel az előző probléma adatainak, így d/k = 1250, de most nem tudjuk a Re - szám értékét, mivel az átlagsebesség ismeretlen. Így a λ-ra fel kell vennünk egy kiinduló értéket. Kezdjünk pl. λ 0 = 0,02-0,03 vagy a A 8.2 egyenletet felírva, amiből ki tudjuk fejezni az átlagsebességet. Ez a következő: Természetesen a "λ" bent marad a kifejezésben. Az iteráció lépéseit a 6. táblázatban adtuk meg, a Moody-diagramot felhasználva. 6. táblázat: Az iteráció lépések eredményei 80

87 Csővezetékek hidraulikai méretezése A számítás nagyon gyorsan konvergál. Természetesen, ha más kezdő "λ" értéket veszünk fel, a konvergencia akkor is gyors lesz és a végeredmény, pedig nem változik, csak az iterációs lépések száma nő, vagy csökken. III. FELADAT: Csőátmérő számítása és kiválasztása! Most a csőátmérő a kérdés. Mivel az átmérőtől függ mind a "λ", mind a Re-szám, mind pedig a k/d relatív érdesség, ezért megint csak iterációval tudjuk a feladatot megoldani. Szerencsére az iteráció ez esetben is nagyon gyors. Fejezzük ki a sebességet a térfogatáram és az átmérő segítségével a kontinuitásból,, majd tegyük ezt a egyenletbe. A következőt kapjuk: Ezt követően fejezzük ki az átmérőt, amely természetesen a csősúrlódási tényező függvénye is. Ha tudnánk a "λ" értékét, akkor az átmérőt is ki tudnánk számítani. A számítást a következő feladatban adjuk meg. Számítsuk ki az aszfaltozott öntöttvas vezeték átmérőjét, amely vizet szállít! adatok: l = 60 m, ν = 1, m 2 /s, Δh = 0,9 m,; Q = 2, m 3 /s. kérdés: d Nem ismerjük sem a relatív érdességet, sem a Re-számot. A 8.7 egyenletben, ha ismernénk a "λ"-t, akkor ki tudnánk számítani a csőátmérőt is. Tehát ismét fel kell vennünk egy kiinduló csősúrlódási tényezőt. Indítsuk a számítást λ0 = 0,03 értékkel. Ez praktikus induló értéke "λλ"-nak. Az aszfaltozott öntöttvasra k = 0,12 mm az 5. táblázatból. A 7. táblázatban az iteráció eredményeként 0,149 m adódik. Azonban a kereskedelmi forgalomban pontosan ez az átmérő nem kapható, ezért a csőátmérő 8. táblázatban adott csőátmérők közül a legközelebbi, de a számítottnál nagyobb átmérő a 6-in névleges, mm tényleges belső átmérőjű. 7. táblázat: Iterációs lépések eredményei 8. táblázat: Aszfaltozott öntöttvas csövek mérettáblázata 81

88 Csővezetékek hidraulikai méretezése Az egész világon tendencia, az SI (Nemzetközi Mértékrendszer) ellenére, hogy a csővezetékek névleges átmérőjét inch-ben (colban) adják meg A tervezés során általában nem csak egyetlen egyenes csővezeték, hanem több elemből, (egyenes cső, elzáró szerelvények, elágazások stb.) áll a rendszer, ezért nem egyszerű egy explicit képletet meghatározni. A tervezés során célszerűbb egy adott csőátmérővel előzetesen felvenni a csővezetéket és a II. feladattal ellenőrizni A gazdaságos csőátmérő kiválasztása Különösen fontos a hosszú, nagy folyadékáramot szállító, és ennek folytán nagy átmérőjű csővezetékek gazdaságos átmérőjének gondos kiválasztása. Adott térfogatáramot különféle sebességekkel szállíthatunk. Nagy áramlási sebességet választva kis csőátmérővel (kisebb beruházási és fenntartási költség adódik), viszont jelentős, a csősúrlódásból származó veszteség, mivel a nyomásesés a csőátmérő ötödik hatványával fordítottan arányos. A nagy csősúrlódási veszteség miatt az üzemeltetési költségek (nagyobb szivattyúk és hajtógépek és energiaköltség) erősen nőnek. A másik mód az, hogy nagy csőátmérőket választunk, ami kis áramlási sebességet eredményez. Ekkor a veszteségek jelentősen csökkennek, de a beruházás költségek növekednek, esetleg annyira, hogy a beruházás gazdaságosságát veszélyeztetik (Szlivka, 2003). A két lehetőség között a legkedvezőbbet a gazdaságos csőátmérő adja. Gazdaságos az a csőátmérő, amelynél az évi ráfordítások (amortizáció, kamatok, fenntartás) üzemköltség összegének minimuma van. A beruházási költségek közelítőleg a csőátmérővel lineárisan növekednek. Az üzemeltetési költségek változását a következő gondolatmenetből érthetjük meg. Az üzemeltetési költségek közel arányosak az adott térfogatáram (Q) továbbítására fordított szivattyúteljesítménnyel (P ö), tehát: ahol: ρ g Q H = a szivattyú hasznos teljesítménye, W; η ö = a szivattyú összhatásfoka, %. A szivattyú emelőmagasság gyakorlatilag megegyezik a csőben kialakuló veszteségekkel. Helyettesítsük az összteljesítmény kifejezésébe (H) helyére: A kifejezés szerint egy adott (Q) térfogatáramnál az átmérő ötödik hatványával fordítottan arányos az üzemeltetési költség. 82

89 Csővezetékek hidraulikai méretezése A kétfajta költség összege egy minimummal rendelkező görbe, amit a 79. ábra mutat. A gazdaságos csőátmérő kiválasztására tapasztalati adatok ökölszabályok alakultak ki. Például a csövekben alkalmazható áramlási sebességekre kialakultak bizonyos konvenciók. Egy vízvezetéki rendszerben, pl. 1-3 m/s sebességet célszerű betervezni, ami kb. megfelel a gazdaságos csőátmérő esetén is. 79. ábra: Gazdaságos csőátmérő Vízturbinák tervezésekor használt közelítő összefüggések: ahol: Q a térfogatáram m 3 /s-ban és H az esés méterben mérve Nem kör keresztmetszetű vezetékek áramlási vesztesége Az egyenes csővezetékeknél megemlítjük a nem kör keresztmetszetű vezetékek áramlási veszteségeinek egy lehetséges számítását. A vízgazdálkodás területén főleg a nyílt felszínű csatornák, amelyek ebbe a kategóriába tartoznak, erről külön fejezetben számolunk be. Más területen, pl. az épületgépészeti szerkezetekben is gyakran előfordul. A kialakult csőáramlásban a veszteség számítása sokkal komplikáltabb feladat a nem kör keresztmetszetű csövek esetében, mint volt az a lamináris kör keresztmetszetű csövekben. Lamináris áramlásban használható a Navier-Stokes-egyenlet, de csak háromdimenziós változatában. Turbulens esetben a határréteg elméletből lehet itt is kiindulni. A gyakorlat számára azonban egy sokkal egyszerűbb és jól használható fogalom, az egyenértékű átmérő (vagy hidraulikus sugár) bevezetése teszi lehetővé az egyszerű veszteségszámítást. Vizsgáljuk a 80. ábrán látható téglalap keresztmetszetű vezeték egy "l" hosszúságú darabját. A falon ébredő, a csúsztatófeszültségből származó erő és a nyomáscsökkenésből adódó erő egyensúlyban vannak, hiszen a kiszemelt folyadékrész nem gyorsul. 80. ábra: Téglalap keresztmetszetű vezeték Írjuk fel a két erő egyensúlyát: 83

90 Csővezetékek hidraulikai méretezése ahol: "K" az úgynevezett nedvesített kerület (lehet olyan áramlás is, hogy a folyadék nem tölti ki teljesen a keresztmetszetet, pl. nyílt felszínű csatornákban), "A" pedig a folyadékkal kitöltött keresztmetszet. Ebből kifejezve a nyomásveszteséget: Vegyünk gondolatban egy kör keresztmetszetű csövet, amelyben ugyanekkora nyomásesés jön létre, ugyanilyen hosszon és ugyanakkora fali csúsztatófeszültség esetén. Keressük ennek a körnek az átmérőjét, amelyet egyenértékű átmérőnek (d e) nevezünk. Fejezzük ki itt is a nyomásesést: A 8.9 és a 8.11 egyenletek összevetéséből adódik, hogy: A csősúrlódási veszteséget nem kör keresztmetszetű csövek esetén is a 8.2 összefüggéssel számoljuk, azzal a különbséggel, hogy a "d" csőátmérő helyébe a "d e" egyenértékű átmérő kerül: ahol: Fenti összefüggésekben v a valóságos csőkeresztmetszettel számolt átlagsebesség. A Reynolds-szám ismeretében a "λ"csősúrlódási tényezőt a "Re" értékétől és az érdességtől függően a Moody-diagramból határozhatjuk meg. Az egyenértékű átmérő csak oldalviszonyú téglalap esetén és turbulens áramlásra ad elfogadható pontosságú eredményt. Pontosabb eredményt kapunk, ha a cső téglalap keresztmetszetű és az oldalviszonyra fennáll, hogy: Akkor a "λλ" számításához a Reynolds-szám értékét az módon, ahol: összefüggéssel határozzuk meg a szokott 84

91 Csővezetékek hidraulikai méretezése 6. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismerkedtünk: a veszteséges Bernoulli-egyenlettel, a Moody-diagrammal, a csőáramlási probléma három típusával, a gazdaságos csőátmérő kiválasztásával és a nem kör keresztmetszetű vezetékek áramlási veszteségével. Önellenőrző kérdések 1. Ismertesse a veszteséges Bernoulli-egyenletet! 2. Ismertesse a Moody-diagrammot! 3. Ismertesse a csőáramlási probléma három típusát! 4. Ismertesse a gazdaságos csőátmérő kiválasztását! 5. Ismertesse a nem kör keresztmetszetű vezetékek áramlási veszteségeit! 85

92 9. fejezet - Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése Bevezető A vezetékrendszerbe természetesen nem csak egyenes csöveket, hanem íveket, könyököket, tolózárakat, szelepeket, szűkítőket és elágazásokat is beépítenek. A következőkben megvizsgálunk néhány szerkezeti elemet kialakítási, működési és áramlástani szempontból. A csővezetékek anyaga sokféle lehet: öntöttvas, acél (varratos, vagy varratnélküli), (régebben gyártott, de még ma is létező azbeszt cement csövek), műanyag csövek (PVC, vagy polietilén). A lakossági ivóvízrendszerben régebben az ólomcsövek, majd az acélcsövek, manapság a rézcsövek és a műanyagcsövek használatosak. A csővezetékeket a szállított közeg anyagminősége, nyomása, hőmérséklete, kémiai agresszivitása stb. határozza meg. Ennek megfelelően alakultak ki a csőkötések is. A csővezetékek különböző szabványosított anyag és méretválasztékához általában szintén szabványosított csőkötések is párosulnak. Néhány elterjedtebb típust említünk meg. Csőkötésen a csővezeték egyes tagjait összekapcsoló szerkezetet értjük. Kialakításától megkívánjuk, hogy az egyes elemeket biztonságosan, egyszerűen, gazdaságosan és gyorsan kapcsolja össze. További követelmény, hogy a kötések lehetőleg vízzáróak, korrózióállóak és hidraulikailag kedvezőek legyenek. A csővezeték anyagának megfelelően más-más csőkötési eljárás alakult ki, és a leágazások kiképzése is változó. Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a karimás, tokos és menetes csőkötéseket, valamint a szerelvények, idomdarabok kialakítását és áramlási veszteségét, mint: hirtelen keresztmetszet változás, szelepek, tolózárak és csapok, valamint könyökök és ívek esetében. A tanulási egység követelményei: tudni kell ismertetni a különböző gépelemek kialakítását és működését, valamint rajzolni kell tudni a különböző: csőkötéseket, szerelvényeket és idomdarabokat Karimás, tokos és menetes csőkötések Acélcsövek, de másfajta csövek kötésére is gyakran alkalmazzák a karimás kötést. Néhány különlegesebb karimás kötést és egyéb kötéseket tanulmányozhatunk a következő ábrákon. A 81. ábrán olyan karimás kötést láthatunk, amelyik a csővezeték szétszerelését megkönnyítő betétgyűrűt tartalmaz. A csavarok kiszedését követően nem kell, vagy csak minimális mértékben axiálisan egymástól eltávolítani a két csővéget a szétszerelés során. Hosszú, nagy átmérőjű csővezetékek esetében ez sok pótlólagos munkát takaríthat meg a vezeték megbontásakor, egyes csőszakaszok cseréjekor. Merev csővégeken a betétgyűrű záródarabként is felhasználható. 86

93 Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése 81. ábra: Karimás kötés, kiszerelést könnyítő betétgyűrűvel A 82. ábra rideg anyagú csövek, laza karimás kötését mutatja (Szlivka, 2008). 82. ábra: Laza karima merev csövekhez A 83. és 84. ábrák azbesztcement (az azbesztet az utóbbi időben környezetvédelmi okok miatt más anyaggal helyettesítik) csővezetékek kötési típusait mutatják. 87

94 83. ábra: Gibault-kötés azbeszt csövekhez Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése 84. ábra: Öntöttvas karima A 85. ábra földbe fektetett gáz-víz és szennyvíz csővezetékek oldható tokos kötéseit mutatja. Menetes kötéseket mutat a 86. ábra. A felső részen a közismert karmantyús csőkötés a középsőn nem szabványos kötést, az alsó részen pedig nagy nyomású acélcsövek menetes kötését mutatja. 85. ábra: Tokos csőkötések 88

95 Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése 86. ábra: Menetes csőkötések Mozgatható csövek összekötésére a gyorskapcsolókat használják. Számos változatuk közül a kardán rendszerű (87. ábra) a leginkább elterjedt. Csatlakoztatását a két csővégre rögzített, egymásba illő gömbfelületek teszik lehetővé, melyek között gumigyűrű biztosítja a megfelelő tömítést. Zárásakor a kapcsolószerkezet körmei a belső gömbfelület gyűrű-szerű peremébe kapaszkodva összeszorítják a két csővéget olyképpen, hogy a közöttük elhelyezkedő gumi-gyűrű megbízhatóan tömít. A két gömbfelület - a kardántengelyhez hasonlóan- bizonyos csuklós mozgást tesz lehetővé, ami által a szárnyvezeték jól követi az esetleges terepegyenetlenségeket. A mozgatható csövekből kiépített hálózat sem nélkülözheti azokat a rendszerint fémből készült idomokat, amelyek a továbbítandó víz irányítását, elágaztatását teszik lehetővé, illetve a vezeték keresztmetszetének változtatására adnak módot. A mobil csőrendszerek e csőidomait, jellemző méreteiket, gyorskapcsolószerelvényeik típusait megfelelő gyártmány-katalógusokban találjuk (Nyuli, 1981). 87. ábra: Kardán rendszerű gyorskapcsoló Áramlási veszteségek szempontjából a jól kialakított csőkapcsolat szinte alig növeli meg az egyenes cső áramlási veszteségét, ezért ezzel külön nem szokás számolni Szerelvények, idomdarabok kialakítása és áramlási vesztesége A szerelvények és idomdarabok esetében nem áll rendelkezésre olyan általános diagram, mint a Moodydiagram, az egyenes csövek esetében. A ζ, amely a veszteségmagasság és a sebességmagasság hányadosa. Legtöbb esetben a szerelvény előtt fellépő sebességre vonatkoztatva, vagy ugyanez nyomásveszteségre és dinamikus nyomásra vonatkoztatva, tehát: A szerelvények idomdarabok legtöbbje a benne kialakuló hirtelen keresztmetszet növekedés miatt okoz áramlási veszteséget. Gondoljuk például egy tolózárra. A tolózár félig zárt állapotában leszűkíti az áramlási keresztmetszetet. Így a folyadéknak szűkítés helyén fel kell gyorsulni, majd utána visszatérve a nagyobb keresztmetszetbe ismét le kell lassulni. Az áramlási veszteségek nagy része, akkor alakul ki, amikor az áramlás lassul, hirtelen keresztmetszet növekedés következik be. A kialakuló veszteség forrását és számítást a következő gondolatmenettel érthetjük meg. HIRTELEN KERESZTMETSZET VÁLTOZÁS A 88. ábrán látható egy hirtelen keresztmetszet növekedés, amely Borda-Carnot átmenet néven vonult be az áramlástan irodalmába (Szlivka, 1999). 89

96 Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése 88. ábra: Borda-Carnot átmenet Jean Charles Borda ( ) francia fizikus, a Francia akadémia tagja. Részt vett a méteres mértékrendszer kialakításában. Nikolas Leonard Sadi Carnot ( ) francia fizikus. A termodinamika második főtételének megalkotója. Egymástól függetlenül foglalkoztak az adott problémával. A berajzolt áramvonalak a valóságos áramláshoz közelálló áramképet mutatják be. Legyen az áramlás stacionárius, az áramló közeg sűrűsége pedig állandó. Az "1" és a "2" keresztmetszetek között létrejön egy áramlási veszteség, így a Bernoulli-egyenlet veszteséges tag nélkül nem használható. Az impulzustétel viszont a valóságot igen jól megközelítő eredményt ad. Azt a feltevést alkalmazva, hogy az ellenőrző felület bal oldalán mindenütt p 1 a nyomás: Felhasználva a kontinuitást: A valóságos nyomáskülönbség: Tehát a "2" helyen nagyobb a nyomás. Mégis áramlás irányába nyomásveszteség tapasztalható, mert a Bernoulli-egyenlet szerint az ideális nyomáskülönbség: A kettő különbsége a Borda-Carnot veszteség: A veszteségtényezőt a belépő dinamikus nyomással történő osztás után kapjuk, így: Ha felhasználjuk a kontinuitást, és kör keresztmetszetű csövek csatlakozását feltételezzük, akkor a következő kifejezést kapjuk: A 89. ábrán az átmérőviszony függvényében ábrázoltuk a veszteségtényezőt: 90

97 Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése 89. ábra: Borda-Carnot átmenet vesztéség-tényezője A Borda-Carnot veszteség egyik speciális esete, amikor a "2" keresztmetszet végtelen nagy, azaz egy csővezeték végtelen nagy térhez csatlakozik. Ezt a veszteséget kilépési veszteség-magasságnak nevezzük. A 9.2 kifejezésből adódik, hogy: A veszteségtényezője pedig a 9.3 kifejezésből láthatóan "1". Az áramlás irányában bővülő csőtoldatokat nevezzük diffúzoroknak. A Borda-Carnot átmenetnél kisebb veszteséggel lehet az áramlási sebességet csökkenteni diffúzor segítségével. SZELEPEK, TOLÓZÁRAK ÉS CSAPOK A csőszerelvények az áramló közeg folyási irányát határozzák meg. Háromféle csőszerelvényt különböztetünk meg: szelepeket, tolózárakat és csapokat. A szelepek, tolózárak és csapok vesztesége is nagyrészt a Borda-Carnot veszteségre vezethető vissza. Ezek elmozduló elemei leszűkítik az áramlási keresztmetszetet, ezáltal hirtelen keresztmetszet növekedés jön létre a leszűkült keresztmetszet után. A szelepek és tolózárak áramlási veszteségét is ζ sz veszteségtényezővel jellemezzük, amely a Δp sz veszteség és valamely jellemző sebességgel, általában a szerelvény előtti sebességgel számolt dinamikus nyomás hányadosa: A ábrák különböző típusú szerelvényeket mutatnak. A szelepek olyan csőszerelvények, amelyek az áramló közegnek egyirányú áramlást biztosítanak többszöri iránytöréssel és keresztmetszet-csökkenéssel. 91

98 Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése 90. ábra: Iránytöréses szelep 91. ábra: Sarokszelep 92. ábra: Pillangószelepek A tolózárak olyan csőszerelvények, amelyek az áramló közegnek kétirányú áramlást biztosítanak iránytörés és keresztmetszet-csökkenés nélkül. Az éktolózárak fajtáit és működését bemutató animáció az alábbi internetcímről érhető el: 92

99 Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése 93. ábra: Éktolózár A csapok szintén olyan csőszerelvények, amelyek az áramló közegnek kétirányú áramlást biztosítanak keresztmetszet-csökkenés és iránytörés nélkül. A záróelem alakja kúp vagy gömb. 94. ábra: Gömbcsap A veszteségtényező nagymértékben függ a gyártmánytól, és a szerelvény elhasználódásától. A veszteségtényező átlagos értékei a 9. táblázatban láthatók, de ettől, gyártmánytól függően, nagymértékű eltérések lehetnek (Szlivka, 2008). 9. táblázat: Szelepek ellenállás-tényezője és egyenértékű csőhossza A táblázatban szerepel az egyenértékű csőhossz fogalma. Az egyenes csöveknél az l/dλ kifejezés felfogható egy veszteségtényezőnek is. A gondolatmenet fordítva is igaz: egy veszteségtényezőre, "ζ" -ra is meg lehet adni, hogy az, milyen hosszú egyenes csőnek felelne meg. Így: Ebből az egyenértékű csőhossz, vagy a csőátmérőhöz viszonyított relatív csőhossz megadható. Problémát csupán az okoz, hogy ha a relatív csőhosszból akarjuk a veszteségtényezőt meghatározni, akkor úgy tűnik, mintha szelep veszteségtényezője függne annak a csőnek a csősúrlódási tényezőjétől, amelybe beépítik a szelepet. Ez nyilván nem igaz így. A táblázatban is feltételeztünk egy átlagos, λ=0,02 csősúrlódási tényezőt és az egyenértékű csőhossz, erre vonatkozik. A tapasztalat szerint adott szerelvényhez, adott típusú csővezetéket csatlakoztatnak, így a "λ" értéke elég szűk határok között változhat, tehát az egyenértékű csőhossz bevezetése ilyen feltételek mellett megfelelő közelítés. KÖNYÖKÖK ÉS ÍVEK 93

100 Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése A csövekben áramló közegek irányváltozásainál, a csőívekben, könyökökben jelentős áramlási veszteségek keletkezhetnek, amelyeket ugyancsak "ζ" veszteségtényezővel jellemeznek. A veszteségek okai között a fali csúsztatófeszültség általában alárendelt szerepet játszik. Nagyobb jelentősége van a szekunder áramlások és leválások miatti veszteségeknek. Veszteségcsökkentés érhető el a görbület csökkentésével, vagy terelőlapátok alkalmazásával, amelyekkel kisebb relatív görbületű rész-íveket ill. rész-könyököket hozhatunk létre. A 95. ábrán előre gyártott íveket és könyököket láthatunk. Ezeket menetes és karimás kivitelben szokták gyártani a szabványosított egyenes csövekhez. 95. ábra: Könyökök és ívek Nemcsak előre gyártott íveket alkalmazhatunk, hanem a csővezeték szerelésekor, a helyszínen is készíthetünk csőíveket. A 96. ábrán egy könyök egyenértékű csőhosszát tüntettük fel a relatív görbültség (r/d) függvényében. Az egyenértékű csőhosszban benne van az irány-változtatás miatti veszteség, plusz a cső hossza mentén kialakuló súrlódási veszteség. Látható, hogy a veszteségnek minimuma van kb r/d értéknél. Az ívek és könyökök veszteségét csökkenteni lehet az átmenetek lekerekítésével, ill. az "r/d" relatív görbülettel azonos hosszúságú egyenes cső hosszát is. Nagyon hosszú íveknél a két függvény közelít egymáshoz. 96. ábra: Könyökök és ívek egyenértékű relatív csőhossza 3. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismertük: a karimás, tokos és menetes csőkötéseket, valamint a szerelvények, idomdarabok kialakítását és áramlási veszteségét, mint: hirtelen keresztmetszet változás, 94

101 szelepek, tolózárak és csapok, valamint könyökök és ívek esetében. Önellenőrző kérdések Csőidomok és szerelvények hidraulikai méretezése 1. Ismertesse és rajzolja le a karimás, tokos és menetes csőkötéseket! 2. Ismertesse a szerelvények, idomdarabok kialakítását és áramlási veszteségét! 95

102 10. fejezet - Örvényszivattyú kiválasztása (számpélda) Bevezető A 97. ábrán egy örvényszivattyú látható a hozzá kapcsolódó csővezetékkel és szerelvényekkel. A szivattyú egy aknából szívja a vizet, amely egy nyíltfelszínű tározóval van összeköttetésben. A tározóból a víz utánpótlása folyamatosan biztosított, ezáltal a szívóaknában a víz szintje állandó értéken marad. A kiemelt vizet egy viszonylag távol lévő vasbetontározóba kell szállítani. A szállítóvezeték végén a víz szabadkifolyással áramlik a medencébe. A szivattyú nyomóvezetékét a talaj felszíne alá kell süllyeszteni 0,8 m- re, hogy télen sem fagyjon el (a fagyhatárt a kontinentális éghajlatnak megfelelően szabvány írja elő). 97. ábra: Örvényszivattyú vízszállítása FELADAT: A szivattyúnak meghatározott térfogatáramot (vízhozamot) Q -t kell szállítani, megfelelő távolságra L és magasságba H g. KÉRDÉSEK: 1. Válasszunk csővezeték átmérőt az adott nyomvonalhoz és térfogatáramhoz! 2. Számítsuk ki a csővezeték veszteségeit! 3. Határozzuk meg a szivattyú manometrikus emelőmagasságát! 4. Határozzuk meg a fajlagos energiaigényt! 5. Számítsuk ki a talajba süllyesztett csővezetéki könyökök megtámasztásához szükséges beton ellendarabok méretét! ADATOK: 96

103 Örvényszivattyú kiválasztása (számpélda) MEGOLDÁS: A szükséges csőátmérő meghatározása A csővezetékben az átlagsebességet felvesszük egy szokásos értékre (1-3 m/s közé): A térfogatáram általános képlete szerint: Amiből kifejezzük a keresztmetszetet: Csőátmérő: Szabványos csőátmérő: Csővezeték vesztesége Írjuk fel a veszteséges Bernoulli-egyenletet külön a szívó és a nyomócsőre. (Mivel a Bernoulli egyenletet nem szabad szivattyún keresztül alkalmazni, ezért kell két részletben felírni.) A szívóakna felszínén válasszuk a 0 pontot, a szivattyú szívócsonkjában az sz pontot, a nyomócsonkban a ny pontot és a kifolyás helyén a 2 pontot. 97

104 Bernoulli-egyenlet a 0 és az sz pontok között: Örvényszivattyú kiválasztása (számpélda) Bernoulli-egyenlet az ny és az 2 pontok között: Adjuk össze a két egyenletet: Felhasználjuk a következő egyszerűsítéseket: Majd rendezzük az egyenletet emelőmagassága H m : értékre, amely éppen a kiválasztandó szivattyú manometrikus A z 2 = H g az ábra adatai alapján. A veszteségmagasságokat a következők szerint számíthatjuk. A szívóvezetéken: A nyomóvezetéken: Összevonva a kettőt: Egyenes cső veszteségtényezőjének λ meghatározása. Relatív érdesség: Reynolds-szám: 98

105 Örvényszivattyú kiválasztása (számpélda) 98. ábra: λ meghatározása a Moody-diagramból A 98. ábrából kiolvasható a csősúrlódási tényező értéke: λ = 0, Manometrikus emelőmagasság meghatározása ahol: H m - manometrikus emelőmagasság, h - egyenes csőszakaszok, szűrőkosár, a könyökök és a tolózárak vesztesége és h v - a sebesség magasság. Behelyettesítve: A megfelelő szivattyú kiválasztása (katalógusból) jelleggörbék alapján (99. ábra). A rendelkezésre álló két legfontosabb paraméter: Q = 100 l/s és H m = 30 m 99

106 Örvényszivattyú kiválasztása (számpélda) 99. ábra: Centrifugál szivattyú jelleggörbéi A centrifugál szivattyú szállítási jelleggörbéjén (Q-H) a munkapont a lehető legjobb hatásfok környezetében legyen! Fajlagos energia felhasználás A szivattyú hajtásához szükséges teljesítmény: Behelyettesítve: A megfelelő teljesítmény tartalék érdekében ezt az értéket megnöveljük 5-10 %-al. Így a szivattyú hajtását végző motor teljesítménye: P m = 50 kw A fajlagos energia felhasználás, amely megmutatja, hogy 1 m 3 víz szállításához mennyi energia (munka) kell. Behelyettesítve: Ha w f < 0,1, akkor elfogadható. Jelen esetben változtatni kell a csőátmérőn Beton ellendarabok méretezése Határozzuk meg a folyadékról a könyökre ható erőt! A súrlódás és a súlyerő elhanyagolható! ADATOK: d = 250 mm, R k = 1000 mm, v = 2 m/s, p 1 p 0 = Pa, ρ = 1000 kg/m 3 100

107 Örvényszivattyú kiválasztása (számpélda) 100. ábra: A folyadékról a könyökre ható erők MEGOLDÁS: Írjuk fel az impulzustételt a könyökre (100. ábra): Túlnyomás a csővezetékben: Csővezeték belső keresztmetszete: Impulzus erő nagysága: Túlnyomásból származó erő: Eredő erő: A próbanyomás értéke (üzembe helyezés előtt): Ekkor nincs áramlás a csővezetékben, a sebesség nulla, tehát: F I = 0 A próbanyomásból származó erő: Az eredő erő: 101

108 Örvényszivattyú kiválasztása (számpélda) A beton tuskó felületét akkorára kell választani, hogy a talaj nyomószilárdságánál kisebb legyen az ébredő nyomófeszültség: Behelyettesítve: A beton ellendarab felületének kialakítása: A 25 cm a csőátmérő nagysága, vagy annál kicsit nagyobb érték. 6. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben egy örvényszivattyú kiválasztásával ismerkedtünk meg, számpélda segítségével. Önellenőrző kérdések 1. Hogyan határozható meg a szükséges csőátmérő? 2. Írja fel a veszteséges Bernoulli-egyenletet! 3. Ismertesse a Reynolds-számot! 4. Ismertesse a manometrikus emelőmagasságot! 5. Ismertesse a centrifugál szivattyú jelleggörbéit! 6. Ismertesse a fajlagos energia felhasználást! 7. Ismertesse a folyadékról a könyökre ható erőket! 102

109 11. fejezet - Csatornák és műtárgyak hidraulikai méretezése Bevezető Ennek a tanulási egységnek a célja, hogy megismerkedjünk: a nyílt felszínű csatornák, a zárt szelvényű vezetékek és a műtárgyak méretezésével. A tanulási egység követelményei: tudni kell ismertetni és hidraulikailag méretezni: a nyílt felszínű csatornákat, a zárt szelvényű vezetékeket és a műtárgyakat Nyílt felszínű csatorna méretezése A súrlódásos áramlások fontos területe a nyílt felszínű csatornákban történő áramlás. A csatornában történő áramlás esetén, a felszínen mindenütt atmoszférikus a nyomás (p o), h mélységben pedig p o+ρ g h, tehát azonos mélységben az áramlás mentén állandó. Az áramlási veszteségekre fordított teljesítményt itt nem a nyomáscsökkenés fedezi, mint a vízszintes csőben való áramlásnál, hanem a veszteségmagasság (Szlivka, 2003). A 101. ábrán magasságokban fejeztük ki a veszteséges Bernoulli-egyenlet egyes tagjait: a geodetikus magasságot, f-el; a vízmélységet, m-el; a sebesség magasságot, h-val és a veszteségmagasságot, Δh'-vel. Ezt egyenletben kifejezve: A veszteségmagasságot a négyszög keresztmetszetű csövekben érvényes csősúrlódáshoz hasonlóan adhatjuk meg: 103

110 Csatornák és műtárgyak hidraulikai méretezése 101. ábra: Nyílt felszínű csatorna Ahol, melyben az "A" a csatorna keresztmetszete, a "K" pedig a nedvesített kerület. Használatosabb a vízépítő mérnöki gyakorlatban a hidraulikus sugár, amely az egyenértékű átmérő negyede, nem pedig a fele. Ennek az a magyarázata, hogy viszonylag széles csatornában a hidraulikus sugár közel egyenlő a vízmélységgel. Állandó szélességű és esésű csatornában történő áramlásnál a vízmélység (m) és a sebesség-magasság (h) nem változik a hossz mentén, így az ábrából látható, hogy a veszteség-magasság (Δh') megegyezik a geodetikus magasságkülönbséggel (f 1-f 2) az adott hosszon. Fejezzük ki az előző egyenletből a v sebességet, figyelembe véve, hogy (d e = 4 r h): Felhasználva az esés definícióját: Az i esés a meder lejtését fejezi ki, pl.: az (i = 0,002), 1000 méterenként 2 m esést jelent. Így a sebesség: Az átlagsebesség képletét át szokták alakítani olyan módon, hogy: A C értékét 56-nak szokták felvenni, ami (λ = 0,025) értéknél adódik, ha a (λ = 0,03), akkor a C értéke 51. Ezt a képletet Chézy-képletnek nevezik. Megjegyzés: A Chézy-képlet helyett számos egyéb formula is használatos, mert bizonyos esetekben a csatorna érdességének megadása nem elég megbízható. Ezek közül csak egyet említünk meg a Bazin-képletet, amely a Chézyképletben szereplő C konstans kiszámítására a következőt ajánlja: 104

111 Csatornák és műtárgyak hidraulikai méretezése A képletben szereplő tényező (α), a csatornafal minőségétől függ. Értékét kísérletileg határozták meg, amelyből néhány jellemző értéket a kővetkező, 10. táblázatban láthatunk. 10. táblázat: Csatornafal érdességi tényezője Zárt szelvényű vezetékek méretezése A csatornánál a Q vízhozamhoz tartozó h levonulási vízmagasságot a Chézy-képlettel meghatározni csak fokozatos közelítéssel lehet. Ezt a számítást legkönnyebben gépi úton vagy grafikon segítségével végezhetjük el. Zárt, körszelvényű gravitációs vezetékek méretezése a Prandtl-Kármán-Colebrook képlet segítségével történik (Markó, 1989): ahol: v T : telt szelvényű középsebesség [m/s], ν : szennyvíz kinematikai viszkozitása 1, m 2 /s, d : vezeték átmérő [m], g : nehézségi gyorsulás 9,81 m/s 2, I : lejtés [-], k : csőfal érdessége [mm] a 11. táblázat szerint. 11. táblázat: A k csőfal érdessége, mm-ben A telt szelvényű sebességből meghatározható a telt szelvényű vízszállítás: 105

112 Csatornák és műtárgyak hidraulikai méretezése ahol: Q T : telt szelvényű vízszállítás [m 3 /s], v T : telt szelvényű középsebesség [m/s], A : cső keresztmetszete [m 2 ]. Az adott pont mértékadó szennyvízmennyiségének, illetve a kérdéses cső telt szelvényű vízszállításának hányadosa segítségével meghatározható a tényleges vízsebesség, és úsztatási mélység a teltségi görbéből (102. ábra), (Markó, 1989). A kialakuló tényleges sebesség értékek kapcsán fontos, hogy ne lépjük túl az adott anyagra megengedett határsebességet. Nyílt árkok esetén megoldást jelent a nagy sebességek estén a burkolat alkalmazása, viszont számolni kell azzal, hogy a hidraulikailag kedvezőbb érdességi viszonyok miatt a sebességek tovább nőnek ábra: Zárt szelvényű csatornák méretezése A mértékadó csapadékvíz hozamok értéke csökkenthető a lefolyás szabályozás eszközeivel: vízáteresztő felületek növelésével, összegyülekezési idő növelésével, tározók létesítésével (felszíni/ hálózati), és vízgyűjtő terület csökkentésével. A csapadékvizekhez történő hozzáállás szemlélete manapság kezd átalakulni. A klímaváltozás kapcsán kezd elterjedni az a nézet, hogy a lehullott csapadékok minél nagyobb részét a keletkezés helyén kell elszikkasztani, visszatartani. A szikkasztás elősegíti a talaj vízháztartásának javítását, ezért meg kell teremteni a beszivárogtatás lehetőségét Műtárgyak tervezése és méretezése A víz elvezetésére szolgáló csatornák műtárgyait funkciójuk szerint az alábbi csoportokba sorolhatjuk: Keresztezési műtárgyak, amelyek általában vízszintes jellegű csöves műtárgyak: csőátereszek, 106

113 Csatornák és műtárgyak hidraulikai méretezése tiltós csőátereszek, bújtatók, és csőzsilipek. Vízkormányzás és vízszintszabályozás műtárgyai: tiltók, zsilipek, átemelők, és szivattyú telepek. Esést összpontosító és hidraulikai átmenetet biztosító műtárgyak: fenékküszöbök, fenéklépcsők, fenék bordák, burkolatok, és bukók. Tervezési feladat során a második és harmadik csoportba sorolt művek csak kivételes esetben fordulnak elő. Csőátereszek vagy átereszek, továbbá hidak (2 m-nél szélesebb kereszteződések) változó hidraulikai feltételek mellett üzemelnek. Általában az átereszeket hidraulikailag rövid csővezetékként méretezzük, azaz a veszteségmagasság: ahol: h vh : helyi veszteség [m], h vs : súrlódási veszteség egyenes csőre [m], Σζ : be- és kilépési valamint más helyi veszteségtényezők összege, v : az átereszben áramló víz középsebessége [m/s], λ : az áteresz súrlódási tényezője, d : az áteresz átmérője (tojás-szelvénynél esetenként d = 4R, ahol R a hidraulikai sugár), [m]. A be- és kilépési veszteségen kívül helyi veszteség keletkezhet a mederszűkülésből is. Az ilyen jellegű veszteségtényező a következő összefüggéssel számolható: ahol: A 1 a szűkebb és A 2 a bővebb szelvény keresztmetszete [m 2 ]. 107

114 Csatornák és műtárgyak hidraulikai méretezése A műtárgy méreteit úgy kell megválasztanunk, hogy a csatorna esésétől függően a visszaduzzasztásuk ne haladja meg a 3 7 cm-t. Az átereszek visszaduzzasztásának ellenőrzésére, amennyiben az áteresz hossza nem haladja meg a m- t, a 103. ábrán látható közelítő hidraulikai számításon alapuló nomogramot használhatjuk ábra: Nomogram átereszek közelítő hidraulikai ellenőrzéséhez 4. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismerkedtünk: a nyílt felszínű csatornák, a zárt szelvényű vezetékek és a műtárgyak hidraulikai méretezésével. Önellenőrző kérdések 1. Írja fel a veszteséges Bernoulli-egyenletet nyílt felszínű csatornához! 2. Ismertesse a Chézy-képletet! 3. Ismertesse a zárt, körszelvényű gravitációs vezetékek méretezését! 4. Ismertesse a csőátereszek veszteségmagasságát! 108

115 IV. rész - témakör. Közműhálózatok építése, üzemeltetése és rekonstrukciója Bevezető A fejezet célja, hogy megismerkedjünk a közműhálózatok kialakításának, építésének, üzemeltetésének és rekonstrukciójának legfontosabb elemeivel. Ennek érdekében a témakör tartalma a következőket foglalja magába: Közműrendszerek kialakítása és építése, valamint Közműhálózatok üzemeltetése és rekonstrukciója.

116 12. fejezet - Közműrendszerek kialakítása és építése Bevezető A növekvő lakás és komfortigények, továbbá a közmű jellegű szolgáltatások körének fokozatos, állandó bővülése miatt egyre több föld feletti-, és föld alatti hálózatot kell megépíteni (Darabos - Mészáros, 2006) Közműrendszerek kialakítása A KÖZMŰVESÍTÉS RENDSZERELVŰ KIALAKÍTÁSA A szabályozás a közművek körének bővülésével folyamatosan alakult, a napjainkban is aktuális elrendezést az 1960-as években érte el, az MSZ 7487 szabványsorozat folyamatos közzétételével. Az MSZ 7487/2 Közművezetékek elrendezése közutak alatt szabványból a gyűjtő- és forgalmi utak alatti közmű elrendezést a 104. ábra szemlélteti ábra: Közműelrendezés gyűjtő- és forgalmi utak alatt. Jelölések: E erősáramú kábel, P hírközlési kábel, G gázvezeték, CS csatorna, V vízvezeték, TF távfűtő vezeték, JV ipari vízvezeték. Az MSZ 7487/2 szabványsorozat indokolatlan leértékelését az 1960-as évek második felében elindult iparosított tömeges lakóházépítés hozta magával. Ez a lakásépítési mozgalom Kelet-Európában több országot érintett, ezért a közművesítés problémáinak kezelésében gyors és jelentős, összehangolt fejlesztési munka indult el. Ennek megfelelően előtérbe kerültek az integrált közművesítés módszerei, a közművek szétválasztása, csoportosítása, a közös munkaárkos építés és a lakótelepi közműalagút, a közműfolyosó, továbbá ezek kombinációi is. Az 1950-es évektől külföldön és hazai vonatkozásokban is jellemző a nagyobb közintézmények építése, és a minden eddigit meghaladó iparfejlesztés mértéke, továbbá üteme új vonásokat hozott az integrált közművesítésben is. A középületi integrált közművesítés szép hazai példája a Veszprémi Egyetem, melynek sajátosan, de funkcionálisan kapcsolt épületeit közműalagút-közműfolyosó rendszer tárja fel, kedvező üzemeltetési tapasztalatokkal. Az elmúlt 50 év városépítési és városfejlesztési irányzatait tekintve megállapítható három jelentős időszak: A költség-centrikus, takarékoskodó irányzat, melynél a távlati előnyök, a térbeli és esztétikai értékek háttérbe szorulnak. A konstrukciós, technológiai és szerelési problémákat előtérbe helyező időszak. 110

117 Közműrendszerek kialakítása és építése A kompozíciós kérdések előtérbe kerülésével a településfejlesztés esztétizáló irányzatainak időszaka. Az utóbbi húsz év az emberközeli településfejlesztés korszakát éli, melynek jellegzetes alkotása a lakópark. Itt a közművesítés jelentős visszafejlődése tapasztalható és korszerűbb csőanyagok és szerkezetek bázisán a klasszikus hagyományos, de szabályozással nem rendelkező egyedi építés az általános. A KÖZMŰVEK ELHELYEZÉSÉNEK ELŐÍRÁSAI Jelenleg a hazai szabályozás helyzete nehezen áttekinthető. A CEN teljes jogú tagsága birtokában minden MSZ szabvány visszavonásra került. Mivel számtalan szakmai terület EN szabályozással még nem rendelkezik, világossá vált a helyzet tarthatatlansága, ezért több MSZ ismételt hatályba helyezésére került sor. Az aktuális állapotot minden esetben a Magyar Szabványügyi Testület könyvtárában lehet és kell felmérni, a néhány évre becsülhető átmeneti időszakban. A közművek egyedi- és közműrendszerként történő tervezése során az elhelyezést az MSZ 7487 szabványsorozat 1980-ban kiadott módosítása szerint célszerű előirányozni. A módosítás óta eltelt időszakban bekövetkezett legfontosabb változást a 123/1997. (VII.18.) Kormányrendelet jelenti. A KÖZMŰVEK CSOPORTOSÍTÁSA ÉS SZÉTVÁLASZTÁSA A közműsávban elhelyezendő közműveket: vízgazdálkodási energiaellátó és távközlő funkció szerint csoportosíthatjuk. Lényegesen jobb megoldás azonban, ha a közműveket az egymásra gyakorolható káros hatások kiküszöbölésének figyelembevételével választjuk szét. A közművek egymásra hatását vázlatosan a 105. ábra szemlélteti. Amint az ábrából is látható, a víz- és gázvezeték meghibásodása amely az üzemelés természetes velejárója a többi közmű üzemét kedvezőtlenül befolyásolja ábra: Közművek egymásra hatása. Jelölések: 1 kábelsáv, 2 vízvezeték, 3 csatorna, 4 távhőellátás, 5 gázvezeték, 6 gázszivárgás, 7 vízszivárgás A KÖZÖS MUNKAÁROKBA FEKTETÉS SZABÁLYAI Az integrált közművesítés legegyszerűbb eljárása a közös árkos közműsáv létesítése. A közös árkos közműsávban a vezetékek közelebbi elhelyezését engedi meg az MSZ 7487/2 is, mint egyedi fektetés esetén. 111

118 Közműrendszerek kialakítása és építése A közös munkaárokba elhelyezhető csővezetékek száma 2-8 között változhat. A hálózatok elrendezése szempontjából vertikális és horizontális kialakítást különböztethetünk meg (Mészáros, 1983). Az együtemű munkaárok-kiemeléskor a munkaárkot a 106. ábra sorrendjében, egyszerre emelik ki. A gyakorlatban három-, ill. négyvezetékes közműsáv kialakítása szokásos. 106 ábra: Közműsávok kialakítása. a.-b.) nem javasolt megoldás; c.) jó kialakítás. Jelölések: 1 távhőellátás, 2 víz, 3 gáz, 4 csapadékvíz, 5 szennyvíz KÖZMŰCSATORNÁK, KÖZMŰFOLYOSÓK, KÖZMŰALAGUTAK Az egyszeri beruházási költségek tekintetében igényes megoldások az üzemeltetésben megtérülnek, a csővezetékek korrózió- és mechanikai hatások elleni védelmében. További előny az üzemeltetésben az egyszerűbb csővezeték ellenőrzés és karbantartás. KÖZMŰCSATORNÁK A közműcsatornák a távhőellátás széleskörű alkalmazásával terjedtek el (107. ábra). Hazai viszonyaink között, a lakótelepek beépítési módja mellett, a közműcsatornák alkalmazásának meg van a lehetősége, a rekonstrukciós feladatoknál (Mészáros, 1983). KÖZMŰFOLYOSÓK A közműfolyosó kialakítására a szerelőszinten több lehetőség kínálkozik. Ezek közül négyet a 108. ábra mutat be. KÖZMŰALAGUTAK A közműalagút építés első magvalósult létesítménye közel 130 éves múltra tekint vissza. Ez alatt a vélemények és az ellenvélemények többször összecsaptak. 112

119 Közműrendszerek kialakítása és építése A műszaki érvek a közműalagutak széleskörű bevezetését indokolják. Ugyanakkor a gazdasági megfontolások a létesítés ellen hatnak. A rendelkezésre álló szakirodalmi források szerint Rómában, Madridban, Chicagóban, New Yorkban, Párizsban és Moszkvában épültek hosszabb, esetenként a 100 km-t meghaladó közműalagutak (1. tanulási egység) ábra: Megépült közműcsatorna. a.) műszaki alagsor; b.) közműcsatorna; c.) csővezeték védőcsőben és betonblokkban. Jelölések: 1 távhőellátás, 2 ivóvíz, 3 használati melegvíz, 4 melegvíz (visszatérő), 5 gáz, 6 csapadékvíz, 7 szennyvízcsatorna, 8 kisfeszültségű-, 9 nagyfeszültségű kábelek 108. ábra: A közműfolyosó elhelyezési lehetőségei. a.) süllyesztett, b.) részlegesen süllyesztett, c.) homlokfal mellett, d.) középfőfal mellett. Jelölés: 1 közműfolyosó Közműhálózatok építése 113

120 Közműrendszerek kialakítása és építése Az építési tevékenység több évtizedes hazai gyakorlatában az elmúlt húsz évben jelentős változások történtek. Ez a szektorban működő meghatározó szereplők beruházó, tervező és kivitelező mindegyikét érintette (Darabos - Mészáros, 2006). A jelzett időszakban, a közművesítésben kiemelt jelentőséget kapott a szennyvízelvezetés. A megvalósult munkák egy jelentős része a kisebb települések kategóriájában történt. A jó minőségű kivitelezés előfeltétele a kivitelezővel szemben támasztott követelmények egyértelmű megfogalmazása. Az első és legfontosabb alapkövetelmény, hogy a csővezeték-építés kivitelezője rendelkezzen az MSZ EN ISO 9002 szerinti minősítéssel és ennek megfelelően Minőségi Kézikönyvvel. Ez utóbbinak egyik fontos melléklete az általános technológiai utasítás, melyben a szakmai-, a műveleti-, és a technológiai követelmények, továbbá ezek betartásával összefüggő közegészségügyi- és munkavédelmi feltételek kerülnek rögzítésre. Fontos a tényleges alkalmasság igazolása. Erre a referenciák felsorolása, bemutatása és ellenőrzése a legfontosabb eszköz. Alapkövetelmény, hogy a kivitelező rendelkezzen azokkal a munka- és egyéb eszközökkel, melyek a közműhálózatok megvalósításához szükségesek. Rendelkeznie kell a földkiemeléshez szükséges, korszerű munkagépekkel, tömörítő eszközökkel és a különböző csőanyagokhoz a technológiai munkafolyamatokhoz nélkülözhetetlen szerszámokkal. A KIVITELEZÉS ELŐKÉSZÍTÉSE A kivitelezés előkészítése a tervezett nyomvonal előzetes kitűzésével egyidejűleg geodéziai alappontok létesítésével és rögzítésével kezdődik. Ezt követi a helyszínelések sorozata, melyek keretében fel kell tárni: a meglévő közművek helyét és jellegét, a nyomvonal menti építmények állagát, az engedélyezési terv elkészítése óta bekövetkezett helyszíni változásokat, az irodák, raktárak, segédüzemek helyét, a helyszíni deponálási lehetőségeket, az átmeneti gyűjtő-depóniák helyét, az ágyazati anyagok beszerzési lehetőségeit és a nyomvonal menti egyéb állagmegóvási feladatokat (fa, egyéb, tartószerkezet védelem, stb.). A tényleges kivitelezési munka az Építési napló megnyitásával és a munkaterület átadásával kezdődik meg. MUNKAÁROK KIALAKÍTÁS Az altalaj- és talajvízviszonyok, továbbá a vertikális nyomvonal kialakítás és a csőszerelés igényei határozzák meg a munkaárok alakját és méretét. A munkaárok készülhet: függőleges- és rézsűs árokfallal, illetve dúcolt- és dúcolatlan kialakítással. 114

121 ÁGYAZATKÉSZÍTÉS ÉS CSŐFEKTETÉS Közműrendszerek kialakítása és építése A földbefektetett csővezetékek élettartamát a beágyazás módja és az ágyazat minősége befolyásolja. Megállapítható, hogy különösen talajvíz jelenlétében kedvezőtlen altalajnak minősül: a feltöltés, a talaj magas szerves anyag tartalma, a folyásra hajlamos homok, a roskadásra hajlamos lösz és az átázott iszap. Alsó ágyazati réteget lásd: 109. ábra kell építeni rugalmas csöveknél, minden más esetben, minimálisan 10 cm vastagságban, homokból-, vagy egyéb szemcsés talajból. A talaj pontos összetételére az MSZ EN 1610:2000 tartalmaz részletes ajánlást. A munkaárok és az ágyazat szempontjából fontos meghatározásokat, az MSZ EN :2000 alapján a 109. ábra tünteti fel ábra: A munkaárok és csőzóna jellemzői (MSZ EN :2000). Jelölések; a: alsó ágyazati réteg vastagsága, b: felső ágyazati réteg vastagsága, c: csőzóna csőtető feletti részének vastagsága, H: a csőtető mélysége (földtakarás), H*: árokmélység, B: árokszélesség (a földkiemelés teljes szélessége), 1 alsó ágyazati réteg, 2 felső ágyazati réteg, 3 csőzóna cső melletti része, 4 csőzóna csőtető feletti része, 5 visszatöltés. DÚCOLÁS ÉS VÍZTELENÍTÉS A szakszerű- és biztonságos munkavégzés szempontjából mindkét tevékenység meghatározó jelentőségű a megvalósítás során. A munkafolyamatok megtervezéséhez és kivitelezéséhez nélkülözhetetlen a talajfizikai jellemzők megbízható ismerete. A talaj összetételének víztartalmának, és a földkiemelés módjának függvényében a megtámasztás nélkül kiemelhető határ árokmélységeket a 12. táblázat tünteti fel. 12. táblázat: Megtámasztás nélkül kiemelhető határ árokmélységek 115

122 Közműrendszerek kialakítása és építése FÖLDVISSZATÖLTÉS ÉS TÖMÖRÍTÉS A csőzóna feletti részen a földvisszatöltés a helyszínen kitermelt anyagból is történhet, ha az alkalmas a tömörítésre. A földvisszatöltés csak legfeljebb 20 cm vastag rétegekben, gépi és kézi erővel egyaránt készülhet. Az egyes rétegek a visszatöltendő talaj fizikai jellemzőinek megfelelő döngölőeszközökkel négyütemű döngölőbékák, könnyű árokhengerek, legfeljebb 60 kg tömegű, egyirányban mozgó lap vibrátorok tömöríthetők. AZ ÉPÍTÉS GÉPESÍTÉSE A csővezeték építésének vezérgépe a hidraulikus kotró. Ezek mérete, felszereltsége és teljesítménye típusonként, illetve forgalmazóként változik. A közművek kivitelezésénél a típus kiválasztást: 116

123 Közműrendszerek kialakítása és építése KÖZMŰVEK KERESZTEZÉSE Közműrendszerek kialakítása és építése során találkozunk közművek keresztezésével. Gyakran előfordul, hogy közművezetékkel: más közműveket, vasutat, utat, vízfolyásokat keresztezünk (Markó, 1989). Vezetékek közül különösen fontos az ivóvízvezeték és a szennyvízcsatorna keresztezésének kialakítása (110. ábra) ábra: Ivóvízvezeték és szennyvízcsatorna keresztezése A keresztezés kialakításának két alapesete van: a vízvezeték a csatorna alatt, a vízvezeték a csatorna felett helyezkedik el. Ha a két vezeték egymástól való távolsága nagyobb 1,0 méternél, külön műszaki megoldás nem szükséges. Alapelv, hogy közhasználatú ivóvízvezeték építésénél védősávot kell kialakítani. A védősáv a vezeték felett a föld felszínéig, alatta 1,0 m mélységig, kétoldalt általában 2,0-2,0 m-ig tart. 117

124 Közműrendszerek kialakítása és építése Ha a csatorna magasabban fekszik a vízvezetéknél (111/a. ábra) a keresztezési ponttól számított 2,0-2,0 m-en a csatorna állékonyságát és vízzáróságát biztosítani kell ábra: A keresztezés kialakításának két alapesete Amennyiben a csatorna mélyebben fekszik, mint a vízvezeték (111/b. ábra) és a köztük lévő távolság (m) kisebb mint 0,5 m, a vízvezetéket a keresztezési ponttól számított 2,0-2,0 m hosszon úgy kell megépíteni, hogy a vezetékben csőkötés ne legyen. A csatornát pedig 10 cm védő betonburkolatba kell helyezni a keresztezéstől számított 1,0-1,0 m hosszon. A szennyvízcsatorna gázvezetéket és elektromos kábeleket csak alulról keresztezhet. 3. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismerkedtünk a közműrendszerek kialakításával és építésével. 1. Rajzolja le a közműelrendezést gyűjtő- és forgalmi utak alatt! 2. Ismertesse a közművek egymásra hatását! 3. Rajzolja le a közműsávok kialakítását! 4. Ismertesse a közműcsatornákat! 5. Ismertesse a közműfolyosó elhelyezési lehetőségeit! 6. Ismertesse a dúcolás és víztelenítés jelentőségét! 7. Ismertesse a földvisszatöltést és tömörítést! 8. Ismertesse az ivóvízvezeték és a szennyvízcsatorna keresztezésének kialakítását! 118

125 13. fejezet - Közműhálózatok üzemeltetése és rekonstrukciója Bevezető A különböző közművek üzemeltetése és rekonstrukciója speciális egyedi ismereteket igényel. Ezért a továbbiakban kizárólag a vízi közművekkel kapcsolatos ismeretek vázlatos összefoglalására szorítkozunk Közműhálózatok üzemeltetése A közműrendszerek üzemeltetése az elmúlt évtizedben meglehetősen vegyes képet mutat. Az elmúlt évek tapasztalatai- és az előttünk álló feladatok azt jelzik, hogy az üzemeltetés koncentrálása szükségszerű, az új szennyvízelvezető rendszerek belépésével a decentralizáció nem folytatható (Darabos - Mészáros, 2006). AZ ÜZEMELTETÉS IRÁNYÍTÁSÁNAK OPERATÍV FELADATAI Egy vízi-közmű létesítmény üzemeltetése célszerűen a próbaüzem sikeres lezárása után kezdődik. A próbaüzem indítását, a vállalkozó készre jelentése alapján a beruházó hívja össze. Erre a bejárásra, a területileg illetékes Vízügyi Felügyeletet, a Környezetvédelmi Felügyeletet, az ÁNTSZ, a Munkavédelem, az Üzemeltető és a vállalkozásban közreműködők képviselőit kell meghívni. A próbaüzem sikeres lefolytatása és a zárójelentés elkészítése után aktuális a műszaki átadás-átvétel és a használatba vétel. Ehhez az üzemeltetőnek vízjogi üzemeltetési engedélyt kell kérni. Az üzemeltető egyik kiemelten fontos operatív feladata a fogyasztókkal a korrekt kapcsolattartás. A LÉTESÍTMÉNYEK ÉS HÁLÓZATOK NYILVÁNTARTÁSA A szakszerű üzemeltetéshez a közművezetékekről és műtárgyaikról olyan részletes adatok és térképek szükségesek, amelyek tükrözik a térszín alatti takart létesítmények helyét és jellemzőit. Mindazt, amit a közműrendszerről tudni akarunk, a nyilvántartásnak tartalmaznia kell. 119