Waterdebietregeling – Hoe het werkt

Wat zijn debietregelafsluiters?

Stroomregelafsluiters zijn ontworpen om een constante, vooraf ingestelde maximale doorstroming te handhaven, ongeacht schommelende vraag of variërende systeemdruk. Debietbegrenzing is vereist bij de uitlaten van hoofdleidingen naar afnemers zoals secundaire systemen (hoofdleiding naar hydrantleiding; hydrantleiding naar distributieleiding), reservoirs, enzovoort, om het voedende systeem te beschermen tegen overmatig verbruik. Het verbruik wordt bepaald door de gebruikersvraag stroomafwaarts van de stroomregelafsluiter — afhankelijk van het aantal emitters in het veld en hun debietgegevens, het aantal gebruikers dat gelijktijdig irrigeren, en externe componenten zoals reservoirs en back-upsystemen.

Systeemdebiet in de tijd met debietbeperkende afsluiter en zonder (stippellijn)

Omdat gebruikers niet te controleren zijn, gebruiken ontwerpers debietregelafsluiters om ervoor te zorgen dat het debiet niet aanzienlijk boven het ontwerpdebiet uitkomt. Door het debiet te beperken, beschermen we het toevoersysteem tegen overmatige vraag en geven we hieraan prioriteit boven de gebruikers wanneer zij proberen meer te verbruiken dan de specificaties van het systeem toestaan.

<< Download de gratis casestudy over geïntegreerd irrigatiebeheer >>

Inleiding

Modernisering van irrigatie is gericht op het besparen van water en energie door het verbeteren van de irrigatie-infrastructuur — het upgraden van overstromingsirrigatie naar onder druk staande systemen en daarmee het verhogen van de irrigatie-efficiëntie en het optimaliseren van het gebruik van bestaande watervoorraden. Het hydraulisch ontwerp van onder druk staande irrigatiesystemen is gebaseerd op twee hoofdparameters: debiet en druk. Op basis van deze parameters wordt het volledige systeemontwerp vastgesteld: pompen worden geselecteerd, het type en de maat van het filtersysteem worden bepaald, materialen en diameters van hoofd- en distributieleidingen worden gedefinieerd, naast het vereiste aantal, de afmetingen en de locatie van reservoirs.

Door een kleinere debiet gedurende een langere tijd te gebruiken, wordt het “irrigatieschema van werking” (irrigatieshifts) een belangrijk ontwerpmiddel om de benodigde energie en de diameter van de systeemleidingen en componenten te verkleinen. De irrigatie wordt vervolgens opgedeeld in shifts die energiebesparing en lagere initiële kosten mogelijk maken. Dit gedetailleerde ontwerp is gebaseerd op het feit dat het debiet in de hoofdleiding en het vereiste debiet per irrigatieshift bekend zijn.

Dus, als we de doorstroming in systemen met meerdere gebruikers niet beperken, zal het ongecontroleerde verbruik leiden tot een aanzienlijke drukval in het hele systeem. Dit kan resulteren in cavitatie van pompen en componenten, overbelasting van het energieverbruik, luchtvorming, vuilafzuiging, enzovoort. Een aanzienlijke afwijking van meer dan 10-15% van de bekende ontwerpwaarden voor debiet en druk zal resulteren in een irrigatiesysteem dat zeer slecht functioneert. Dit kan worden voorkomen door het toepassen van debietbeperkende afsluiters.

Een hogere veldvraag dan de ontworpen doorstroming kan optreden als gevolg van:

Toepassingen van debietregeling in irrigatiesystemen

1. Pomp- & systeembeveiliging

a) Het beperken van het debiet bij de uitlaat naar het perceel om de pomp te beschermen tegen overcapaciteit, overbelasting en cavitatie, en om het ontwerpdebiet te behouden.
b) Het beperken van het debiet op de hoofdleiding om de pomp en het systeem te beschermen tegen overbelasting en cavitatie, zodat een vlakke pompgrafiek wordt behouden zoals weergegeven in de onderstaande grafiek. Wanneer de vraag aanzienlijk hoger is dan het ontwerp:

2. Lege regels “opvullen” regeling 

Debietregeling voor systemen die tussen irrigatiebeurten worden geleegd, zoals:

De volgende video toont het vulproces van een irrigatiemachine (center pivot-systeem):

3. Debietregeling tijdens terugspoelen van het filter

Debietregeling om te voorkomen dat het medium uit het filter, de schermen en het mogelijke filterelement stroomt, en om instorting van het filterelement te voorkomen, naast het besparen van water en energie.

De volgende video toont verschillende regelafsluiters die nodig zijn in een filtratiesysteem, waaronder debietregelafsluiters:

4. Reservoir vullen & niveauregeling

Niveauregelafsluiters regelen wanneer het waterniveau in het reservoir daalt. Wanneer dit gebeurt terwijl het systeem tegelijkertijd in bedrijf is/irrigatie plaatsvindt, kan dit een drukval veroorzaken voor alle andere gebruikers. Door de vullingsstroom van het reservoir te beperken, beschermen we het systeem tegen dit soort drukdalingen. Daarnaast biedt het gebruik van een debiet- en niveauregelafsluiter bescherming voor zowel de afsluiter als het reservoir tegen hoge vullingsstromen en cavitatieomstandigheden.

Systemen met debietregelafsluiters – Principes

Als de ingestelde doorstroming van de afsluiter gelijk is aan de ontworpen nominale doorstroming, zal de afsluiter voortdurend in smoormodus staan, wat leidt tot een hogere drukval (lagere stroomafwaartse druk op het veld) en zwaardere bedrijfsomstandigheden, met het risico op cavitatiebeschadiging van de afsluiter.

Zie de grafiek links die het effect laat zien van consumenten met een hogere vraag (lichtblauw gebied) op de stroomafwaartse druk van de afsluiter (paarse lijn) wanneer de afsluiter smoort om de vooraf ingestelde debiet (blauwe lijn) te handhaven. Let op: de gestreepte paarse lijn toont de stroomafwaartse druk zonder debietregeling; de paarse lijn geeft de druk weer, de blauwe lijn geeft het debiet weer.

Enkele goede redenen om 10-15% boven het ontwerpdebiet te kalibreren:

Bermad raadt sterk aan om de debietregelingsafsluiter te kalibreren op 10-15% boven het nominale ontwerpdebiet van het perceel, om de volgende redenen:

Stroomregelafsluiter – Veelvoorkomende debietsensoren & regelmethoden

1. Stroomopwaartse orifice als debietsensor

Aan de afsluiter stroomopwaarts bevestigd, is de bewerkte orificeplaat gedimensioneerd om een bekende drukverschil te creëren bij een bepaald debiet.

Bermad Model 470-U debietregelafsluiter met ΔP orifice debietsensor. Door dit drukverschil te detecteren, stuurt de pilot de hoofdafsluiter aan:

2. Drukverschilbuis (interne “TubeOrifice”) als debietsensor

Het interne drukverschilbuis is in feite een intern apparaat, geïnstalleerd in de afsluiter, ontworpen om een bekend drukverschil te detecteren bij een bepaald debiet. De voordelen van de TubeOrifice ten opzichte van de standaard orifice zijn:

3. Orifice stroomafwaarts als flowsensor (voor het vullen van reservoirs)

Gelegen aan de uitlaatzijde van de afsluiter kan het drukverschil over de orifice worden bepaald door alleen de inlaatdruk van de orifice te regelen, aangezien de druk aan de uitlaatzijde van de orifice constant is en gelijk aan het waterniveau in het reservoir. De afsluiter beperkt de vulling van het reservoir eenvoudigweg door de druk stroomopwaarts van de orifice (tussen de orifice en de afsluiter) te verlagen, waardoor afnemers voorrang krijgen boven het vullen van het reservoir en er niveaucontrole en bescherming tegen cavitatie van de afsluiter wordt geboden.

4. Paddle-type pilot als debietsensor

Geschroefd op een speciale poort op het ventielhuis biedt de paddle-type pilot 3-weg (of 2/3-weg) debietregelingsmogelijkheden. Geplaatst in de stroming, is de paddle van de pilot ontworpen om het krachtverschil te detecteren dat samenhangt met de stroomsnelheid die tegen de paddle “aanslaat”. De afwijking van de paddle ten opzichte van de “verticale positie” bepaalt de status van de pilotregeling om de afsluiter te smoren of te openen. De afbeelding toont een Bermad debietregelingshydrometer model 970-55 met paddle-type pilot als debietsensor.

Opmerking: Voor stroomsnelheden onder 1 m/s wordt een 2/3-weg servo paddle-type pilot aanbevolen.

Regelafsluiters voor debiet – Projectinstallaties

Outletbeheersysteem Orissa, India

De onderstaande foto’s tonen een typisch outlet management systeem in India, uitgerust met debietregeling en drukreducerende veldafsluiters (Bermad Model IR-2″L-172). Elke afsluiter regelt de irrigatie van een perceel dat toebehoort aan een andere boer. Het project omvat 726 Outlet Management Systemen (OMS), elk voorzien van een isolatieafsluiter, steenvangfilter, ontluchter, veldafsluiter en automatisering.

De stroming wordt geregeld door 3-weg paddle-type pilots.

Bermad is de belangrijkste leverancier voor dit lopende project met ongeveer 3.500 polymeerafsluiters; elk werd getest en gekalibreerd volgens de ontwerpeisen in de Bermad fabriek.

De afbeelding links toont de Bermad Model IR-172 debietregel- en drukreduceerventiel op een testbank voor testen en kalibratie; de rechterafbeelding toont de OMS-installatie op locatie, Orissa, India.

Casestudy: CCRR Callen in Spanje

CCRR Callen in Spanje is een irrigatieconsortium van 1.872 ha met 70 gebruikers die maïs, gerst, tarwe en luzerne verbouwen. Het consortium wilde zijn irrigatie-infrastructuur moderniseren omdat deze verouderd, inefficiënt en arbeidsintensief in gebruik was.

Bermad’s geïntegreerde irrigatieoplossing voor Callen omvatte een hoofdleiding en drukstootoplossingen, evenals op afstand bediende drukreducerende en debietregelende hydrometers IR-972 voor elk perceel.

Het consortium bestuurt elke hydrometer op afstand volgens de ontworpen irrigatieschema’s.

De debietregelende hydrometers IR-972 met paddle-type pilot worden geïnstalleerd bij de irrigatiekop om te regelen: