Drukreducerend & cavitatie – uw vragen beantwoord

Optimalisatie van druk- en debietwaarden is een integraal onderdeel van het ontwerp van irrigatiesystemen. Door de constante en vaak sterke schommelingen in vraagdebiet en aanvoerdruk moeten afsluiters en andere componenten zorgen voor dynamische druk- en debietregeling in het gehele systeem.

<>

In het BERMAD-webinar “Drukverlaging en cavitatiepreventie in irrigatiesystemen” presenteerde onze Global Irrigation Unit Manager, Yiftah Enav, de principes, methoden, systemen en oplossingen van BERMAD voor drukverlaging en cavitatiepreventie. Yiftah deelde waardevolle inzichten over het kiezen van de meest effectieve drukreducerende regelafsluiters (PRV’s) voor langdurige prestaties en kostenbesparing.

Tijdens het webinar werden vragen behandeld over de theorie van cavitatie, erosie, snelheid, ΔP en de praktijk van het effectief selecteren, combineren en toewijzen van drukreducerende regelafsluiters:

V: Wat is het verschil tussen drukreducerende afsluiters en proportionele drukreducerende afsluiters?

A: Drukreducerende afsluiters (PRV’s) zijn instelbaar en worden afgesteld om continu een hogere stroomopwaartse druk te verlagen naar een lagere, constante stroomafwaartse druk, ongeacht veranderingen in de stroomopwaartse druk en/of de gevraagde doorstroming.

Proportionele drukreducerende afsluiters (PPRV’s) bevatten geen pilot en zijn daarom niet instelbaar. Op basis van de verhouding tussen de effectieve oppervlakten van hun membraan en afsluiting, verlagen PPRV’s continu een hogere stroomopwaartse druk naar een lagere stroomafwaartse druk in een constante verhouding.

Alleen dubbele kamerafsluiters kunnen dienen als PPRV’s.

V: Is de PD-reductiefactor voor alle maten 2,5?

A: De PD-reductiefactor is 2,5 in de meeste series en maten; de reductiefactor kan echter variëren en is te vinden op onze website, in prijslijsten en op de relevante productpagina’s. Raadpleeg de relevante reductieverhoudingstabel voor elke afsluitermaat en elke afsluiterserie (100, 700).

V: Kunnen we drukreduceerventielen gebruiken om de statische druk te verlagen? Kan een drukreduceerventiel werken bij geen doorstroming?

A: Ja. Wanneer de debietvraag tot nul daalt, is het debiet dat via de drukreducerende afsluiter (PRV) de leiding bereikt, tijdelijk groter dan het debiet uit de leiding (dat nul is). Hierdoor hoopt de druk zich op en stijgt deze licht in de leiding stroomafwaarts van de PRV. De PRV-pilot detecteert een druk boven de ingestelde waarde en sluit de PRV, waarbij hij “probeert” de druk terug te brengen naar de ingestelde waarde. Omdat het debiet nul is (doodlopend), blijft de druk, zelfs wanneer de afsluiter drupdicht gesloten is, iets boven de ingestelde waarde (ervan uitgaande dat er geen lekkages zijn), waardoor de PRV gesloten blijft.

V: Er wordt beweerd dat het voor de PRV niet altijd mogelijk is om de P2-druk te handhaven wanneer de stroming plotseling stopt, in vergelijking met een direct werkende PRV. Hiervoor is een drukontlastklep vereist stroomafwaarts van de PRV. Wat is uw reactie op deze bewering?

A: Direct werkende drukreduceerventielen (PRV’s) kunnen sneller zijn dan hydraulische PRV’s, maar zijn duidelijk inferieur wat betreft drukverlies, extra functies (zelfs sluiten/openen), gevoeligheid, nauwkeurigheid, onderhoud en vereisen nog steeds een drukontlastklep om het systeem te beschermen als de DPRV’s vastlopen of niet goed afdichten.

Om de reactietijd te versnellen, kan een stroomafwaartse drukregelingspilot worden toegevoegd of, bij voorkeur, een dubbele kamer drukreducerende afsluiter worden gebruikt.

V: We stellen de PRV in op P1 om de vereiste P2 te handhaven. In deze situatie is P1 volgens het ontwerp (theoretisch), maar in werkelijkheid verandert P1 door gedeeltelijke werking van het gebied, variatie in vraag, werking van de pomp of lekkage. Wat is de P2 druk tijdens deze situatie? Verandert deze (neemt deze toe)? Moeten we opnieuw naar de locatie om de druk in te stellen of wordt de P2-druk   automatisch gehandhaafd? En wat gebeurt er met het debiet bij variatie als P1 verandert?

A: Drukreducerende afsluiters worden continu geregeld door een drukregelingspilot die alleen P2 waarneemt. Veranderingen in de vraag en/of P1 die P2 beïnvloeden, worden direct door de pilot waargenomen en zorgen ervoor dat de interne componenten van positie veranderen en de afsluiter direct smoren naar dicht (@ P2 stijging) of openen (@ P2 daling) om de pilotinstelling te bereiken.

De doorstroming wordt bepaald door de systeememitters en uitlaten, niet door het PRV. Het PRV past in feite automatisch zijn openingsgraad aan de werkelijke vraag (& P1) aan, zodat het nooit “te open” of “te gesloten” is en altijd de ingestelde P2 handhaaft.

V: Wat zijn de praktische verschillen tussen PRV’s met 2-weg en 3-weg regeling?Aangezien een 3-weg regeling naar de atmosfeer ontlucht, heeft dit invloed op de regelstabiliteit van een membraangestuurde afsluiter?

A: Een drie-weg circuit wordt gekenmerkt door het feit dat de pilot de waterroute “selecteert”: P1 naar regeling (sluiten) of regeling naar ontlast (openen). Dit zorgt ervoor dat er een zeer klein volume regelwater wordt gebruikt en leidt tot twee verschillende gedragingen:

 

<>

V: Wat is het +/- drukverlies door een 2-weg regelkring?

A: Een 2-weg circuit wordt gekenmerkt door een continue stroming van P1 door een restrictie naar de regelkamer, terwijl de pilot de regelkamer verbindt met de afsluiter aan de uitlaatzijde en de kamerdruk afvoert zolang de afsluiter open is. Dit leidt tot een relatief hoog volume regelwater (0,2-0,5 m³/u; 0,9-2,2 gpm) en resulteert in gevoeligheid voor vervuild water met de onderstaande hydraulische eigenschappen:

V: Wat zijn de dimensioneringscriteria voor circuitinlaatrestrictie bij 2-weg regeling?

A: De tweerichtingsregelbeperking moet kleiner zijn dan het waterpad van de pilot om een stabiele en nauwkeurige regeling mogelijk te maken, samen met een zo klein mogelijk extra drukverlies en voldoende reactietijd. We kunnen zeggen dat het criterium de grootte is van het waterpad in de pilot, dat gekoppeld is aan de afsluitermaat.

V: Voor welke toepassingen kunnen proportionele drukreduceerventielen worden gebruikt?

A: Zwaartekrachtleidingen bergafwaarts en/of wanneer een hoge vereiste ΔP een drukreductie in twee stappen noodzakelijk maakt om kleppen te beschermen tegen erosie en cavitatie en om extra bescherming aan het systeem te bieden.

V: Bij het leveren van water bergafwaarts vanuit een balanceringsreservoir naar meerdere kleine irrigatietanks (dus directe lozing naar de atmosfeer zoals uitgelegd bij drukbreektanks), welke typen drukreducerende afsluiters kunnen worden gebruikt? Kunt u hier wat meer uitleg over geven?

A: De aanbevolen oplossing ter vervanging van drukbreektanks (PBT’s) is het toepassen van PPRV’s, die de volgende voordelen biedt:

Echter, omdat de PPRV-reductieverhouding constant is, daalt de downstreamdruk wanneer de upstreamdruk afneemt door wrijvingsverliezen in de leiding. Aangezien de irrigatievraag varieert, moeten we de PPRV’s positioneren op basis van de hoogteverschillen (maximale upstreamdruk) en op het werkelijke drukverlies bij maximale doorstroming/wrijving (minimale upstreamdruk). Omdat elke PPRV de druk bepaalt voor de volgende PPRV, is de ontwerpberekening enigszins uitdagend. BERMAD heeft een Excel-bestand ontwikkeld dat alle parameters meeneemt als hulpmiddel bij het ontwerp.

V: Welke restricties moeten worden gebruikt voor PPRV’s?
A: PPRV’s vereisen geen restricties.

V: Kan een drukreducerende afsluiter worden ontworpen op basis van debiet als variabele in plaats van uitlaatdruk als variabele? Kunnen we in sommige gevallen, zoals bij een zwaartekrachtlijn, een debietbegrenzings-/regelafsluiter als optie gebruiken voor een drukreducerende afsluiter?

A: Er moeten een aantal zaken in overweging worden genomen met betrekking tot druk en debiet in drukreducerende afsluiters:

<>

V: We hebben vier afsluiters geïnstalleerd bij de inlaat van de chak (hoofdblok) waar de inlaatdruk (P1) 60 m is en de vier sub-chak (perceel) afsluiters verschillende drukvereisten (P2) hebben (dus P2 voor Afsluiter 1 = 35 m, Afsluiter 2 = 25 m, Afsluiter 3 = 45 m, Afsluiter 4 = 50 m). De lengte, diameter en hoogte van de distributieleiding van de sub-chak variëren, maar dezelfde doorstroming aan het uiteinde van elke sub-chak uitlaat is vereist. Kunnen we dus dezelfde doorstroming aan het uiteinde van de sub-chak uitlaat behouden wanneer P1 constant is, maar P2 varieert?

A: Het antwoord hangt af van de vraag of de irrigatie onder druk staat en wordt uitgevoerd met druppelirrigatie, sproeiers of jets (elke emitter met een bekend debiet), of dat het gaat om overstromingsirrigatie waarbij het uiteinde van de distributieleiding open is naar de atmosfeer.

<>  

V: Kunnen we op afstand de PRV-instelling voor druk en debiet wijzigen?

A: Drukreduceerventielen (en alle hydraulische regelafsluiters) kunnen twee pilots accepteren die op verschillende drukken zijn ingesteld. Door een solenoïde te installeren om tussen de pilots te “kiezen”, is het mogelijk om op afstand te schakelen tussen drukregimes.

Voor andere opties moeten er apparaten aan de pilot worden toegevoegd om dynamische externe instelling mogelijk te maken. Dit vereist ook speciale controllers om analoge regeling mogelijk te maken.

V: Wat is het optimale bereik voor klepbeweging bij hydraulische drukreducerende afsluiters?

A: Ergens tussen de 15%-30%, afhankelijk van het type klep, de druk- en stroomomstandigheden, de jaarlijkse bedrijfstijd en andere factoren. Door een V-poort plug toe te passen, wordt de DRV gedwongen verder te openen om lage debieten beter aan te kunnen. Hierdoor staat de DRV ongeveer 15% open, zelfs wanneer de stroomsnelheid daalt tot ongeveer 0,5 m/s.

V: In een direct pompend distributienetwerk, hoe reageert het drukreduceerventiel (PRV) wanneer er een stroomstoring optreedt en de druk aan de toevoerzijde plotseling stijgt? Kan het de P2-druk aan de afvoerzijde handhaven?

A: Dit is complex, omdat stroomuitval een gebeurtenis met meerdere scenario’s is. Als we ervan uitgaan dat de vraag betrekking heeft op een PRV op een van de uitlaten van een hoofdleiding die de pomp met een reservoir verbindt, kunnen we verwachten dat de PRV opent wanneer de druk daalt door een negatieve golf. In dit geval zal hij waarschijnlijk niet snel genoeg sluiten om P2 te handhaven als er een positieve golf optreedt.

V: Kan het 400-serie (enkele kamer, globe uitvoering) ventiel worden gebruikt voor drukreducerende toepassingen? Zo ja, is het dan gevoeliger voor cavitatie in vergelijking met Y-uitvoering ventielen (100- en 700-serie)?

A: De 400 serie kan worden gebruikt voor drukreducerende toepassingen. In feite worden de meeste metalen drukreduceertoepassingen in irrigatie uitgevoerd door de IR-400 serie of andere enkelkamerafsluiters. De IR-400 serie heeft geen verhoogde zitting, waardoor deze minder bestand is tegen cavitatieschade dan de IR-100 serie, doordat deze is vervaardigd uit kunststof materiaal, en de IR-700 serie die een verhoogde roestvaststalen zitting bevat. Het Y-uitvoering draagt ook bij aan een betere cavitatieweerstand en ~25% betere doorstromingsprestaties in vergelijking met standaard globe afsluiters.