Introduktion Projekt Förbifart Stockholm - Tryckreduceringsförsök RAPPORT

(1)

Trafikverket Att: Henric Modig 17290 Solna

Projekt Förbifart Stockholm - Tryckreduceringsförsök

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

Postadress Besöksadress Tfn / Fax / E-post Detta dokument får endast återges i sin helhet, om inte SP i förväg skriftligen godkänt annat.

SP Box 857 501 15 BORÅS

Västeråsen Brinellgatan 4 504 62 BORÅS

010-516 50 00 033-13 55 02 info@sp.se

Introduktion

Förbifart Stockholm är ett av Sveriges genom tiderna största infrastrukturprojekt och kommer binda samman de norra och södra länsdelarna. Drygt 18 km av vägen kommer förläggas under mark och i tunneln planeras för att ett manuellt fjärraktiverat och avstängningsbart

brandbekämpningssystem (BBS) ska installeras. Stora höjdskillnader och stora vattenmängder för det fasta släcksystemet och brandpostsystemet gör att det är ett komplext

vattenförsörjningssystem som ställer stora krav på installationerna.

I detta har projekt har olika lösningar för tryckreducering i tunnlar med stora skillnader i djup och tryck studerats genom olika försök. Försöksuppställningen utformades i samråd med Trafikverket och representanter för projektet Förbifart Stockholm som modell vid utformningen.

Utgångspunkten vid utformningen av försöksuppställningen är att det vid varje BBS-central behöver finnas ett ingående tryck på 3,5 bar. På grund av höjdprofilen på tunneln med två lågpunkter krävs både tryckstegringar och tryckreduceringar, se Figur 1. I tunneln behöver det vara ett tryck på 6 bar vid vattenreservoaren vilket ger ett maximalt tryck på 14,6 bar vid lägsta punkten (84 m under mark). Tre olika tryckreduceringsalternativ har provats. Ett där trycket reducerats i ett steg, d.v.s. tryckreducering skedde direkt från högsta trycket ner till önskat tryck. I de två andra alternativen har trycket reducerats i två steg. Först från högt tryck ner till 10 bar och sedan från 10 bar ner till 3,5 bar.

Figur 1: Höjdprofil över tunneln i Förbifart Stockholm. Lägsta punkten kommer vara ca 84 m under mark. Trycket i brandbekämpningssystemet ut från vattenreservoaren kommer vara ca 6 bar vilket ger ett maximalt tryck på 14,6 bar vid lägsta punkten. Vid tryck över 10 bar så reduceras trycket i två steg, först till 10 bar och sedan ner till önskat tryck.

84 m

6 bar

10 bar

14,6 bar

Vattenreservoar Arbetstunnel

(2)

I tryckreduceringsalternativ 1 sker reduceringen från 14,6 bar till bar 10 bar vid flöden på

15000 l/min och reduceringen från 10 bar till 3,5 bar vid flöden på 7500 l/min. Detta för att simulera hur vattensystemet delar upp sig i två sektioner efter första reduceringen. Vid övriga alternativ reduceras högsta trycket efter uppdelningen.

Projektet har också gjort två försök med tryckreducering vid låga flöden (2500 l/min och nedåt). Detta för att simulera det tryck som behövs vid anslutning för brandposter. I dessa försök har olika tryckreduceringsventiler använts. De provade modellerna av

tryckreduceringsventiler är valda utifrån att man ska kunna prova olika funktioner och inte utifrån specifika modellers resultat. Samtliga modeller finns att hitta i Bilaga 2.

Dessa försök är en del av ”Projekt Förbifart Stockholm, studie avseende säkerhet i tunnlar”

som är samfinansierat av EU Transeuropeiska transportnätet (TEN-T). Upphovsmannen ansvarar för publikationens innehåll. Europeiska unionen tar inget ansvar för hur innehållet används.

Försöksanläggningen

Merparten av försöken utfördes på R-CON:s anläggning i Norrköping vecka 51 2014 men på grund av försening av en leverans fick kompletterande försök utföras den 8/1 och 3/2 2015. I försöken användes en vattentank för att cirkulera vattnet och två pumpar med vardera kapacitet på 7500 l/min vid 14,6 bar vilket tillsammans ger 15 000 l/min vid 14,6 bar. Det minsta flödet som pumparna kan producera med bibehållet tryck är 2500 l/min. Vid det andra alternativet för brandpostreduceringen användes därför en annan pump vars kapacitet var 0-2000 l/min vid 14,6 bar. Efter pumparna anslöt ett 300-rör och på den rörlängden fanns det plats för montering av en tryckreduceringsventil samt tryckmätare före och efter ventilen. Efter 300-röret

monterades två stycken 150-rör med plats för delugeventil

¹

, silbrickor, flödesmätare och tryckmätare, se Figur 2 för en bild på försöksanläggningen och Figur 3 för en principskiss över uppställningen. Tabell över vilka ventiler som har provats finns i Bilaga 2.

Vid tryckreduceringsalternativ 1 till 3 mättes flödet med två stycken flödesmätare som var monterade efter delugeventilerna. Vid brandpostförsöken mättes flödet med en flödesmätare på 100-röret. Trycket mättes på fyra olika ställen, före och efter ventilen på 300-röret samt efter delugeventilerna. Mätosäkerheten i tryckgivarna var 0,15% och för flödesmätarna 0,10 % och 0,15%.

Vid brandpostförsöken monterades ett 100-rör istället för det ena 150-röret.

1 Delugeventil är en membranventil med trim som gör att det går att öppna och stänga ventilen. Vid vissa av försöken var delugeventilen även försedd med tryckreducering.

(3)

Figur 2: Försöksanläggningen och uppställning för tryckreduceringsalternativ 1.

Figur 3: Principskiss över uppställning vid tryckreduceringsalternativ 1.

Tryckreduceringsalternativ 1

Tryckreducering i två steg där det högsta trycket, ca 14,6 bar, reducerades ner till ca 10 bar med hjälp av en tryckreducerande ventil på 300-röret (300-ventil). För att reducera trycket till

Vattentank

P1

P2

T3 T4

T1 T2

150 150

300

T T

P1/P2 Dieselpump 7500 l/min, 14,6 bar Flödesmätare

Tryckmätare

Tryckreducerings ventil (PRV), ansl. 300

Plats för anslutning 150, strypbrickor (2 st. 1 serie) Delugeventil ansl. 150 med tryckreduceringstrim 150 Storlek på rör

T

Sektion 1 Sektion 2

F2 F1

(4)

ca 3,5 bar användes sedan en delugeventil av membrantyp med fjärrmanövrerad aktiverings-

och avstängningsventil som förses med pilotventil och trim, vilket även gör den till en tryckreduceringsventil. Flödet under försöket var ca 7500 l/min genom varje delugeventil vilket innebar att flödet genom 300-röret blev ca 15000 l/min när båda delugeventilerna var öppna.

Flöde och tryck mättes digitalt medan läckage, vibrationer och tryckslag bedömdes genom observationer. Oljud gick inte att observera på grund av det höga ljudet från dieselmotorerna.

Schemat under försöket såg ut enligt följande:

1. P1 startades och delugeventil i sektion 1 öppnades. Tryck samt flöde mättes i T1-T3 och F1.

2. P2 startades och delugeventil i sektion 2 öppnades. Tryck och flöde mättes i T4 och F2.

3. Stängning av delugeventil i sektion 1, sedan öppnades den igen 4. Stängning av delugeventil i sektion 2, sedan öppnades den igen.

5. Steg 3 och 4 upprepades sedan ca 50 gånger för att simulera två försök om året i 25 år som är en normal livslängd på liknande system.

Resultat

Genom samtliga försök med tryckreduceringsalternativ 1 så uppkom inget läckage och minimala vibrationer samt inga tryckslag observerades. Sammanfattningsvis gick det mycket lugnt till vid öppning och stängning. Därför kommer endast tryck och flödesmätningarna kommenteras nedan.

Först genomfördes ett förförsök för att ställa in tryck och flöde samt undersöka vad som händer när flödet stryps till noll, se Figur 4. T1 och T2 visar trycket före respektive efter 300- ventilen, medan F1 och F2 visar flödet i sektion 1 och 2 (Figur 3). Först startades pump 1 och trycket steg vid T1 till nästan 14 bar, sedan öppnades flödet i sektion 2 vilket syns på F2 (ljusgrå prickad linje). På T2 (ljusgrå linje) syns att trycket efter 300-ventilen inte stabiliserar sig på 10 bar förrän efter nästan 1 minut efter att flödet öppnats.

När tryck och flöde hade stabiliserat sig på ca 14,6 och 10 bar samt 7500 l/min stängdes delugeventilen så att flödet reducerades ner till noll innan nästa sektion öppnades. Det som hände när flödet gick mot noll är att trycket vid T2 (d.v.s. trycket direkt efter 300-ventilen) höjdes för att sedan sjunka igen när flödet sattes på. I försöket tog det ca 12 sekunder innan trycket hade sjunkit till 10 bar igen. Vid bibehållen flöde så håller sig trycket på önskade 10 bar, men när man stänger ventiler nedströms så skapas ett uppbyggt tryck mellan

reduceringsventil och stängd ventil nedström, ett så kallat P3-tryck. Detta tryck uppkommer då regulatorn inte hinner stänga tillräckligt snabbt p.g.a. för liten rörvolym nedströms. Detta går inte att undvika i detta fall då volymen efter ventilen är begränsad och i detta fall utjämnades inte P3-trycket utan låg i nivå med P1.

Enligt leverantören av 300-ventilen är detta helt enligt funktionsprincipen och det är i sig inget

onormalt med ett uppbyggt P3-tryck när en ventil stängs nedströms efter en regulator. Vill man

av någon anledning sänka det uppkomna P3-trycket mellan reduceringsventilen och nedströms

stängda ventiler, till jämförbara 10 bar, så kan en överströmningsventil monteras däremellan

som kan släppa på det uppbyggda trycket (P3).

(5)

Figur 4: Visar förförsöken som gjordes för att ställa in tryck och flöde samt undersöka vad som

händer när flödet stryps från 7500 l/min ner till 0.

Efter att förförsöken hade genomförts så bestämdes det att när båda pumparna är igång och producerar 15000 l/min så stängdes endast en delugeventil i taget, se Figur 5, Figur 6och Figur 7. Detta på grund av det höga P3-tryck som bildades kunde skada delugeventilerna. Flödet låg relativt stabilt runt 7500 l/min, men började dala efter sex stycken stängningar. Detta hade ingen påverkan på försöket men kan berott på att flödesjusteringsventilen, som var en spjällventil rörde sig lite vid öppning och stängning.

Figur 5: Flöde i sektion 1 och 2.

Trycket före 300-ventilen (T1) höll sig relativt stabilt under stängningarna, medan trycket efter (T2) fluktuerade desto mer, se Figur 6. Trycket vid T2 är som lägst precis när ena flödet är på

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6 8

Flöde [l/min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T2 F1 F2

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

0 5 10 15 20 25 30 35

Flöde [l/min]

Tid [min]

F1 F2

(6)

väg ner och andra flödet är på väg upp. Fluktuationerna vid T1 beror på pumpens förmåga att ställa om sig och fluktuationerna vid T2 beror på 300-ventilen förmåga att ställa om sig.

Figur 6: Tryck före och efter 300-ventilen.

Trycket efter delugeventilerna stabiliserades på det förinställda trycket efter varje stängning och öppning. Vid 15 minuter så justerades trycket i sektion 1 då vi märkte att trycket var inställt lite för högt. Trycket i sektion 1 (T3) gick ner lite saktare än i sektion 2 (T4). Detta kan bero på att flödet från det övre röret (sektion 2) störde mättningarna i sektion 1 eller att den ena delugeventilen stängde saktare. Ifall orsaken var att den ena delugeventilen stängde saktare går detta lätt att justera enligt tillverkaren av den provade ventilen. Att den ena ventilen var långsammare än den andra kan också berott på att rost och smuts från rören kommit in i ventilen och täppt till.

Figur 7: Tryck efter delugeventilerna i sektion 1 (T3) och i sektion 2 (T4) 0

2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 5 10 15 20 25 30 35

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T2

0 1 2 3 4 5 6

0 5 10 15 20 25 30 35

Tryck [bar]

Tid [min]

T3 T4

(7)

På grund av återcirkulering av vattnet så steg temperaturen så pass mycket att försöket måste

avslutas efter 12 stängningar och låta vattnet svalna under natten. Dagen efter återupptogs försöken för att komma upp i totalt 50 stängningar. Resultaten från första dagens försök visade att alla tre ventiler stabiliserar trycket efter att flödet stabiliserat valdes att nästkommande dag endast undersöka slitaget på öppning och stängning av delugeventilerna. På så sätt kunde öppning och stängning ske mycket snabbare och resterande del av försöket kunde genomföras innan vattnet hann bli för varmt.

Vid snabbare svängningar stabiliserades tryck och flöde efter varje öppning och stängning, men sektion 2 stängde långsammare än sektion 1, vilket enkelt går att justera enligt

leverantören av ventilen. Vid försökstart dagen efter första försöket så krävdes det justeringar av 300-ventilen då den reducerade trycket mer än 10 bar. Se Figur 25 och Figur 26 i bilaga för grafer från försöket med snabba på och avstängningar. Tredje gången

tryckreduceringsalternativ 1 skulle provas gick det inte att få upp trycket till 10 bar efter 300- ventilen.

Tryckreduceringsalternativ 2

Vid försöket för tryckreduceringsalternativ 2 demonterades 300-ventilen samt

tryckreduceringsfunktionen på delugeventilerna bort och silbrickorna monterades precis framför delugeventilerna, se Figur 8 för bild på silbricka och Figur 9 för modell över uppställningen.

I alternativ 2 sker tryckreduceringen i ett steg, det högsta trycket, ca 14,6 bar, reduceras direkt ner till ca 3,5 bar med hjälp av silbrickor. Delugeventilerna användes för att öppna och stänga flödet. Flödet under försöket var ca 7500 l/min genom varje strypbricka vilket innebar att flödet genom 300-röret blev ca 15000 l/min när båda delugeventilerna var öppna.

Flöde och tryck mättes digitalt medan läckage, vibrationer och tryckslag bedömdes genom observationer. Oljud gick inte att observera på grund av det höga ljudet från dieselmotorerna.

Figur 8: Bild på silbricka tagen uppifrån.

(8)

Figur 9: Principskiss över försökuppställningen vid tryckreduceringsalternativ 2.

Resultat

Först genomfördes ett förförsök med lågt tryck och flöde för att se hur silbrickorna reagerar vid öppning och stängning. Vid ett tryck på 14,6 bar skulle silbrickorna ha reducerat trycket till 3,5 bar men då trycket före silbrickorna var ca 10 bar reducerades trycket endast till ca 6 bar.

Flödet låg på ca 5000 l/min, se Figur 10. Vid stängning så uppstod stora tryckslag och vibrationer i röret i jämförelse med tryckreduceringsalternativ 1.

Vattentank

P1

P2

T3 T4

T1 T2

150 150

300

Tryckmätare

Plats för anslutning 300, tryckreducerande ventil (PRV) Anslutning 150, silbrickor (2 st. 1 serie)

Delugeventil ansl. 150 med tryckreduceringstrim 150 Storlek på rör

T

Sektion 1 Sektion 2

F1 F2

(9)

Figur 10: Visar tryck före silbrickorna (T1) och tryck efter silbrickorna och delugeventilen (T3).

Flödet ligger runt 5000 l/min.

Efter det första försöket bestämdes det att prova på fullt tryck men lägre flöde, ca 5000 l/min per sektion, d.v.s. 10000 l/min totalt. Vid ett stabilt tryck (ca 14,6 bar) och stabilt flöde (ca 5000 l/min) så visade T3 endast en reducering ner till 11,5 bar och T4 en reducering ner till 10,7 bar, se Figur 11. Även här observerades stora tryckslag vid öppning och stängning.

Figur 11: Visar trycket före strypbrickorna (T1) och efter silbrickorna och delugeventilen (T3 0ch T4) vid öppning och stängning av delugeventilen. Flödet är 5000 l/min

Vid lägre flöden reducerade inte silbrickorna trycket till 3,5 bar. Silbrickorna är dock

utformade så att trycket reduceras mer vid högre flöden. Därför genomfördes också ett försök med flöden på ca 7500 l/min. Eftersom det observerades stora tryckslag och vibrationer i föregående försök provades endast en sektion med högre flöden och inga öppningar och stängningar av delugeventilen genomfördes. . När flödet ökades till nästan 8000 l/min och trycket på silbrickorna var ca 14 bar så reducerades trycket till ca 6 bar. Så fort flödet sänktes ökade trycket till 8 bar, se Figur 12.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

0 2 4 6 8 10 12

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Flöde [l/min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T3 F1

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 2 4 6 8 10 12

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T3 T4

(10)

Figur 12: Visar trycket före silbrickorna (T1) och trycket efter strypbrickan och delugeventilen i sektion 2 (T4) samt flöde i sektion 2 (F2).

Tryckmätaren var placerad efter både silbrickorna och delugeventilen (se Figur 3), därför kan den större tryckreduceringen vid det högre trycket berott på att även delugeventilen reducerar trycket vid högre flöden. För att komma runt detta mätproblem så monterades tryckmätaren istället direkt före delugeventilen (se Figur 13). Efter montering kördes liknande försök som ovan men flödet reducerades ner stegvis, se Figur 14.

Figur 13: Flödesmätare T2 placerades direkt efter silbrickorna, i delugeventilen.

Vid högre flöden reducerar silbrickorna ner trycket till 8 bar (se T2), men det går också att se en ytterligare reducering vid T3 på ca 0,5 bar vilket kan bero på delugeventilen, skillnaden är dock så lite att den också kan bero på turbulens i vattnet. När flödet minskar så minskar också reduceringen.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 1 2 3 4

Flöde [l/min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T4 F2

(11)

Figur 14: Visar trycket före silbrickorna (T1), trycket efter silbrickorna (T2) samt trycket efter

delugeventilen (T3). Flödet (F1) startas på 7500 l/min och reduceras sedan stegvis nedåt.

Tryckreduceringsalternativ 3

Det tredje alternativet som provades var att montera en strypbricka med ”ett-hålsstrypning”

framför delugeventilen. Tryckreduceringen ska ske i två steg d.v.s. strypbrickan ska reducera ner det höga trycket på14,6 bar till under 10 bar och sedan har man trim på delugeventilen som reducerar ner trycket ytterligare till 3,5 bar. Det blir alltså en tryckreducering i två steg, först en fast del med relativt stort hål som ej borde sätta igen samt en reglerbar del i delugeventilen, se Figur 15 för bild på strypbricka och Figur 16 för uppställningen av försöket. För att reducera trycket från 14,6 till 10 bar ska hålet teoretiskt vara 72 mm. I försöken användes därför två storlekar på hål, 72 mm och 82 mm. Flöde och tryck mättes digitalt medan läckage, vibrationer och tryckslag bedömdes genom observationer.

Figur 15: Strypbricka

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 2 4 6

Flöde [l/min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T2 T3 F1

(12)

Figur 16: Principskiss över uppställning för tryckreduceringsalternativ 3.

Resultat

I den första försökserien användes strypbrickan med 72 mm hål. Figur 17 visar resultatet från försökserien. Under de först två minuterna ställdes flöde och tryck in så att inkommande flöde och tryck var 14,6 bar och 7500 l/min. När tryck och flöde stabiliserat sig stängdes

delugeventilen så att flödet blev noll. Tryckreduceringen efter strypbrickan (T2) berodde på inkommande flöde och tryck. Vid ett inkommande tryck på 14,6 och ett flöde på ca 7500 l/min reducerade 72 mm strypbrickan trycket ner till 7 bar, delugeventilen reducerade sedan ner till 3,5 bar (T3). Vid stängning av delugeventilen tog det nästan en minut för flödet att sjunka till noll och reduceringen genom strypbrickan minskade när flödet minskade. Vid öppning av delugeventilen tog det dock bara ca 20 sekunder för flödet att komma upp i 7500 l/min och trycket stabiliseras på ca 8 och 3,5 bar före respektive efter delugeventilen. Vid öppning och stängning av delugeventilen observerades större tryckslag och mer vibrationer än vid tryckreduceringsalternativ 1 men mycket mindre än vid tryckreduceringsalternativ 2. Enligt Lundberg (1960)

²

blir förmodligen strömningsförloppet genom strypbrickan lugnare om inloppsöppningen är rundad istället för rak. Ett lugnare strömningsförlopp bidrar till mindre vibrationer i rören.

72 mm strypbrickan provadades också vid inkommande tryck på 11 bar för att undersöka vad som händer med tryckreduceringen när inkommande tryck är lägre än 14,6 bar. Det visade sig att vid inkommande tryck på 11 bar så reducerade strypbrickan trycket ända ner till ca 2 bar

2 Lundberg, Tore (1960). Hydromaskinlära. 2. Utg. Göteborg: Akad.-förl./Gumpert Vattentank

P1

P2

T3 T4

T1

150 150

150 100

300

T

Tryckmätare

Plats för anslutning 150, strypbrickor (2 st. 1 serie) Delugeventil ansl. 150 med tryckreduceringstrim 150 Storlek på rör

Reduceringsventil för brandposter T

T

Sektion 1 Sektion 2

F1 F2

(13)

efter delugeventilen vilket medför att delugeventilen behöver trimmas ”upp”, se Figur 27 i

Bilaga.

Figur 17: Visar trycket efter 72 mm strypbrickan (T2) och trycket efter delugeventilen (T3) samt flödet (F2).

Vid byte till 82 mm strypbricka så reducerades trycket till ca 10,5, se Figur 18. Även med det större hålet tog det lång tid för flödet att reduceras till noll vid stängning av delugeventilen.

Men inga större tryckslag observerades och vid öppning av delugeventilen kom flödet snabbt upp i 7500 l/min.

För att se hur mycket strypbrickorna reducerade vid lägre flöden så provades ett inkommande tryck på 11 bar. Vid detta tryck reducerade strypbrickorna trycket till ca 7 bar och sedan reducerade delugeventilen trycket till 3,5 bar. Försöket visade att en strypbricka med ett hål på 82 mm reducerade trycket mellan 10,5 bar och 7 bar då inkommande tryck varierades mellan 14,6 bar och 11 bar.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6

Flöde [l/min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T2 T3 F2

(14)

Figur 18: Visar trycket före (T1) och efter 82 mm strypbrickan (T2) samt trycket efter

delugeventilen (T3). Den streckade linjen visar flödet (F2).

För att kunna mäta trycket direkt efter strypbrickan så var den monterad så att det fanns en passbit innan delugeventilen, se Figur 19. I verkligheten vill man kanske kunna montera strypbrickan i direkt anslutning till delugeventilen utan en passbit emellan och därför provades detta också för att se om det blev någon skillnad i tryckreduceringen. Denna montering medförde dock att det inte gick att mäta trycket direkt efter strypbrickan utan trycket mättes endast efter delugeventilen.

Med samma inkommande tryck och flöde (7500 l/min och 14,6 bar) så blev det en större reducering efter delugeventilen när strypbrickan var placerad i direkt anslutning till

delugeventilen än när det fanns en passbit emellan. Med hjälp av trimmet gick detta dock att justera så att utgående tryck blev 3,5 bar, se Figur 28 i bilaga.

Figur 19: Visar hur strypbrickan var monterad precis efter kröken. På passbiten innan delugeventilen satt tryckmätaren.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 5 10

Flöde [l/min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T2 T3 F2

(15)

Brandpostförsök 1

Försök genomfördes för att prova reduceringsventil, anslutning 100 (100 mm rör) för brandposter. Denna delugeventil kopplades in på ett 100 rör som monterades direkt efter 300 röret, se Figur 20. Normalt för att få ut önskat BP-flöde används två utkastare på drygt 20 l/s.

Detta innebär att det direkt efter reduceringsventilen ska vara ett tryck på 10 bar och ett flöde på 2520 l/min. Funktionen för delugeventilen var alltså att reducera inkommande tryck 14,6 bar ner till 10 bar vid ett flöde på ca 2500 l/min.

Schema:

1. P1 startades och delugeventil i sektion 1 öppnades. Tryck samt flöde mätes i T1, T3 och F1.

2. Avstängning av delugeventil i sektion 1, sedan öppnades den igen

3. Steg 2 upprepades sedan ca 50 gånger för att simulera två försök om året i 25 år som är systemets livslängd.

Ytterligare ett försök utfördes för att se så att delugeventilen även klarar av att reducera trycket vid låga flöden. Flöde och inkommande tryck ställs in på 2000 l/min och 14,6 bar, sedan reduceras flödet med 500 l/min per steg för att utvärdera hur reduceringen fungerar vid lägre flöden än 2500 l/min.

Figur 20: Principskiss för uppställning av brandpostförsök 1.

Vattentank

P1

P2

T3 T4

T1

150 150

150 100

300

T

Tryckmätare

Plats för anslutning 150, strypbrickor (2 st. 1 serie) Raphael membran ventilansl. 150 med tryckreduceringstrim 150 Storlek på rör

Reduceringsventil för brandposter T

T

Sektion 1 Sektion 2

F2 F1

(16)

Resultat

Vid första försöket hölls flödet stabilt runt 2500 l/min. Eftersom inställningarna med tryck och flöde fungerade bra kunde försöket genomföras direkt utan förförsök, se Figur 21 . Under de första minuterna ställdes tryck och flöde in och sedan stängdes och öppnades delugeventilen ca 50 gånger. Öppningarna och stängningarna upplevdes som lugna och utan tryckslag eller större vibrationer. Sammanfattningsvis kan konstateras att ventilen fungerade problemfritt med de provade flödena.

I andra försöket så provades hur delugeventilen klarade av att reducera lägre flöden. Som man kan se i Figur 22 så var trycket efter delugeventilen stabilt hela tiden, även vid så små flöden som 250 l/min.

Figur 21: Visar trycket före (T1) och efter (T3) delugeventieln.

Figur 22: Visar trycket före (T1) och efter (T3) delugeventilen samt flöde (F3).

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 5 10 15 20 25 30

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T3

0 500 1000 1500 2000 2500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6 8 10

Flöde [l/min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T3 F3

(17)

Brandpostförsök 2

I brandpostförsök 2 sker reduceringen av trycket från 14,6 till 10 bar med 300-ventilen.

Ventilen klarar av att reducera detta tryck vid höga flöden, se tryckreduceringsalternativ 1, men i detta försök ska flöden från 2000 l/min och nedåt provas.

Schema:

1. Flöde och tryck stabiliseras på 2000 l/min och14,6 respektive 10 bar.

2. Flödet sänks till 1500 l/min med bibehållet inkommande tryck.

3. Flödet sänks till 1000 l/min med bibehållet inkommande tryck.

4. Flödet sänks till 500 l/min med bibehållet inkommande tryck.

Resultat

Figur 23 visar resultatet från försöket med låga flöden genom 300-ventilen. När flödet ställs in till 200 l/min så sjunker trycket lite först, men stabiliseras snabbt på strax under 10 bar.

Diagrammet visar att 300-ventilen håller trycket stabilt (T3) ända ner till så låga flöden som 500 l/min och det är först vid 250 l/min som det uppstår större svängningar i flödet. Inga större vibrationer eller tryckslag märktes.

Enligt leverantören av den provade ventilen så blir den inte förstörd av att trycket står och svänger vid låga flöden.

Figur 23: Visar trycket för (T1) och efter (T3) 300-ventilen samt flöde (F3).

Slitage

Efter försöken plockades den ena delugeventilen isär för att utvärdera slitaget på ventilen. Den ventilen som plockades isär hade stängts av minst 60 gånger med ett inkommande tryck på ca 10 bar samt ett flöde på 7500 l/min. Ventilen hade dessutom utsatts för både lägre och högre tryck och flöde ett antal gånger vid förförsöken. Inga uppenbara slitagemärken kunde

observeras med blotta ögat utan ventilen såg fortfarande nästan ny ut. Det enda som syntes var

0

500 1000 1500 2000 2500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6 8 10

Flöde [min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T3 F3

(18)

lite blästringsmärken på gummimembranet, se Figur 24. I filtret hade också små färg- och

rostflagor fastnat, trots att filtret rengjordes efter första dagens försök.

Figur 24: Gummimembranet i den ena delugeventilen.

Slutsatser och kommentarer

Uppställning för tryckreduceringsalternativ 1 med en tryckreduceringsventil på 300-röret och var sin delugeventil på 150-röret fungerade överlag bra. Det var inga större vibrationer eller tryckslag och att öppna och stänga ventilerna skedde lugnt och mjukt. Flödet och trycket höll sig mestadels stabilt. Följande bör dock beaktas:

 Det uppstod ett uppbyggt tryck mellan 300-ventilen och stängd delugeventil nedström,

så kallat P3-tryck. Detta tryck uppkommer då regulatorn inte hinner stänga tillräckligt snabbt p.g.a. för liten rörvolym nedströms. Detta går ej att undvika i denna

uppställning då volymen efter ventilen är begränsad vilket medförde att P3-trycket inte utjämnades utan låg i nivå med P1. Detta betyder att delugeventilen under en kortare period utsätts för högre tryck än 10 bar vilket i sin tur innebär att den släpper ut lite mer än 3,5 bar en kort period.

 Vill man av någon anledning sänka det uppkomna P3-trycket mellan

reduceringsventilen och nedströms stängda ventiler, till jämförbara 10 bar, så bör en överströmningsventil monteras däremellan som kan reducera det uppbyggda trycket (P3). Det gäller dock att ställa in trycket på överströmningsventilen på ca 10,5 bar så att trycket på överströmningsventilen inte är samma som nedströms. .

 300-ventilen behövde justeras efter första dagen, men detta kan ha berott på att luft

kommit in i systemet.

 Filtren i delugeventilerna kommer behöva rengöras med jämna mellanrum.

 Enligt leverantören av delugeventilen kan livslängden förlängas genom att öka arean

på delugeventilen.

Uppställningen för tryckreduceringsalternativ 2 med silbrickor framför delugeventilerna

fungerade inte eftersom silbrickorna inte reducerade trycket tillräckligt. När flödet kom upp i

(19)

nästan 8000 l/min och trycket före silbrickorna var ca 14 bar så reducerades trycket endast till ca 6 bar. Vidare var det mycket större vibrationer och tryckslag än vid alternativ 1.

Tryckreduceringsalternativ 3 fungerade bra och även om det var mer vibrationer och tryckslag än vid tryckreduceringsalternativ 1 så var det mindre vibrationer och tryckslag än vid

tryckreduceringsalternativ 2.Enligt Lundberg (1960)

³

blir förmodligen strömningsförloppet genom strypbrickan lugnare om inloppsöppningen är rundad istället för rak. Ett lugnare strömningsförlopp bidrar till mindre vibrationer i rören. Försöket visade också att en strypbricka med ett hål på 82 mm reducerade trycket mellan 10,5 bar och 7 bar då inkommande tryck varierades mellan 14,6 bar och 11 bar.

Uppställningen för brandpostförsök 1 med en delugeventil monterad på 100-röret fungerade problemfritt utan vibrationer eller tryckslag även vid mycket låga flöden.

Vid brandpostförsök 2, där 300ventilen reducerade trycket på låga flöden, fungerade

uppställningen också bra ner till 500 l/min, sedan började trycket svänga mellan 11 och 6 bar.

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

Fire Research - Branddynamik

Utfört av Granskat av

__Signature_1 __Signature_2

Lotta Vylund Maria Hjohlman

3 Lundberg, Tore (1960). Hydromaskinlära. 2. Utg. Göteborg: Akad.-förl./Gumpert

(20)

Bilaga 1

Tryckreduceringsalternativ 1

Figur 25: Tryckreduceringsalternativ 1, snabba stänga och öppna.

Figur 26: Tryckreduceringsalternativ 1, snabba stänga och öppna.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

0 5 10 15 20 25

Flöde [l/min]

Tid [min]

F1 F2

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 5 10 15 20 25

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T2 T3 T4

(21)

Tryckreduceringsalternativ 3

Figur 27: Tryckreduceringsalternativ 3. Lägre tryck.

Figur 28: Visar tryck och flöde när strypbrickan var monterad dikt an mot delugeventilen. Först ställdes inkommande tryck in på 14,6 bar sedan på 11 bar. Delugeventilens reducering trimmades också fram och tillbaka för att se hur mycket det gick att trimma, se T3.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

0 2 4 6 8 10 12 14

0 1 2 3 4 5 6

Flöde [l/min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T2 T3 F2

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6 8

Flöde [l/min]

Tryck [bar]

Tid [min]

T1 T3 F2

(22)