ANALISI A MOTO VARIO, MODELLAZIONE NUMERICA E RIPRISTINO DAL DANNEGGIAMENTO DI UNA CONDOTTA IN CALCESTRUZZO A SERVIZIO DI UNA CENTRALE IDROELETTRICA

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1 ANALISI A MOTO VARIO, MODELLAZIONE NUMERICA E RIPRISTINO DAL DANNEGGIAMENTO DI UNA CONDOTTA IN CALCESTRUZZO A SERVIZIO DI UNA CENTRALE IDROELETTRICA Matteo Nicolini Torino, Ottobre 2015

2 Il fenomeno del colpo d ariete Celerità delle onde di pressione Manovra di chiusura istantanea V=V V=0 0 Per condotta infinitamente rigida E E b N/m 2 Durata di fase Manovra: brusca lenta Sovraccarico: manovra brusca (Joukowski) Sovraccarico: manovra lenta (Allievi - Michaud)

3 Applicabilità delle relazioni di letteratura Ipotesi (Relazioni di Joukowski e Allievi - Michaud): Assenza di perdite di carico distribuite Condotta costituita dal medesimo materiale Assenza di variazioni geometriche Assenza di perdite di carico concentrate Assenza di derivazioni o perdite Materiale condotta elastico lineare, omogeneo e isotropo (Legge di Hooke) D/s elevato (applicabilità relazione di Mariotte) La condotta non è ovunque soggetta allo stesso valore massimo di pressione Il sovraccarico (rispetto alla piezometrica statica) è sempre inferiore rispetto a quello che si avrebbe se j=0 Asimmetria tra i massimi e minimi di pressione

4 Obiettivi (1/2): Applicazione di MU Water Hammer a sistemi reali

5 Obiettivi (2/2): realizzazione codice di calcolo Analisi dei fenomeni di moto vario Analisi dei dispositivi di protezione: Equazioni differenziali complete del colpo d ariete Metodo delle caratteristiche Schema di risoluzione esplicito! Stabilità numerica:

6 Valvole di sfioro della pressione Sfioro della portata al di sopra di una pressione di setting, p setting Eliminazione dei picchi di pressione Tipologie: Valvole di sfioro ad apertura anticipata (impianti di sollevamento) Valvole di sfioro rapido (Surge Relief Valves SRV): Direct Acting SRV: forza di contrasto esercitata da un contrappeso o una molla Pilot Operated SRV: Valvola principale (sfioro) + pilota (regolazione apertura/chiusura)

7 Validazione codici di calcolo: chiusura istantanea Andamento delle pressioni in alcuni nodi di controllo Confronto simulazione MU Risultati teoria di Allievi Confronto pressione massima all otturatore Sezione otturatore Simulazione MU Teoria di Allievi

8 Validazione codici di calcolo: manovra lenta Andamento delle pressioni in alcuni nodi di controllo Confronto simulazione MU Risultati teoria di Allievi Confronto pressione massima all otturatore Sezione otturatore Simulazione MU Teoria di Allievi

9 Validazione codici di calcolo: in pratica (1/5) Riprese in HD a 30 fps Q P R O V E Q p p 1) Sollevamento a moto permanente 2) Gravità a moto pemanente 3) Gravità: manovre di chiusura valvola Moto vario

10 Dati idrostatici di pressione Funzionamento a gravità (θ=90 ) Coefficienti K della valvola per i diversi θ Validazione codici di calcolo: in pratica (2/5) Setting quote Dati sperimentali: Q = 4.47 l/s p PT = bar p Acc/PEAD = 4.66 bar Serb. Mezzana: m slm Nodo acc-pead: m slm Serb. Ponteacco: m slm ε Acc = 0.15 mm ε PEAD = 0.17 mm K 90 = 2.23 Verifica Funzionamento impianto di sollevamento

11 Calibrazione dei moduli elastici dell ACCIAIO e del PEAD Validazione codici di calcolo: in pratica (3/5) Range di ricerca: - ACCIAIO: GPa; (5GPa) - PEAD GPa; (0.05 GPa) Valutazione dei modelli (Prova P053) RMSE (60 secondi) RMSE (6 secondi) E ACC = 205 GPa E PEAD = 1.45 GPa

12 Validazione codici di calcolo: in pratica (4/5) Prova P053 NON CALIBRATO RMSE RMSE = = bar bar τ 0 = 2.97 sec. CALIBRAZIONE Prova P049 RMSE = 0.49 bar VALIDAZIONE

13 Validazione codici di calcolo: in pratica (5/5) Prova P065 P063 θ str =45 =90 p max max = bar Vol.=115 litri K=0.5 K=8

14 I Consorzi di bonifica e irrigazione in FVG Consorzio di Bonifica Ledra Tagliamento Consorzio di Bonifica Pianura Friulana Consorzio di Bonifica Cellina Meduna Consorzio di Bonifica Bassa Friulana Consorzio di Bonifica Pianura Isontina

15 Ubicazione dell area di studio Caratteristiche condotta (Q max = 10 m 3 /s): Lunghezza: 7000 m Materiale: calcestruzzo armato Sezione: 2600 mm x 2600 mm (quadrata con smussi) Spessore: variabile da 300 mm a 500 mm Quota media pelo libero vasca di carico: m slm Quota media restituzione: m slm

16 Planimetria generale Dalla vasca di carico

17 GIUNTO STRUTT. Torino, Ottobre 2015 Pianta e sezione turbina e scarico sincrono PIANTA QUOTA Caratteristiche salienti: Kaplan ad asse orizzontale a S Doppia regolazione delle pale della girante e delle pale del distributore Q max = 6.50 m 3 /s Salto netto: m Potenza massima: 1398 kw Generatore sincrono trifase 1800 kva (tensione 3000 V) Complesso scarico sincrono by-pass atto a limitare la sovrapressione a valori non superiori al 10% del salto statico massimo (26.40 m) GRIGLIATO

18 Conseguenze del colpo d ariete (1/2)

19 Conseguenze del colpo d ariete (2/2)

20 Il modello in Mike Urban

21 Mike Urban Water Hammer: formule per la celerità

22 Piezometriche di colpo d ariete (ipotesi parete sottile)

23 Piezometriche di colpo d ariete (ipotesi parete grossa)

24 Andamento pressioni con misure sovrapposte (1/2) Ipotesi chiusura in 8 s Ipotesi chiusura in 9 s

25 Andamento pressioni con misure sovrapposte (2/2) Ipotesi chiusura in 10 s Ipotesi chiusura in 11 s

26 Progetto di ripristino della condotta

27 Titolo slide Testo

28 Progetto di ripristino: intervento 1

29 Progetto di ripristino: intervento 1

30 Progetto di ripristino: intervento 2

31 Progetto di ripristino: simulazione inserimento valvole SRV (1/2)

32 Progetto di ripristino: simulazione inserimento valvole SRV (2/2)

33 Grazie Matteo Nicolini Torino, Ottobre 2015

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