معادله منینگ برای جریان های گرانشی

که درآن:

Q      =    جریان، ft³/sec

A      =    مساحت جریان،(۳٫۱۴×ID²/4)ft²

R      =    شعاع هیدرولیکی، پا (برای جریان کامل درون لوله معادله ID/4 است)

S      =    شیب، ft/ft

n      =    فاکتور جریات منینگ برای ماده سازنده لوله، برای لوله پلی اتیلن با دیواره صاف برابر با ۰۰۹/۰ است.

ID    =    قطر داخلی، فوت

برای لوله های گرد که بطور کامل از جریان پر شده است، معادله به صورت زیر ساده می شود:

تخمین هزن- ویلیام برای سیستم هایی غیر از سیستم های گرانشی

که درآن:

H      =    اتلاف ناشی از اصطحکاک بر حسب فوت آب بر ۱۰۰ فوت از لوله

G      =    آهنگ جریان حجمی، gpm

=    ۲/۴۹۹×V×ID²

V      =    سرعت جریان، ft/sec

ID    =    قطر داخلی، اینچ

C_H   =    ضریب جریان هزن-ویلیامز، بدون بعد -۱۵۰ برای لوله پلی اتیلن با دیواره صاف

اگرچه ممکن است بنظر برسد درج لوله کوچک تر به درون سیستم موجود می تواند منجر به کاهش ظرفیت جریان اولیه شود، اما در اغلب موارد چنین اتفاقی رخ نمی دهد. لولع آستری پلی اتیلنی در قیاس با اغلب انواع لوله ها، بسیار صاف است. با توجه به ضریب جریانی منینگ نسبتا پایین آن(لوله پلی اتیلن) یا n برابر با ۰۰۹/۰ و ضریب هزن ویلیامز یا C_H برابر با ۱۵۰، خواص بهبود یافته جریان برای آب تمیز مشهود است.

اگرچه با انجام اسلیپ لاین، یک مقدار کاهش در قطر بوجود می آید، اما اثر آن بوسیله کاهش چشم گیر ضریب جریان منینگ، جبران میشود. در نتیجه، ظرفیت جریان در سطح و یا در نزدیکی شرایط جریان اولیه حفظ می گردد. ضرایب جریان هزن-ویلیامز برای انواع مواد لوله ای در ۱۱-۲-الف و ۱۱-۲-ب فهرست شده اند. از این فاکتورها می توان برای تخمین ظرفیت های جریانی نسبی در انواع لوله ها استفاده کرد.

جدول ١١-٢-الف. متداول ترين ضرايب جريان منینگ براي جريان آب درانواع لوله هاي معمول

جدول ١١-٢-ب. متداول ترين ضرايب جرياني هزن -ويلیامز براي جريان آب درانواع لوله هاي معمول

اغلب می توان ظرفیت هیدرولیکی یک لوله با جریان گرانشی را با نوسازی درجی بهبود بخشید. بعنوان مثال، محاسبات زیر با استفاده از معادله منینگ(معادله ۱۱-۶) را در نظر بگیرید.

محاسبه آهنگ جریان یا Q از میان لوله ای بتنی با قطر داخلی ٢٤ اینچ با شیب ١% (١ فوت در ١٠٠ فوت):

محاسبه آهنگ جریان یا Q از میان لوله ای پلی اتیلنی با قطر خارجی ٢٢ اینچ، قطر داخلی ٦٥/٢٠ اینچ وشیب١% (١ فوت در ١٠٠فوت):

مقایسه دو آهنگ جریان محاسبه شده نشان می دهد که اسلیپ لاین این لوله بتنی ٢٤ اینچی با لوله پلی اتیلن کوچک تر، در واقع ظرفیت جریان را به میزان ١،٠٠٠ گالن در دقیقه افزایش می دهد. شرایط معمولا به همین صورت است. گاهی ممکن است بنظر برسد ظرفیت جریان تئوری ناشی از زوال لوله اصلی و در نتیجه افزوده شدن ظرفیت جریانی می شود. بنابراین کاهش اندکی در ظرفیت جریان تئوری کاملا قابل قبول است چرا که حذف نفوذ باعث افزایش ظرفیت هیدرولیکی می شود.

طراحي روش دسترسي

لوله آستری پلی اتیلنی باید به اجزای سیستم لوله کشی موجود متصل شود. در برنامه ریزی صحیح یک پروژه نوسازی، طراحی مهندسی خاصی برای ایجاد چنین اتصالی، مد نظر قرار می گیرد.

نوسازی خطوط لوله جریان گرانشی اغلب نیازمند آن است که لوله آستری به منهول ها یا دیواره آب گردان بتنی موجود در سیستم ناحیه خالی که بین لوله آستری و لوله اصلی در محل اتصال آن ها به چنین سازه هایی وجود دارد، فراهم نمایند.

معمولا عایق کاری لازم با متراکم سازی یک حلقه یا طوقه از اوکوم (کنف) که با دوغاب غیرانقباضی (دوغایی که پس از سفت شدن کاهش حجم نمی یابد)اشباع شده است و به اندازه تا یک برابر قطر لوله آستری به درون محدوده خالی پیش می رود، انجام می شود. سپس فضای آنالوس به وسیله یک دوغاب الاستومری غیرانقباضی، «پوشانده» مي شود. بعد از آن می توان سطح دوغاب الاستومری را با یک بتن فوری با مقاومت شیمیایی، پوشاند. با استفاده از همین ماده بتنی، کف منهول برای جریان آب مهیا می شود. این نوع از عایق بندی در شکل ١١-٢ نشان داده شده است.

شکل ١١-٢. نمونه اي متداول از عايق بندي منهول در کاربردهاي جريان گرانشي

در تاسیساتی که یک منهول یادیواره آبگردان جدید در آن ها نصب خواهد شد، مقدار دوغاب الاستومری بوسیله جوشکاری یک آب بند یا ته زبان به لوله آستری، پیش از جایگذری نهایی آن، به حداقل رسانده می شود. سپس این اتصال یا دیوار آب گردان یکپارچه شده و یا به درون منهول دوغاب ریزی می شود. برخی پیکربندی های متداول برای اتصال قطعات تازه ساز، در شکل ١١-٣ نشان داده شده اند. اتصال توضیح داده شده (آب بند/ قلاب جداری که در محل مورد نظر، دوغاب ریزی شده است) د رمورد سازه های موجود از قبل هم کارایی دارد.

شکل ١١-٣. جايگذاري ديواره آب گردان يا منهول تازه ساز

اتصالات جانبی رو به زوال، عامل اصلی بروز تراوش در خطوط لوله با جریان گرانشی است. یکی از بخش های جدایی ناپذیر فرآیند اسلیپ لاین، بازسازی این اتصالات است. این جنبه از عملیات اسلیپ لاین، در کاهش تراوش و پایداری ساختاری دراز مدت سرویس بیشترین نقش را ایفا می کند و نیز احتمال زوال مداوم سیستم لوله فعلی را به حداقل می رساند.

انشعابات جداگانه خانگی یا سایر انشعابات جانبی را می توان با استفاده از هریک از روش های اتصال مختلف، به لوله آستری وصل نمود. بعنوان مثال، با توجه به قابلیت رهاسازی تنش لوله آستری، اتصال خطوط لوله جمع آوری فاضلاب به آستری پلی اتیلنی را می توان با استفاده از اتصال زین انشعابی نواربست یا اتصال جوش به دیواره برقرار نمود. هریک از گزینه ها، فراهم کننده اتصالی ایمن و آب بندی شده به لوله آستری است که اجازه نوسازی موثر رایزر را بدون کاهش قطر داخلی سرویس، می دهد. هر دو این نوع اتصالات در شکل ١١-٤ نشان داده شده اند.

شکل ١١-٤.اتصالات جانبی برای اسلیپ لاین خطوط لوله گرانشی

نوسازی خطوط لوله تحت فشار، اغلب نیازمند برقراری اتصال با خطوط لوله جانبی دارای درجه بندی فشاری هستند. برای اطمینان از ظرفیت فشاری کامل سیستم نوسازی شده، طراحی اتصال به چنین خطوطی باید در نظر گرفته شده باشد. برای رعایت این پیش نیاز، راه های جایگزینی هم وجود دارند. این راه های جایگزین عبارت اند از جوشکاری سه راهی های مونتاژی یا قالب گیری شده درون تراشه لوله، جوش جداری زین های انشعابی، درج قطعه های ماسوره ای از طریق الکتروفیوژن و نصب رابط های مکانیکی سبک. یک از این گزینه ها بصورت شماتیک در شکل ١١-٥ نشان داده شده است. غالبا ملزومات عملکردی و پارامترهای نصب در پروژه نوسازی، انتخاب یکی از روش های اتصال را دیکته می کند.

شکل ١١-٥. يک اتصال جانبي متداول براي اسليپ لين خطوط لوله تحت فشار

آماده سازی اسناد قرارداد

بعد از اتمام طراحی عملیات نوسازی، همه توجهات به روی نگارش مشخصات فنی و اسناد قرارداد  معطوف می شود که این اسناد ضامن یک نصب موفق هستند. اسناد مرجع مورد نیاز برای نیل به این هدف عبارت اند از: استاندارد ASTM D3350، استاندارد ۵۸۵ASTM F، استاندارد ۷۱۴ASTM F، استاندارد ۸۹۴ASTM F. برای کمک بیشتر در زمینه توسعه این اسناد، مشخصات فنی یک مدل عملیات اسلیپ لاین از طرف موسسه لوله های پلاستیکی با عنوان «راهنماها و توصیه هایی در استفاده از لوله های پلی اتیلن برای اسلیپ لاین فاضلاب» در دسترس می باشد.