Pumpesump med integrert forankring

Abstract

Avløpspumpestasjoner brukes for å transportere avløps- og spillvann fra husholdninger, industri og annen virksomhet til avløpsrenseanlegg. Her blir avløpsvannet renset før vannet slippes tilbake til naturen. Pumpesumpen, som er en del av pumpestasjonen, fungerer som et utjevningsmagasin mellom forbruker og renseanlegg, sumpen er dimensjonert etter tilrenning. Tilrenningen varierer over døgnet, og det er derfor viktig å ha riktig utjevningsvolum. Pumpesumpen må minst ha høyden fra terrenget og ned til innløp. Det kan derfor være stor variasjon i høyde og diameter på sumpen. Pumpesumpen graves ned i bakken. For å forhindre at de flyter opp ved høy grunnvannstand er det nødvendig å forankre disse.

Norvateks fabrikk i Töreboda, Sverige, produserer og leverer pumpestasjoner til hele Norden. For å skape et mer attraktivt produkt i markedet ønsker Norvatek å se på muligheten for å utvikle en selvforankrende pumpesump. En ønsket løsning er å endre utformingen på bunnen av pumpesumpen. Ved å integrere en forankringsplate i utformingen av bunnen vil man benytte tilsvarende materiale som pumpesumpen er laget i, noe som vil føre til enklere frakt og montering.

I denne oppgaven blir det undersøkt om det er mulig å lage en ny utforming av Norvateks pumpesump som vil hindre oppdrift uten bruk av ekstra forankringsplate eller omstøp.

For å nå problemstillingen er følgende mål satt opp: Videreutvikle dagens produkt slik at forankringsflens vil fungere som forankring, beregne kreftene som virker på pumpesumpen, finne en utforming som tar imot kreftene og som er mulig å produsere.

Videre har vi satt følgende begrensning av oppgaven. Vi ser på pumpesumper med diameter på 1600 mm og en høyde opp til 4000 mm da denne står for mesteparten av salget til Norvatek. Vi benytter oss av samme type materiale som Norvatek benytter i dag. Dette gjør vi for å unngå å innføre en prosess som er ukjent for bedriften.

Ved bruk av simuleringer i Autodesk Inventor, hvor vi har basert oss på dagens utforming av forankringsflensen, har vi kunnet sammenligne krefter og spenninger som virker på dagens flens og på de forankringsflensene vi har laget forslag til. Vi har videre beregnet oppdriftskrefter, forankringskrefter og nødvendig areal.

Resultatene fra denne oppgaven viser at det vil være mulig å utforme bunnen av pumpesumpen med en forankringsflens, slik at denne hindrer sumpen fra å flyte opp. Dette er til en viss grad avhengig av massene som fylles tilbake rundt pumpesumpen. Våre beregninger viser at krefter og spenninger som virker på forankringsflensen understiger maksimalverdiene, slik at løsningen kan anbefales for uttesting og eventuelt produksjon.

Sewage pump stations are designed to transport sewage and waste water from households, industry and other activities to sewage treatment plants. The wastewater is then treated before being released back to nature. The pump sump acts as a retaining magazine between the consumer and the treatment plant, the pump sump is dimensioned after calculated inflow. The inflow varies and it is important to have the correct equalization volume. The height and diameter of the pump sump may differ in accordance to the varied inflow. The height of the pump sump must be greater than the distance from the terrain to the inlet. These pump sumps are dug into the ground. To prevent them from floating up at high groundwater level it is necessary to anchor the pump sump in order to withstand the buoyancy forces.

Norvatek's factory in Töreboda, Sweden, produces and supplies pump stations to the entire Nordic region. To create a more attractive product in the market Norvatek wants to look at the possibility of developing a self-anchoring pump sump. A possible solution is redesigning the bottom of the pump sump by integrating the anchoring into the flange design. This will give us the advantage of using similar material as the pump sumps are made of, leading to easier shipping and assembly.

The purpose of this work was to investigate if it is possible to create a new design of Norvatek's pump sump, that will prevent it from floating up without the use of additional anchoring plate or concrete embedding of the pump sump.

To achieve this purpose, we have set the following goals: Further development of the current product by making the anchoring flange a part of the pump sump bottom, calculation of the forces working on the pump sump, the achievement of a design that resists the forces and is possible to produce.

The study was carried out by using Autodesk Inventor for simulation on the existing design and our new designs. This has made it possible to compare the results of our new design with the one used today. We have also calculated buoyancy forces, anchoring forces and required surface area.

The results of this task show that it will be possible to design the bottom of the pump sump with an anchor flange, so that it prevents the pump sump from flowing up. This is to some extent dependent on the masses being filled back around the pump sump. Our calculations show that forces and stress that act on the anchoring flange are below the maximum values, so that the solution can be recommended for testing and possibly production.