2. Celowość podjęcia tematu

Transkrypt

1 Dr hab. inż. Izabela Zimoch, prof. nzw. w Pol. Śl. Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Inżynierii Wody i Ścieków ul. Konarskiego 18, Gliwice Tel , Faks: e:mail izabela.zimoch@polsl.pl Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Artura Chomy pt. Metoda zabezpieczania pomp odśrodkowych przed skutkami wystąpienia zjawiska hydraulicznego Promotor: dr hab. Dariusz Kowalski, prof. PL 1. Podstawa opracowania recenzji rozprawy Podstawę formalną przygotowania recenzji rozprawy doktorskiej mgr inż. Artura Chomy pt.: Metoda zabezpieczania pomp odśrodkowych przed skutkami wystąpienia zjawiska uderzenia hydraulicznego zgodnie z 6 ust. 1 Rozporządzenia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 30 września 2016 r. (DzU. 2016, poz z późn. zmianami) stanowi pismo (nr: Ś/246/2017) Dziekana Wydziału Inżynierii Środowiska prof. dr hab. inż. Witolda Stępniewskiego z dnia 6 grudnia 2017 roku. 2. Celowość podjęcia tematu Ostatnie lata niosą za sobą wiele zmian związanych z intensywnym rozwojem społecznogospodarczym oraz wzrostem świadomości ludzi dotyczącej roli wody w życiu i dla zrównoważonym rozwoju. Przyjęta we wrześniu 2015 r. na forum ONZ Agenda 2030, zdefiniowała cel programu 6, jakim jest zapewnienie dostępności wody dla wszystkich ludzi oraz zrównoważone zarządzanie wodą i infrastrukturą sanitarną. Cele szczegółowe nakreślone Agendą mają być osiągnięte do 2030 roku, w tym zapewnienie powszechnego i równego dostępu do bezpiecznej wody pitnej w przystępnej cenie oraz wdrożenie zintegrowanego zarządzania zasobami wodnymi. Cele te jednoznacznie określiły wymagania efektywnej eksploatacji systemów wodociągowych. Ramy i standardy eksploatacji systemu zaopatrzenia w wodę (SZW) zawarte są w kolejnej z 2017 roku edycji wytycznych Światowej Organizacji Zdrowia, dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Wytyczne te zalecają zintegrowane ramy zarządzania zapobiegawczego w zakresie bezpieczeństwa w całym łańcuchu dostaw wody od ujęcia do kranu konsumenta. Opublikowany w lipcu 2017 roku przez Parlament Europejski raport informacyjny Briefing Implementation Appraisal, opracowany na podstawie analiz i ocen European Parliamentary Research Service (EPRS), przedstawiał stan prac Komisji nad zmianami prawodawstwa UE w zakresie Drinking Water Directive (DWD) oraz jej rewizji z 2015 roku. EPRS podkreśla w raporcie, iż kierunki zmian w DWD, spójne z najnowszymi wytycznymi WHO, ustanawiają konieczność zrządzania str. 1

2 SZW opartego na wdrażaniu zintegrowanego zarządzaniu ryzykiem dostaw wody, obejmującego identyfikację i analizę zagrożeń, ocenę ryzyka oraz monitorowanie. Zmiany dokonywane w DWD uwarunkowane są jednoznacznie zdefiniowanymi ramami bezpieczeństwa wody pitnej obejmującymi: cele zdrowotne konsumentów, Plany Bezpieczeństwa Wodnego i nadzór nad SZW. Systemy zaopatrzenia w wodę są złożonymi systemami technicznymi, których podstawową funkcją jest dostarczenie do konsumenta bezpiecznej wody o parametrach zgodnych z rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz. U r. poz. 2294). Sposób funkcjonowania SZW został precyzyjnie zdefiniowany wprost art. 5 ust. 1 Ustawy o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (Dz. U. nr 72, poz z 2001 r.) narzuceniem na przedsiębiorstwa wodociągowo kanalizacyjne obowiązku zapewnienia zdolność posiadanych urządzeń wodociągowych do realizacji dostaw wody w wymaganej ilości i pod odpowiednim ciśnieniem w sposób ciągły i niezawodny. SZW to zespół obiektów i urządzeń technicznych od ujęcia do kranu konsumenta, wzajemnie ze sobą współpracujących w procesie dostaw wody. Jednym z kluczowych elementów SZW jest podsystem dystrybucji wody (PsDyW). Jego eksploatacja z uwagi na duży zasięg funkcjonowania w obszarze charakteryzującym się ziemnością ukształtowania powierzchni, zróżnicowaną wiekowo i materiałowo infrastrukturę liniową oraz dynamicznie zmieniającymi się w czasie warunkami hydraulicznymi pracy stanowi strategiczny element w budowie Planów Bezpieczeństwa Wody i w procesie zarządzania ryzykiem eksploatacji SZW. Jednym z istotnych czynników determinującym liczne zagrożenia pojawiające się podczas eksploatacji SZW są uderzenia hydrauliczne. Współczesne uwarunkowania eksploatacji przewymiarowanej infrastruktury wodociągowej, ciągłe modernizacje i rozbudowa systemu sprzyjają generowaniu czynników przyczyniających się do powstawania zjawiska uderzenia hydraulicznego. Pomimo dostępnej na rynku dużej gamy rozwiązań technicznych brak jest ciągle kompleksowego rozwiązania zabezpieczenia układów pompowych przed skutkami uderzenia hydraulicznego. Zatem uderzenie hydrauliczne, mimo dobrego rozpoznania mechanizmu jego powstawania, stanowi ciągle poważny problem, który winien być uwzględniany w procedurach zarządzania ryzykiem eksploatacji infrastruktury wodociągowej. W tych okolicznościach opracowanie skutecznej metody ograniczania skutków zjawiska uderzenia hydraulicznego w podsystemie dystrybucji wody, stanowić będzie efektywną barierę ochronną, gwarantującą ciągłość dostaw wody do konsumenta. Ponadto w istotny sposób ograniczy liczbę awarii sieci wodociągowej powstających w następstwie wzrostu naprężeń, skutkujących licznymi pęknięciami i mikronieszczelnościami. Kolejnym istotnym aspektem tych rozwiązań będzie zmniejszenie strat wody w wyniku ograniczenia lub wyeliminowania niezidentyfikowanych przecieków pojawiających się podczas zmian ciśnienia wywołanego uderzeniem hydraulicznym oraz poprzez mikronieszcelności, co jest zgodne z polityką UE zawartą w Rezolucji w sprawie wdrażania prawodawstwa UE w dziedzinie wody w obliczu konieczności przyjęcia całościowego podejścia do wyzwań europejskiej polityki wodnej z dnia 3 lipca 2012 r. Obecnie szacuje się, że w wyniku wycieków w sieciach traci się do 70% wody dostarczanej w europejskich miastach. W tych okolicznościach Parlament Europejski kładzie nacisk zarówno na pilną potrzebę przeprowadzenia audytu stanu technicznego i warunków eksploatacji PsDyW, jak i na potrzebę wspierania finansowego inwestycji w infrastrukturę wodociągową w celu realizacji zrównoważonej gospodarki wodnej. Zatem, w świetle europejskiej polityki wodnej oraz działań na rzecz zrównoważonego rozwoju, uwzględniającego zintegrowane zarządzanie infrastrukturą wodociągową, oprócz efektywnego korzystania z zasobów wodnych kluczowym działaniem jest racjonalna eksploatacja siecią wodociągową, ukierunkowana na ograniczanie zużycia energii i liczby str. 2

3 awarii, podniesienie efektywności dostaw wody w ścisłym związku z minimalizacją jej strat. W tym kontekście pełne rozpoznanie mechanizmu powstawania uderzenia hydraulicznego pod kątem opracowania procedur zarządzanie jego ryzykiem oraz opracowanie skutecznej metody zapobiegania temu zjawisku stanowi wyzwanie nie tylko dla eksploatatorów SZW, ale także dla świata nauki. Zapoczątkowane blisko 130 lat temu, przez Żukowskiego i Allievie go, badania nad rozpoznaniem i opisem istoty zjawiska uderzenia hydraulicznego zainspirowały współczesne nurty prac naukowych w trzech wiodących obszarach: opisu matematyczno-fizycznego wraz z zastosowaniem metod obliczeń nieustalonego przepływu cieczy w przewodach ciśnieniowych, modelowania numerycznego przepływów nieustalonych, opracowania metod ochrony przed uderzeniem hydraulicznym lub rozwiązań inżynierskich ograniczających skutki jego wystąpienia. Współczesna wiedza pozwala na profesjonalne podejście do zidentyfikowania problemu uderzenia hydraulicznego w różnych, zmiennych warunkach eksploatacyjnych SZW, a w konsekwencji daje podstawy do opracowania procedur zarządzani funkcjonowaniem pompowniami i elementami PsDyW, jako kluczowych elementów wdrażania systemów zarządzania ryzykiem. Działania powyższe podejmuje się w celu zapewnienia efektywności ekonomicznej procesów dostaw wody do konsumenta. Zatem, rozprawa doktorska Pana mgr inż. Artura Chomy, której głównym celem było opracowanie oryginalnej metody zabezpieczenia pomp odśrodkowych przed skutkami wystąpienia zjawiska uderzenia hydraulicznego, odpowiada aktualnym wyzwaniom zrównoważonego rozwoju SZW oraz stanowi innowacyjne rozwiązanie problemu naukowego. Proponowane przez Doktoranta autorskie rozwiązanie, stanowiące element bariery ochronnej w systemie zarządzania ryzykiem eksploatacji SZW trafnie wpisuje się we współczesny nurt złożonych, interdyscyplinarnych badań naukowych przepływów nieustalonych, monitorowania parametrów pracy pompowni i sieci wodociągowych w dynamicznie zmieniającym się środowisku. Ponadto odpowiada aktualnej tematyce naukowobadawczej z zakresu rozwijania nowoczesnych technik i metod przeciwdziałania skutkom uderzenia hydraulicznego. Podkreślenia wymaga fakt, iż podjęte przez Doktoranta badania naukowe oparte na upustowej metodzie regulacji pomp, zakończone zostały uzyskaniem dwóch patentów (zawór różnicowy patent nr oraz zawór wyrównawczy patent nr ). Istotną cechą prowadzonych przez Doktoranta prac badawczych jest fakt realizacji ich, jako eksperymentu wieloetapowego, obejmującego badania numeryczne, laboratoryjne i w warunkach rzeczywistych na zestawie hydroforowym zamontowanym na SUW Puchaczów, będącej w gestii zarządzania przez Zakład Gospodarki Komunalnej w Puchaczowie. Pozwoliło to na weryfikację rozwiązania inżynierskiego w warunkach rzeczywistych. Ponadto podjęcie prac naukowo-badawczych przez Pana mgr inż. Artura Chomę wpisują się w nurt działań Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego wspierających prace naukowo-badawcze doktorantów w ramach programu Doktorat wdrożeniowy, których celem jest tworzenie warunków do rozwoju współpracy między środowiskiem naukowym a środowiskiem społeczno-gospodarczym. 3. Ogólna charakterystyka rozprawy Przedstawiona do recenzji rozprawa doktorska mgr inż. Artura Chomy liczy 135 stron. Część przeglądowa pracy stanowi około 41,5%, a część badawcza wraz z dyskusją otrzymanych wyników 40,7%, pozostałą część rozprawy stanowią wnioski, bibliografia, streszczenie w języku polskim i angielskim. Praca zawiera spis ważniejszych oznaczeń, opracowania w postaci elementów graficznych, stanowiących łącznie 73 rysunki oraz 13 str. 3

4 tabel, które w logiczny sposób powiązane są z prezentowanymi treściami. Bibliografia przedmiotowej dysertacji obejmującej 271 pozycje, w tym 230 opracowań naukowych w postaci artykułów i monografii (84,9%), pozostałe 4 pozycje bibliografii stanowią Ustawa o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (Dz.U. z 72, poz. 747 z póź. zm.) oraz 3 normy. Opracowania anglojęzyczne to 144 pozycje (53%). 46% przytoczonej literatury to opracowania z ostatnich 10 lat. Elementem prezentowanej bibliografii jest 20 pozycji odwołań do ogólnie dostępnych stron internetowych. Praca posiada tradycyjny układ, obejmujący 9 podstawowych rozdziałów, w którym wydzielono trzy zasadnicze części. Część pierwsza, mająca charakter rozważań teoretycznych obejmuje strony od 1 do 56, zawiera 4 rozdziały: rozdział 1 Wstęp, rozdział 2 stanowiący Tezę, cel i zakres pracy, rozdział 3 mieszczący Przegląd literatury oraz rozdział 4 Metoda zabezpieczania pomp odśrodkowych przed skutkami wystąpienia uderzenia hydraulicznego. Część drugą - badawczą, zawierającą strony od 57 do 110, stanowi treści rozdziału 5 pt. Plan i metodyka badań, rozdziału 5 Numeryczne badania modelowe oraz rozdziału 6 pt. Badania laboratoryjne i rozdziału 7 pt. Badania w warunkach rzeczywistych. Ta część dysertacji poświęcona jest między innymi prezentacji przeprowadzonego wieloetapowego eksperymentu wraz z opisem modeli badawczych ich autorskich rozwiązań technicznych opartych na metodzie jednoczesnego wyrównywania powstających różnic ciśnienia po obu stronach pompy. Część trzecia rozprawy to Wnioski rozdział 9. Integralnymi elementami rozprawy są: Bibliografia, zawierający obszerny zestaw literatury w zakresie tematyki dysertacji oraz streszczenia w języku polskim i angielskim. 4. Zakres i ocena merytoryczna rozprawy doktorskiej 4.1 Treść rozprawy Uważam, że problem kompleksowego, skutecznego zabezpieczenia pomp odśrodkowych przed skutkami wystąpienia uderzenia hydraulicznego prezentowany w ocenianej pracy jest ważny i ciągle aktualny, odpowiadający na rzeczywiste wyzwania efektywnej, bezpieczniej i niezawodnej eksploatacji systemami zaopatrzenia w wodę. Praca napisana jest bardzo starannie, jasno i poprawnym językiem. Została podzielona na logicznie ułożone rozdziały wzajemnie ze sobą korespondujące. We wstępie (rozdział 1), Autor podkreślił, iż jednym z problemów eksploatacyjnych SZW pojawiających się podczas transportu wody do konsumenta jest występowanie przepływów nieustalonych i powiązanych z nimi uderzeń hydraulicznych. Wskazał ponadto, iż pomimo dostępnych na rynku licznych, innowacyjnych rozwiązań technicznych, występowanie zjawiska hydraulicznego podczas uruchamiania lub zatrzymywania zespołów pompowych stanowi ciągle kluczowy problem eksploatacyjny, generujący wiele poważnych awarii, a w konsekwencji straty wody. W tych okolicznościach poszukiwanie nowatorskich rozwiązań opartych na szerokim rozpoznaniu istoty zjawiska, wspartych numerycznymi badaniami modelowymi przebiegu uderzenia hydrauliczno uzasadnia trafności podjętego tematu badawczego. Takie szerokie spojrzenie na zjawisko uderzenia hydraulicznego, ujmujące zarówno istotę jak i metody opisu ruchu cieczy, komputerowe symulacje pozwoliło Doktorantowi wskazać brak skutecznych rozwiązań podjętego problemu badawczego, stanowiącego poszukiwanie metody ograniczania skutków uderzenia hydraulicznego cieczowych pomp odśrodkowych jednocześnie po stronie ssawnej i tłocznej, którego cel i tezę w sposób zwięzły sformułował w rozdziale 2 pt. Teza, cel i zakres pracy. W kolejnym rozdziale 3, na podstawie dokonanego przeglądu literatury krajowej i zagranicznej, Autor szeroko zaprezentował istotę, przyczyny i skutki powstawania uderzenia hydraulicznego (podrozdział 3.1 Uderzenie hydrauliczne, podrozdział 3.2 Przyczyny i wybrane skutki uderzenia hydraulicznego) oraz przebieg tego zjawiska w układach str. 4

5 pompowych (podrozdział 3.3. Uderzenie hydrauliczne w obrębie pomp i pompowni wodociągowych). Uzupełnieniem tych rozważań jest treść podrozdziału 3.4 pt. Aktualne kierunki badań zjawiska uderzenia hydraulicznego, w którym Autor uwydatnił aktualność problemu badawczego i wskazał trzy kluczowe kierunki współczesnych badań. Doktorant podkreślił, że jednym z najbardziej czołowych kierunków badań jest modelowanie numeryczne przebiegu zjawiska uderzenia hydraulicznego, pod kątem przewidywania jego skutków w układach i urządzeniach hydraulicznych, z wykorzystaniem metody charakterystyk i metody elementów skończonych. Prezentowane treści kolejnego podrozdziału 3.5 pt. Metody zapobiegania zjawisku uderzenia hydraulicznego ujmują klasyfikację rozwiązań technicznych ograniczania czynników wywołujących uderzenie hydrauliczne na metody polegające: na zmianie objętości cieczy podczas zmiany ciśnienia, na napowietrzaniu strumienia tłoczonej wody, na wydłużeniu czasu zatrzymania i unieruchomienia pracy pompy, na zmianie prędkości obrotowej wirnika, na zastosowaniu elementu bocznikowego z materiału o większej odkształcalności niż materiał przewodu oraz metody oparte na upuszczaniu z rozpatrywanego układu hydraulicznego cieczy w chwili wzrostu ciśnienia wywołanego przez uderzenie hydrauliczne. W kolejnym rozdziale 3.6 pt. Podstawy modelowania zjawiska uderzenia hydraulicznego Autor przedstawił formuły matematyczne opisujące przebieg uderzenia hydraulicznego w postaci równania ilości ruchu i równania ciągłości. Integralnym elementem tych rozważań jest prezentacja metod ich rozwiązywania obejmujących metody: arytmetyczną, graficzną, algebraiczną, metody różnicowe, metodę charakterystyk Streetera i Wiliego czy metodę elementów skończonych. Doktorant słusznie podkreślił, iż w rozwiązaniu układ różniczkowych równań ilości ruchu i ciągłości, nazywany często układem równań Allievi ego-streetera, opisującym przebieg zjawisko uderzenia hydraulicznego wzdłuż rurociągu w funkcji czasu, ze względu na ich złożoność stosuje się techniki komputerowe z wykorzystujące metodę charakterystyk lub elementów skończonych. W recenzowanej dysertacji została szeroko zaprezentowana metoda elementów skończonych, gdzie Doktorant podkreślił fakt, iż najbardziej czasochłonnym i pracochłonnym etapem rozwiązywania zadania jest podział obszaru obliczeniowego na elementy skończone, których nieprawidłowy podział może prowadzić do uzyskania błędnych wyników W rozdziale czwartym, Pan mgr inż. Artur Choma na podstawie dostępnej wiedzy przedstawił załażenia proponowanego autorskiego opracowania metody zabezpieczenia pomp odśrodkowych przed skutkami wystąpienia uderzenia hydraulicznego. Podkreślił, iż u podstaw metody ograniczania skutków uderzenia hydraulicznego podczas uruchamiania lub zatrzymywania pracy pomp odśrodkowych leży metoda upustowa regulacji wydajności pompy. Dokonane obserwacje i analizy wykresów zmian ciśnienia zarówno po stronie ssawnej jak i tłocznej w warunkach wystąpienia uderzenia hydraulicznego zainspirowały Autora dysertacji do wykorzystani w proponowanym rozwiązaniu zabezpieczenia pompy obejścia, jako elementu ograniczającego skutki uderzenia hydraulicznego w układach pompowych po obu stronach jednocześnie. Autor słusznie podkreślił, iż kluczowym elementem proponowanego rozwiązania jest zawór różnicowy. Bazując na tych założeniach zaplanował wielowariantowy eksperyment badawczy rozwiązania inżynierskiego opartego na trzech koncepcjach wykorzystujących: zawór elektromagnetyczny, układ mechanicznych, sprężynowych zaworów bezpieczeństwa oraz kombinację zaworu bezpieczeństwa i zaworu zwrotnego. Przeprowadzone badania pozwoliły Doktorantowi na rzetelną ocenę proponowanych rozwiązań konstrukcyjnych zabezpieczeń pomp. Proponowane rozwiązanie wykorzystujące zawór elektromagnetyczny w opinii Pana mgr inż. Artura Chomy wymaga zastosowania automatyki przemysłowej zasilanej energią elektryczną, co niewątpliwie gwarantuje szybkie otwieranie lub zamykanie zaworu w sytuacjach wystąpienia uderzenia hydraulicznego, niemniej jednak cechuje się dużą zawodnością wynikającą z konieczności str. 5

6 zastosowania złożonej automatyki oraz zapewnienia ciągłości dostaw energii elektrycznej koniecznej do utrzymania zamknięcia zaworu różnicowego. Stąd dalsze kierunki poszukiwania skutecznego rozwiązania zaowocowały powstaniem koncepcji układu mechanicznego, opartego na współpracy dwóch zaworów bezpieczeństwa, umożliwiających przepływ wody tylko w jednym kierunku. Należy podkreślić fakt, iż to rozwiązanie zyskało świadectwo Urzędu Patentowego (patent nr ). Autor zwrócił uwagę, iż prostota rozwiązania konstrukcyjnego oraz fakt jego pracy niezależnie od dostaw energii w pełni pretenduje to rozwiązanie do aplikacji w pompowniach bezobsługowych, w szczególności obszarów wiejskich. Niemniej jednak wskazał również wady tego rozwiązania, jakie pojawiły się w trakcie realizacji eksperymentu ze sprężynowymi zaworami bezpieczeństwa, które nie blokowały przepływu wody w kierunku odwrotnym do wskazanego przez producenta, co generowało powstawanie nieszczelności. Stąd kolejne rozwiązanie konstrukcyjne układu zabezpieczającego pompy przed skutkami uderzenia hydraulicznego będące przedmiotem badań i rozważań naukowych Doktoranta stanowiło kombinację zaworu bezpieczeństwa i zaworu zwrotnego, które również uzyskało świadectwo Urzędu Patentowego (patent nr ). Na podstawie przeprowadzonych prac badawczych, laboratoryjnych i terenowych w opinii Autora znacząco zostały ograniczone przepływy w kierunkach niepożądanych, jednak nie uzyskano całkowitego wyeliminowanie nieszczelności. Rozwiązanie tego problemu będzie przedmiotem dalszych prac naukowych Doktoranta. Treść rozdziałów części teoretycznej konsekwentnie i wyczerpująco wprowadza czytelnika w problematykę, która stanowi zasadniczy przedmiot badań Doktoranta, prezentowany w części analitycznej dysertacji. Rozdział 5 wprowadza czytelnika w plan prac badawczych stanowiących eksperyment wieloetapowy, obejmujący badania numeryczne, laboratoryjne oraz badania zrealizowane w warunkach rzeczywistych na zestawie hydroforowym zamontowanym na SUW Puchaczów. Kolejne rozdziały od 6 do 8 stanowią treści opisu stanowiska badawczego wraz z metodyką prowadzonych badań oraz prezentują uzyskane wyniki z merytoryczną ich dyskusją. Wykorzystanie przez Doktoranta w pierwszym etapie prowadzonych prac badawczych modelowania numerycznego zjawiska uderzenia hydraulicznego w wykorzystaniem programu ANSYS-FLUENT v.13 wykazały, że proponowane rozwiązanie pozwala na ograniczenie skutków uderzenia hydraulicznego wywołanego gwałtownym uruchomieniem bądź zatrzymaniem pracy pompy. Opis prac badawczych modelowania numerycznego stanowi treść rozdziału 6 dysertacji pt. Numeryczne badania modelowe, którego układ obejmuje 7 komplementarnych podrozdziałów. W podrozdziale 6.1 Wybór oprogramowania do modelowania Doktorant wskazał, iż jednym z najbardziej popularnych narzędzi numerycznych stosowanych do analiz przebiegu uderzania hydraulicznego w zmiennych warunkach jest oprogramowanie ANSYS-FLUENT oparte na zasadach CFD (Computational Fluid Dynamics), które wykorzystał w swoich badaniach modelowych. Opis przeprowadzonych badań modelowych i dyskusja uzyskanych wyników zostały zaprezentowane w kolejnych podrozdziałach: 6.2 Odwzorowanie geometryczne układu badawczego, 6.3 Podstawowe założenia modelowe, 6.4 Warunki brzegowe i początkowe, 6.5 Metodyka badań, 6.6 Wyniki badań i dyskusja oraz 6.7 Podsumowanie. Przeprowadzone badania numeryczne potwierdziły przyjęte założenia badawcze, iż proponowana metoda wykorzystania zaworu różnicowego wmontowanego w przewód obejścia łączący stronę ssawna i tłoczną, pozwala skutecznie ograniczyć skutki uderzenia hydraulicznego. Zatem uzyskane rezultaty modelowania numerycznego dały Autorowi podstawy do opracowania założeń badań laboratoryjnych, stanowiących treść rozdziału 7 Badania laboratoryjne, zawierającą opis trzech stanowisk badawczych (podrozdział 7.1 Opis stanowisk badawczych,) krótką prezentację procedur badawczych (podrozdział 7.2 Metodyka badań) wraz ze szczegółowym omówieniem uzyskanych wyników badań każdego etapu eksperymentu (podrozdział 7.3 Wyniki i dyskusja). Skuteczność funkcjonowania każdego str. 6

7 badanego układu ograniczającego skutki uderzenia hydraulicznego Doktorant oceniał w oparciu o stosowane w statystyce opisowej odchylenie względne (wskaźnik R), pozwalające na ocenę poziomu obniżenia wysokości ciśnienia dla proponowanego rozwiązania w odniesieniu do wysokości ciśnienia w warunkach zablokowania układu zabezpieczającego. Istotnym elementem tej części prac badawczych było podjęcie przez Doktoranta prób poszukiwania statystycznie istotnych zależności pomiędzy wartością wskaźnika R, a prędkością przepływu oraz objętością wody krążącej układzie, wyrażoną długością obiegu badawczego. Uzyskane wyniki badań laboratoryjnych, pozwoliła Doktorantowi stwierdzić, że zastosowanie w praktyce proponowanego rozwiązania z wykorzystaniem zaworu różnicowego zintegrowanego z obejściem pompy na obiekcie rzeczywistym jest celowe i może przynieść pozytywne rezultaty ograniczenia skutków uderzenia hydraulicznego w obrębie pompy. Zatem badania w warunkach rzeczywistych zostały przeprowadzone we wrześniu 2016 r. na zestawie hydroforowym zamontowanym na SUW Puchaczów w wydzielonym obszarze podsystemu dystrybucji wody. Badania prowadzono zarówno w warunkach uruchomienia jak i zatrzymania pompy. Realizacja poszczególnych wariantów badań stanowi treść rozdziału 8 pt. Badania w warunkach rzeczywistych, obejmującą charakterystykę stanowiska badawczego wraz z procedurami badawczymi (podrozdział 8.1. Opis stanowiska i metodyka badań) oraz prezentację uzyskanych wyników udokumentowanych dyskusją merytoryczną. W końcowej części rozprawy, rozdział 9 zatytułowany Wnioski, Pan mgr inż. Artur Choma zawarł krótką interpretację i podsumowanie uzyskanych wyników oraz wnioski końcowe. Podsumowując merytoryczną ocenę rozprawy pragnę podkreślić, iż w mojej opinii do głównych osiągnięć naukowych i aplikacyjnych Pana mgr inż. Artura Chomy należą: opracowanie autorskiej, oryginalnej metody ograniczania skutków uderzenia hydraulicznego cieczowych pomp odśrodkowych, jednocześnie po stronie ssawnej i tłocznej, opracowanie koncepcji rozwiązań technicznych przeciwdziałania skutkom uderzenia hydraulicznego opartych na sposobie regulacji upustowej wydajności pomp, przeprowadzenie badań modelowania numerycznego z wykorzystaniem oprogramowania ANSYS-FLUENT, w celem analizy skuteczności proponowanego rozwiązania zabezpieczenia układów pompowych dla zdefiniowanych warunków brzegowych i początkowych, będących podstawą przyjęcia rozwiązań laboratoryjnych stanowisk badawczych, podjęcie wyzwania realizacji badań na rzeczywistym obiekcie, pozwalającyc na wyznaczenie wskaźnika R oceny efektywności metody zabezpieczeń w warunkach odzwierciedlających specyfikę uderzenia hydraulicznego w codziennych warunkach eksploatacji SZW ten etap prac badawczych i uzyskane wyniki wskazują na możliwość komercjalizacji opracowanego autorskiego rozwiązania zabezpieczenia pomp odśrodkowych przed skutkami uderzenia hydraulicznego, opracowanie, w ramach proponowanej metodyki badawczej, zależności pomiędzy wartością wskaźnika R oceny skuteczności metody a prędkością przepływu wody, wskazanie, iż proponowane rozwiązanie stanowi skuteczną barierę ochronną pracy układów pompowych w procedurach zarządzania ryzykiem eksploatacji SZW, wykazanie poprawności postawionej tezy, iż istnieje możliwość opracowania nowej metody ogranicza skutków uderzenia hydraulicznego cieczowych pomp odśrodkowych jednocześnie po ich stronie ssawnej i tłocznej, z wykorzystaniem autorskiej modyfikacji sposoby regulacji upustowej wydajności pompy, co pozwoli str. 7

8 na skuteczne zabezpieczenie układów pompowych przed skutkami nagłych losowych zmian ciśnień w podsystemie dystrybucji wody Ważniejsze uwagi dyskusyjne Zakres merytoryczny wynikający z prezentowanych w rozprawie prac badawczych i dyskusji uzyskanych wyników, został podzielona na logicznie ułożone rozdziały wzajemnie ze sobą korespondujące. Uzyskane wyniki badań i przeprowadzona ich dogłębna dyskusja, pozwoliła Doktorantowi na uzyskanie założonego celu badawczego. W pracy pojawiły się drobne potknięcia niemające wpływu na końcową ocenę rozprawy doktorskiej. Ważniejsze z nich, o charakterze dyskusyjnym, przedstawiam poniżej. 1. Doktorant słusznie zaplanował prace badawcze jako eksperyment wieloetapowy składający się z logicznie następujących po sobie etapów, obejmujących badania numeryczne, badania laboratoryjne i badania w układzie rzeczywisty. W etapie pierwszym Doktorant słusznie wykorzystuje analizy symulacyjne oparte na modelowaniu numerycznym CFD, określając jednoznacznie cel tego etapu badań, jakim było uzyskanie odpowiedzi na postawione pytania (str. 57): Czy zastosowanie proponowanej metody pozwala na ograniczenie skutków uderzenia hydraulicznego wywołanego gwałtownym uruchomieniem bądź zatrzymaniem pracy wirnika pompy? Czy ograniczenie tych skutków zachodzi jednocześnie po obu stronach (ssawnej i tłocznej) pompy? Przedmiotowe badania zostały przeprowadzone dla układu badawczego rur o średnicy 25 mm i długości 30 m, wyposażonego dodatkowo w usytuowany w płaszczyźnie prostopadłej przewód obejścia o średnicy 15 mm i długości 1,5 m. Modelowanie numeryczne prowadzono dla dwóch prędkości 0,5 m/s i 1,0 m/s. Uwzględniając cel przeprowadzenia przedmiotowego etapu, wyjaśnienia wymaga dlaczego wstępne badania laboratoryjne stanowisko badawcze nr 1 prowadzono dla prędkości 1,6 m/s. Brak wyjaśnień i komentarzy przedstawionej do recenzji dysertacji przyczyn dokonywanych zmian założeń konstrukcyjnych stanowisk badawczych 1, 2 i 3 (różne materiały, różne średnice przewodów, różne ich długości, brak utrzymania zgodności prędkości w poszczególnych etapach eksperymentu) nasuwa pytanie na podstawie czego i jakie przyczyny kierowały Doktorantem przy dokonywanych tych zmianach. Czy dokonał je w oparciu o przeprowadzone analizy np. rozkładu naprężeń, czy też wahań wysokości ciśnienia, skuteczności działania zaworu, czy też inne przesłanki? Zatem dlaczego w badaniach wykorzystywano różne układy rur przesyłowych? 2. Doktorant dla uzyskanych wyników badań podjął próbę wykorzystania metod statystycznych do opisu matematycznego zależności pomiędzy wskaźnikiem R oceny skuteczności proponowanego rozwiązania technicznego (zmienna zależna) a prędkością (zmienna niezależna) przepływu wody w układzie. Brak w rozprawie analizy założenia modelu regresji prostej, oceny dobroci dopasowania w oparciu o współczynnik korelacji liniowej Pearsona czy współczynnik determinacji, czy też analizy błędu. W mojej opinii zamieszczenie w rozprawie jedynie uzyskanych wykresów prostych regresji jest niewystarczające. 3. W opisie metodyki badań na str. 84 Doktorant pisze, iż badania realizowano w trzech powtórzeniach. Zatem dla stanowiska laboratoryjnego nr 2, gdzie badania prowadzono dla 6 prędkości liczebność zbioru wynosi 18, natomiast na rysunku 7.18 str. 94 liczebność zbioru N wynosi 14. Dlaczego odrzucono 4 pomiary i dla jakich prędkości? str. 8

9 4. Jeżeli rys przedstawia równie regresji dla wariantu uruchomienia pompy i obiegu o długości 30 m (str. 94) to brak jest zgodności z przebiegiem prostej regresji prezentowanym na rys (str. 94), jak i zamieszczonym opisem str. 95 (2-gi akapit od dołu). Jak jest w rzeczywistości? 5. Doktorant w oparciu o dokonany przegląd literatury (str. 37), w opisie metod zapobiegania zjawisku uderzenia hydraulicznego, w metodzie polegającej na zastosowaniu elementu bocznikowego z materiału o większej odkształcalności niż materiał przewodu, wskazuje iż zdolność tłumienia ciśnienia silnie zależy od wartości ilorazu objętości tłumika V t do objętości rurociągu V p? W dalszym opisie wkradł się najprawdopodobniej błąd jest. dla V t /V p <0,02 lub V t /V p >0,06, a powinno być V t /V p <0, 2 lub V t /V p >0,6. Nasuwa się zatem pytanie dlaczego dla warunków V t /V p <0, 2 lub V t /V p >0,6 wpływ elementu bocznikowego na zdolność tłumienia jest pomijalnie mały? 4.4. Uwagi szczegółowe i redakcyjne Na podstawie lektury i analizy recenzowanej rozprawy można sformułować kilka zastrzeżeń natury redakcyjnej, które przedstawiam poniżej. 1. W mojej opinii, na rysunku 7.17 występuje błąd w legendzie, bowiem wysokość ciśnienia wykreślona kolorem różowy odpowiada wariantowi z zaworem różnicowym zablokowanym po stronie ssawnej, natomiast w legendzie jest strona tłoczna. Analogiczne błąd dotyczy linii ciśnienia wykreślonej dla tegoż wariantu po stronie tłocznej (lina czarna). 2. Autor w swojej dysertacji nie ustrzegł się pewnych błędów literowych, interpunkcyjnych, językowych czy stylistycznych np.: str. 31 skoncentrowanie uwagi na sposobach przeciwdziałania zjawiskom zapoczątkowanym, korzystniejszym byłoby użycie zamiast zjawiskom zapoczątkowanym, sformułowania - zjawiskom inicjującym, str. 57, 9 wiersz od dołu. oparto o pierwsze z trzech stanowisko badawcze powinno być. oparto o pierwsze z trzech stanowisk badawczych, str. 64, drugi akapit, 4 wiersz od góry jest jest uzasadnione względu na wysoki stopień skomplikowania - powinno być jest uzasadnione ze względu na wysoki stopień skomplikowania, str. 66, 3 wiersz od góry jest Następnie należy dokonać budowie siatki obliczeniowej. - powinno być Następnie należy dokonać budowy siatki obliczeniowej., lub zbudować siatkę obliczeniową. Autor w swoje dysertacji raz używa postprocessing (str. 67) innym razem post processing (str. 73) w mojej opinii Doktorant winien konsekwentnie w całej dysertacji używać jednej formy Szczegółowe uzasadnienie spełnienia warunków 6.4 Rozporządzenia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia r. (DzU. 2016, poz z późn. zm.) uwzględnionych w art. 13 ust. 1 Ustawy o stopniach i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U r. poz. 882 z późn. zm.) Oryginalność rozwiązania problemu naukowego Kandydat w swojej dysertacji w rozdziale 4 przedstawił autorską metodę zabezpieczenia pomp odśrodkowych przed skutkami wystąpienia uderzenia hydraulicznego. Ponadto, na str. 9

10 podstawie przeprowadzonych badań numerycznych i laboratoryjnych, dokonał weryfikacji zaproponowanego rozwiązania na rzeczywistym obiekcie, jakim jest zestaw hydroforowy ZH-ICL 4x18,40/4k /2,2 kw firmy Instalcompact Sp. z o.o. zamontowany na SUW w miejscowości Puchaczów. Podkreślenia wymaga fakt, iż zaprezentowane rozwiązanie cechują nie tylko walory poznawcze, ale również wartości praktyczne o wysokim potencjale wdrożeniowym wyników prac badawczych Doktoranta. Stwierdzam, że omówione rozwiązania są oryginalne i spełniają wymogi stosowanych badań naukowych, zdefiniowanych w art. 2. pkt 3 lit.b. Ustawy z dnia 30 kwietnia 2010 r. o zasadach finansowania nauki (Dz. U. nr 96 poz. 615; zm. poź. zm.) Wykazanie ogólnej wiedzy Kandydata Rozdział 3, opracowany w oparciu o przeprowadzony przegląd literatury tematu, zawiera między innymi omówienie mechanizmu powstawania wraz z matematycznym opisem przebiegu zjawiska uderzenia hydraulicznego, opis przyczyn i skutków jego występowania, oraz przedstawia istniejące metody zapobiegania zjawisku uderzenia hydraulicznego. W dalszych częściach pracy Doktorant przeprowadził serię badań, która umożliwiła ocenę wad i zalet proponowanych rozwiązań technicznych, oraz ocenę ich potencjału aplikacyjnego nie tylko w procedurach eksploatacyjnych układów pompowych, ale również w budowaniu skutecznych barier ochronnych minimalizujących skutki występowania niepożądanych zdarzeń losowych w systemie zarządzania bezpieczeństwem funkcjonowania SZW, gwarantującym ciągłość dostaw wody do konsumenta. Z przywołanych 271 pozycji, 125 pochodzi z ostatnich 10 lat, co świadczy, że kandydat na bieżąco śledzi najnowsze osiągnięcia tej dziedziny. Stwierdzam, że Kandydat wykazał się ogólną wiedzą na temat metod i zasad właściwej eksploatacji sieci wodociągowych, w tym istoty uderzenia hydraulicznego wraz z metodami minimalizującymi skutki jego występowania, które stanowią istotne zagadnienia badawcze w obszarze nauk technicznych w dyscyplinie inżynieria środowiska (Rozporządzenie Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 8 sierpnia w sprawie obszarów wiedzy, dziedzin nauki i sztuki oraz dyscyplin naukowych i artystycznych, Dz. U ) Wykazanie umiejętności samodzielnego prowadzenie pracy naukowej przez Kandydata Szczegółowo i dogłębnie opisana analiza uwarunkowań i przyczyn powstawania uderzeń hydraulicznych w systemach wodociągowych, pozwalająca na opracowanie autorskiego rozwiązania metody zabezpieczenia pomp odśrodkowych przed skutkami uderzeń hydraulicznych wskazują na ważną umiejętność Doktoranta, tj. naukową jego dociekliwość i skuteczność. Powołując się w rozprawie na 271 pozycji piśmiennictwa krajowego i zagranicznego, Pan mgr inż. Artur Choma wykazał, że posiada umiejętność wyszukiwania właściwej literatury naukowej i metod badawczych, co potwierdzają opracowany przez niego wieloetapowy eksperyment badawczy. Poprawność redakcyjna i klarowność opracowanej rozprawy świadczy, że Kandydat potrafi w sposób zwięzły i przejrzysty przekazywać swoją wiedzę. Uważam, że Kandydat swoją rozprawą dowiódł umiejętności samodzielnego prowadzenia pracy naukowej. str. 10

11 5. Podsumowanie i wniosek końcowy Podsumowując recenzję rozprawy doktorskiej Pana mgr inż. Artura Chomy oceniam pozytywnie zarówno przeprowadzony przegląd aktualnego stanu wiedzy w zakresie poruszanej w doktoracie tematyki, jak i część analityczną odniesioną do badań rozwiązań technicznych zabezpieczających przed skutkami uderzenia hydraulicznego. Przytaczając w tym miejscu słowa Paula Coelho, które trafnie charakteryzują dążenia poznawcze: To co dziś jest rzeczywistością, wczoraj było nierealnym marzeniem. mogę z pełną odpowiedzialnością stwierdzić, że Autor przedmiotowej rozprawy doktorskiej poradził sobie z trudnymi rzeczywistymi badaniami eksploatacyjnymi, osiągając satysfakcjonujące rezultaty, czego rezultatem jest opracowanie nowatorskiego rozwiązania inżynierskiego zabezpieczenia pomp odśrodkowych przed skutkami wystąpienia zjawiska uderzenia hydraulicznego, o silnych walorach komercjalizacji, czego potwierdzeniem są uzyskane dwa patenty na przedmiotowe rozwiązania techniczne: zawór różnicowy i zawór wyrównawczy. Opinie zawarte w recenzji pozwalają mi pozytywnie ocenić rozprawę doktorską. W moim przekonaniu, przedłożona do recenzji rozprawa doktorska Pana mgr inż. Artura Chomy pt.: Metoda zabezpieczenia pomp odśrodkowych przed skutkami wystąpienia zjawiska uderzenia hydraulicznego wykonana pod opieką naukową promotora dr hab. inż. Dariusza Kowalskiego, prof. PL, spełnia ustawowe wymagania dotyczące rozpraw doktorskich zawarte w art. 13 Ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki (tj. Dz. U. z 2014 r. poz. 1852; zm. Dz. U. z 2015 r. poz. 249) w korespondencji z Ustawą z dnia 27 lipca 2005 r. Prawo o szkolnictwie wyższym (Dz. U. nr 164, poz z późn. zm.). Stanowi ona oryginalne rozwiązanie problemu naukowego, z wysokim potencjałem aplikacyjnym, wykazuje ogólną wiedzę Doktoranta, a także umiejętność samodzielnego prowadzenia pracy naukowej. Zatem wnioskuję do Rady Wydziału i Inżynierii Środowiska Politechniki Lubelskiej o dopuszczenie Pana mgr inż. Artura Chomy do dalszego postępowania kwalifikującego w kierunku uzyskania stopnia doktora nauk technicznych. Gliwice, r. str. 11