معظم المهندسين المشاركين في تخطيط أنظمة الضخ على دراية بمصطلحات "عابر هيدروليكي" ، "ضغط زيادة التيار" أو ، في تطبيقات المياه ، "مطرقة مائية". السؤال حول ما إذا كان التدفق العابر أو تحليل الطفرة ضروريًا أثناء مرحلة التخطيط أم لا يتم الإجابة عليه بسهولة. في ظل الظروف غير المواتية ، قد يحدث التلف الناتج عن المطرقة المائية في خطوط الأنابيب التي يزيد قياسها عن مائة متر ولا تنقل سوى عدة أعشار لتر في الثانية. ولكن حتى خطوط الأنابيب القصيرة جدًا وغير المدعومة في محطات الضخ يمكن أن تتضرر بسبب الاهتزازات الرنانة إذا لم يتم تثبيتها بشكل صحيح. على النقيض من ذلك ، فإن هذه الظاهرة ليست شائعة جدًا في أنظمة خدمات البناء ، على سبيل المثال في أنابيب التدفئة وإمدادات مياه الشرب ، والتي عادةً ما تكون قصيرة الطول ولها مقطع عرضي صغير.
عادةً ما يتردد مالكو أو مشغلو الأنظمة المتأثرة بمطرقة المياه في نقل المعلومات حول أي ضرر ناتج عن زيادة التيار. لكن دراسة الصور الملتقطة لبعض "الحوادث" (الأشكال 1-أ ، 1-ب ، 1-ج) أمر واحد واضح: الضرر الناجم عن المطرقة المائية يتجاوز بكثير تكلفة التحليل الوقائي وإجراءات التحكم في الارتفاع.
لطالما كانت القدرة على توفير معدات التحكم في الاندفاع المصممة بشكل موثوق ، مثل وعاء الهواء أو المركب ، ودولاب الموازنة وصمام الهواء ، من أحدث التقنيات منذ فترة طويلة. تنص نشرة التعليمات الفنية W 303 "تغييرات الضغط الديناميكي في أنظمة إمدادات المياه" التي نشرتها الجمعية الألمانية لقطاع الغاز والمياه بوضوح على أنه يجب مراعاة عابرات الضغط عند تصميم وتشغيل أنظمة إمدادات المياه ، لأنها يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة. هذا يعني أنه يجب إجراء تحليل الاندفاع وفقًا لمعايير الصناعة لكل نظام أنابيب هيدروليكي معرض لخطر مطرقة المياه. يتوفر برنامج مخصص لهذا الغرض - وهو أداة مهمة يستخدمها محلل الطفرة المتخصص. يواجه الاستشاريون ومصممي النظام الأسئلة التالية.
- كيف يمكننا معرفة ما إذا كان هناك خطر من المطرقة المائية أم لا؟
- ما هي أهمية الصيغ التقريبية لحساب المطرقة المائية؟
- هل يمكن استخدام تحليل الطفرة في أحد أنظمة الأنابيب كأساس لاستخلاص النتائج لأنظمة مماثلة؟
- ما هي المعلمات المطلوبة لتحليل الطفرة؟
- ما هي تكلفة تحليل الطفرة؟
- ما مدى موثوقية معدات التحكم في الطفرة المتوفرة وكم يكلف تشغيلها؟
- ما مدى موثوقية التحليل المحوسب؟
يجب أن يعمل مصمم النظام ومحلل الطفرة معًا بشكل وثيق لتوفير الوقت والمال. المطرقة المائية هي ظاهرة معقدة. الغرض من هذا الكتيب هو نقل المعرفة الأساسية بجوانبها المتعددة دون المبالغة في تبسيطها.
التدفق الثابت وغير المستقر في خط الأنابيب
عند مناقشة ضغط المائع ، يجب التمييز بين الضغط فوق الغلاف الجوي [p bar] ، والضغط المطلق [p bar (a)] والضغط h [m]. يشير رأس الضغط h إلى ارتفاع عمود سائل متجانس يولد ضغطًا معينًا p. يُشار دائمًا إلى قيم "h" إلى مرجع ، (على سبيل المثال ، متوسط مستوى سطح البحر ، وخط الوسط المحوري للأنبوب وتاج الأنبوب ، إلخ).
كقاعدة عامة ، يبدأ مصممو النظام بتحديد ضغوط تشغيل الحالة المستقرة ومعدلات حجم التدفق. في هذا السياق ، يعني المصطلح ثابت 2 أن معدلات حجم التدفق والضغوط وسرعات المضخة لا تتغير بمرور الوقت. يوضح الشكل 2.1-a ملف تعريف تدفق ثابت نموذجي:
مع قطر الأنبوب الثابت وخشونة السطح الثابتة للجدران الداخلية للأنبوب ، سيكون منحنى رأس الضغط خطًا مستقيمًا. في الحالات البسيطة ، يمكن تحديد نقطة تشغيل الحالة المستقرة للمضخة بيانياً. يتم ذلك عن طريق تحديد النقطة التي يتقاطع فيها منحنى المضخة مع خاصية الأنابيب.
لا يمكن أبدًا تشغيل نظام الضخ في حالة مستقرة طوال الوقت ، نظرًا لأن بدء تشغيل المضخة وإيقافها وحده سيؤدي إلى تغيير ظروف العمل. بشكل عام ، كل تغيير في ظروف التشغيل وكل اضطراب يسبب تغيرات في الضغط والتدفق أو ، بعبارة أخرى ، يتسبب في تغير ظروف التدفق مع مرور الوقت. يشار عادة إلى ظروف التدفق من هذا النوع على أنها غير مستقرة أو عابرة. بالإشارة إلى الضغوط تحديدًا ، يطلق عليها أحيانًا تغيرات الضغط الديناميكي أو عابرات الضغط. الأسباب الرئيسية لظروف التدفق العابر هي:
- رحلة المضخة نتيجة إيقاف تشغيل مصدر الطاقة أو انقطاع التيار الكهربائي.
- بدء أو إيقاف مضخة واحدة أو أكثر أثناء تشغيل المضخات الأخرى.
- إغلاق أو فتح صمامات الإغلاق في نظام الأنابيب.
- إثارة الاهتزازات الرنانة بواسطة المضخات ذات منحنى H / Q غير المستقر.
- الاختلافات في مستوى الماء الداخل.
قد يعمل الشكل 2.1-ب كمثال تمثيلي يوضح غلاف الضغط 3 مع أو بدون وعاء هوائي بعد رحلة المضخة.
حثابت في الشكل 2.1-ب هو منحنى رأس الضغط SteadyState. مغلفات رأس الضغط حminWK وحmaxWK تم الحصول عليها من تركيب مع hmin و hmax من منشأة بدون وعاء هوائي. في حين أن hminWK وحmaxWK في نطاق الضغط المسموح به ، يعطي hmin دليلًا على ضغط البخار (التجويف الكلي) على مسافة أنبوب من 0 متر إلى 800 متر تقريبًا. تقريبًا عبر طول الأنبوب بالكامل ، قيمة hماكس يتجاوز الحد الأقصى المسموح به للضغط الاسمي للأنبوب PN 16 (المنحنى المشار إليه بـ "أنبوب PN") وبالتالي فهو مرتفع بشكل غير مقبول. كقاعدة عامة ، يعد ضغط البخار أكثر الظواهر غير المرغوب فيها. يمكن أن يكون لها الآثار الضارة التالية:
- الخدوش أو التواء الأنابيب الفولاذية ذات الجدران الرقيقة والأنابيب البلاستيكية.
- تفكك بطانة الأنابيب الأسمنتية.
- يتم سحب المياه القذرة إلى أنابيب مياه الشرب من خلال مآخذ توصيل متسربة.
سنواصل هذه الوظائف الفنية ونعود أيضًا إلى موضوع التجويف الكلي ، أي فصل العمود السائل ، في الأجزاء التالية.
المرجع: KSB Know-How، Volume 1
