ما هي ظاهرة المطرقة المائية؟

تسمى المطرقة المائية بالمطرقة المائية بسبب القصور الذاتي لضغط تدفق المياه عند انقطاع التيار الكهربائي فجأة أو إغلاق الصمام بسرعة كبيرة، مما ينتج عنه موجة صدمة لتدفق المياه، تمامًا مثل ضرب المطرقة. يمكن أن تكون القوة ذهابًا وإيابًا لموجة صدمة الماء كبيرة جدًا في بعض الأحيان، مما يؤدي إلى إتلاف الصمام ومضخة المياه.

عندما يتم إغلاق الصمام المفتوح فجأة، فإن تدفق المياه سوف ينتج ضغطًا على الصمام وجدار الأنبوب. نظرًا لجدار الأنبوب الأملس، يصل تدفق المياه اللاحق بسرعة إلى الحد الأقصى تحت تأثير القصور الذاتي وينتج تأثيرًا مدمرًا، وهو "تأثير المطرقة المائية" في الديناميكا المائية، أي المطرقة المائية الإيجابية. وينبغي النظر في هذا العامل عند بناء خط أنابيب إمدادات المياه.

على العكس من ذلك، بعد فتح الصمام المغلق فجأة، فإنه سينتج أيضًا مطرقة مائية تسمى المطرقة المائية السلبية، والتي لها أيضًا قوة تدميرية معينة، ولكنها ليست كبيرة مثل الأولى. عندما يتم إيقاف تشغيل وحدة مضخة المياه الكهربائية فجأة أو تشغيلها، فسوف يتسبب ذلك أيضًا في تأثير الضغط وتأثير المطرقة المائية. تنتشر موجة صدمة الضغط هذه على طول خط الأنابيب، مما قد يؤدي بسهولة إلى ضغط زائد محلي لخط الأنابيب، مما يؤدي إلى تمزق خط الأنابيب وتلف المعدات. لذلك، أصبحت الحماية من تأثير المطرقة المائية واحدة من التقنيات الرئيسية لهندسة إمدادات المياه.

شروط المطرقة المائية

1. فتح أو إغلاق الصمام بشكل مفاجئ؛

2. التوقف المفاجئ أو بدء تشغيل وحدة ضخ المياه.

3. توصيل المياه من أنبوب واحد إلى مكان مرتفع (يتجاوز فرق الارتفاع الطبوغرافي لإمدادات المياه 20 مترًا)؛

4. إجمالي الرأس (أو ضغط العمل) لمضخة المياه كبير؛

5. سرعة التدفق المفرطة في خط أنابيب نقل المياه.

6. خط أنابيب المياه طويل جدًا وتتغير التضاريس بشكل كبير.

ضرر تأثير المطرقة المائية

يمكن أن يصل ارتفاع الضغط الناتج عن المطرقة المائية إلى عدة مرات أو حتى عشرات المرات من ضغط العمل الطبيعي لخط الأنابيب. تشمل مخاطر هذا التقلب الكبير في الضغط على نظام خطوط الأنابيب بشكل رئيسي ما يلي:

1. يسبب اهتزازًا قويًا لخط الأنابيب ويفصل وصلة خط الأنابيب؛

2. تلف الصمام، والضغط الخطير مرتفع للغاية، مما يؤدي إلى انفجار الأنابيب وانخفاض الضغط في شبكة إمدادات المياه؛

3. على العكس من ذلك، فإن الضغط المنخفض للغاية سيؤدي إلى انهيار الأنبوب وتلف الصمام وأجزاء التثبيت؛

4. يتسبب في عكس اتجاه المضخة، أو إتلاف المعدات أو خط الأنابيب في غرفة المضخة، وغمر غرفة المضخة بشكل خطير، والتسبب في وقوع إصابات وحوادث كبيرة أخرى، والتأثير على الإنتاج والحياة.

تدابير وقائية للقضاء على المطرقة المائية أو تقليلها

هناك العديد من التدابير الوقائية للمطرقة المائية، ولكن يجب اتخاذ تدابير مختلفة وفقًا للأسباب المحتملة للمطرقة المائية.

1. إن تقليل سرعة تدفق خط أنابيب نقل المياه يمكن أن يقلل من ضغط المطرقة المائية إلى حد ما، ولكنه سيزيد من قطر خط أنابيب نقل المياه ويزيد من استثمار المشروع. أثناء تخطيط خط أنابيب نقل المياه، يجب تجنب الحدبة أو التغيير الحاد في المنحدر قدر الإمكان. يرتبط حجم المطرقة المائية التي توقف المضخة بشكل أساسي بالرأس الهندسي لمنزل المضخة. كلما ارتفع الرأس الهندسي، زادت قيمة المطرقة المائية التي توقف المضخة. لذلك، يجب اختيار رأس المضخة المعقول وفقًا للوضع الفعلي المحلي. بعد إيقاف تشغيل المضخة في حالات الطوارئ، يجب تشغيل المضخة بعد امتلاء خط الأنابيب الموجود خلف صمام الفحص بالماء. عند بدء تشغيل المضخة، لا تفتح صمام مخرج المضخة بالكامل، وإلا فسوف ينتج عنها تأثير كبير للمياه. تحدث حوادث المطرقة المائية الكبرى في العديد من محطات الضخ في هذه الحالة.

2. قم بضبط جهاز إزالة المطرقة المائية

(1) يتم اعتماد تكنولوجيا التحكم في الضغط المستمر:

نظرًا لأن ضغط شبكة أنابيب إمداد المياه يتغير باستمرار مع تغير ظروف العمل، فغالبًا ما يحدث ضغط منخفض أو ضغط زائد أثناء تشغيل النظام، مما يسهل إنتاج مطرقة مائية، مما يؤدي إلى تلف خطوط الأنابيب والمعدات، والتحكم الآلي تم اعتماد نظام لتغذية بدء وإيقاف وتنظيم سرعة مضخة المياه من خلال الكشف عن ضغط شبكة الأنابيب والتحكم في التدفق ومن ثم الحفاظ على مستوى معين من الضغط، يمكن ضبط ضغط إمداد مياه المضخة عن طريق التحكم في كمبيوتر صغير للحفاظ على إمدادات المياه ذات الضغط المستمر، وتجنب تقلبات الضغط المفرط وتقليل احتمال حدوث مطرقة مائية.

(2) قم بتركيب مزيل المطرقة المائية

يتم استخدام المعدات بشكل أساسي لمنع المطرقة المائية من إيقاف المضخة. يتم تثبيته بشكل عام بالقرب من خط أنابيب مخرج مضخة المياه. يتم استخدام ضغط خط الأنابيب نفسه كقوة لتحقيق الإجراء التلقائي للضغط المنخفض، أي عندما يكون الضغط في خط الأنابيب أقل من قيمة الحماية المحددة، سيتم فتح منفذ الصرف تلقائيًا لتحرير الماء والضغط، لذلك لموازنة ضغط خط الأنابيب المحلي ومنع تأثير المطرقة المائية على المعدات وخطوط الأنابيب، بشكل عام، يمكن تقسيم المزيل إلى نوع ميكانيكي ونوع هيدروليكي. بعد أن يعمل المزيل الميكانيكي، يمكن استعادته يدويًا، ويمكن إعادة ضبط المزيل الهيدروليكي تلقائيًا.

(3) قم بتركيب صمام عدم الرجوع للإغلاق البطيء على أنبوب مخرج مضخة المياه ذات القطر الكبير

يمكن أن يزيل المطرقة المائية الناتجة عن إيقاف تشغيل المضخة بشكل فعال، ولكن نظرًا لوجود كمية معينة من التدفق العكسي للمياه عندما يعمل الصمام، يجب أن يكون لبئر الشفط أنبوب فائض. يحتوي صمام فحص الإغلاق البطيء على نوعين: نوع المطرقة الثقيلة ونوع تخزين الطاقة. يمكن تعديل وقت إغلاق الصمام ضمن نطاق معين حسب الحاجة. بشكل عام، يتم إغلاق الصمام بنسبة 70% ~ 80% خلال 3 ~ 7 ثوانٍ بعد انقطاع التيار الكهربائي، ويتم ضبط وقت الإغلاق المتبقي بنسبة 20% ~ 30% وفقًا لظروف مضخة المياه وخطوط الأنابيب، بشكل عام في نطاق 10 ~ 30 س. ومن الجدير بالذكر أنه عندما يكون هناك حدبة في خط الأنابيب لسد المطرقة المائية، فإن صمام عدم الرجوع ذو الإغلاق البطيء يكون فعالاً للغاية.

(4) برج سيرج ذو اتجاه واحد

ويجب أن يتم بناؤه بالقرب من محطة الضخ أو عند الموضع المناسب لخط الأنابيب، ويجب أن يكون ارتفاع خزان الاندفاع أحادي الاتجاه أقل من ضغط خط الأنابيب هناك. عندما يكون الضغط في خط الأنابيب أقل من مستوى الماء في البرج، يقوم خزان التدفق بتكوين الماء إلى خط الأنابيب لمنع عمود الماء من الانكسار ولتجنب سد مطرقة الماء. ومع ذلك، فإن تأثير خفض الضغط على المطرقة المائية بخلاف المطرقة المائية التي توقف المضخة، مثل المطرقة المائية لإغلاق الصمام، يكون محدودًا. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون أداء الصمام أحادي الاتجاه المستخدم في برج تنظيم الضغط أحادي الاتجاه موثوقًا به تمامًا. بمجرد فشل الصمام، قد يؤدي ذلك إلى وقوع حوادث كبيرة

(5) تم تركيب أنبوب جانبي (صمام) في محطة الضخ

أثناء التشغيل العادي لنظام المضخة، يتم إغلاق صمام الفحص لأن ضغط الماء عند جانب ضغط الماء بالمضخة أعلى من الضغط عند جانب شفط الماء. عندما تتوقف المضخة فجأة بسبب انقطاع التيار الكهربائي، ينخفض ​​الضغط عند مخرج محطة ضخ المياه بشكل حاد، بينما يرتفع الضغط عند جانب الشفط بشكل حاد. تحت هذا الضغط التفاضلي، فإن الماء ذو ​​الضغط العالي العابر في أنبوب الشفط الرئيسي هو الماء ذو ​​الضغط المنخفض العابر الذي يدفع لوحة صمام الفحص للتدفق إلى أنبوب الماء الرئيسي المضغوط، ويزيد من ضغط الماء المنخفض هناك؛ من ناحية أخرى، يتم أيضًا تقليل ارتفاع ضغط المطرقة المائية على جانب الشفط لمضخة المياه. بهذه الطريقة، يتم التحكم في ارتفاع المطرقة المائية وانخفاض الضغط على جانبي محطة ضخ المياه، وذلك لتقليل ومنع ضرر المطرقة المائية بشكل فعال.

(6) ضبط صمام فحص متعدد المراحل

في خط أنابيب نقل المياه الأطول، تتم إضافة صمام فحص واحد أو أكثر لتقسيم خط أنابيب نقل المياه إلى عدة أقسام، ويتم تعيين صمامات الفحص في كل قسم. عندما يتدفق الماء في أنبوب توصيل الماء مرة أخرى أثناء عملية المطرقة المائية، يتم إغلاق كل صمام فحص على التوالي لتقسيم تدفق الغسيل العكسي إلى عدة أقسام. نظرًا لأن الرأس الهيدروستاتيكي في كل قسم من أنابيب توصيل المياه (أو قسم تدفق الغسيل العكسي) صغير جدًا، فسيتم تقليل ارتفاع ضغط المطرقة المائية. يمكن استخدام هذا الإجراء الوقائي بشكل فعال في حالة الاختلاف الهندسي الكبير في ارتفاع إمدادات المياه؛ ومع ذلك، لا يمكن استبعاد إمكانية فصل عمود الماء. أكبر عيوبها هو زيادة استهلاك الطاقة لمضخة المياه وزيادة تكلفة إمدادات المياه أثناء التشغيل العادي.

(7) يتم وضع أجهزة عادم وتجديد الهواء الأوتوماتيكية في النقاط العالية لخط الأنابيب لتقليل تأثير المطرقة المائية على خط الأنابيب.