מהי תופעת פטיש המים?

פטיש מים נקרא פטיש מים בגלל האינרציה של זרימת מים בלחץ כאשר החשמל מנותק לפתע או שהשסתום נסגר מהר מדי, מה שמייצר גל הלם זרימת מים, בדיוק כמו פטיש שפוגע. הכוח קדימה ואחורה של גל הלם מים יכול לפעמים להיות גדול מאוד, ובכך לפגוע בשסתום ובמשאבת המים.

כאשר השסתום הפתוח נסגר לפתע, זרימת המים תיצור לחץ על השסתום וקיר הצינור. בשל דופן הצינור החלק, זרימת המים שלאחר מכן מגיעה במהירות למקסימום תחת פעולת האינרציה ומייצרת אפקט הרסני, שהוא "אפקט פטיש המים" בהידרודינמיקה, כלומר, פטיש מים חיובי. יש לקחת בחשבון גורם זה בבניית צינור אספקת המים.

להיפך, לאחר פתיחת השסתום הסגור לפתע, הוא יפיק גם פטיש מים, הנקרא פטיש מים שלילי, שגם לו יש כוח הרס מסוים, אבל הוא לא גדול כמו הקודם. כאשר יחידת משאבת המים החשמלית כבויה או מופעלת לפתע, היא גם תגרום להשפעת לחץ ולהשפעת פטיש מים. גל הלם לחץ זה מתפשט לאורך הצינור, מה שעלול בקלות להוביל ללחץ יתר מקומי של הצינור, וכתוצאה מכך לקרע בצנרת ולפגיעה בציוד. לכן, הגנת אפקט פטיש מים הפכה לאחת מטכנולוגיות המפתח של הנדסת אספקת מים.

תנאים של פטיש מים

1. פתיחה או סגירה פתאומית של השסתום;

2. עצירה פתאומית או התחלה של יחידת משאבת מים;

3. אספקת מים מצינור בודד למקום גבוה (הפרש הגבהים הטופוגרפי של אספקת המים עולה על 20 מ');

4. הראש הכולל (או לחץ העבודה) של משאבת המים גדול;

5. מהירות זרימה מופרזת בצינור הולכת מים;

6. צינור המים ארוך מדי והשטח משתנה מאוד.

נזק של אפקט פטיש מים

עליית הלחץ הנגרמת מפטיש מים יכולה להגיע פי כמה ואף עשרות פעמים מלחץ העבודה הרגיל של הצינור. הסכנות של תנודת לחץ גדולה זו למערכת הצינורות כוללים בעיקר:

1. לגרום לרטט חזק של הצינור ולנתק את מפרק הצינור;

2. השסתום פגום, והלחץ החמור גבוה מדי, וכתוצאה מכך פיצוץ צינור והפחתת לחץ של רשת אספקת המים;

3. להיפך, לחץ נמוך מדי יוביל לקריסת הצינור ולפגוע בשסתום ובחלקי הקיבוע;

4. לגרום למשאבה להתהפך, לפגוע בציוד או בצנרת בחדר המשאבות, להטביע ברצינות את חדר המשאבות, לגרום לנפגעים ולתאונות גדולות אחרות ולהשפיע על הייצור והחיים.

אמצעי הגנה כדי לחסל או להפחית פטיש מים

ישנם אמצעי הגנה רבים לפטיש מים, אך יש לנקוט באמצעים שונים בהתאם לגורמים האפשריים לפטיש מים.

1. הפחתת מהירות הזרימה של צינור הולכת המים יכולה להפחית את לחץ פטיש המים במידה מסוימת, אך היא תגדיל את קוטר צינור הולכת המים ותגדיל את ההשקעה בפרויקט. במהלך פריסת צינור הולכת המים, יש להימנע מגבנון או שינוי חד של שיפוע ככל האפשר. הגודל של פטיש המים לעצור המשאבה קשור בעיקר לראש הגיאומטרי של בית המשאבה. ככל שהראש הגיאומטרי גבוה יותר, כך הערך של פטיש המים לעצור המשאבה גדול יותר. לכן, ראש המשאבה הסביר ייבחר בהתאם למצב המקומי בפועל. לאחר כיבוי משאבת חירום, המשאבה תופעל לאחר שהצינור מאחורי שסתום הסימון מלא במים. בעת הפעלת המשאבה, אל תפתח עד הסוף את שסתום היציאה של המשאבה, אחרת היא תיצור פגיעה גדולה במים. תאונות פטיש המים הגדולות של תחנות משאבה רבות נגרמות בעיקר במקרה זה.

2. הגדר את התקן ביטול פטיש מים

(1) טכנולוגיית בקרת לחץ קבוע מאומצת:

מכיוון שהלחץ של רשת צינורות אספקת המים משתנה ללא הרף עם שינוי תנאי העבודה, לחץ נמוך או לחץ יתר מתרחשים לעתים קרובות במהלך פעולת המערכת, שקל לייצר פטיש מים, וכתוצאה מכך נזק לצינורות ולציוד, הבקרה האוטומטית המערכת מאומצת כדי להחזיר את ההפעלה, העצירה ווויסות המהירות של משאבת המים באמצעות זיהוי לחץ רשת הצינורות, לשלוט על הזרימה, ולאחר מכן לשמור על רמת לחץ מסוימת, ניתן להגדיר את לחץ אספקת המים במשאבה על ידי שליטה על מיקרו-מחשב כדי לשמור על אספקת מים בלחץ קבוע, למנוע תנודות מוגזמות בלחץ ולהפחית את ההסתברות לפטיש מים.

(2) התקן את מסיר פטיש המים

הציוד משמש בעיקר כדי למנוע מפטיש מים לעצור את המשאבה. הוא מותקן בדרך כלל ליד צינור היציאה של משאבת המים. הלחץ של הצינור עצמו משמש ככוח למימוש פעולה אוטומטית בלחץ נמוך, כלומר כאשר הלחץ בצנרת נמוך מערך ההגנה שנקבע, יציאת הניקוז תיפתח אוטומטית לשחרור מים ולחץ, כך כדי לאזן את הלחץ של הצינור המקומי ולמנוע את ההשפעה של פטיש מים על ציוד וצנרת, באופן כללי, ניתן לחלק את המחסל לסוג מכני וסוג הידראולי. לאחר פעולת המחסל המכני, ניתן לשחזרו באופן ידני, וניתן לאפס את המבטל ההידראולי באופן אוטומטי.

(3) התקן שסתום סגירה איטית על צינור היציאה של משאבת מים בקוטר גדול

זה יכול למעשה לחסל את פטיש המים של כיבוי המשאבה, אבל בגלל שיש כמות מסוימת של זרימת מים בחזרה כאשר השסתום פועל, באר היניקה חייב להיות צינור הצפת. לשסתום סגירה איטית יש שני סוגים: סוג פטיש כבד וסוג אחסון אנרגיה. ניתן לכוון את זמן הסגירה של השסתום בטווח מסוים לפי הצורך. בדרך כלל, השסתום סגור 70% ~ 80% תוך 3 ~ 7 שניות לאחר הפסקת חשמל, וזמן הסגירה הנותרים של 20% ~ 30% מותאם בהתאם לתנאי משאבת המים והצינור, בדרך כלל בטווח של 10 ~ 30 ס. ראוי לציין שכאשר יש גבנון בצנרת לגשר על פטיש המים, שסתום הסימון האיטי שנסגר יעיל מאוד.

(4) מגדל נחשול חד כיווני

הוא ייבנה בסמוך לתחנת השאיבה או במיקום המתאים של הצינור, וגובה מיכל הנחשולים החד-כיווני יהיה נמוך מלחץ הצינור שם. כאשר הלחץ בצנרת נמוך ממפלס המים במגדל, מיכל הנחשולים מרכיב מים לצנרת כדי למנוע מעמוד המים להישבר וכדי למנוע גישור על פטיש המים. עם זאת, השפעת הורדת הלחץ שלו על פטיש מים מלבד פטיש מים לעצירת משאבה, כגון פטיש מים לסגירת שסתומים, מוגבלת. בנוסף, הביצועים של השסתום החד-כיווני המשמש במגדל ויסות הלחץ החד-כיווני יהיו אמינים לחלוטין. ברגע שהשסתום נכשל, זה עלול להוביל לתאונות גדולות

(5) צינור עוקף (שסתום) מוגדר בתחנת המשאבה

במהלך הפעולה הרגילה של מערכת המשאבה, שסתום הסימון נסגר מכיוון שלחץ המים בצד לחץ המים של המשאבה גבוה מזה שבצד יניקת המים. כאשר המשאבה מופסקת בפתאומיות עקב הפסקת חשמל, הלחץ ביציאה של תחנת משאבת המים יורד בחדות, בעוד הלחץ בצד היניקה עולה בחדות. תחת לחץ דיפרנציאלי זה, המים החולפים בלחץ גבוה בצינור הראשי היניקה הם המים החולפים בלחץ נמוך הדוחפים את לוחית שסתום הסימון לזרום אל הצינור הראשי של המים בלחץ, ומגדילים את לחץ המים הנמוך שם; מצד שני, גם עליית הלחץ של פטיש המים בצד היניקה של משאבת המים מופחתת. בדרך זו, עליית פטיש המים וירידת הלחץ משני צידי תחנת משאבת המים נשלטים, כדי להפחית ולמנוע ביעילות את הנזק של פטיש המים

(6) הגדר שסתום סימון רב-שלבי

בצינור הולכת המים הארוך יותר, מתווספים שסתומי סימון אחד או יותר כדי לחלק את צינור הולכת המים למספר חלקים, ושסתומי סימון מוגדרים בכל חלק. כאשר המים בצינור אספקת המים זורמים חזרה בתהליך של פטיש מים, כל שסתום סימון נסגר ברציפות כדי לחלק את זרימת השטיפה לאחור למספר חלקים. מכיוון שהראש ההידרוסטטי בכל קטע של צינור אספקת המים (או קטע זרימת השטיפה) קטן למדי, עליית לחץ פטיש המים מופחתת. אמצעי הגנה זה יכול לשמש ביעילות במקרה של הפרש גובה אספקת מים גיאומטרי גדול; עם זאת, לא ניתן לבטל את האפשרות של הפרדת עמודת מים. החיסרון הגדול ביותר שלו הוא שצריכת החשמל של משאבת המים עולה ועלות אספקת המים עולה במהלך פעולה רגילה.

(7) התקני פליטה וחידוש אוויר אוטומטיים מוגדרים בנקודות הגבוהות של הצינור כדי להפחית את השפעת פטיש המים על הצינור.